激光技术在农产品质量检测中的研究进展

俞华芬　秦丽

摘要：激光技术近年来已广泛应用于农业和科研，激光技术是农产品内部质量和安全检测的最新进展之一。本文介绍了几种激光技术在农产品质量检测中的应用，包括应用激光技术检测甜、酸度、质地、pH值、成熟度、干物质等;激光诱导荧光技术在农药残留、叶绿素、成熟度中的应用;激光拉曼光谱检测水果损害，农药残留。探索并期待激光探测的未来。

关键词：激光技术;农产品;质量检测

中图分类号：S-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191115019

前言

激光技术在农产品质量检验中已经得到了越来越广泛的应用，因其快速、安全的特点受到了业界的重视，本文从激光检测技术入手，探讨了激光在农产品质量检验领域的应用。以进一步探讨激光技术在农产品检测中的作用。

1 激光吸收和反射检测技术

当激光用于照射诸如水果的农产品时，光可以渗透到农产品的内部组织中并与之相互作用，携带农产品内部组织特征的光的反射或吸收可以反映内部质量信息。使用激光对农产品的吸收特性可用于检测水果的糖含量。由于水果的糖含量取决于其蔗糖含量，蔗糖只能吸收特殊的光和具有良好单色性的激光，因此通过测量随蔗糖含量变化的特定光量，水果的糖含量可以最终决定。 RenfuLu使用成像光谱仪、相机和计算机来分析激光照射果实时的吸收和发射率。激光光子进入果实组织，经过一定量的光子反射和散射后，激光束由成像系统和计算机软件系统处理。散射光的图像表明了果实吸收的定量因素，可以测试果实的糖和质地，因此这种技术可以用来测试果实的味道。

激光检测技术还可以应用于糖酸度、成熟度、pH等方面的检测，比如imenezAR等研究了应用激光照射水果与普通光照水果后图像的不同 ， 并研制成功水果自动分级系统。科学家们还发现通过激光检测水果表面的气味，可以判断水果的质量，如赵烨设计的激光漫反射式粮食水分检测系统，玉米和大豆籽粒水分预测系统误差不超过10%。激光吸收技术通过利用现代信息化条件和信息化设施，已经逐渐成为现在日常农田中不可缺少的一种新型技术。有研究表明，现代激光技术对于植物内部糖成分的检测以及内部综合作用基本比例、基本条件的检测，都有着十分大的推动作用和重要性。目前水果内部光合作用可以通过进行激光吸收和激光反射来实现对原有反应的基本加强，因此激光反应现不仅应用到植物内部光合作用的检测方面，还不断扩大使用范围和使用领域使植物检测领域中逐渐的运用到激光。通过利用激光实现对植物内部化学反应作用的推动，实现含糖量的有效提升，因此激光技术正在逐渐在农产品质量检测中取得非常大的进展。

2 激光荧光检测技术

农业科学家研究发现，激光也可以用来检测农作物病害，当激光通过健康的农作物能够吸收光合作用，如果对农作物的不健康或植物病害和害虫，光不会完全利用光合作用，部分会分散到不同的地方。光的波长被反射回来。通过对光的性质分析，可以找出适合这种情况的补救措施。目前，圣保罗大学正在开发激光检测柑橘类疾病，研究人员发现，使用激光橙色或绿色树木，可以使范围清查其他柑橘类树木，树木健康状况不同，光照颜色不同，并研究利用该方法鉴别柑橘类溃疡病苗木。江西农业大学理工学院组织的研究表明，激光吸收法对柑橘类溃疡病苗木有一定的吸收作用。对水果表面农药残留和动物废弃物污染的检测及反射技术进行了研究，正在进行的水果表面测试结果表明，该方法具有更加客观的应用前景。许多农业将在激光诱导荧光下发出，荧光光谱分析可以达到农产品质量检测的目的。激光诱导荧光是指激发介质从基态跃迁到激发态，通过弛豫释放到基态和激发态分子，释放吸收的能量。它采取光子的形式。这是荧光的。分子荧光辐射来自最小振动每级产生第一电子激发态至基态的水平，与分子水平高低无光，因此分子荧光光谱与波长无关。它只取决于分子第一电子激发态最小振动能级和地面各级国家能级结构，分子荧光光谱直接反映了分子结构信息。由于每种材料的能级结构都不同，所以在相同条件下激发它们的荧光发射性能不同。通过测量荧光特征参数可以区分不同类型的材料。农产品质量检测激光诱导荧光光谱系统的工作原理是利用紫外线作为激发光使样品产生荧光，并利用光学分析系统检测荧光光谱并收集计算机数据。激光荧光检测技术是通过利用荧光反射谱以及激光条件反射等信息化的综合利用的一种新型技术。而现在的荧光光谱在进行植物的反射和收集过程中，通过对植物内部各项色素比例的调和，以及色素对于不同光反应所展现出来的不同特性进行综合利用，实现对植物内部色素比例以及植物内部的基本光合作用条件进行有效的分析。荧光还可以通过对植物内部的基本矿物质进行综合的划分，通过分析矿物质以及各项离子之间的调和比例和基本组成成分进行统一的整合，实现对植物内部的有效基本数据测试。因此荧光激光技术正逐渐运用到植物内部的基本成分比例的研究中，成为目前植物不可缺少的一种新型测试技术。

