THz技術在食品品質檢測中的應用研究

　　摘 要：THz技術是近些年迅速發展起來的一大高科技技術，在很多領域都得到了廣泛的應用。本論文先簡要敘述了THz技術的概況，隨后就主要分析了THz技術在食品品質檢測中的應用研究。 
　　我國自古以來以來就以大國居稱，即使到了現今社會，依然還是人口大國。所以保障食品的安全問題就是國家的戰略需求。由于現今社會由于品質問題引起的食品安全事故越來越多，俗話說的好，“民以食為天”。所以食品就受到廣大人名群眾的關注，所以做好食品的安全精準的檢測就顯得格外有必要，也就是因為這個原因，現在迫切需要召開一個食品的檢測研究。而糧食的儲備其實直接關系到國家糧食的安全問題，而糧食在存儲中發生蟲害、霉變等問題導致我國平均糧食的損失遠遠大于發達國家。從這個層面上來說，開展精準、安全的糧食存儲研究對于提升整個國家的糧食儲存水平、保障糧食的數量不受影響、保障糧食的質量具有重要的時代意義。 
　　THz又名太赫茲，在整個電磁波普中太赫茲輻射處于微波和紅波之間。在1980年之前，因為缺少THz波相關的檢測技術，所以人們將THz波稱之為電磁波譜中的THz空隙（THz Gap）。這兩年，人們在THz輻射源與探測器方面取得越來越多的成績，尤其是半導體材料技術和超快激光技術，這兩個方面的快速發展大大促進了THz技術的進步。THz波段產生的光子能量比較低，它不會產生離子反應，所以特別適合旅客安檢以及生物組織的活體檢查工作上。THz波具有極強的穿透力，它能夠穿透液體和許多介電的材料，比如說像衣服、木材、塑料等。利用THz還可以對于不透明的物體進行成像，這個可以作為超聲波和X射線技術的補充。THz技術具有其自身獨有的性質，它能夠在農產品品質檢測、生物分子檢測、食品在線檢測與質量控制等方面獲取到其它技術難以獲得的信息。 
　　一、THz技術的概述 
　　THz光譜技術實際上可以用來檢測材料的遠紅外線特質以及頻率之間的關系，用來剖析檢測材料的實質。到目前為止，我們可以通過很多不同的辦法去得到材料中的THz光譜。THz技術中最新的技術當屬THz時域光譜技術。此技術尤其自身不同的優點，它利用寬波段的THz脈沖。接下來我們就分別對THz時域光譜技術極其成像技術做簡單的分析。 
　　（一）THz時域光譜技術（THz-TDS） 
　　THz時域光譜技術（THz-TDS）的試驗系統的組成部分有時間延遲控制系統、THz發射元件、THz探測器件、超快脈沖激光器。它的工作原理比較簡單，就是發射一束可控的THz電磁波，照射子在需要被檢測的樣品上，然后與之發生作用，在整個時域里去測量THz脈沖發生的一系列變化。具體做法如下，將超快的激光脈沖分成兩部分，一束用來刺激THz脈沖，另一束則用來檢測THz脈沖的瞬間電場的變化，最后通過對于掃描使用的激光以及THz脈沖所產生的相對延長的時間，就可以得出THz脈沖電場強度跟隨時間變化所發生的改變，而這個改變的波形其實就是測量的樣品的時域光譜。THz-TDS時域光譜技術系統有兩種類型，即反射型以及透射型，所以可以分為材料的反射式測量和材料的投射式測量，我們在具體測量的時候可以根據不同樣品的特征或者要求進行相對應的測試方式，不必千篇一律。 
　　（二）THz成像技術 
　　脈沖THz成像技術又可以被稱之為T-ray成像0，它是由Hu實現該技術的，現在該技術已經被廣泛使用在各個領域中，尤其是在無損檢測、非接觸式測量上，它顯示出不同于他者的獨特魅力和優勢。THz成像可以像X光成像那樣生成物體的密度分布圖，并且還可以提供THz的光譜信息，這是THz光譜所具有的不同于其他的獨特性質。THz成像是相當敏感的，這點就可以保證在測試的時候實現成分的測量或者材料的鑒定。因為不同的材質的物品有著不同的折射率，所以我們可以利用THz是相位的具體信息，對于物品形成三維立體認識，做到對于質地的把控。 
　　二、THz技術應用在食品質量的研究應用 
