农产品品质劣变在线探测技术研究

张咏梅 张建喜 毕然

摘要：针对我国农产品物流环节易发生品质劣变、且缺乏针对品质劣变的监测技术和设备的突出问题，面向果品、蔬菜、肉品和水产品配送过程需要，本文对农产品品质裂变在线探测技术与装备进行了研究。重点对农产品品质裂变在线探测技术目前的主要技术难点和问题进行了分析，对适合我国国情的农产品质量无损检测技术与装备新体系的构建进行了阐述与技术分析，本文研究将提高我国农产品物流管理水平与农产品物流效率，有效避免大规模腐损事件。

关键词：品质劣变;在线探测

一、主要技术难点和问题分析

1. 多数生鲜农产品主要采用冷链物流，特别是肉类和水产品，其运输和贮藏温度较低。本项研究的农产品品质劣变监测器件需长期工作在低温和振动环境中，如何设计合理的传感器件结构和监测系统以满足环境适应性，是本项研究的技术难点之一。本项研究避免使用受温度影响大、功耗大的半导体传感器，采用电化学传感技术和光学传感技术解决劣变中气体的定量化测量，并应用工业级和汽车级器件实现传感器和监测系统的环境适应性要求。

2. 本项研究的目标不仅定位于突破国际前沿技术，更为重要的是要依靠所研究技术为农产品物流提供支撑，解决生产和生活中的实际问题，工业上常用的商业化电子鼻、光谱分析仪等昂贵仪器难以服务于实际生产。因此，如何实现技术产品的低成本化是本研究的重点和难点之一。本项研究在开展过程中重点考虑方法的低成本实现问题，如：对农产品品质劣变气体的指纹图谱进行优化研究，从而用最少的传感器单元实现劣变识别;对于氧化还原性气体，用氧化还原性气体进行感知，用非色散红外传感方法实现稳态气体感知，而避免使用分光方法等高成本方案。

3. 果品外观品质检测中的运动目标快速获取、分割、动态序列图像融合。通过实验设计、数据分析、技术改进、试验验证解决。果品外部品质综合检测方法与检测模型。通过图像处理、特征提取、数学建模、模型校正进行解决。

4. 基于特定细菌表面生化特征和免疫纳米磁珠的优点对四种及以上被测病原菌进行复杂背景下、有选择的样品快速预处理和富集，以达到对样品进行高效提纯和分离。基于免疫荧光量子点标记的同时快速检测四种及以上病原菌，以达到提高检测灵敏度和速度、减少样本用量，从而降低检测费用。

二、农产品质量无损检测技术与装备新体系构建

（1）农产品品质判别数据库构建

研究蔬菜、果品、肉品、水产品在不同环境参数物流过程中营养品质、卫生品质、安全性与气味、表面缺陷、微生物的变化规律，构建农产品不同品质等级的判别数据库。构建农产品不同品质等级和新鲜度的气味、近红外光谱判别模型和货架期预测模型。运用主成分分析、线性判别、聚类分析、统计过程质量控制、人工神经网络等不同模式识别进行多模式品质等级定性判别，采用偏最小二乘法建立气味、近红外光谱、表面缺陷与品质指标的定量关系。

（2）农产品品质劣变气体的高靈敏传感技术研究和传感器研制

基于农产品品质劣变与变质气体的相互关系，筛选和优化适用于蔬菜、水果、肉品、水产品品质劣变过程的气体传感器，研究硫化氢、氨气等气体的电化学传感技术，优化选择离子选择性气敏电极，实现电极微弱信号的调理和采集，通过研究实时定标模式消减测量中的基线噪声;研究乙醇、乙烯等气体的非色散红外传感技术，构建多次反射光学系统以提高光程，优化选择适用于冷链物流环节的各种气体敏感波段，建立吸光度与气体浓度的定量化计量模型。

（3）农产品品质劣变监测系统（简易电子鼻）研制

在感知器件研制基础上，集成的氨气、硫化氢、乙烯、乙醇等气体传感器，构建农产品冷链物流中品质劣变的集成化监测设备。研究阵列传感器集成过程中的信号采集、时序同步、高速信号处理问题，研制可安装于物流车（或冷库）的车载式监测设备，对运送过程中的多种气体同时进行连续在线监测并预警。研究多元传感器集成中的低功耗设计方法，研制手持式监测设备，可随时在各运送环境对劣变气体进行监测。

（4）典型果品表面缺陷快速在线无损检测技术研究与装备研制

研究典型果品表面缺陷快速在线无损检测技术研究与装备研制研究典型果品损伤、虫害、腐烂等表面缺陷的光学响应特性，综合利用高/多光谱图像技术、激发荧光技术和结构光编码技术，确定最佳图像采集波段，突破高速、高精度检测的动态序列图像融合、特征提取及三维信息获取等核心技术，建立果品表面缺陷、果梗和花萼的在线快速识别方法;开发输送、翻转和卸料一体化的水果检测分级装置，实现果品的自动定向及整齐、有序、高速在线排列;研制典型果品表面缺陷快速在线无损检测和自动化分级生产线。

（5）多元病原菌和真菌毒素的快速检测方法研究和设备研制

针对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等常见食源性致病菌，考察基于鞭毛、脂多糖等大分子的单克隆抗体免疫反应特性，选取具有高度特异性和灵敏度的抗体制备生物传感材料，研制多源病原菌的荧光生物传感检测仪器。针对OTA、ZEA、DON等真菌霉素，采用不同偶联比将其标记至微纳磁球表面，研究微纳磁球的阻抗频谱特性，以及表面抗原标记密度、粒径、磁场强度对检测性能的影响。研制与免疫阻抗传感器相匹配的便携式阻抗测量仪器，实现真菌霉素的快速检测。

（6）农产品物流过程中品质劣变在线探测技术集成示范

在课题研发基础上，将果蔬、肉品、水产品物流过程中品质劣变探测关键技术及设备集成、组装、再创新，形成配套技术装备成果。选择重点、优势物流企业建立示范平台，在典型冷链物流环节进行推广应用示范，最终构建形成金字塔型示范网络，以期通过示范推广在行业内部产生显著的辐射效应，保障冷链物流中农产品品质安全。在示范过程中，重点对设备的易操作性、准确性、稳定性、辅助功能，以及对重大品质劣变事件预警能力进行长期测试和评估，并研究技术对冷链物流运输效率、农产品质量安全水平的提升作用。在示范应用过程中不断对技术和产品进行优化和完善，为大规模的产业化应用奠定技术基础。

参考文献

[1] 刘窈君，杨艳萍.水果品质控制的无损检测技术应用及发展[J].北方园艺，2020（01）：152-157.

[2] 应义斌，韩东海.农产品无损检测技术[M].北京：化学工业出版社，2005：164，302.

[3] 王宇菲，谭妹二，许桂香.基于电子鼻技术多算法检测热带水果品质的实验研究[J].软件，2016，37（03）：40-43.

作者简介：张咏梅（1975.4-），性别：女，籍贯：山东省济宁市，民族：汉，学位：博士，职称：教授，研究方向：生物技术;

张建喜（1979.10-），性别：男，籍贯：山东潍坊，民族：汉，学位：硕士，职称：高级工程师

研究方向：冷链物流，软件工程;

毕然 （1982.6-）， 性别：男， 籍贯：山东济南，民族：汉，学位：硕士研究生， 职称：高级工程师，研究方向：信息技术、人工智能、大数据技术。