基于BP神经网络的太赫兹时域光谱对面粉中苯甲酸定量检测研究

<正>面粉(小麦粉)是中国北方大部分地区的主食,为了便于食品长期保存,往往会添加苯甲酸以便延长食品保存时间,但食品添加剂的过量使用会严重危害人体健康。太赫兹技术在食品安全检测方面体现出了其独特的检测优势。为建立面粉中添加剂苯甲酸的定量检测模型,首先探索不同光谱预处理方法对太赫兹光谱的影响,采用如平滑、多元散射校、基线校正和归一化等方法对原始光谱进行校正处理。     

太赫兹光谱技术在食品质量安全检测中的应用研究进展

人们对食品安全问题表现出极大关注,因此对食品质量安全的快速检测显得尤为重要。太赫兹技术作为一种新兴的检测技术,将其应用到食品领域具有重要意义。本文首先介绍食品质量安全检测的传统方法,分析其优缺点,然后介绍太赫兹光谱技术,分析太赫兹技术独特的优势和存在的不足,着重对太赫兹光谱技术在食品中有害物检测方面的研究现状进行综述,并对太赫兹技术的发展前景进行了展望。     

食品质量与安全中的THz技术应用进展

随着半导体材料科学和超快激光技术的迅速发展,太赫兹(THz)光谱与成像技术在食品质量与安全领域中展现出强大的应用潜力。本文总结了目前太赫兹光谱系统和太赫兹成像系统的原理,结合THz辐射源的特点,介绍了THz技术在食品质量与安全领域中应用,如食品中水分检测、残留检测、异物检测、饮料特性检测、保健品真假辨别、食物是否变质、转基因食品检测等,探讨了该技术在食品质量与安全领域中有待解决的问题及发展前景。     

玉米中黄曲霉毒素B1的太赫兹时域光谱检测与识别

针对近红外和传感器方法检测精度差的问题,采用太赫兹时域光谱技术,研究了黄曲霉毒素B1对太赫兹波的响应。首先研究了玉米中黄曲霉毒素的提取过程和保存方法,根据B1溶液在不同频率范围内的光学参数(主要是折射率和吸收系数)的不同,对B1溶液的太赫兹光谱进行定性分析,利用一种改进的多重D-S证据理论对其进行了识别。试验和分析结果表明,利用太赫兹时域光谱技术结合信息融合技术能够对不同浓度的黄曲霉毒素B1溶液进行精确识别,为以后建立黄曲霉毒素太赫兹谱库和快速检测食品中的黄曲霉毒素提供了理论依据。     

拉曼光谱技术在食品分析中的应用

拉曼光谱技术是一种基于拉曼光谱特异性的快速无损检测方法,在食品无损检测领域中得到广泛应用。对拉曼光谱的原理及其特点进行系统论述,同时列举几种拉曼光谱分析技术,并对拉曼光谱在食品成分检测、食品真伪和掺假检测检测、药物残留检测、食品添加剂及有害成分检测的应用进行重点阐述,根据拉曼光谱技术发展情况对其应用前景进行展望。     

表面增强拉曼光谱技术检测食品及农产品中的非法添加剂

如今,食品安全问题引起越来越多的关注。其中,食品中非法添加剂问题尤为突出,相应的检测变得愈加迫切。传统的检测方法操作复杂、检测时间长并对样品具有破坏性,而表面增强拉曼光谱检测技术相对来说操作简单、无损、所需样品量少,能够达到快速检测的目的,在食品添加剂的检测上具有广阔发展前景。故此以表面增强拉曼光谱技术对β-受体激动剂(盐酸克仑特罗、苯乙醇胺A、莱克多巴胺)、硝基呋喃类药物、孔雀石绿、镇定剂及三聚氰胺等检测项目进行概述,简述其研究进展,同时对其中存在的一些问题进行分析,并对其在食品添加剂检测领域的应用做出展望。     

