食品质量安全无损检测技术

椒粉(蓝色正方形“pe”)，陈皮粉(红色圆“or”) • 由上图可以看出，陈皮粉与辣椒粉性质比较相近，当出现掺杂
的现象时，比较难正确鉴别。
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混合比例在6%以上 的掺陈皮辣椒粉 (“mo”)被判定为 不属于辣椒类，因 此该模型可正确鉴 别出混合比例在6% 以上掺陈皮辣椒粉；
同样在混合比例8%
• 图中的虚线为截止值，从图可以看出，有两个辣椒样品(蓝色正方形)被 误判为不属于辣椒类，且只有两个锯屑掺杂混合物被误判为属于辣椒类。
• 仿瓷餐具是一种以树脂为原料加工制作的外观类似于瓷的
仿
餐具，比瓷坚实，不易碎，而且色泽鲜艳，光洁度强，极受 儿童喜爱。
瓷
• 我国对仿瓷餐具的制作工艺有专门的标准要求，规定必须
determining the total aerobic bacteria count in raw milk: interaction between bacterial metabolites and
water absorptions，Journal of Near Infrared Spectroscopy，Volume 16 Issue 6, Pages 497–504 (2008)
化 学 成 像
A A
• 近红外结合显微成像
1.05
1.0
7079
A
0.9
0.8
1.35 1.2 B
1.0
0.69 7800.0
6000 cm-1
4000.0
0.78 7800.0
6000 cm-1
• 石灰类物质近红外光谱(A)和小麦粉近红外光谱(B)
4000.0
20
A
B
A
B
• 人工样本总吸收图(A)和二阶导数总吸收图(B)
for enhanced food
quality and safety.
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实验材料
A褐腐病苹果
B水心苹果
C正常苹果
• 仪器外光源 示意图
•检测原理
不同苹果内部组织对光散射吸收不同，反映可见-近红 外光谱透过能量不同，因此可以采用该方法对其鉴别。
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物理污染
注水肉
根据《畜禽肉水分限量》国家标准规定的畜禽肉水分限量如 下：如果猪肉、牛肉、鸡肉的含水量＞77%，羊肉含水量＞ 78%，既可判别为注水肉。
食品质量安全无损检测技术
中国农业大学 食品科学与营养工程学院 食品质量无损检测实验室
韩 东海 010 62737503
2015.7.18
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内容简介
• 无损检测技术主要用于食品质量检测，有时可用于 食品安全检测。
• 无损检测技术发挥的是快速、非破坏、傻瓜型特点。 • 无损检测技术更适合于食品加工企业的内部管理。 • 无损检测的主流技术是近红外光谱分析。 • 理论上，所有食品均可用近红外技术检测。 • 不适合微量成分、痕量成分的检测。
(b) The resulting NIR scan, indicating clearly the presence of the rubber
within the block of cheese.
55
56
鱼
针在发泡塑料中 太赫兹成像
骨
塑料板上的头发 图像尺寸8mmx8mm
面粉中的头发
10
35
36
6
NIR TBC [ log (CFU)/ mL ]
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Calibration results for total bacteria count
7.5 0hr
6.5 3hr
5.5
4.5hr
6hr
4.5 9hr
3.5 SEP = 0.55 log CFU/mL
2.5 Bias = 0.09 log CFU/mL
以密胺粉（即三聚氰胺甲醛树脂）为基材、以a纤维素为基
餐
料制作。
具
• 按国家规定工艺标准制作的仿瓷餐具耐高温高湿、耐溶剂、 耐碱性都比较好，但目前市场上以脲醛树脂代替三聚氰胺甲
醛树脂为基材制作的劣质仿瓷餐具较多。
• 脲醛树脂是由尿素和甲醛溶液在碱或酸催化下进行缩聚反 应制得，会发生水解， 因此使用脲醛树脂制作的餐具对人
The combined IR and
laser range imaging
system showed the
potential for real-
time, non-contact and
non-invasive
estimation of the
internal cooking
temperature in meat
正常肉
注水肉
正常肉样品为樱桃红色且色泽饱满；注水肉因注入大量水分， 颜色为淡粉色。
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正常肉和注水肉原始光谱和最佳模型子区间选取，摘自北京工商大学郭培源论文
照相机 光源
供料器
照相机
喂料滑道 光源 传感器
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51
52
53
54
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（a）
（b）
(a) Photograph of a block of cheese, in its packaging, within which a 10 mm diameter piece of rubber has been inserted.
1.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 Actual TBC [ log(CFU)/ mL ]
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Infrared and Laser Range Imaging System for Noninvasive Estimation of Internal Cooking Temperature in Poultry Fillet
体是有害的。
合格密胺餐具无明显刺激性。 局部有被烧焦颜色，变色部
餐具加热实验
分起皮（鱼鳞状）。
以脲醛树脂为原料的餐具杯身已明显变形、
微波前
凹凸不致、颜色明显不均。可以闻到令人恶
心的异味，并明显有刺激感、双眼催泪、令
人难以忍受。
微波前
微波后
微波后
摘自王珊：仿瓷餐具安全性探究_不合格仿瓷餐具的潜在 安全隐患不可漠视， FORTUNE WORLD 2009.11
• In this research, a novel infrared and laser range imaging system was proposed to estimate the internal cooking temperature of chicken breasts.
