齊 亮趙 婕 趙茂程

(1. 南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2. 南京師范大學(xué)分析測(cè)試中心，江蘇 南京 210046；3. 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源與電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

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冷鮮豬肉的新鮮度無損檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及THz檢測(cè)技術(shù)展望

齊 亮1,2趙 婕1,3趙茂程1

(1. 南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2. 南京師范大學(xué)分析測(cè)試中心，江蘇 南京 210046；3. 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源與電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

綜述可見/近紅外光譜分析、電子鼻、電子舌、機(jī)器視覺、多傳感器融合等無損檢測(cè)技術(shù)在肉品新鮮度指標(biāo)快速檢測(cè)中的應(yīng)用，從分子光譜學(xué)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)的角度論述了基于THz波譜分析法無損檢測(cè)豬肉新鮮度的可行性。

冷鮮豬肉；新鮮度；無損檢測(cè)方法；THz波譜分析法

肉品在食用前需要經(jīng)過宰殺、加工、儲(chǔ)存、銷售等環(huán)節(jié)，不可避免受到外界微生物的污染，在組織酶和微生物的作用下肉的品質(zhì)會(huì)改變，會(huì)產(chǎn)生有害或者有毒的化學(xué)產(chǎn)物，因此，新鮮度是評(píng)價(jià)肉品質(zhì)好壞的一個(gè)重要衡量指標(biāo)。

市場(chǎng)上流通的分割豬肉有3種存儲(chǔ)形態(tài)——鮮肉、冷凍肉和冷鮮肉。鮮肉即“熱鮮肉”，因?yàn)槲唇?jīng)過任何降溫處理，細(xì)菌會(huì)大量繁殖，存在安全隱患[1]。冷凍肉是將宰殺以后的鮮肉送入冷藏間中迅速冷凍至-18 ℃以下并保持冷凍狀態(tài)出庫上市。冷凍肉細(xì)菌少食用安全，但是食用前需要解凍，營養(yǎng)成分隨之流失，口味不如鮮肉[2]。冷鮮肉是指對(duì)嚴(yán)格執(zhí)行檢疫制度屠宰后的牲畜胴體迅速冷卻，在24 h內(nèi)降為0～4 ℃，并在后續(xù)加工、流通和銷售過程中保持全程封閉，始終處于0～4 ℃的冷鏈之下，這種方法能有效抑制微生物的生長繁殖[3]，兼具熱鮮肉和冷凍肉的優(yōu)點(diǎn)。

冷鮮肉新鮮度檢測(cè)方法分為有損檢測(cè)和無損檢測(cè)方法。有損檢測(cè)結(jié)果精確且可信，重復(fù)性好，但樣品前處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，必須在實(shí)驗(yàn)室借助專業(yè)設(shè)備檢測(cè)，需要專業(yè)人員操作，檢測(cè)效率低[4-5]。無損檢測(cè)技術(shù)是非破壞性檢測(cè)，樣品一般無需前處理，檢測(cè)速度快，適用于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線中的在線檢測(cè)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化[6-7]。本文擬探討冷鮮肉的新鮮度檢測(cè)指標(biāo)及無損檢測(cè)方法，展望THz波譜分析法無損檢測(cè)豬肉新鮮度的可行性。

1 新鮮度指標(biāo)

新鮮度指標(biāo)包括感官指標(biāo)、理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)等，其衡量方法采用量化評(píng)判法[8]。

1.1 感官指標(biāo)

感官指標(biāo)主要包括色澤、組織狀態(tài)和氣味。肉在腐敗變質(zhì)過程中，由于組織成分分解、病理變化，出現(xiàn)一些明顯的肌肉組織結(jié)構(gòu)的變化，使肉品發(fā)生感官性質(zhì)無法接受的改變[9]。通過目測(cè)、手觸和嗅覺檢驗(yàn)等，由具有資質(zhì)的肉制品檢測(cè)師根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主觀評(píng)判。這種檢測(cè)方法快速簡易，不受場(chǎng)地、檢測(cè)條件限制[10]，但對(duì)檢驗(yàn)人員的素質(zhì)水平要求高，具有主觀性和片面性。