3 激光拉曼光谱检测技术

激光拉曼光谱在农产品质量检测方面的应用，包括检测水果和蔬菜中的农药残留，肉制品的质量检验。激光拉曼光谱是一种绿色光谱技术，无需样品预处理，具有高灵敏度和快速方便的特点。它可以测量分子的振动和化学结构，有效地反映单一或混合系统的结构特征。物质的分析和鉴定一直具有非常重要的作用，因此，随着该领域研究的深入，激光拉曼光谱在食品质量检测中的优势日益凸显。目前，激光拉曼光谱已成功用于检测和鉴定各种农药样品。利用激光拉曼光谱法识别农药残留，分析速度快，对样品无损伤，不受潮湿环境的限制。在新农药检测技术的发展中，光谱学是一种很有前途的技术。周小芳等用FT2Raman光谱仪测定水果表面的几种农药，激发波长为1064nm。兩者之间的显着差异在于它们可以显示不同农药的特征峰。此外，表面增强拉曼光谱可用于识别水果中的几种常见农药残留，该方法充分利用拉曼光谱法检测农药的敏感性，不仅可以检测出单一的农药残留，还可以显示2种农药的残留状态。检测纸浆中农药残留的灵敏度也很高。

在农产品质量检测领域，研究了农药残留的拉曼光谱对果蔬无损检测的应用。拉曼光谱检测农药残留是一种新的尝试，其原理是借助分子振动光谱识别物质，不同分子结构的农药，振动谱会有所不同，因而可以作为分子指纹识别不同的32种农药。拉曼光谱鉴定要获得各种水果和蔬菜农药拉曼数据，并测量各种农药的拉曼光谱，分别形成数据库和评价模型，利用拉曼光谱喷雾农药果实，可以检测果实表面的各种农药含量。

Tamguchi开发了一种基于拉曼光谱的实时无损自动检测分类虚拟仪器分类系统原型。实验结果表明，拉曼光谱可用于苹果磨损的无损检测和分类。该虚拟评分系统可以准确地对苹果进行分类。拉曼光谱可用于确定重要组分（例如动物蛋白质，脂肪等）的相对浓度和分布。红外吸收结合拉曼散射可以在短时间内反映猪肉的水分含量。猪肉水分含量最高的光谱信息在900～1800cm-1的光谱中。拉曼光谱还可以显示相关的振动信息。将光纤探测器引入拉曼光谱仪并与其他技术相结合，以实现鲜肉的质量检测。雷内等人研究了熟牛肉腿肉的感官品质（味道，外观，质地）与拉曼光谱之间的关系，结果表明，嫩牛肉和粗牛肉的主要差异在于蛋白质二级结构的变化，β-折叠组分的相对含量大于前者。此外，拉曼光谱可以反映更多有关鱼类质量检测的信息。而激光拉曼光谱检测数除了应用在农产品的农药检测中，还可以用在水产品内部有毒物质含量检测中。现在的激光拉曼光谱检测技术逐渐应用到植物内部的有毒物质检测，通过分析有毒物质在植物成分中的比例以及对植物成分所造成的影响和作用来分析有毒成分的排除方式以及正常的运行状态。目前激光拉曼技术正通过分析植物内部的水成分和水组成元素实现对现代农业各种领域的农产品进行综合的划分，如猪肉、羊肉以及蔬菜等，因此激光拉曼检测技术正成为一种高跨度性的高效率的新型检测技术。

4 结束语

激光技术广泛用于农产品质量检测方面，本文仅涉及一些主要方面，涵盖面难免有不足。随着新技术的出现以及激光技术与其他新技术的结合，相信激光技术将在农产品质量检测方面得到更加广泛的应用，同时有关的应用技巧和相关技術也会增长更快。

参考文献

[1] 李学荣， 张利国. 农户清洁生产技术采纳意愿及影响因素的实证分析[J]. 农业现代化研究， 2019， 40（2）：299-307.

[2]崔颖强， 徐湘寓. 物联网技术在生鲜农产品配送中的应用研究[J]. 信息技术与信息化， 2019， 226（01）：134-136.

作者简介：

俞华芬（1985-），女，本科，工程师。研究方向：农产品质量安全检验检测。