在當(dāng)今社會，為消費(fèi)者提供安全、高質(zhì)量的食品是至關(guān)重要的，而這離不開對食品的有效檢查。過去，人們主要依賴人類的感官來判斷食品質(zhì)量，工人站在傳送帶旁手動分揀產(chǎn)品。但這種方式存在諸多問題，高速和大批量分揀時，人工容易疲勞、分心，從而導(dǎo)致錯誤，難以保證持續(xù)的高度專注和對細(xì)節(jié)的把控。

隨著科技的發(fā)展，如今有了更先進(jìn)的食品檢測方法，其中基于光學(xué)的不同波段檢測方法結(jié)合光譜技術(shù)大放異彩。這些方法包括可見光、紅外、太赫茲以及 X 射線等波段的檢測，它們?yōu)楝F(xiàn)代食品工業(yè)帶來了高效、安全的檢測手段，不僅能根據(jù)食品的顏色、質(zhì)地、水分含量和內(nèi)部特征進(jìn)行分級，還能對脂肪、糖分等含量進(jìn)行評估，且不會對食品造成損壞。

一、可見光相機(jī)檢測

幾十年來，帶有在線食品檢測軟件的高速 CCD 和 CMOS 相機(jī)被用于食品檢測。它們可以識別凹痕、劃痕和霉菌等，還能根據(jù)顏色、形狀和大小對食物進(jìn)行分級。在檢測食品質(zhì)量或異物時，分辨食品外觀是個挑戰(zhàn)，這取決于食品體積和傳送帶速度，所以需要高分辨率的在線高速相機(jī)。

可見光成像能識別外觀缺陷，如劃痕和凹痕，也能按形狀和大小對物體分級。除農(nóng)產(chǎn)品外，金屬、礦物、塑料和廢物也采用這種光學(xué)分選方法。在現(xiàn)代色選機(jī)中，相機(jī)取代人眼，機(jī)械臂等取代人手，系統(tǒng)運(yùn)行速度更快、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定且持續(xù)時間長。不過，可見光范圍相機(jī)也有局限，像水果表面下的瘀傷或腐爛、肉中嵌入的金屬、骨頭或塑料等不可見污染物，色選機(jī)就無法檢測到。

二、短波紅外相機(jī)檢測

非可見光成像，如使用賽斯拜克的短波紅外（SWIR）探測器，能提供 CCD 或 CMOS 相機(jī)無法觀察到的信息。水的吸收系數(shù)在 970nm（近紅外或 NIR）和 1440nm（短波紅外或 SWIR）處有峰值，意味著這些波長遇到水時會被吸收，所以近紅外尤其是短波紅外波長在檢測水分方面表現(xiàn)出色，因為水分在紅外成像儀上顯示得很暗，即使瘀傷尚未完全形成且在表面以下，水分的存在也可能表明瘀傷。

SP150M相機(jī)在 900 - 1700nm 范圍內(nèi)有高靈敏度，不過其成本較高?；?Ge 鍺基材料的紅外相機(jī)成本低、設(shè)備緊湊、便攜，但現(xiàn)階段分辨率較低，多局限于實驗室應(yīng)用，有望提升后用于食品檢測。短波紅外相機(jī)能突破人眼視覺極限，檢測水分含量和異物，如顏色相似的食物。將可見光和非可見光的機(jī)器視覺用于生產(chǎn)線，可對新鮮農(nóng)產(chǎn)品分類，減少產(chǎn)品浪費(fèi)。

三、X 射線檢測

可見光和短波紅外的機(jī)器視覺用于外觀或亞表面檢測，而 X 射線成像是檢測內(nèi)部特征的可靠方法。X 射線成像在醫(yī)學(xué)和安檢領(lǐng)域聞名，在食品行業(yè)質(zhì)量檢查中也愈發(fā)重要。金屬檢測設(shè)備用于食品內(nèi)部質(zhì)量檢查時，檢測范圍僅限金屬物體，且靈敏度受磁導(dǎo)率和金屬導(dǎo)電性影響，而 X 射線成像能高靈敏度地檢測金屬、玻璃、塑料、骨骼和貝殼等，并揭示異物的形狀、大小和位置。X 射線成像還能穿透厚表面，高速檢測內(nèi)部小物體，識別包裝內(nèi)物體或檢查包裝密封質(zhì)量。

四、太赫茲檢測

X 射線雖有穿透性但輻射大，對人體有傷害，太赫茲有望替代它。太赫茲波位于微波與紅外之間，又稱 “遠(yuǎn)紅外”，對許多非金屬材料有穿透能力，且沒有電離腐蝕，在非接觸成像模式下，不會對操作人員或特殊成分食品造成負(fù)面影響。太赫茲技術(shù)能穿透紙盒和塑料包裝，查看固態(tài)食品內(nèi)部異物，還能看到食品內(nèi)部組成部分用于成分計量。不過，太赫茲技術(shù)在食品檢測領(lǐng)域應(yīng)用尚不廣泛，主要因為水對其強(qiáng)吸收性，對含水量高的食品檢測效果差，且目前多為掃描成像，不適配產(chǎn)線高速檢測，設(shè)備成本也較高，但隨著技術(shù)進(jìn)步，有望成為常見檢測技術(shù)。

五、紅外光譜儀檢測

食品由多種成分組成，其特性可表明質(zhì)量安全性。光譜學(xué)是基于分子信息評估食品質(zhì)量的成功技術(shù)之一，食品供應(yīng)商可借此生成定量數(shù)據(jù)，不依賴人類感官的主觀判斷。借助內(nèi)置光譜庫，能更易識別食品關(guān)鍵成分，量化統(tǒng)計數(shù)據(jù)可衡量食品質(zhì)量，且光譜學(xué)樣品制備少，可快速在線分析。

近紅外（NIR）光譜是獲取營養(yǎng)、新鮮度和成熟度信息的關(guān)鍵。友思特 Linksquare 便攜式光譜儀在采集光譜數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上精簡體積，手持即可檢測食品，結(jié)合光譜數(shù)據(jù)庫能反饋水果、肉類新鮮度等信息。

六、光譜相機(jī)檢測

光譜檢測有時只能獲取食品單個位置光譜信息，而食品變質(zhì)、糖分含量等可能僅在局部。光譜相機(jī)將相機(jī)與光譜結(jié)合，可獲取整個食品覆蓋面積的光譜信息。

多光譜或高光譜相機(jī)能檢測數(shù)十個或數(shù)百個窄帶圖像，根據(jù)不同化學(xué)物質(zhì)在不同波長下吸收和反射光的獨(dú)特光譜特征，可識別不同化學(xué)成分含量或外觀相似但材質(zhì)不同的樣品，實現(xiàn)分揀、分級。光譜成像還能檢測食物中多種問題，如外形相似的異物、瘀傷、冷傷、硬度、成熟度、礦物質(zhì)含量等，且都是非破壞性檢測，可減少浪費(fèi)。利用短波紅外波段的光譜成像，可對肉類、家禽或魚類進(jìn)行分級，識別和量化化學(xué)成分，提供營養(yǎng)、脂肪百分比、糖含量和新鮮度等信息。