1.2 微生物指標(biāo)

微生物指標(biāo)主要包括菌落總數(shù)、大腸菌群和沙門氏菌。隨著肉擺放時(shí)間的延長，微生物會(huì)不斷繁殖、不斷增加，可以通過微生物的指標(biāo)判斷肉新鮮度的變化。中國GB/T 9959—2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：新鮮可加工食用的豬肉菌落總數(shù)≤1×106CFU/g，大腸菌群≤1×104MPN/100 g，而沙門氏菌不得檢出。

1.3 揮發(fā)性鹽基總氮指標(biāo)

豬肉在腐敗過程中，受酶和細(xì)菌的作用，蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì)。此類物質(zhì)具有揮發(fā)性，稱為揮發(fā)性鹽基氮(TVBN)。其含量越高，表明豬肉新鮮度越低，其為豬肉新鮮度的主要參考指標(biāo)[9]。中國GB/T5009.44—2003規(guī)定：新鮮可加工食用的豬肉TVBN含量≤15 mg/100 g。

1.4 K值

在宰后的肉品中，三磷酸腺苷會(huì)自動(dòng)分解：

三磷酸腺苷(ATP)→二磷酸腺苷(ADP)→磷酸腺苷(AMP)→次黃嘌呤核苷酸(IMP)→肌苷酸(HxR)→次黃嘌呤(Hx)[11]

據(jù)ATP分解過程，測(cè)定K值的指標(biāo)方程式(1)：

(1)

式中：

K——樣品的K值，%；

HxR——樣品中HxR含量，μg；

Hx——樣品中Hx含量，μg；

ATP——樣品中ATP含量，μg；

ADP——樣品中ADP含量，μg；

AMP——樣品中AMP含量，μg；

IMP——樣品中IMP含量，μg。

肉品越是新鮮，K值越低，反之K值越高。K值最先由日本學(xué)者提出并用于評(píng)價(jià)魚肉的新鮮度，現(xiàn)在K值已被廣泛地用于魚肉和雞肉的新鮮度檢測(cè)中，也有人[12-13]嘗試將K值應(yīng)用在豬肉的新鮮度指標(biāo)中。

1.5 pH值

牲畜屠宰后，肌肉中肌糖分解，乳酸和磷酸逐漸聚集，肉的pH值下降；細(xì)菌在肉表面不斷擴(kuò)散繁殖，肌肉中蛋白質(zhì)在細(xì)菌酶的作用下，被分解為氨和胺類化合物等堿性物質(zhì)，使肉趨于堿性，pH值會(huì)增高。所以肉的pH值有一個(gè)先降后升的過程。新鮮肉的pH值在5.8～6.8；次新鮮肉pH值在6.3～6.6；變質(zhì)的肉pH值在6.7以上[14]?？梢酝ㄟ^測(cè)定肉的pH值，判斷肉的新鮮度[15]。

1.6 聚胺類化合物

鮮肉中不含或微含聚胺類化合物。當(dāng)肉組織稍發(fā)生分解變化時(shí)，肉中蛋白質(zhì)由于酶和細(xì)菌的作用逐級(jí)分解，最終形成腐胺、尸胺、酪胺、色胺和組胺等毒性聚胺化合物，此類物質(zhì)易于檢出[9]。

鈕偉民等[16]將同一樣品的尸胺檢測(cè)結(jié)果分別與揮發(fā)性鹽基氮測(cè)定結(jié)果、微生物測(cè)定結(jié)果和感官指標(biāo)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)尸胺的數(shù)值變化和微生物數(shù)量變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系最為吻合。Wang Qi等[17]發(fā)現(xiàn)豬肉中的三甲胺隨存儲(chǔ)時(shí)間的遞增而增加，和揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定結(jié)果趨勢(shì)相同。

