国外农产品及食品介电特性测量技术及应用

了解农产品和食品的介电特性对于微波设备和基于介电特性的物质组成成份检测仪的研发具有重要的意义。为了给国内农产品和食品介电特性的研究提供借鉴,该文介绍了目前国外常用的介电特性测量技术——平行极板技术、同轴探头技术、传输线技术、自由空间法和谐振腔技术;说明了各测量技术的特点、测试系统的组成和适用范围;综述了各技术在农产品和食品介电特性研究中的应用情况;并指出中国目前在该领域研究中存在的问题和今后的研究重点。     

一个改进的农产品介电特性的测试系统

介绍一种适于测量谷物（黄豆、小麦等）和某些小颗粒的观赏植物种籽及其研碎的粉状材料介电特性的测试系统,也可用在液体及含水量较高的生物材料介电特性的确定。为该“短路波导装置”而编制的计算机程序使得利用该装置的测试步骤变得很简单。用湿度为１１％和１７％的磨碎的小麦作样品,在工作频率为１０．５１ＧＨｚ时,对该设备的可靠性进行测试验证,并和美国农业部（ＵＳＤＡ）已发表的相应数据作比较,结果非常接近。对于介电常数（湿度１１％和１７％）和损耗因子（湿度１７％）,用该设备测量的结果和ＵＳＤＡ的数据相差都在３％～５％之内。     

果蔬介电特性研究综述

对食品介电特性的研究,不仅能使人们了解食品的射频或微波特性,研发出最具节能效果的介电加热设备,而且介电特性可用于食品品质的识别。为此,以果蔬为对象,概述了果蔬生物体的介电特性;介绍了测试信号的频率和电压以及环境温度和湿度等测试条件对果蔬介电特性的影响;综述了在果蔬含水率、成熟度、新鲜度、损伤和糖、酸度等品质因素对介电特性影响方面的研究进展;并指出目前研究存在的问题和今后的研究方向。     

苹果的介电特性与新鲜度的关系研究

采用平板电极，用破坏性方法研究了金帅苹果切片组织的介电特性与新鲜度的关系，结果表明：在１００Ｈｚ～１００ｋＨｚ的测试频段内，苹果的储藏时间越长，其果肉组织的阻抗值越大，相对介电常数和介质损耗因数越小；其中在１０～１００ｋＨｚ的频率范围内，苹果的介电特性与新鲜度具有明显的相关性。     

脱绒棉种介电分选参数的优化

为优化脱绒棉种介电分选参数,采用二次回归通用旋转组合设计方法,建立介电分选后获选棉种的介电常数、棉种电导率和棉种活力指数分别与分选电压、滚筒转速和棉种含水率3个主要的介电分选影响因素之间关系的数学模型,分析各影响因素对各试验指标的影响,并进行参数优化,确定各影响因素的参数组合为：分选电压6 000～6 574.43 V,滚筒转速30.08～34.38 r/min,棉种含水率为4%。     

基于介电特性的水中钾盐浓度检测

为了寻求快速检测水中污染物的方法,该文分析了钾盐水溶液中不同离子浓度与其介电特性的关系,研究基于介电特性的水中钾盐浓度快速检测方法。采用新型液体介电特性检测传感器,通过试验测量不同浓度的钾盐水溶液在宽频率范围内的频率响应特性,采用偏最小二乘(partialleastsquare,PLS)回归,建立钾盐水溶液中各种离子浓度的预测模型。通过主成分分析识别钾离子的特征频率,用得到的特征频率建立预测钾离子浓度的新模型。结果表明,每种离子都有其独特的频率响应模式,不同种类的钾盐溶液其频率响应特性在低频区存在明显差异。对低浓度混合溶液,在只使用增益数据时,钾离子浓度偏最小二乘(PLS)回归训练模型的R2高达0.98865,相应的均方根误差为0.37598mg/L;而验证模型的R2达0.98861,相应的均方根误差为0.41031mg/L。主成分分析和特征频率的识别使数据量大幅度减少,同时也有较高的预测精度。     

基于介电特性的燕麦含水率预测

为了给基于介电特性的小杂粮含水率测量仪的开发提供基础数据,该文以燕麦为对象,利用同心圆柱形电容器研究了测试信号频率(103～106Hz)、燕麦含水率(12%～21%)、温度(5～40℃)和体积密度(671～787kg/m3)对相对介电常数ε′和介质损耗因数ε″的影响,分析了介电参数变化的原因;建立了部分频率下燕麦介电参数与主要影响因素的关系模型,验证了模型的精度;检验了基于介电参数预测含水率的精度和可行性。结果表明,在103～106Hz频段内,燕麦的ε′和ε″均随测试信号频率的增大而减小,但随含水率、温度和体积密度的增大而增大;可用三元或二元三次方程描述介电参数和主要影响因素的关系,且各模型的决定系数皆大于0.96;同烘干法获得的含水率相比,基于介电参数预测燕麦含水率的误差范围在±1.2%,说明基于介电特性预测含水率是可行的。本研究对了解燕麦的介电特性以及燕麦含水率检测仪的开发有重要的指导意义。     