傅里叶变换红外光谱分析技术及在食品检测中的应用

当前食品安全形势日益严峻。食品掺假、食品非法添加、食品添加剂滥用、食品微生物超标等问题层出不穷,这对食品安全检测技术的要求越来越高。了解傅里叶变换红外光谱分析技术的特点及优势,跟踪最近科学技术的发展,加强傅里叶变换红外光谱分析技术及其在食品检测领域的应用研究,重视相关仪器联用技术的开发,不断改进现有食品检测方法,对于提高检测机构保障食品安全的能力尤为重要。     

基于太赫兹时域光谱技术的面粉品质快速无损检测研究

太赫兹(THz)波能够穿透大多数干的介电材料(塑料、陶瓷、衣物等),可实现对带包装物品的质量检测。为了研究THz光谱技术对带包装面粉的无损检测,首先对不带包装面粉进行太赫兹时域谱可行性分析及建模研究。对101份不同种类的面粉样本,用Tera Pulse 4000的太赫兹脉冲光谱仪采集了其太赫兹时域谱,对光谱预处理后,用偏最小二乘法(PLS)算法建立了面粉中3个指标水分、灰分、面筋的定量分析模型。各模型的预测相关系数都在0.89以上,研究结果表明,通过太赫兹时域光谱技术对面粉品质进行无损、快速检测具有可行性,对下一步太赫兹光谱技术直接对带包装的面粉进行检测研究奠定了坚实的基础。     

基于太赫兹反射成像技术的花生空果无损检测

目的 基于太赫兹反射成像技术(Terahertz Reflection Imaging Method, THz-RIM)实现花生空果无损检测,为太赫兹技术在农产品及食品快速无损检测中的应用奠定基础。方法 利用太赫兹脉冲光谱仪TeraPulse 4000及反射成像附件和采集软件,在0.2 mm采集步长下对去壳花生仁进行太赫兹反射成像预实验,确定出正式实验的图像颜色模式为hot模式。人为制备若干个花育36号满仁花生果样本和空果样本(仅有一粒花生仁),在与预试验相同的条件下采集样本光谱图像,以时域/频域2点外相加成像(Integrated Time Slice)重构方式进行图像重构, 突出花生空果样本图像的显著几何特征。结果 通过太赫兹反射图像可以实现满仁与花生空果样本的检测区分,但图像细节仍然比较模糊,需进一步提高图像清晰度。采用数字图像方法进行图像增强,利用OpenCV-Python提高图像的亮度、色度、对比度及锐度。提升对比度后的图像可观测度最高,且空果图像中黑色部分面积占比最大,与含仁部分对比最为明显,可以实现空果及满仁花生果的快速区分。结论 探索结果表明,THz波对花生外壳具有良好的穿透性,利用THz-RIM技术结合OpenCV-Python数字图像处理方法进行花生空果无损检测具有可行性,利用太赫兹光谱技术对油料作物内部品质进行无损检测研究具有极大潜力。     

太赫兹科学技术在食品质量安全领域的应用研究进展

食品安全问题日益引起人们的关注,而常规的分析技术存在操作过程复杂、检测时间长、污染环境等缺点,因此迫切需要开发操作简便、检测时间短、可以实施现场检验的无损检测技术来完成食品质量安全检测。太赫兹光谱技术提供了一种新型的食品安全检测手段。本文简要概述了太赫兹波的特点,详细介绍了太赫兹辐射技术在食品安全领域的最新应用进展,并探讨了太赫兹光谱技术在食品安全领域应用存在的问题。     

表面增强拉曼光谱在食品添加剂和违法添加物检测中的应用

表面增强拉曼光谱技术作为一种新兴的分析检测技术,在食品快速检测行业具有广阔的应用前景。文章简述了表面增强拉曼光谱技术在食品添加剂及违法添加物快速检测中的最新研究状况,并展开讨论,以期为表面增强拉曼光谱技术在食品检测领域提供参考。     