1.7 各指標(biāo)的比較

豬肉新鮮度的各項(xiàng)指標(biāo)隨肉品質(zhì)的變化而發(fā)生改變。表1對(duì)各項(xiàng)新鮮度指標(biāo)與肉品質(zhì)變化的聯(lián)系緊密性、測(cè)量的便捷性、精確性和重復(fù)性四個(gè)方面進(jìn)行了比較。其中，中國關(guān)于豬肉新鮮度的國家標(biāo)準(zhǔn)中僅包括感官指標(biāo)，微生物指標(biāo)和揮發(fā)性鹽基總氮指標(biāo)[8, 10, 18]。從指標(biāo)的測(cè)量方法上可以看出，感官指標(biāo)依靠人的主觀判斷，具有較高的便捷性，但是指標(biāo)受主觀因素影響大，所以測(cè)量的精確性和重復(fù)性差，無法實(shí)現(xiàn)評(píng)判結(jié)果與新鮮度的緊密聯(lián)系[9, 19]。微生物指標(biāo)通過顯微鏡視野范圍內(nèi)的人工計(jì)數(shù)法獲得[20-21]，pH值通過pH計(jì)測(cè)量，它們都是物理測(cè)量方法，與化學(xué)測(cè)量方法相比具有一定的便捷性。微生物分布具有不均勻性[22]，在微生物數(shù)量較多時(shí)人工計(jì)數(shù)無法精確，所以精確性和重復(fù)性不夠高，與新鮮度相關(guān)性一般。pH計(jì)結(jié)果精確可靠，但肉的pH值變化過程是先降后升，新鮮肉和次新鮮肉的pH值范圍具有重疊性[14]，不能將兩種肉準(zhǔn)確區(qū)分開，所以與新鮮度的對(duì)應(yīng)關(guān)系一般。揮發(fā)性鹽基總氮指標(biāo)通過半微量定氮法測(cè)定[23]，K值和聚胺類化合物通過高效液相色譜測(cè)定[16, 24]，它們都屬于化學(xué)測(cè)量方法，過程耗時(shí)長，結(jié)果精確可信，所測(cè)量的新鮮度化學(xué)成分含量與新鮮度指標(biāo)緊密聯(lián)系?？梢?，如果引入多種新鮮度指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)豬肉的新鮮度，將能起到取長補(bǔ)短的效果。

2 新鮮度無損檢測(cè)方法

2.1 可見/近紅外光譜分析

在波長為500～2 500 nm的可見/近紅外光譜范圍內(nèi)有蛋白質(zhì)、脂肪和水的吸收峰。水分在980，1 440，1 960 nm附近有較強(qiáng)的吸收峰；在1 510，1 980 nm處為蛋白質(zhì)吸收峰；在1 760，2 310 nm是脂肪物質(zhì)的吸收峰。在肉品新鮮程度變化過程中，蛋白質(zhì)、脂肪和水分含量變化將影響肉品的吸收系數(shù)、散射系數(shù)，并從光譜的變化中表現(xiàn)出來[25]。

表1 豬肉新鮮度的各種指標(biāo)比較

Liao Yi-tao等[26]采集豬肉切面的可見/近紅外漫反射光譜(350～1 000 nm)，經(jīng)過校正后應(yīng)用偏最小二乘回歸法建立豬肉pH值在線檢測(cè)模型。模型的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)R為0.906，預(yù)測(cè)均方根誤差(RMSEP)為0.125，結(jié)果表明可見/近紅外光譜可用于預(yù)測(cè)豬肉pH值。Huang Qi-ping等[27]在1 280，1 440，1 660 nm 3個(gè)特征波段采集了肉樣的紅外多光譜圖像，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立預(yù)測(cè)TVBN的數(shù)學(xué)模型，模型預(yù)測(cè)TVBN值的RMSEP為 6.943 9 mg/100 g，R為0.832 5。Wang Fang-rong等[28]在380～780 nm可見光波段采集豬肉的光譜數(shù)據(jù)，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，實(shí)現(xiàn)了3種新鮮度的分類區(qū)分，其中，新鮮肉的辨識(shí)率為95.83%，次鮮肉87.50%，腐敗肉91.67%。孫宏偉等[29]采用近紅外光譜分析原理，設(shè)計(jì)了便攜式生鮮豬肉多品質(zhì)參數(shù)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了新鮮度的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，將紅外光譜分析技術(shù)工業(yè)實(shí)用化。