土壤水分介电测量方法的潜力分析

该文以我国几种有代表性的土壤理化特性变异资料为基础,分析土壤颗粒的介电特性变异,研究介电法测量时土壤容重、化学成份、质地及其温度变化等对测量的影响。研究表明:用介电法来测量土壤水分是一种适应面广,精度较高的方法。     

苹果介电特性对其射频加热均匀性的影响

射频加热作为一种新型的热加工技术,在果蔬烫漂工艺中应用潜力巨大。介电特性是影响果蔬射频加热的主要因素,其大小受到电磁场频率、温度以及水等因素的影响,依据介电特性变化可以对果蔬烫漂工艺进行优化改进。该文选用富士和秦冠2个苹果品种,采用末端开路同轴探头技术测定了不同温度（25、40、60、80、95 ℃）,不同频率（12～3 000 MHz）下,苹果的介电特性的变化规律。采用6 kW、27.12 MHz的射频加热系统在不同极板间距（110、120、130 mm）下,对苹果块进行加热处理,通过荧光光纤测温探头监测样品的中心温度,得到3种不同极板间距下苹果块中心温度从25升至95 ℃的升温曲线和升温速率。用红外热像仪测定加热前后苹果块表面的温度分布,研究了苹果块射频加热均匀性。结果表明：苹果果肉的介电常数和损耗因子在12～3 000 MHz之间随着频率的增大先降低,后增大,再降低;温度对苹果果肉的介电常数和损耗因子的影响没有特定的规律;射频加热苹果块时,极板间距110 mm时升温最快,130 mm时升温最慢,各需要120和150 s。且苹果块中心温度随时间近似线性增长,射频加热过程中,苹果块表面温度分布表现出中心加热现象,即中心温度高,边缘温度低。     

基于介电频谱技术的甜瓜品种无损检测

研究应用介电频谱技术实现对甜瓜的无损、快速及准确分类。以陕西杨凌某4家大棚外形相似的"红阎良"、"新早蜜"、"208"及"玛瑙"等4类成熟甜瓜为研究对象,采用矢量网络分析仪测量共246个样品在20 MHz~4 500 MHz的介电频谱。用Kennard-Stone方法划分校正集与验证集,分别建立支持向量机(support vector machine,SVM)和极限学习机(extremelearning machine,ELM)种类判别模型,并比较全频谱(full frequencies,FF)、连续投影算法(successive projectionalgorithm,SPA)和主成分分析(principal componentanalysis,PCA)等不同预处理方法对模型精度的影响。结果表明:1)所建6个判别模型验证集总正确率均大于96%,均可用于甜瓜种类的判别。2)对比3种预处理方法,FF完好地保留了样品的原始信息,2种判别模型的验证集总正确率都达到了100%,但由于存在干扰信息导致模型稳定性不好;PCA方法选择能代表原谱信息99.99%的前10个主成分信息用来建模,能有效简化模型,但验证集每个模型均有误判,两种判别模型总正确率分别为96.72%及98.36%;SPA从202个变量中提取17个特征变量参与建模,验证模型整体稳定性较其他两种好,总正确率分别达到96.72%和100%。3)综合考虑判别模型的验证集总正确率及模型稳定性,SPA-ELM模型判别效果最好,验证集总正确率达到100%,更适用于基于介电频谱的甜瓜种类判别。因此,基于甜瓜的介电频谱,通过支持向量机和极限学习机方法可以成功区分甜瓜种类,为甜瓜的无损检测及分类研究提供了一种新方法。     

不同几何形态与物理特性的农产品切制加工工艺技术初探

基于农业产业化和农产品深加工的发展,分析了农产品的几何形态和物理特性,研究了相应的切加工工艺特性和切加工工艺适用性。结合农产品消费习惯和变化趋势、农产品消费规模及其变化趋势等因素,提出各种切加工工艺方法,为农产品深加工切制工艺装备的开发提供技术依据;分析相应的切制工艺特点,给出不同物理性状农产品进行切制加工时最合适的工艺方法,为农产品深加工选择切制工艺方案提供技术支持。     

空间频域成像在农产品品质检测中的应用现状与展望

空间频域成像,作为一种新兴的光学成像技术,具备宽场非接触、成像深度辨析和有效信号增强等特点,能够提供与组织物理结构、化学成分相关的信息,被广泛应用于农产品组织光学特性表征和品质无损检测等领域。该文首先概述了空间频域成像技术的起源和发展,继而阐明了该技术的工作原理,包括光在生物组织中的传输理论与正向问题、测量与数据处理、逆向反演,然后描述了该技术的多种实施方式,如常规空间频域成像、多光谱空间频域成像、高光谱空间频域成像以及高频空间频域成像,并总结其在苹果、梨、桃等农产品组织光学特性表征和品质检测方面的应用现状,最后讨论了该技术面临的挑战,如测量双层/多层农产品组织光学特性时误差较大、测量深度局限于毫米级、缺乏标准化的光学参考样本、检测耗时较长等,以期为该技术在未来的研究提供参考。     

