新检测技术在粮食检测中的应用及发展

[摘 要] 粮食安全关系到人们的饮食安全、身体健康，更是与我国的社会和谐、国家稳定密切相关。粮食安全管理涉及生产、检测、运输、加工、销售等许多个环节，其中，粮食的检测几乎贯穿于粮食安全管理的整个系统过程中。随着社会生产力的不断发展和提高，越来越多的新检测技术被广泛地运用在粮食检测中，新技术的运用，促使粮食检测的效率、安全性有了显著性的提高。本文主要介绍电子鼻、近红外光谱、拉曼光谱等新技术在粮食检测中的应用及发展。

[关键词] 粮食检测；新技术；电子鼻；近红外光谱；拉曼光谱

[中图分类号] TH79 [文献标识码] B [文章编号] 1674-7909（2018）20-124-2

1 粮食检测中新技术发展概况

俗话说：“民以食为天，粮以安为先。”粮食检测的高效率、高科学性可以有效保障粮食安全。微观上来看，粮食安全关系人们的饮食安全、身体健康，宏观上来看，粮食安全关系社会和谐、国家稳定。一方面，我国处于社会主义新时代，粮食安全管理工作面临着一些新的机遇与挑战；另一方面，随着人们生活水平的提高，人们也更加注重饮食安全。粮食安全管理涉及生产、检测、运输、加工、销售等许多个环节，其中，粮食检测几乎贯穿粮食安全管理的整个系统过程中，因此，提高粮食检测水平，有利于提高粮食安全管理水平。

在科技不断发展的时代，涉及生物、物理、化学等领域的新检测技术不断地被运用在粮食检测工作中。在市场竞争日益激烈的当下，各行各业大多推崇“效率为王”原则。在粮食检测领域，对于效率的追求也从未停止過。相较而言，传统的粮食检测操作工序复杂，既耗时又费力。除此之外，在传统粮食检测过程中，还要消耗大量的资源能源，有时化学试剂的使用会产生大量的废气废渣，不仅会伤害检测工作人员，还会破坏生态环境。

新检测技术大大推动了粮食检测工作的发展，这些新技术具备以下优势：检测时反应灵敏、数据测量精度高误差小、测量过程简单、检测资源能源投入小。这些技术促使粮食检测的效率及科学性大大提高，并且使得粮食检测过程更加环保节能。

2 新检测技术在粮食检测中的运用

2.1 电子鼻技术在粮食检测中的运用发展

近年来，电子鼻技术的研究发展十分迅速，电子鼻技术涉及传感技术、模式识别、电子技术、计算机技术、神经生理学和数学等领域，可以看出这项技术极具综合性，具有较强的理论意义和实际意义[1]。

2.1.1 电子鼻技术运行原理及优势。电子鼻仪器的特性就如其名称一般，像人的鼻子一样，但具备比人类更加灵敏强大的嗅觉系统功能，该仪器设备可以检验、测试挥发性成分。电子鼻设备是以功能相互交叉的许多个化学感应器及相应的固定辨别定式共同构建而成的装置，既可以辨别简单气味，也可以辨别复杂气味。其检测结果的表现形式是呈现挥发成分的系统信息，即“指纹”数据。具体的检测原理为，该装置对于捕捉到的各种各样的气味会以不同的信号显示，并将这些信号与经过“学习”和“训练”后创建的数据库中的信号加以比较，并进行识别判断[2]。

这项技术有以下几点优势：第一，测试时间短，反应快、灵敏度高，可以最大限度地减少人在操作过程中出现失误的可能；第二，没有烦琐的前期处理；第三，无须使用化学物质，环保无污染；第四，使用过程简易、低成本投入；第五，能够实现生产线上原位和在线监测。

2.1.2 电子鼻技术在粮食检测中的应用概况。由于电子鼻技术自身在检测方面所具备的优势，已被广泛应用于农产品、食品药品、化学工业产品、环境检测等各类行业之中。值得注意的是，粮食检测领域也引入了这项新技术，具体而言，主要运用于粮食霉变、虫害、贮藏期等方面的检测判别。为了更加具体地反映这项技术在粮食检测方面的功用，试举一例：在判别粮食贮藏期方面，由于粮食在贮藏后其气味会随着时间的推移而发生相应的变化，根据这一原理，电子鼻便可检测出粮食的贮藏期。

2.1.3 电子鼻技术的发展前景。在国外，电子鼻技术已经被广泛运用，在这项技术研发出来后的数十年来，设备不断被改，并形成了一套成熟的操作规范。由于这项技术长期被国外垄断，且购买需要花费巨额的引进费，使得这项技术在我国的起步晚，发展也较为缓慢。目前，该技术还只能在实验室中运用。而且因为敏感膜材料、制造技艺及数据分析方法等各方面的局限，该技术的应用范围还未达到人们的预期值，电子鼻的应用范围与人们的期望还存在距离。但我国人口众多、粮食消耗量大、国土面积广阔、粮食品类众多等因素，粮食霉变的检测工程意义重大，对于电子鼻技术而言，将来粮食检测产业将会加大研发资金、人才投入，以不断提高该项技术的普遍适用性，加速推动该项技术的发展。

