冯楠，张若宇，坎杂
（石河子大学机械电气工程学院，新疆 石河子 832000）
摘要：本试验以硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞为研究对象，利用高光谱成像系统和质构仪分别获取光谱和质构特性数据，并进行对比分析。结果表明，利用高光谱成像技术能很好的区分硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞，而质构特性很难有效区分硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞。
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关键词 ：食品安全；硫磺熏蒸；枸杞；质构检测；高光谱成像检测
枸杞是中国最常用的药食同源物品[1]，具有多种药理作用，如降血糖、降血脂、抗衰老、免疫调节、抗肿瘤、抗疲劳、生殖保护等[2]。枸杞还是营养滋补剂的重要原料[3]。近年来，有些不法商贩为提升枸杞的卖相和价格，采用硫磺熏蒸等方法改善枸杞外观色泽，以消除发霉和“黑碳”现象，获取更高经济利益。这不仅影响了枸杞的品质，而且带来了严重的食品安全问题[4]。硫磺是一种化工原料，它燃烧产生二氧化硫，能起到漂白、保鲜作用，使物品颜色显得明亮、鲜艳[5]。熏硫的药物入煎后，附着在药物表面的升华硫颗粒就会混悬在药液中。若病人长期服用，会导致升华硫在人体内大量蓄积，危害身体健康。另外，升华硫氧化为亚硫酸，具有一定的毒性，可与蛋白质的巯基进行可逆性结合反应，刺激消化道黏膜，使人出现恶心、呕吐、腹泻等症状；摄入过量的亚硫酸盐，会影响人体对钙的吸收，破坏Ｂ族维生素；长期摄入则会对肝脏造成损害[6， 7]。
硫磺熏蒸枸杞经加工处理后与正品枸杞的外观和饱满程度极其相似，目前国内还没有能有效区分枸杞是否被硫磺熏蒸的方法。因此，石河子大学机械电气工程学院分别利用枸杞的质构特性和光谱特性对硫磺熏蒸枸杞进行辨别试验，以期得到一种有效的检测方法。
高光谱成像技术融合了图像和光谱技术，可同时获取检测对象的空间和光谱信息，具有全波段连续光谱信息及识别目标对象不同化学组分的能力，已逐渐被引入农产品品质检测领域[8]。由于机器视觉技术和光谱技术具有快速、无损、可靠的优点，目前在农产品无损检测中得到广泛应用[9]。本试验使用的高光谱采集系统由高光谱成像仪（ImSpector V10E - QE，Finland）、卤化物光源（3 900，Schott）、电移平台（PSA200 - 11 - X，Zolix）和电移平台控制器（SC300 - 1A，Zolix）组成，利用图像处理软件ENVI对采集图像进行光谱分析。
质构检测在食品产品评价和可接受性方面起着关键性作用，食品质构主要采用质构仪测定，质构仪又称物性仪，通过模拟人的触觉，用仪器的手段将人咀嚼食品的感觉用图形和具体的数据表示出来，依据食品物性学的基本原理，获得一系列样品的物性参数（质构参数）。依据这些参数对样品进行品质分类、质量控制和生产工艺的优化。本试验使用英国Stable Micro Systems公司生产的TA.XT plus型质构仪，分别测试硫磺熏蒸枸杞及正常枸杞的硬度和咀嚼性质构特性数据。其中硬度是描述与食品变形或穿透产品所需的力有关的机械质地特性，是食品保持形状的内部结合力；咀嚼性是指将固体食品咀嚼到可吞咽时需做的功的大小。利用判别分析方法对硫磺熏蒸和正常枸杞进行判别分析。
1 材料与方法
1.1 试验材料和仪器
高光谱成像系统（图1）、TA.XT plus型质构仪（图2）和硫磺熏蒸箱（实验室自制，图3）。试验用枸杞采自新疆奎屯工八团，品种为宁杞5号。
1.2 试验方法
1.2.1 试验样本制备
选取未经处理的枸杞100粒放入自制硫磺熏蒸箱，熏蒸8 h。熏蒸后拿出进行自然晾晒，形成硫磺熏蒸组，同样选取100粒未经处理的枸杞进行自然晾晒，形成正常晾晒组。
1.2.2 数据采集与处理
1.2.2.1 高光谱数据采集与处理
选用高光谱图像采集软件SpectralCube进行图像采集，采集前进行采集参数调试，最终确定曝光时间为23.5 ms，图像采集速度为1.23 mm/s，物距42.5 cm。黑白校正后进行采集。每次取20粒枸杞样本，其中硫磺熏蒸和自然晾干的样本各10粒。人工把样本置于载物台上排列4排，每排5粒，前两排为自然晾晒枸杞，后两排为硫磺熏蒸枸杞。
高光谱图像采集软件SpectralCube采集的图像使用ENVI 4.6图像处理软件提取感兴趣区域ROI。
1.2.2.2 质构数据采集与处理
选用TA.XT plus质构仪平台，选择P/2针状探头（直径 2 mm）。设定参数：测前速度2 mm/s；测试速度1 mm/s；测后速度10 mm/s；穿刺深度为样本厚度的70%；感应力为5 g。以每颗枸杞横放正中心位置进行穿刺测定，得到硬度和咀嚼性两个参数值。
质构仪采集软件Exponent生成的采集结果导入spss数据集。使用SPSS19.0统计分析软件对数据进行相关分析，得到Spearman相关系数。
2 结果分析
2.1 光谱分析
利用ENVI软件提取感兴趣区域，统计区域内所有像素点，计算该区域在全波段范围内的平均光谱曲线（图4）。
从图4可以看出，正常枸杞和熏蒸枸杞的光谱曲线在波长450 ~ 670 nm之间区别不大（而常人可以看到的可见光波长一般为400 ~ 760 nm），而在670 ~ 1 000 nm波长之间，正常枸杞的光谱曲线呈上升趋势，熏蒸枸杞的光谱曲线呈下降趋势，故可通过光谱分析区分正常枸杞和熏蒸枸杞。
2.2 质构分析
利用质构仪测得硫磺熏蒸样本组和正常样本组的硬度和咀嚼性质构数据，并利用这2个质构特性对两组样本进行了相关分析，结果如表1所示。
从表1分析结果可以看出，熏蒸样本和正常样本硬度相关系数为0.133，P值为0.188；咀嚼性相关系数为0.083，P值为0.411，表明2种样本在硬度和咀嚼性参数方面无明显差异。
3 小结
本试验研究结果表明，利用高光谱技术可有效鉴别正常枸杞和熏蒸枸杞；而利用质构分析方法不能有效区分正常枸杞和熏蒸枸杞，且操作相对复杂。因此，利用光学和光谱成像等技术可以简便、快速进行枸杞的无损测定，可作为硫磺熏蒸枸杞可靠的检测方法。
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参考文献
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[8]李江波，饶秀勤，应义斌. 农产品外部品质无损检测中高光谱成像技术的应用研究进展[J]. 光谱学与光谱分析，2011（8）：2021-2026.
