农产品质量分级要素及评价技术_钱永忠

1、农业质量标准2 0 0 6年第1期 农产品质量从广义上说,包括质量和安全两个方面。从狭义上讲, 农产品质量是指农产品的优劣程度,包括外观、质构、风味和营养等 品质要素,不包括诸如微生物污染、药物残留超标等安全因素。农产品 质量分级就是根据农产品的外观、质构、风味等品质要素进行农产品优 劣等级划分,这种质量等级既能够确切反映农产品品质的优劣程度,同 时也带有一定成分人为偏好的主观色彩。 一、农产品质量分级的重要性 随着人类的进步和消费物质的不断丰富,人类对可食农产品的要求 不再满足于农产品的数量,也不再满足于农产品的安全卫生,而是对农 产品的外观、风味和营养等品质问题越来越关注,要求越来越高。在

2、同 等安全卫生的情况下,选择食用优质农产品渐渐成为一种消费观念和消 费文化,这使得对农产品按质量要素进行等级划分,实行以质论价、优 质优价就变得切实可行。例如,对于同样食用安全的苹果,从营养上来 看也没有什么特殊差别,可人们总是愿意花较高价钱去购买外形美观令 人赏心悦目的产品。以质论价的市场竞争机制将会促进生产者千方百计 改进生产方法,提高农产品质量。因此,农产品的分等分级最终也将促 进农业总体水平的提高。 从国外农产品质量分级现实状况来看, 农业发达的国家对农产品质 量分级都很重视, 都有适应自身农业发展需要的农产品质量分级体系, 拥 有比较系统的农产品质量标准体系, 拥有专门的国家农产品分

3、级标准制 定机构、 分级评价机构和监督认证机构。在美国, 农产品质量等级标 准由美国农业部制定并监督执行,其中美国农业部农业市场服务局 (A MS) 负责肉类、 奶类、 羊毛、 水果、 蔬菜、 棉花和烟草等产品的分级管 理, 美国农业部联邦粮食和检验服务局(F G I S) 管理粮食、 水稻、 豆类和草 类的分级。根据产品类别将分级工作又分为各专门项目组, 各项目组自 成独立体系, 为本类产品提供产品质量标准制定、 检验和等级认证服务、 市场监管、 收集与发布正确市场信息, 为本行业提供信息服务及推进质量 保证计划。在欧洲,农产品质量等级标准是由联合国欧洲经济委员会 (U N / E C E)

4、 制定。该组织自1 9 4 9年以来一直致力于农产品标准的制定, 截至目前已制定近1 0 0项标准, 世界贸易产品的7 0 %以U N / E C E的标准 为基础。 欧盟在各国内部以及对外贸易中强制执行共同的质量等级标准, 规定不符合共同质量标准的农产品不允许在欧盟各国内销售。欧盟还设 立一个专家组专门负责定期检查欧盟各国的分级执行情况。美国以及欧 盟等发达国家和地区的质量等级标准体系在促进农产品质量、 实现公平 的国际贸易、 提高生产者效益和保护消费者利益方面起到了很大的作用。 2 3 农 产 品 质 量 分 级 要 素 及 评 价 技 术 钱 永 忠 汤 晓 艳 1 ! 式中: X试样中

5、雌二醇的含量, 单位为毫克每千克 (m g / k g) ; m1试 样 色 谱 峰 对 应 的 雌 二 醇 的 质 量 , 单 位为微克 ( g) ; m试样质量,单位为克 (g) ; n稀释倍数。 8 . 2测定结果用平行测定的算术平均值表示,保留至小数 点后1位。 9重复性 同一操作者对同一试样平行测定结果的相对偏差不大 于1 0 %。 研究与探讨 3 0 农业质量标准2 0 0 6年第1期 二、农产品质量分级要素 从国外比较成熟的农产品质量分级标准来看, 农产品质量等级的划分主要根据人体感官可以感知 的一些品质要素,这些品质要素可以归纳为外观、 质构、风味等。 ( 一)外观外观要素包括

6、大小、形状、完整 性、损伤类型及程度、光泽、色泽、透明度和粘稠 度等。大小和形状均易于测量,也可以通过机械手 段分级。例如,圆形果蔬和鸡蛋等就可以根据其所 能通过自动分离分级设备的孔径大小来分级。粗分 级后的产品大小也可以根据重量进行估算,比如通 过测定一定数量鸡蛋的重量来确定鸡蛋的平均大 小。农产品形状不仅仅具有视觉上美观的重要性, 有时还具有生产的必需性。例如,在机械化生产中 要使用某种机械装置来代替手工操作,就有必要对 农产品形状进行标准化规定,便于机械手等机械装 置的操作。农产品的色泽不仅左右人们的喜好,还 能在一定程度上说明很多问题。肉色就是肉品质量 的重要指标,不同颜色的肉在一定程