2.2 電子鼻

組成肉的氨基酸成分在細(xì)菌的分解作用下釋放出H2S氣體，這種氣體的氣味令人不悅。隨著豬肉腐敗程度的加深，H2S氣體的釋放程度會(huì)越強(qiáng)?？梢允褂脷怏w傳感器組成電子鼻采集這種氣味，通過傳感器的輸出電流值測(cè)定樣本的TVBN值，R2為0.906[30]。進(jìn)一步利用主成分分析和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立新鮮度識(shí)別模型，以存儲(chǔ)天數(shù)為新鮮度評(píng)價(jià)指標(biāo)，測(cè)試樣本的新鮮度識(shí)別率達(dá)到100%[31]。借鑒成人鼻腔的特殊結(jié)構(gòu)及其嗅覺原理，常志勇等[32]設(shè)計(jì)出具有仿生意義的氣體室，并加入氣敏傳感器組成陣列，用仿生電子鼻系統(tǒng)檢測(cè)豬肉新鮮度，準(zhǔn)確率達(dá)96.45%。

氣敏材料與待測(cè)氣體反應(yīng)后顏色會(huì)發(fā)生變化，顏色會(huì)隨氣體量的增多而增強(qiáng)，這就是氣體可視化技術(shù)[33]。Huang Xiao-wei等[34]發(fā)現(xiàn)天然色素氣體可視化傳感器陣列的掃描圖像和待測(cè)肉品的生物胺指數(shù)以及細(xì)菌總數(shù)都有較好的相關(guān)性，R2分別為0.73和0.87。

2.3 電子舌

肉品腐敗變質(zhì)，電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生改變。電子舌是一種測(cè)量電導(dǎo)率的電子電路[35]。測(cè)量電導(dǎo)率有兩種方式，一種是將肉品制備成肉浸液，測(cè)量液體的電導(dǎo)率，測(cè)量原理：當(dāng)肉的鮮度降低時(shí)，微生物生長繁殖使蛋白質(zhì)、脂肪等組織成分分解，由大分子分解成小分子物質(zhì)，如氮基酸、胺類、吲哚、有機(jī)酸等，使得肉浸液直流導(dǎo)電性能增大，肉品新鮮程度越低，肉浸液的電導(dǎo)率越大[36]；另一種是將傳感器電極插入肉品中，采用阻抗測(cè)量儀直接測(cè)量肉品的交流阻抗，測(cè)量原理：在貯藏過程中，豬肉中的酶自溶，細(xì)胞膜被破壞，豬肉細(xì)胞膜的破損程度會(huì)反映在肉品的等效電容上，并且隨著細(xì)胞膜的損壞，細(xì)胞內(nèi)能導(dǎo)電的物質(zhì)在細(xì)胞間滲透，肉品的等效電阻也會(huì)改變[37]。測(cè)量的頻率范圍有0.10～250.00 kHz[37]和0.02～200.00 kHz[38]，都屬于低頻信號(hào)。相比較而言，前一種方法需將樣品剁碎，制成肉浸液，前處理過程復(fù)雜，且耗時(shí)；后一種方法速度快，但重復(fù)性差，需要在樣品的不同部位測(cè)量多次，測(cè)量過程費(fèi)時(shí)。

