专利名称：显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法
技术领域：
本发明涉及农产品安全技术领域，特别涉及显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法。
背景技术：
面粉是人们食物的主要来源之一。面粉质量安全直接关系着人们的身体健康。然而近年来，面粉质量安全问题备受社会各界的广泛关注。除增白剂导致的问题面粉外，添加过量的石灰类物质等无机污染物，以获得增重等效果的问题面粉亦被频频曝光，不仅造成极大的负面影响，而且严重危害人们的饮食安全和身体健康。目前尚未见到采用显微近红外成像技术对面粉中掺入的石灰类物质进行检测的报道。对面粉中添加剂的传统检测方式以色谱分析法为主，其缺陷是需要对被检测样本进行复杂的预处理，检测步骤繁琐，耗时长，且检测过程中使用化学试剂，造成环境污染，因此制约了其广泛的推广应用。近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy, NIR)是最近几十年发展起来的分析技术，随着化学计量学的发展和计算机技术的进步，近红外光谱分析法以其快速、无损、对环境友好以及可以实现在线分析等优点，目前已被广泛地应用于农产品及食品的品质分析等诸多领域。然而，一些无机物，如碳酸钙，在近红外谱区吸收极弱，传统的近红外光谱分析针对这种无机物很难提供有效的解决方案。而另一些无机物，如石灰，在近红外谱区的吸收仅呈现少量尖锐的特征吸收，在大部分谱区内仍没有吸收峰。通过实验所得数据可知，石灰、碳酸钙的近红外光谱和面粉的近红外光谱具有明显的不同，这是显微近红外成像技术检测这类无机物的光谱学依据。显微近红外成像分析(Near-Infrared Micro-Imaging Analysis)属于分子光谱化学成像，是一种将成像技术和光谱分析相结合的新型分析技术，在国际上该项技术尚处于刚起步阶段，在国内尚未被广泛认识。该项分析技术的原理是采用极细的近红外光束逐点采集视野内指定区域中各像素的近红外光谱，并将所采集到的光谱构成显微近红外图像。因此，显微近红外成像技术不仅提供了样本微区的光谱信息，还提供了样本在微区的空间分布信息，为从物理空间上排除其它物质的干扰提供了可能。在制样方面，和近红外光谱分析相似，显微近红外成像不需要将待分析样本进行复杂的预处理，即可直接采集图像。由于近红外光的穿透能力较中红外光强，因此不仅可以得到样本的表层分布信息，而且还可以得到来自样本深层的光谱信息，进而可以适应粗糙表面的成像分析。此外， 显微近红外成像不会有强荧光干扰的问题。目前的成像系统可以在较短时间内完成较大面积样本的成像，因此适合农产品质量快速检测的要求。由于近红外光对物质的穿透能力较中红外光强，可以适应粗糙表面，因此显微近红外成像技术不仅可以采集到样本表面的信息，而且可以在一定程度上深入样本内部采集信息，因此非常适合面粉中石灰类物质的检测。
传统的光谱分析技术将试样整体采集光谱，因此所得信息是待分析样本整体的近红外光谱信息；显微近红外成像所采集的数据不同于传统的光谱数据，而是包含了两个空间坐标维、一个波数维和一个吸光度维的多维数据，在一定的空间分辨率下，每一个像素都是一条完整的近红外光谱。由于该技术采用极细的近红外光束采集微区图像，因此可以采集到极小颗粒的近红外光谱，进而通过成像方法得到微区视野内目标物质的分布，从而可以在一定程度上解决近红外光谱鉴别很少量被添加的石灰类物质的难题。鉴于以上背景技术，本发明采用显微近红外成像技术研究面粉中石灰类物质的检测方法。显微近红外成像从物理空间角度在很大程度上起到纯化被测物质的作用，会在面粉中被添加的石灰类物质的检测方面发挥其快速、无损、环境友好以及可在线分析的优点，为市售面粉中石灰类物质的快速检测提供新的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是，提供一种步骤简单、无污染的检测面粉中石灰类物质的方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法，包括步骤SlOO 采集面粉样本的显微近红外图像；S200:根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，对所述面粉样本的显微近红外图像进行成像分析。其中，所述面粉样本在采集显微近红外图像前，采用旋风磨进行均勻混合处理，所述旋风磨转速不低于20000转/分，所述面粉样本的混合时间不低于1分钟。所述步骤SlOO中，以金片表面为参比采集面粉样本的显微近红外图像。所述步骤S200中，所述纯面粉为未添加任何添加剂的面粉，所述石灰类物质为氧化钙、氢氧化钙或者碳酸钙。所述氧化钙、氢氧化钙或者碳酸钙为不低于分析纯级别试剂。所述步骤S200中，采用显微近红外成像仪采集所述石灰类物质和纯面粉的近红外光谱。所述步骤S200中，根据所述近红外光谱特征，采用单波数成像算法、相关光谱成像算法、化学成像算法或者波段比率成像算法，对所述面粉样本的显微近红外图像进行成像分析。(三)有益效果本发明通过对面粉样本进行显微近红外成像，并根据相应的近红外光谱特征进行石灰类物质的成像分析，以检测面粉样本中是否含有石灰类物质。整个检测过程无需进行任何复杂的预处理，检测步骤简单、快捷，且无污染。此外，由于显微近红外成像针对的样本尺度可以达到微米级别，和石灰类物质的微粒尺寸几乎相近，因此该方法相对于很少量的石灰类添加物而言，起到了空间尺度上的富集作用，使添加物的检出信号相对于传统方法更明显，更有利于添加物的检出；近红外光对物质的穿透能力较中红外光强，可以适应粗糙表面；近红外光不仅可以采集到样本表面的信息，而且可以在一定程度上深入样本内部采集信息，因此非常适合面粉中石灰类物质的检测，可为市售面粉的快速质量安全筛查提供新的方法。