保健食品非法添加物检测技术研究进展

近年来,安全的保健食品越来越受欢迎。在此情况下,一些不法商家为牟取暴利,使保健食品效果显著,向保健食品中非法添加了各种化学物质,使得保健食品掺假,以及各种非法添加物的检出等问题层出不穷。与此同时,为打击非法添加的不良现象,加强对保健食品的市场监管,非法添加物的研究及检测技术也在不断发展。该文对近几年易于添加非法物质的保健食品种类进行了简单概述,并且对非法添加物所涉及到的前处理方法,检测技术及其特点进行了总结,以期为目前保健食品非法添加物检测技术的研究方向提供参考。     

小麦粉中偶氮甲酰胺的太赫兹时域光谱检测

利用太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术对偶氮甲酰胺(小麦粉添加剂)、小麦粉及两者混合物进行测试,获得其在0.20~2.00 THz波段的吸收谱与折射率谱。结果显示,偶氮甲酰胺在1.93THz处存在1个明显的特征吸收峰,可用于物质识别。此外,随着混合物中偶氮甲酰胺含量的减少,样品的吸收系数逐渐上升,折射率逐渐下降。通过偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对小麦粉中偶氮甲酰胺的含量进行定量分析。结果表明,混合物中偶氮甲酰胺含量与吸收系数、折射率都有良好的线性关系,其中基于吸收系数PLS模型相关系数可达到0.999 9,标准误差为0.06%,检出极限可达0.11%,最大绝对偏差小于0.19%。     

A Comprehensive Review on Food Applications of Terahertz Spectroscopy and Imaging

Food product safety is a public health concern. Most of the food safety analytical and detection methods are expensive, labor intensive, and time consuming. A safe, rapid, reliable, and nondestructive detection method is needed to assure consumers that food products are safe to consume. Terahertz (THz) radiation, which has properties of both microwave and infrared, can penetrate and interact with many commonly used materials. Owing to the technological developments in sources and detectors, THz spectroscopic imaging has transitioned from a laboratory‐scale technique into a versatile imaging tool with many practical applications. In recent years, THz imaging has been shown to have great potential as an emerging nondestructive tool for food inspection. THz spectroscopy provides qualitative and quantitative information about food samples. The main applications of THz in food industries include detection of moisture, foreign bodies, inspection, and quality control. Other applications of THz technology in the food industry include detection of harmful compounds, antibiotics, and microorganisms. THz spectroscopy is a great tool for characterization of carbohydrates, amino acids, fatty acids, and vitamins. Despite its potential applications, THz technology has some limitations, such as limited penetration, scattering effect, limited sensitivity, and low limit of detection. THz technology is still expensive, and there is no available THz database library for food compounds. The scanning speed needs to be improved in the future generations of THz systems. Although many technological aspects need to be improved, THz technology has already been established in the food industry as a powerful tool with great detection and quantification ability. This paper reviews various applications of THz spectroscopy and imaging in the food industry.     

飞行时间质谱技术及其在食品安全检测中的应用

飞行时间质谱技术(TOF—MS)作为质谱技术的一种,因具有高灵敏度及高分辨率等优点,已作为高端检测手段在食品质量安全领域广泛应用。文章综述飞行时间质谱技术的发展现状,及其在食品添加剂、食品污染物、违法添加的非食用物质、农药残留、兽药残留及真菌毒素6个方面应用的国内外研究进展,并展望该技术的应用前景。     

增白剂中吊白块含量的太赫兹光谱定性与定量检测

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术在室温下分别对吊白块(甲醛次硫酸氢钠)、增白剂(过氧化苯甲酰)及其混合物进行了光谱测量,获得了在0.2~1.5 THz波段的吸收谱和折射率谱。结果表明增白剂在太赫兹波段存在明显的特征吸收峰,可以作为其在太赫兹波段的指纹特征用于物质识别;另外,混合物中吊白块含量越高,吸收系数越小,折射率越大。采用偏最小二乘(PLS)方法对增白剂中掺杂吊白块的含量进行了定量分析,结果表明增白剂中的吊白块含量与太赫兹吸收系数具有较高的相关性,相关系数为0.999 8,均方根误差(RMSE)为1.21%,检出限优于2.0%。研究表明THz-TDS技术可以用于食品领域中快速、无损检测增白剂中严禁使用的吊白块。     