农产品快速图形化追溯系统构建

农产品快速图形化溯源是保障追溯过程可信度、增强追溯结果显示度、提高公众参与度的重要措施。该文以基于地理坐标和多重加密的农产品追溯码为编码方式,以Google Earth地图为展示工具,设计了以“正确性判断-追溯码解析-产地定位-属性追溯-结果显示”为主线的追溯流程;通过调用Google Maps API,采用.Net平台构建了基于B/S架构的农产品快速图形化溯源系统。系统通过在广州市农产品质量安全监管平台的使用表明,系统在满足一般属性追溯的同时,可快速定位到产地并以地图的形式展示,体现了溯源图形化、应急定位快速化的特点,有利于追溯系统的推广应用和质量安全突发事件的应急管理。     

中国产地农产品初加工的现状及建议

该文在调研中国农业和粮食生产的基础上,指出农产品产地初加工急需解决的问题：农产品作为商品,其集散、清选、干燥、保鲜、贮藏、运输和营销信息对接等。提出中国农产品产地初加工是系统工程。借鉴他国经验,给出了具体建议：中国农产品产地初加工需要政府长期稳定的资助,科研院校和企业通过政府项目支持,完成机械装备、仓储设施的技术开发。以农业经营现代化为载体,下功夫培训、培养农民经营者,组织健全农业合作组织,有条件的地方可打造农产品加工产业集群,着眼于产地农业生产条件,产品优势等特点树立地方标准,面向消费市场需要,立足自主经营和创新、打造当地品牌。该文为中国农产品产地初加工的发展指明了方向。     

农业物料电特性研究进展

该文通过对国内外农业物料电特性研究资料的分析，阐述了农业物料电特性的概念、种类及意义，介绍了农业物料电特性的4种测试方式和阻抗特性、介电特性的几种测量方法，并对各种测量方法的优缺点进行了系统分析和总结，概述了国内外对植物、动物及微生物等农业物料电特性的研究状况和应用，指出了目前农业物料电特性研究的不足，为今后研究及发展趋势提出了建议和意见。对进一步深入研究农业物料电特性及其应用具有参考价值和指导意义。     

生物散斑技术在农产品品质分析中的应用

该文综述了生物散斑技术的装置结构、数据处理方法及其在农产品品质检测中的应用进展。生物散斑技术是一种成本较低、快速、无损、实时和可定性/定量的光学无损检测技术,在农产品质量检测的应用中,由于生物散斑活性与农产品的细胞器颗粒大小和细胞质流等生理特征关系密切,因此该技术可用于果皮厚度、成熟度、硬度、酸度、可溶性固形物含量、淀粉含量、水分含量、呼吸速率等理化指标的测量。该文指出今后生物散斑技术的发展需要改进设备,稳定相干光光源,还需要深入研究生物散斑在农产品生理学上的意义,从而实现该技术的标准化和商品化。该文为今后生物散斑技术在农产品品质分析领域的发展提供了一定指导意义。     

我国西北地区2010年农产品需求预测

研究分析预测了我国西北地区2010年农产品需求状况,结果表明该区2010年农产品口粮缺口70.2万t,饲料粮缺口479.5万t,油料缺口205.2万t,甜菜缺口384.3万t,水产品几乎全部(157.3万t)缺口;而水果、蔬菜与棉花分别剩余547.5万t、460.6万t和116.5万t。     

混合编码模式的农资溯源服务系统

针对监管技术落后、产品售价低等因素造成的农资流通体系尤其是信息链不健全问题,该文利用RFID(radio frequency identification)和网屏或二维码相结合的混合编码模式,提出了一种农资信息溯源服务系统并展示了其应用。该系统由感知层、数据层和服务层组成,面向多种农资信息溯源服务对象。重点讨论了电子标签的选择与编码方法、防伪措施以及质量溯源服务中信息追溯过程和追溯码的回溯算法。通过农资信息溯源平台的示范应用表明,该方案具有节约标签使用成本,降低服务器存储空间开销的优点。由于系统集成了农资供应链商务平台等功能,可在保护农民利益、净化农资市场及树立商家品牌形象方面发挥重要作用。     

分布式无公害农产品数字认证系统的构建与实现

针对农产品质量安全认证这一关键问题,以无公害农产品产地认定与产品认证一体化工作流程为研究对象,从信息技术的角度构建了一个以实现认证流程的规范化和提高工作效率为目的的无公害农产品数字认证系统。通过对认证活动的分析,确立认证流程的两级节点域环境,构建节点域间中心化的分布式拓扑结构,设计分布式环境下的系统功能流程,探讨了关键技术;综合采用元数据、工作流和Web Service技术,开发了面向申报者、检测机构和各级认证管理部门的分布式无公害农产品数字认证系统。系统提供了申报管理、认证工作流管理和认证信息资源服务等功能,实现了无公害农产品认证全流程、全方位的电子化管理。该系统在河南省和农业部试点应用,运行结果表明,达到了跨部门、跨地域的协同工作和认证信息的高效管理,具有较好的应用推广前景。