图1为本发明所述显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1是本发明所述显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法流程图。如图1所述，该方法包括如下步骤SlOO 以金片等强反光材料介质表面为参比，使用显微近红外成像仪，采集待测面粉样本的显微近红外图像。所述面粉样本为可能添加有氧化钙、氢氧化钙或者碳酸钙的面粉混合物。在采集显微近红外图像前，采用旋风磨等混合仪器将待测面粉样本充分混合均勻，旋风磨转速不低于20000转/分，混合时间不低于1分钟，以保证待测面粉样本具有足够高的均勻性。S200:根据氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和纯面粉的近红外光谱特征，对所述面粉样本的显微近红外图像进行石灰类物质的成像分析。采用显微近红外成像仪采集所述氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和纯面粉的近红外光谱。所述氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙为不低于分析纯级别试剂；所述纯面粉为未添加任何添加剂的面粉。具体地，根据所述近红外光谱特征，采用单波数成像算法对所述待测面粉样本的显微近红外图像进行石灰(氧化钙和氢氧化钙)的成像分析。石灰的成像参数波数为 7084cm ^采用波数7084cm 1的单波数成像算法对待测面粉样本中的石灰进行成像分析，如果图像中出现高亮或红色斑点，表明待测面粉样本中含有石灰(氧化钙和氢氧化钙)，反之则没有。采用化学成像算法对所述待测面粉样本的显微近红外图像进行碳酸钙的成像分析，化学成像参数波数范围为51700^-47700^0采用波数范围51700^-47700^1的化学成像算法对待测面粉样本中的碳酸钙进行成像分析，如果图像中出现高亮或红色斑点，表明待测面粉样本中含有碳酸钙，反之则没有。本发明对面粉中很少量石灰类物质进行检测，可检测到的石灰含量的最低限可达到 0. 68%。该方法同样适用于米粉、木薯粉、玉米粉等其它农产品中石灰类物质的检测。本发明所述检测面粉中石灰类物质的方法，通过对面粉样本进行显微近红外成像，并根据相应的近红外光谱特征进行成像分析，以检测面粉样本中是否含有石灰类物质。 整个检测过程无需进行任何复杂的预处理，检测步骤简单、快捷。由于近红外光对物质的穿透能力较中红外光强，可以适应粗糙表面；近红外光不仅可以采集到样本表面的信息，而且可以在一定程度上深入样本内部采集信息，因此非常适合面粉中石灰类物质的检测。此外，由于显微近红外成像针对的样本尺度可以达到微米级别，和石灰类物质的微粒尺寸几乎相近，因此该方法相对于很少量的石灰类添加物而言起到了空间尺度上的富集作用，使添加物的检出信号相对于传统方法更明显，更有利于添加物的检出。 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法，其特征在于，包括步骤S100，采集待测面粉样本的显微近红外图像；S200，根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，对所述面粉样本的显微近红外图像进行成像分析。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述面粉样本在采集显微近红外图像前，采用旋风磨进行均勻混合处理，所述旋风磨转速不低于20000转/分，所述面粉样本混合时间不低于1分钟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200中，所述纯面粉为未添加任何添加剂的面粉，所述石灰类物质为氧化钙、氢氧化钙或者碳酸钙。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氧化钙、氢氧化钙或者碳酸钙为不低于分析纯级别试剂。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200中，采用显微近红外成像仪采集所述石灰类物质和纯面粉的近红外光谱。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S200中，根据所述近红外光谱特征，采用单波数成像算法、相关光谱成像算法、化学成像算法或者波段比率成像算法，对所述面粉样本的显微近红外图像进行成像分析。
7.如权利要求1 6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤SlOO中，以金片表面为参比采集面粉样本的显微近红外图像。
全文摘要
本发明提供一种显微近红外成像技术检测面粉中石灰类物质的方法，其包括如下步骤采集面粉样本的显微近红外图像；根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，对所述面粉样本的显微近红外图像进行成像分析。本发明的整个检测过程无需进行任何复杂的预处理，检测步骤简单、快捷，且无污染。本发明的方法可使添加物的检出信号相对于传统方法更明显，更有利于很少量的添加物的检出；近红外光对物质的穿透能力较中红外光强，可以适应粗糙表面；近红外光不仅可以采集到样本表面的信息，而且可以在一定程度上深入样本内部采集信息，因此非常适合面粉中石灰类物质的检测，可为市售面粉的快速质量安全筛查提供新的方法。
文档编号G01N21/35GK102243171SQ201110091919
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者李晓婷, 潘立刚, 王冬, 王纪华, 陆安祥, 马智宏 申请人:北京农产品质量检测与农田环境监测技术研究中心