7、度上反映了肉 的品质差异。例如,正常的牛肉是鲜艳的红色,而 牛受应激后肉的颜色就会变为暗红色。此外,色泽 也是成熟和腐败的标志。例如,未经排酸成熟的肉 是暗红色,正常排酸成熟后的肉是鲜红色,而腐败 的肉颜色就会变绿。除色泽外,光泽程度对提高农 产品的吸引力也非常重要。透明度也是评定产品级 别的指标之一,如肉汤的透明度就是肉新鲜程度的 判定指标之一,蜂蜜的透明程度也反映了蜂蜜的品 质差异。稠度可以看作为一个与质构有关的质量属 性,但在很多场合能够直接观察到,所以也作为外 观特征,稠度的大小也可以直接反映出产品的品质 优劣。 ( 二)质构农产品质构所代表的是那些能被 手指、舌头、上颚或牙齿所体验到

8、的产品质量。农 产品质构的范围极其广泛,包括硬度、弹性、粘 度、黏结性等。同外观一样,产品的质构也能有效 反映产品的品质差异,若产品质构偏离期望值就是 质量缺陷。如新鲜水果存放一段时间后,细胞壁破 裂,水分就会流失,发生松弛现象,吃起来自然就 口感不新鲜;但如果继续损失更多水分,果蔬就会 变得干燥、坚韧、富有咀嚼性,这也是果蔬干制品 的生产原理。成熟前后的肉的质构也有很大差异, 刚屠宰后的畜肉吃起来口感较硬,在0 4 下经 过一段时间的成熟后,肌原纤维蛋白发生降解,肌 原纤维框架结构就会破坏,肉就会变得柔软多汁, 吃起来口感较嫩。 ( 三)风味风味包括滋味和气味。农产品品 质不同,产品的风味也

9、截然不同。如新鲜的肉闻起 来有肉的淡香,煮熟后有肉的滋味和芳香味,而变 质的肉有酸败味和腐败味。此外,不同地区、不同 人群对滋味和气味的喜好程度不同,而且不同人对 风味的敏感程度也不同,如有的人喜欢味道浓重的 海水鱼,而有的人则喜欢味道较为清淡的淡水鱼, 因而风味具有比其他质量要素更为浓厚的主观色 彩。 三、农产品质量等级评价技术 从国外农产品质量等级评定方法来看,目前对 农产品质量的等级评定主要还是采用感官评定这样 的主观方法,但为了提高评级的客观性和公正性, 近几十年来利用现代生物、物理和信息技术等手段 对智能化分级方法也作了大量研究,目前有些方法 已进入工厂验证推广阶段。 ( 一)感官评

10、定技术人们在挑选农产品时, 都会用感觉器官,包括视觉、触觉、嗅觉、味觉甚 至听觉去判断产品的质量,根据感觉判断的结果去 作出选择。因此,感官评定法仍然是目前国际上最 通用的方法。农产品的色泽等外观特性可以利用人 的视觉系统进行检测分级,此种方法在水果、蔬菜 和畜禽肉上都有应用。如肉色是通过人眼将肉样与 标准比色板颜色相比较,将其界定为与之相称的比 色板的颜色等级或者是界于两相邻比色板颜色之间 的等级。风味通常也是由品尝小组进行品尝试验来 确定,不同品尝人员对风味的敏感程度不同,个人 喜好也不同,因而评定结果也会有所不同。人体感 官评定方法简单、直接,可以真实反映人们的需求 特点,但缺点是评定结

11、果难免带有主观片面性,是 对质量的一种模糊评定,不能准确量化。 ( 二)仪器测定技术除了感官评定方法外, 也可以利用仪器对质量评级指标进行量化,以辅助 感官评级。农产品的色泽就可以利用仪器 ( 如色差 仪)进行量化,有色物体的颜色可以量化为3个数 值:亮度、色调和彩度,也可以利用明-暗、黄- 蓝、红-绿3种属性的3维坐标系统来描述。与色 泽类似,有的光学测量仪器也能够定量测定食品表 面的光泽程度。液体产品 ( 如蜂蜜)的稠度可以通 过粘度计来测定,如利用粘度计测定流过已知直径 小孔所需的时间,或者利用B o s t w i c k粘度计测定 5 4 研究与探讨 3 1 农业质量标准2 0 0

