杜海云 張倩 貝峰

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，人們?cè)絹碓皆谝庾约旱纳眢w健康，并注重食品質(zhì)量與安全，與此同時(shí)，食品企業(yè)與國(guó)家也加大了對(duì)食品安全與質(zhì)量等問題的關(guān)注。無損檢測(cè)技術(shù)近年來已越來越多地被應(yīng)用于食品質(zhì)量安全檢測(cè)中，且發(fā)揮出了重要的作用。本文以CT無損檢測(cè)技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用為主題，結(jié)合筆者自身的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與工作實(shí)踐，簡(jiǎn)述在食品品質(zhì)檢測(cè)中應(yīng)用CT無損檢測(cè)技術(shù)的相關(guān)問題，旨在提供更多有關(guān)食品品質(zhì)的理論支持。

一、CT無損檢測(cè)技術(shù)的原理與裝置研究

通過X射線沿不同方向束對(duì)具有一定厚度的樣品進(jìn)行多維度掃描，同時(shí)與計(jì)算機(jī)所獲取到的數(shù)據(jù)信息相結(jié)合，對(duì)其進(jìn)行重建后得到的斷層面影像，即CT無損檢測(cè)技術(shù)。典型的CT技術(shù)系統(tǒng)由檢測(cè)器、光源、計(jì)算機(jī)以及旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)組成，其中光源的組成為X射線管，可用來發(fā)射X光子形成X射線。X射線作為一種電磁輻射光，具有能量高、短波長(zhǎng)等特點(diǎn)，可穿透一系列不透明物質(zhì)。此外，在高能光子、電子的相互作用下亦可產(chǎn)生光子通量差異，引發(fā)電離效應(yīng)，從而有利于放射線圖像的創(chuàng)建。旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)可使樣品穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，確保其均勻地受到X射線照射。電子傳感器是CT技術(shù)系統(tǒng)中的常用檢測(cè)器，主要可分為兩類：一類為直接探測(cè)器，一類為間接探測(cè)器。前者清晰度更好，在檢測(cè)具有低對(duì)比度、細(xì)微特征的樣品時(shí)應(yīng)用效果更佳，后者對(duì)低能X射線更加敏感，因此常用于低劑量環(huán)境中的樣品檢測(cè)。計(jì)算機(jī)的用途主要是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行重建、處理，并將其轉(zhuǎn)為可視灰度圖像，從而使人們對(duì)其進(jìn)行有效識(shí)別。

二、CT無損檢測(cè)技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用研究

現(xiàn)階段，在食品中應(yīng)用CT無損檢測(cè)技術(shù)的目的主要為分析食品的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)食品內(nèi)部缺陷進(jìn)行評(píng)估，還可以評(píng)估新的產(chǎn)品配方。以下以蔬菜、水果為例闡述該項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用。

1.蔬菜。隨著CT無損檢測(cè)技術(shù)日漸提升的圖像分辨率，其目前在新鮮食品中的應(yīng)用極高。有研究者分別對(duì)-28℃、-80℃、-150℃以及-196℃中的干燥胡蘿卜片應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)胡蘿卜在-150℃的溫度中冷凍更有利于保留其形狀與細(xì)胞完整性。另有研究者將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于柿子椒、蘑菇仔冷凍后的干燥微觀結(jié)構(gòu)中，結(jié)果均表明該項(xiàng)技術(shù)可使凍干蔬菜片的外部形態(tài)以及蔬菜內(nèi)部的多孔微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來，從而提供更多有關(guān)冷凍干燥蔬菜食品加工的技術(shù)支持。以上實(shí)例可以說明，CT無損檢測(cè)技術(shù)可將食物中的冰晶孔隙與分布圖像準(zhǔn)確地繪制出來，更有利于幫助檢測(cè)者明確所檢查食物中的營(yíng)養(yǎng)破壞等情況，從而最大限度地提高食品價(jià)值與質(zhì)量。

2.水果。在貯藏水果或水果自然生長(zhǎng)時(shí)，若遭到害蟲入侵很容易導(dǎo)致其質(zhì)量惡化，從而降低經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此需要利用一種不會(huì)對(duì)水果造成破壞的技術(shù)為其劃分質(zhì)量等級(jí)。有學(xué)者在沒有損表征、量化的石榴中使用CT無損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可清楚地將果實(shí)內(nèi)部成分顯示出來，從而更有利于將存在于其內(nèi)的缺陷石榴快速整理出來，從而有利于下一步的分類售賣、處理以及保存。在我們的日常生活中，水果儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)其質(zhì)量越低，食用口感、內(nèi)部質(zhì)量以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面均開始下降，甚至變壞、腐爛。常規(guī)檢測(cè)蘋果堅(jiān)硬性的方法多采取穿刺檢測(cè)，但此類方法易對(duì)待測(cè)樣品造成破壞，而CT無損檢測(cè)技術(shù)可以完美避開上述缺點(diǎn)。有研究分別對(duì)存放了7天的金冠蘋果、爵士蘋果、布瑞本蘋果以及富士蘋果進(jìn)行CT無損檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)爵士蘋果細(xì)胞間隙較小，說明該類蘋果在存放相同的時(shí)間下口感相對(duì)松脆、堅(jiān)實(shí)。此外，金冠蘋果與布瑞本蘋果的重建圖顯示，此類蘋果多為細(xì)長(zhǎng)形細(xì)胞間隙，而富士蘋果為多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)胞間隙，爵士蘋果細(xì)胞間隙數(shù)量最少。以上研究均可說明，檢驗(yàn)者通過觀察水果的微觀結(jié)構(gòu)，并繪制相關(guān)的細(xì)胞間隙變化圖像，來對(duì)水果質(zhì)量進(jìn)行區(qū)分，從而有利于商家分類銷售。

總之，相較傳統(tǒng)成像技術(shù)，CT無損檢測(cè)技術(shù)具有更高的分辨率以及更強(qiáng)的穿透能力、檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確、不會(huì)對(duì)樣本造成破壞等優(yōu)點(diǎn)。不過，該項(xiàng)技術(shù)也有一定的不足之處，比如檢測(cè)相對(duì)耗時(shí)較長(zhǎng)、設(shè)備成本較高，對(duì)檢測(cè)員的數(shù)學(xué)知識(shí)、專業(yè)軟件的掌握情況要求較高等。在未來，隨著我國(guó)CT設(shè)備的不斷普及以及軟件、硬件的逐步完善，相信該項(xiàng)技術(shù)可以發(fā)展得更快、更好。