农产品无损农残检测系统

随着人民消费物质的不断丰富，人类对可食农产品的要求不再满足于农产品的数量，在竞争日益激烈的背景下，农产品品质的优劣决定了销路，因此农产品品质的检测就显得非常重要。农产品品质检测是保证农产品质量和安全的关键环节，但是，无论是采用化学分析还是仪器分析方法，其实验本身的耗时性及对物料的破坏性是许多场合所不允许的，所以利用近红外光谱、机器视觉、X射线、超声波等方法，实现了对农产品营养成分（蛋白质、脂肪、淀粉、糖度等）、功能成分（维生素、生物碱等）、有害成分（硫甙、芥酸、焦油、毒素）等内部品质以及大小、颜色、缺陷、形状、病害等外部品质指标的检测，如表：

产品类别	检测指标
谷物和油料作物	蛋白质、含油量、淀粉(直链淀粉和支链淀粉)、水分、各种氨基酸、纤维素等以及作物产地、季节等品质
乳制品、肉类、鱼类、蛋类	蛋白质、乳糖、脂肪、乳酸、固型物、水分、酪蛋白、盐分、热量、氨基酸、脂肪酸、纤维素、新鲜及冷冻程度、碘价、酸值、黄色素、红色素、酒精、乳酸、谷氨酸、葡萄糖、产品种类、真伪
水果蔬菜	酸度、含糖量、维生素、水分、纤维素、可溶性固形物等品质、产地鉴定、分类定性判别
饲料	干物质、粗蛋白、粗纤维、灰分、消化能、代谢能、氨基酸、植酸磷、喹乙醇等品质
烟草、茶叶	总氮、游离氨基酸、水分、尼古丁、烟碱、茶多酚、咖啡碱、总糖、还原糖、灰分、香料、保湿剂等，产地、登记分类
红酒、白酒、啤酒、饮料、咖啡	乙醇、含氮量、pH值、麦芽糖、咖啡因、葡萄糖、果糖、蔗糖、酸度、有机酸、产地、真伪等品质
转基因食品	蛋白或DNA的变化以及标记基因的转变、转基因食品的鉴定

无损检测技术是在不损坏被检测对象的前提下，利用被测物外部特征和内部结构所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化探测其性质和数量的变化。根据检测原理不同，无损检测大致可分为光学特性分析法、声学特性分析法、机器视觉技术检测方法、电学特性分析法、电磁与射线检测技术等五大类，涉及近红外光谱、射频识别（RFID）、超声波、核磁共振、X光成像、X光衍射、机器视觉、高光谱成像、电子鼻、生物传感器等技术。农产品的品质检测主要包括水果、蔬菜的检测与分级；畜禽、水产品类的检测与分级；经济作物的检测与分级（烟叶、茶叶、咖啡、蜂产品）；谷物籽粒的检测与分级（如大豆、花生、玉米、芝麻、大米）等；根据农产品品种及其物理特性的多样性，不同的农产品需要用不同的无损检测方法和检测装置来检测。对于农产品而言，其品质的无损检测方法通常是从外部给农产品以光、声、电、力等类型的能量，利用相应的传感器得到从检测对象中输出的能量，将输出能量与对象品质有关的物理化学信息进行关联并建立数学模型，从而在不破坏农产品品质有关的物理化学信息进行关联并建立数学模型，在不破坏农产品的情况（即在无损状态）下检测出定性或定量的品质信息。无损检测具有如下优点：

（1）所用的对象可以反复使用，便于必要的连续跟踪测定；

（2）可检测外观品质，也可检测内在品质；

（3）检测速度快，能够实现农产品品质的在线检测；

（4）操作简便，无需具备专业知识；

（5）节约试剂，绿色、环保。

光学特性分析法

由于农产品的内部成分和外部特性不同，在不同波长光线照射下会有不同的吸收或反射特性，即农产品的分光反射率或吸收率在某一特定波长内会比其他部分大，根据此特性结合光学检测装置能实现农产品品质的无损检测。目前用于农产品质量的光学检测主要有3种方法：规则反射光法、漫反射光法和透射光法。

声学特性分析

利用农产品的声学特性对其品质进行无损检测是指农产品在声波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰减系数和传播速度及其本身的声阻抗与固有频率等，反映了声波与农产品相互作用的基本规律。故根据农产品的声学特性即可判断其品质如何，并据此进行分级。利用农产品声学特性对其品质进行无损检测和分级是生物学、声学、农业物料学、电子学、计算机等学科在农产品生产和加工中的综合应用，该技术适应性强，检测灵敏度高，对人体无害，成本低廉，易实现自动化，是农产品无损检测技术发展的重点领域。

计算机视觉检测技术

计算机视觉是以计算机和图像获取部分为工具，以图像处理技术、图像分析技术、模式识别技术、人工智能技术为依托，处理所获取的图像信号，并从图像中获取某些特定信息。计算机视觉技术无需接触特定对象便可从获取的图像中得到大量的信息，通过对这些信息的分析得到物体尺寸、表面缺陷、外观形状、表面色度等具体信息，进而实现外观质量的综合评价。

电学特性分析

物质介电特性是指生物分子中的负电荷对外加电场的响应特性。农产品的生理变化伴随着电介质特征参数变化，而这一变化可通过对宏观介电特性参数的检测感知。因此，利用农产品的介电特性，可实现对农产品含水率、损伤、品质等快速检测。

核磁共振检测技术

核磁共振技术（NMR）是一种探测浓缩氢质子的技术，它对农产品中的水、脂的混合团料状态下的响应变化比较敏感。如果以适当频率的电磁波照射在外加磁场中的自旋核，这时处于低能态的自旋核就会吸收电磁波的能量，从低能态跃迁到高能态，这种现象称为核磁共振。此时，核产生一种核磁共振信号，给出核磁共振谱，即NMR谱。根据此核磁共振谱可反映分子中原子所处的状态，进而可以对农产品的内部品质进行综合评价。

X射线检测技术

X射线具有穿透能力，物质的密度大小影响X射线的穿透量的多少，通过对穿透量的分析，探明物质内部的情况。因农产品的密度与金属等物质相比要小得多，所需X射线强度很弱，通常称其为软X射线。近几年，软X射线已被成功地运用于农产品的自动化无损检测分级中。

光谱成像技术

光谱成像技术（Spectral Imaging）综合了光学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，把传统的二维成像技术和光谱技术有机地结合在一起。集图像分析和光谱分析于一身，在农产品质量安全检测方面具有独特的优势。光谱图像是一个三维数据块，指在特定光谱范围内，利用分光系统获得的一系列连续波长下的二维图像。在每个特定波长下，光谱数据都能够提供一个二维图像信息，而同一像素在不同波长下的灰度又提供了光谱信息，其中，图像信息表征农产品的大小、形状和颜色等外观特征；光谱信息能反映农产品内部结构、成分含量等特征。