　　在現今社會的全球，有許多研究小組在進行食品的質量檢測技術評估與研究。因為使用光學的探測技術能夠保證檢測不受到影響，不管是從X射線還是到紅外線，這些都有大量的報道去支持。特別是近幾年來紅外線和水果等農產品相互聯系之后，它的光譜就和這些樣品的許多方面息息相關，比如說是酸度、成熟度等，其實這個可以運用于農產品成熟度的檢測。但由于自身的局限性，現在這個研究目前還處于研究的階段。而THz光譜和成像技術作為比較新型的測定技術，對于食品本身有其自身的感應作用，所以這個技術可以在食品檢測和質量把控上有新的突破。 
　　（一）THz技術在食品水分檢測中的應用 
　　在食品處理的工藝中水分檢測工作時相當重要的，但實際上到目前為止都沒有明確的辦法去檢測水分。因為水分子對于THz波段有十分強烈的反應，它會引起分子之間的震動，水分子對于THz輻射具有很強的吸收能力。因為THz具有穿透非金屬等物質材料，對于水分子就有很強的吸收作用。THz光譜可以用來檢測食物中的少量的含水量。 
　　對于干燥食品質量把控的最重要的一個環節就是檢測食物中水分的高靈敏測量。Ogawa這些元素利用毫米波吸收干態食物中的冷凍度和水分量，在試驗中建立了相對應的植物和食物的冷凍度和含水量的檢測系統，通過對于這個檢測系統的把控，我們就可以掌握整個食物的質量。根據上述的性質我們可以利用水以及冰在THz的吸收的作用，做好相對應的水分檢測工作。另外，我們還可以根據冰和水的不同系數，分別來鑒定和鑒別水以及冷凍性食物的冷凍性。 
　　我們常喝的速溶咖啡以及奶粉中如果有過多的水分就會導致整個口味變淡，并且出現結塊的現象。Takeshi等在頻率比較低的情況下使用TDS的方法可以檢測脫水食品中的含水比例。我們會選擇使用低頻段的光譜，其實還是因為水對于THz有比較強的吸收作用，但是這個的限制對象卻很有限，它要求只能是比較干的物品又或者比較薄的東西，但THz的低頻段對于水的吸收相對比較少，雖然到最后這個波段有所減弱，但是我們仍然可以檢測到相對應的信號。我們一般情況下將咖啡粉末放置在玻璃瓶中，不過玻璃瓶一般不會吸收THz輻射，所以我們就可以對于瓶內的水分含量做到該有的密度檢測。 
　　（二）THz技術對于食品內部品質檢測與質量控制的應用 
　　在對于肉制品內部品質的檢測中，我們可以根據THz波對于肉制品中瘦肉以及脂肪不同的穿透能力這一特殊性，對肉質進行檢驗。最近幾年，生物THz的成像技術發展比較迅速，但主要的研究還是集中在成像方法上的。Fergu-son利用THz輻射技術對不同生物進行不同的成像，以此來進行區分分類。我們在具體進行區分的時候，可以采用THz電場技術對于牛肉、雞肉、豬肉等脂肪組織進行投射成像。另外，因為THz對于水或者脂肪的吸收有著不同的圖像對比性，而我們通過觀察THz光譜不同的強度，就可以十分清晰的分出動物的肌肉、骨頭、脂肪等具體圖像，從而也可以清楚的指導他們各自所具有的吸收能力。 
　　同樣地，THz技術在水果內部品質中也同樣可以展開，我們利用THz-TDS技術對于糖容量進行計算和測量，最后得出了相對應的結論，糖分濃度和THz波段之間是成反比關系的，而這個結果對于開展蔬菜水果等食品內部品質的檢測是具有相當重要的意義的，對于之后水果蔬菜的存放問題也具有很強的借鑒作用。 
　　結語： 
　　我們所說的THz檢測技術本身的意義就在于不破壞食物本身，然后還可以使其的分工更加準確、便捷，這樣就能加快食品的加工速率，適合大規模的生產要求。這對于我國食品的品質提高具有很大的作用，也降低了工人的勞動強度，也可以創造巨大的經濟價值和社會利益。所以我們應該重視新科技在食品生產的轉移，以及后續的研究工作。尤其是這種THz檢測技術在食品加工中的應用和研究，這樣對于推進食品加工業的發展具有很強的現實意義。 
　　參考文獻： 
　　[1]卜凡艷，韓劍眾.無損檢測技術在食品品質檢測中的應用[J].食品工業科技，2007，07：221-224. 
　　[2]閆戰科，張宏建，應義斌.THz技術在農產品/食品品質檢測中的應用[J].光譜學與光譜分析，2007，11：2228-2234.