• It consisted of three subsystems: an IR imaging system, a laser range system, and an artificial neural network modeling system.
• 仿瓷餐具原始样品光谱SIMCA二维scores图(1000-1100nm)
小麦粉中吊白块的显微近红外成像
小麦粉NIR光谱
吊白块NIR光谱
• 已知分布样品成像分析
小麦粉
吊白块
吊白块
可见光图像 显微近红外图像
相关光谱成像 化学成像
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• 未知分布样品成像分析
吊白块
显微近红外图像
相关光谱成像
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全部样本的原始光谱图
• 为了颜色和形状的影响，市场购买白色平板的餐具或仿瓷 餐具53个。
• 一阶导后光谱
• Perking Elmer Spectrum ONE NTS 傅立叶变换近红外光谱仪和 Perking Elmer Spectrum Spotlight 傅立叶变换近红外图像系统
orange peel
saw-dust
0.5
red brick
pepper
0.4
log(1/R)
0.3
0.2
0.1
5000
6000 7000 8000 9000 10000 Wavelength (cm-1)
• 辣椒粉、红砖粉、锯屑粉、陈皮粉粉末样品傅立叶近红外 漫反射光谱图
• 摘自刘燕德论文
• 纯粉末鉴别样品前2个主成分得分图 • 红砖粉(绿色三角形“ro”)，锯屑粉(浅蓝色棱形“wo”)，辣
以上的掺红砖辣椒
粉(“mr”) 被判 定为不属于辣椒类，
• 掺杂混合粉的分类结果
因此该模型可正确 鉴别出混合比例在 8%以上的掺红砖辣 椒粉；
• 对于掺锯屑辣椒粉，当混合比例在12% 以内都被判定为属于辣椒内，说明该 模型仅可正确鉴别出混合比例在13%以 上掺锯屑辣椒粉。
Predicted value
• 一些西方国家已把它列为禁止食用或限量食用的鱼种。
• 狭鳕鱼肉近红外扫描光谱
• 油鱼鱼肉近红外扫描光谱
油鱼
第 二 主 成 分 得 分 值
狭鳕鱼
பைடு நூலகம்第一主成分得分值
• 狭鳕鱼鱼肉和油鱼肉的主成分分析（PCA）图
微生物污染
鸡蛋产后表面常被体液、粪便等污染。这些部位在紫外 (365nm)和可见(415nm)光照射下，污染部分发出强烈的荧光， 由此可判别是否被污染。
• 化学污染
真假辣椒粉、仿瓷餐具、滑石粉面粉（显微近红 外）、西红柿残留农药检测、鳕鱼
• 微生物污染
鸡蛋表面微生物紫外检测、高体细胞牛奶、酸奶腐 败、牛肉表面微生物超标、牛乳微生物超标、芒果虫害 检测
• 物理污染
注水肉、异色米、食品异物检测（近红外视频、太 赫兹、X射线）、大米色选
化学污染
真假辣椒粉
在安全检测方面的进展
Spectral acquisition of raw milk with transmittance method
Sirinnapa Saranwong and Sumio Kawano：Interpretation of near infrared calibration structure for
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• 石灰的化学成像(A)和二阶导数化学成像(B)
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残留农药的近红外检测
当心你吃的鳕鱼是油鱼
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• 油鱼与鳕鱼外形近似，非专业人士难以分辨。加之商贩销售 时，一般是将它加工成鱼段、鱼片，消费者就更是难以辨别。
• 油鱼是棘鳞蛇鲭和异鳞蛇鲭的通称，分布于热带和温带海域， 属低价鱼类，主要用于提炼工业用润滑剂———它含有一种 名为蛇鲭毒素的天然蜡酯。蜡酯在人体内难以消化，食用后 容易导致胃痉挛，油脂囤积在直肠，导致排油性腹泻。
1.3
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
pepper
0.4
orange peel
0.3
red brick
0.2
saw-dust
0.1
mix-orange mix-brick
0.0
mix-dust
-0.1
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Sample number
• 预测集中样品的PLS-DA模型的判别结果
• 脲醛树脂（Urea-Formaldehyde Resin, U F）是尿素与甲 醛反应得到的聚合物。固化后成半透明状，耐弱酸、弱碱、 绝缘性好、耐磨性极佳、价格便宜、但遇强酸、强碱易分 解，
• 耐候性较差。热变形温度130℃，长期使用温度80 ℃。
• 由于尿素与甲醛反应的可逆性，加热至160 ℃ 分解产生氨 气同时变为氰酸，熔点132.7 ℃ ，超过熔点温度开始分解。 用脲醛树脂制造的餐具注入80 ℃ 以上的热水后可以闻到 一股尿味。
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• Our experiments showed that geometric variables played an important role in the endpoint temperature estimation. The accuracy achieved by our system was 1.54° C for mean absolute error, 2% for mean absolute percent error, and 3.08 (℃ ) for mean square error.
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3. 在过程监控方面的进展
• 现代牧场已经实现了每一头奶牛生产数据计算机 管理，如计算机配料、投放、产奶量计量等。
• 但每一头牛的产奶质量在近红外技术之前尚无实 现实时测量。
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在线拒绝劣质原奶 原奶
优质原奶 血奶和高体细胞的原奶
模式识别法 判别结果
不同体细胞含 量检测结果
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