多种光谱技术在食用油分析鉴别中的研究进展

随着快检技术的发展与普及,化学计量学分析工具与光谱技术相结合的策略逐步在食品的掺假鉴别和产地溯源等领域发挥独特的优势,成为品质鉴别及掺伪检测的重要发展方向,具有重要的研究意义和广阔的应用前景。该文综述红外光谱、拉曼光谱、核磁共振波谱、太赫兹时域等光谱技术的基本原理及其与化学计量学分析工具相结合在食用油脂品种鉴定、掺假分析、理化指标等方面的应用及研究进展,为食品快检技术研究提供参考和借鉴。     

基于太赫兹时域光谱的芝麻油品种识别研究

为了实现对芝麻油品种的快速鉴别,本文基于太赫兹时域光谱(THz-TDS)提出一种芝麻油品种识别的方法。选取0~2.5 THz范围内的光谱进行分析,通过主成分分析法(PCA)对时域光谱数据进行降维,选择前4个主成分(累计贡献率大于99%)代表原始数据,然后利用支持向量机(SVM)方法对不同品种芝麻油进行分类识别,分类时使用3种不同的核函数建模,并采用网格搜索算法获得最优模型及其模型参数。使用径向基核函数(参数为惩罚函数C=0.01,核函数系数γ=0.1)的模型识别率最高,达到100%,说明太赫兹时域光谱技术结合PCA和SVM方法可以快速可靠的进行食用油的识别,为食品安全的识别提供一种新的技术手段。     

太赫兹衰减全反射技术对花生冻伤快速判别研究

目的 利用太赫兹衰减全反射(terahertz attenuated total reflection,THz-ATR)光谱法实现花生冻伤的快速鉴别。方法 实验选择种子公司购入的同品种冻伤和非冻伤花生各500粒,采集1000粒花生样本的0～359.97 cm^-1 THz光谱,通过光学参数计算得到样本集的吸光度、折射率和吸收系数。采用3点移动窗口平滑预处理和随机森林算法建立基于不同光学常数的花生冻伤识别模型。结果 在决策树棵数为500,特征变量数为38时,基于太赫兹吸光度建立的花生冻伤判别模型性能最佳,准确率、召回率、精确率达到97.0%、98.0%、96.1%。结论 本研究所建立的定性模型准确率高, THz-ATR技术有望为花生冻伤的快速无损鉴别提供一种新的高效的检测方法,为太赫兹技术在食品检测领域的应用提供了现实依据。     

Classification and recognition of genetically modified organisms by chemometrics methods using terahertz spectroscopy

The aim of this study was to evaluate the potential of terahertz (THz) spectroscopy to discriminate genetically modified (GM) and non‐GM organisms. In this study, eighty‐four sugar beet samples (thirty‐six GM sugar beets and forty‐eight of their parents, non‐GM ones) were investigated using terahertz time‐domain spectroscopy (THz‐TDS) system between 0.2 and 1.2 THz. Discriminant analysis (DA) based on principal component analysis (PCA) was used to discriminate sugar beet samples into two classes: GM organisms (GMOs) and non‐GMOs. Study results indicate that the DA method leads to an excellent classification. A total of 95.8% of the non‐GM samples were accurately classified, and no GM samples were misclassified, as there was 100% correctness. Results of this study demonstrate that THz spectroscopy combined with chemometrics techniques can provide a fast, nondestructive and reliable method to differentiate GMOs and non‐GMOs, which avoids time‐consuming, laborious and expensive sensory and chemical analyses.