2.2 近红外光谱技术在粮食检测中的运用

近红外光谱的波长范围为780～2 500 nm，其光谱主要是因为分子振动的倍频或合频吸收构建而成。需要强调的是，含氢基团可以在近红外波段发出基频振动，如O-H、C-H的伸缩或弯曲振动，另外，官能团伸缩振动所产生的多级倍频信号很弱，一般会被含氢基团所掩盖[3]。基于以上原理，近红外线光谱技术只能对含有氢基团的物质，如蛋白质、脂肪、淀粉等进行检测。而粮食中含有氢基团，因而该项技术在粮食检验中具备可行性。

2.2.1 近红外光谱技术的优势。检测的分析对象无需预先处理，检测速度较快，大多情况下只需要1 min就能检测完一个对象，根据建模，便可得到数据。由于波段是通过光纤传输，可以实现检测人员远程对有毒有害的物品进行检测，这样避免了检测过程中对检测人员的伤害。

2.2.2 近红外光谱技术的缺陷。近红外光谱技术的光谱信号较低，这是因为其谱带宽度大且复杂，仪器对于光谱难以捕捉。总的来说，该技术是基于构建的基本模型展开近红外分析，从纷繁复杂、极易变更的光谱中捕捉需要的信息。除此之外，近红外光谱技术的测量结果还受多种因素的影响，这些因素包括光谱测量技术准确度、样品物化性质测试准确度。

2.2.3 近红外光谱在粮食检测中的应用概况。近红外光谱技术具备高效、无消耗的特点，不需要准备样品，检测投入低，能够做到环保安全的远程检测，目前已大范围应用在我国粮食检测领域，主要检测小麦、稻谷、玉米等粮食作物。

以下将以稻谷检测为例，具体论述该技术在粮食检测中的应用情况。近年来，我国逐渐加大了与稻谷相关的副产品的研发生产力度，糙米和米糠的产量逐年提高，而使用该技术建构检测模型，可以十分精确地测量出稻谷中的蛋白质含量、糙米中的直链淀粉含量等。除此之外，还可以使用人工神经网络方法，结合近红外光谱技术，选取波长700～1 075 nm，检测水稻生产过程中各个部分氮含量的变化，从而推算出水稻的光合作用规律，并为水稻高产及管理的科学研究提供可靠数据[4]。

2.3 拉曼光谱技术在粮食检测中的运用

2.3.1 拉曼光谱技术的运用原理及优势。拉曼光谱是一种散射光谱，在射入的单色光束光子和测试物分子互相发生反应时，会出现2种撞击形式。其中，一种叫作弹性碰撞，也就是光子和分子不进行能量的交换，只是变更光子和分子的运行轨迹；另一种叫作非弹性碰撞，这一种光子和分子会进行能量交换，同时其轨迹也会发生变更。该项技术是对射入频率各异的散射光谱进行研究，从而获取分子振动、运行的信息，来达到对分子结构的分析、探究。对该光谱的中峰进行观测，可以对数值进行定性分析，从而判定相关测试对象的成分和化学结构，基于此可以区分类似结构的不同物质。

該技术检测物质时的优势主要有以下几点：第一，仪器易操作，检测耗时少；第二，无须化学试剂处理，检测过程安全环保无污染。近年来，拉曼光谱技术不断发展，值得注意的是，化学计量学方法的引入，使得该技术的应用领域大大拓宽，如生物制药、材料科学、司法鉴定等领域，该技术在粮食品质、结构检测方面也有着较好的应用前景[5]。

2.3.2 拉曼光谱技术在粮食检测中的应用概况。拉曼光谱技术被广泛地推广于粮食检测领域，如对稻谷、小麦、玉米等作物的检验。以下以玉米为例，详细展现该技术在粮食检测中的作用。李占龙等[6]运用该技术研究玉米的种子中所含的类胡萝卜素和蛋白质等物质的具体结构，检测结果显示类胡萝卜素的含量从外至内不断减少，胚中的蛋白质含量数值最高，从而佐证了该技术有助于检测人员获取混合物的构成和各物质的比例。黄亚伟等[7]将该技术与判别分析法相结合，对新陈玉米进行检测分析，对光谱进行预处理之后，分别选取主成分马氏距离判别分析和偏最小二乘判别分析来建构检测分析模型，结果显示相应模型的检测结果正确率，印证了该技术可运用于玉米新陈度的快速判别假设，该技术可大力在粮食仓储品质评价工作中推广。

参考文献

[1]张学娣，杨晨晓.浅析新技术在粮食检测中的应用[J].粮油加工，2014（4）：66-68.

[2]张红梅，何玉静.电子鼻技术在粮食质量检测中的应用[J].农机化研究，2009（3）：180-182.

[3]孙玉侠.近红外光谱技术在粮食工业中的应用[J].粮油食品科技，2017（1）：58-60.

[4]于颖.近红外光谱技术在粮食检测中的应用进展[J].食品安全导刊，2017（24）：82.

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