2.4 機(jī)器視覺

豬肉的新鮮度感官指標(biāo)中包括色澤的評(píng)價(jià)[10]。豬肉的色澤主要是由肌紅蛋白的化學(xué)特性決定。當(dāng)豬被屠宰、剛切開時(shí)，肌肉表面的肌紅蛋白尚未與氧結(jié)合，豬肉呈現(xiàn)暗紅色；當(dāng)在空氣中與氧接觸后，肌紅蛋白成為氧和肌紅蛋白，從而顯示為鮮紅色；但在空氣中久置后肌紅蛋白變成變性肌紅蛋白，使肉色顯示為暗褐色。因此可以根據(jù)肌肉表面顏色表征豬肉的新鮮程度，機(jī)器視覺檢測(cè)方法就是根據(jù)豬肉色澤的變化檢測(cè)肉質(zhì)新鮮度，并能夠甄別出肉品變質(zhì)早期時(shí)的表面局部腐敗。

肖珂等[39]采用可見光圖像檢測(cè)方法，利用RGB圖像空間中的R層的面積區(qū)域，作為新鮮度分類特征值。汪希偉等[40]用365 nm紫外燈照射五花肉切片的切面，獲得紫外熒光圖像，觀測(cè)到熒光產(chǎn)物隨存儲(chǔ)時(shí)間增加而增加，這些圖像是全波段范圍內(nèi)的黑白或彩色二維圖像。高光譜圖像可以將樣品在一個(gè)波段區(qū)間內(nèi)的所有波段灰度圖像融合在一起，形成三維圖像[41]。張雷蕾等[42]在470～1 000 nm 可見光波長范圍內(nèi)，建立了肉品的反射高光譜圖像預(yù)測(cè)豬肉揮發(fā)性鹽基氮(TVBN)和pH 值的模型，準(zhǔn)確率達(dá)到97%。Tao Fei-fei等[43]在472～1 000 nm波段范圍內(nèi)，建立了高光譜散射圖像預(yù)測(cè)豬肉菌落總數(shù)數(shù)學(xué)模型(R=0.94)。Wang Xi-wei等[44]用面掃描取代線掃描方法獲取豬肉的高光譜圖像，獲取時(shí)間快，克服了線掃描方式傳送帶抖動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響。Barbin D F等[45]在近紅外波段(900～1 700 nm)用全波段掃描方法獲得豬肉的高光譜圖像信息，建立了豬肉的pH值和失水率的預(yù)測(cè)模型，相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.87和0.83。高光譜圖像具有三維特性，建模所需的數(shù)據(jù)量比其他無損檢測(cè)法要大，建模復(fù)雜度也高，引入新的有效數(shù)學(xué)建模方法以提高檢測(cè)精度、可靠性及檢測(cè)速度具有更加重要的意義[46]。

2.5 多傳感器融合

多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用在豬肉無損檢測(cè)中會(huì)比單一檢測(cè)方法更精確、全面。Huang Lin等[47]用近紅外光譜、機(jī)器視覺和電子鼻技術(shù)組合分析豬肉新鮮度，通過主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)，獲得了比單一檢測(cè)方法更高的精度(R2為0.952 7，RMSEP為2.73 mg/100 g)；Li Huan-huan等[48]將高光譜圖像和色度計(jì)檢測(cè)結(jié)合起來，建立了TVBN預(yù)測(cè)模型(R為0.932，RMSEP為5.518 mg/100 g)。但利用這種技術(shù)檢測(cè)時(shí)間比單一的檢測(cè)方法長，削弱了無損檢測(cè)的快速優(yōu)勢(shì)。

2.6 無損檢測(cè)新鮮度指標(biāo)比較

由表2可知，所有無損檢測(cè)方法都沒有涉及感官指標(biāo)，可能是感官指標(biāo)是一個(gè)主觀評(píng)分值，客觀性差，以此作為評(píng)價(jià)無損檢測(cè)可靠性和可用性的依據(jù)不足。隨著肉制品新鮮度無損檢測(cè)方法的進(jìn)一步研究，會(huì)有更多的新鮮度指標(biāo)成為上述無損檢測(cè)方法的檢測(cè)對(duì)象，也會(huì)出現(xiàn)更多新的無損檢測(cè)方法。

2.7 無損檢測(cè)方法需注意的問題

(1) 與有損檢測(cè)方法相比，無損檢測(cè)多為間接測(cè)量，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，通過一定數(shù)量的試驗(yàn)樣本建立無損檢測(cè)數(shù)據(jù)與新鮮度指標(biāo)之間的關(guān)系模型。無損檢測(cè)方法的可靠性和可信度依賴于關(guān)系模型，為了使模型優(yōu)秀，原始數(shù)據(jù)需要準(zhǔn)確可靠。因此，用于建模的樣本要 盡可能全面、所有樣本的試驗(yàn)條件和方法要保持一致。

表2 無損檢測(cè)方法對(duì)應(yīng)的新鮮度指標(biāo)比較?

? √表示該無損檢測(cè)方法能夠檢測(cè)的新鮮度指標(biāo)。

(2) 化學(xué)計(jì)量學(xué)中的關(guān)系模型多數(shù)是線性模型，具有穩(wěn)定、不易出現(xiàn)過擬合的優(yōu)點(diǎn)；也可以采用非線性函數(shù)擬合無損檢測(cè)數(shù)據(jù)與新鮮度指標(biāo)的關(guān)系，如神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象，即擬合后的最佳模型對(duì)校正集有較高的相關(guān)系數(shù)和較低的殘差，對(duì)于預(yù)測(cè)集的樣本預(yù)測(cè)結(jié)果卻很差。所以不能片面追求校正集的建模結(jié)果最優(yōu)，而應(yīng)該著重驗(yàn)證模型的預(yù)測(cè)效果是否良好，以增加無損檢測(cè)方法的可靠性。

3 基于THz波譜分析技術(shù)的豬肉新鮮度無損檢測(cè)方法展望

太赫茲波(THz)指頻率在0.1～10.0 THz(波長在3 mm～30 μm)范圍內(nèi)的電磁輻射。從頻率上看，該波段位于毫米波和紅外線之間，屬于遠(yuǎn)紅外波段；從能量上看，在電子和光子之間。THz波的多元化特性使得很多化學(xué)分子在THz波段下表現(xiàn)出比在其它波段下所不具備的分子運(yùn)動(dòng)特性[49]。豬肉的骨骼肌化學(xué)組成包括水分、蛋白質(zhì)、脂類、非蛋白含氮物、碳水化合物和無機(jī)成分，部分化學(xué)成分具有相應(yīng)的THz特性。

3.1 豬肉中化學(xué)成分的THz特性

水分對(duì)THz波輻射吸收強(qiáng)烈，可以通過測(cè)量肉的水分含量來檢測(cè)食物腐敗情況[50]。水在THz頻率范圍內(nèi)，沒有特征吸收峰，吸收強(qiáng)度會(huì)隨著頻率的增加穩(wěn)定增強(qiáng)，究其原因，普遍認(rèn)同這是由于水分子的集體平移導(dǎo)致它對(duì)太赫茲無特征吸收[51]。

蛋白質(zhì)分子屬于生物大分子，在其太赫茲吸收波譜中由于受到展寬和重疊的影響，無法分辨出特征波譜結(jié)構(gòu)，即沒有明顯的吸收特征峰。但是根據(jù)試驗(yàn)分析可知，這些物質(zhì)的吸收量與THz波穿過物質(zhì)的多少成正比。因此，可以根據(jù)吸收譜線值的變化推導(dǎo)出樣品中蛋白質(zhì)含量的變化[52]。

核苷酸類(如ADP、ATP)及其相關(guān)物質(zhì)(如IMP)屬于生物小分子，在太赫茲波段的吸收主要是由于其分子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)或分子集團(tuán)的整體振動(dòng)，其太赫茲波譜特征結(jié)構(gòu)較為明晰[53]。嘌呤多晶體在0.2～2.5 THz波段存在多個(gè)吸收峰[54]。

3.2 THz檢測(cè)新鮮度模型的建立

上述論述表明，核苷酸、DNA、氨基酸、蛋白質(zhì)等生物分子對(duì)THz波具有靈敏的波譜響應(yīng)，不同的生物分子在THz波段下有不同的圖譜，可以將肉品的THz波譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，建立豬肉樣品的波譜數(shù)據(jù)與肉品新鮮度指標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，并用THz波譜測(cè)定未知樣品的新鮮度指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)豬肉新鮮度的快速無損檢測(cè)。

建立模型并檢測(cè)新鮮度的基本步驟：

① 收集樣本，測(cè)定其THz波譜，同時(shí)用常規(guī)理化分析法測(cè)定其參考數(shù)據(jù)(如TVBN、K值)；

② 選取代表性樣本，將其波譜和對(duì)應(yīng)的參考數(shù)據(jù)組成校正集。其余樣本組成驗(yàn)證集；

③ 預(yù)處理校正集的波譜，剔除界外樣本，選取不同的建模方法(如主成分分析、偏最小二乘回歸、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)，以得到優(yōu)秀的校正模型；

④ 通過驗(yàn)證集樣本對(duì)模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證，確定THz波譜檢測(cè)模型的最終參數(shù)；

⑤ 用驗(yàn)證后的模型快速無損檢測(cè)未知樣品的新鮮度。

4 結(jié)論

在冷鮮豬肉新鮮度檢驗(yàn)的中國國家標(biāo)準(zhǔn)中，僅包括感官指標(biāo)、微生物指標(biāo)和揮發(fā)性鹽基總氮3種，這已不能滿足對(duì)肉品新鮮度的精確要求，同時(shí)引入多個(gè)新鮮度指標(biāo)(如K值、pH值和聚胺類化合物等)，對(duì)同一樣本的不同部位進(jìn)行全面檢測(cè)將是肉制品安全的研究重點(diǎn)。和新鮮度有損檢測(cè)方法相比，無損檢測(cè)方法快速易操作，能實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。研究人員正將工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)中已經(jīng)成熟的檢測(cè)技術(shù)逐步應(yīng)用于肉品新鮮度檢測(cè)中，無損檢測(cè)的方法和檢測(cè)指標(biāo)越來越豐富，檢測(cè)精度在不斷提升。

在已有的豬肉新鮮度無損檢測(cè)方法中，尚沒有對(duì)THz波譜檢測(cè)方法的深入研究。從影響豬肉新鮮度相關(guān)化學(xué)成分的THz波譜特性角度看，用THz波譜無損快速檢測(cè)冷鮮豬肉的新鮮度是可行的，并可以進(jìn)一步開發(fā)出專用于快速檢測(cè)肉制品新鮮度的THz無損檢測(cè)設(shè)備。

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Status of nondestructive detection methods on chilled pork freshness and prospect of THz spectrum inspection technique

QI Liang1,2ZHAOJie1,3ZHAOMao-cheng1

(1.MechanicalandElectronicEngineeringSchool,NanjingForestryUniversity,Nanjing,Jiangsu210037,China;2.CenterforAnalysisandTesting,NanjingNormalUniversity,Nanjing,Jiangsu210046,China; 3.SchoolofEnergyandElectricalEngineering,NanjingInstituteofIndustryandTechnology,Nanjing,Jiangsu210023,China)

This essay summarizes the application of visible/near infrared spectroscopy, electronic nose, electronic tongue, machine vision and multi-sensor fusion techniques in detecting chilled pork freshness rapidly and nondestructively. The feasibility of THz spectroscopy analysis method used in nondestructively detecting pork freshness attributes is predicted and analyzed by molecular spectroscopy combined with chemometrics.

chilled pork; freshness; nondestructive detection methods; THz spectroscopy analysis

江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(編號(hào)：15KJD550001)；江蘇省高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃 (編號(hào)：KYZZ_0249)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)科研基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：20103204110006)

齊亮，男，南京師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)師，南京林業(yè)大學(xué)博士研究生。

趙茂程(1966-)，男，南京林業(yè)大學(xué)教授，博士。

E-mail:mczhao@njfu.edu.cn

2016-05-07