12、6年第1期 液体产品从斜面上流下所需的时间。风味的某些特 征成分可以通过气相色谱或气质联用色谱进行量 化。 ( 三)机械分级技术机械分级法是根据果实 的大小、密度和硬度用机械装置对农产品进行直接 分级的方法。大小分级是让农产品通过不同尺寸 网格的分级筛,使大小不同的农产品分开,这在水 果、蔬菜上应用比较多。密度分级法是利用重力、 气流和水的浮力来将不同比重的物料分开,常用于 谷物的分级。物料的硬度不同,其冲击力、弹性和 振动特性也不同。不同质量和硬度的物料从某一高 度下落到刚性表面时,其产生的冲击力、回弹距 离、振动频率和振幅也会有所不同,根据这些特性 也可将不同质量和硬度的果实进行分级。 (

13、 四)计算机视觉技术计算机视觉技术是用 计算机图像处理系统来模拟人的视觉系统对农产品 进行检测分级的方法。计算机视觉技术于2 0世 纪7 0年代开始在工业和农业中应用研究,随着图 像处理技术的发展和计算机成本的降低,计算机视 觉技术在农产品品质自动检测与分级领域中的应用 越来越具有吸引力。计算机视觉技术具有信息量 大、速度快、功能多、可定量测量目标、能避免人 为主观因素等优点,可同时利用大小、形状、颜 色、表面损伤等参数对物料进行检测分级。目前计 算机视觉技术仍处在研究试用阶段,主要应用于水 果表面缺陷检测、 鸡蛋表面缺陷检测、 肉色智 能化评定、 牛肉大理石花纹面积百分比预测及其 他农产品表

14、面特征检测分级研究中。 ( 五)声学特性应用技术农产品的声学特性 是指农产品在声波作用下的共振频率、反射特性、 散射特性、透射特性、吸收特性、衰减系数、传播 速度及其本身的声阻抗与固有频率等,反映了声波 与农产品相互作用的基本规律。应用农产品声学特 性对其进行无损检测和分级是现代声学、电子学、 生物学、计算机等技术在农产品生产和加工中的综 合应用,是近3 0年研究发展形成的新技术。农 产品声学特性的检测装置通常由声波发生器、声波 传感器、电荷放大器、动态信号分析仪、微型计算 机、绘图仪或打印机等组成。检测时,由声波发生 器发出的声波连续射向被测物料,从物料透过、反 射或散射的声波信号由声波传感

15、器接收,经放大后 送到动态信号分析仪和计算机进行分析处理,即可 得到农产品的有关声学特性。应用农产品的声学特 性进行农产品无损检测和分级具有适应性强、检测 灵敏度高、对人体无害、使用灵活、设备轻巧、成 本低廉、可在野外及水下等各种环境中工作和易实 现自动化等优点,是一项正在快速发展的新技术, 该技术在不少发达国家已逐步进入实际验证应用阶 段。例如,利用测定共振频率确定苹果硬度,通过 测定声波传播速度确定甜瓜的成熟度,通过测定声 压确定谷物的含水率,用超声波检测受钻蛀虫侵扰 的樱桃树,用超声波传播速度确定食用油的质量, 用超声波检测马铃薯空心等。 ( 六)可见光和近红外光分析技术农产品 的光学特

16、性是指农产品对光的吸收、散射、反射和 透射等特性,光学特性正越来越广泛应用于农产品 质量分析、新鲜度和成熟度检测中。随着计算 机技术和信息提取技术的高度发展,近红外分析技 术得到了迅速发展。近红外光是电磁波,具有光的 属性,近红外法又可分穿透法、反射法和部分穿透 法。当近红外光照射到由一种或多种分子组成的物 质上时,如果物质分子为红外活性分子,则红外活 性分子中的键与近红外光子发生作用,产生近红外 光谱吸收。近红外光谱分析技术就是利用上述性质 根据各含氢基团的近红外吸收特点来检测农产品中 含氢基团的蛋白质、脂肪、水分、氨基酸、淀粉、 糖、酸等成分的含量。近红外光谱分析技术不但可 用于肉类和谷物

17、以及水果的蛋白质、有机酸、脂 肪、淀粉、糖、水分、其他营养成分的分析, 还适用于其他各种农副产品品质分析 ( 如蔬菜、饲 料、烟叶等) 。此外,当近红外光源发出的近红外 光照射到研究对象后,由近红外摄像机接收被研究 对象反射回来的近红外光,形成研究对象的近红外 图像,对该图像进行光谱转换和亮度增强,可得到 研究对象的可见光图像。近红外图像技术可用于农 产品外部品质检测和内部虫害检测。近红外光 对物质穿透能力较强,近红外分析不需对样品作任 何处理,可以进行非破坏性检测及活体分析等,不 但适用于实验室分析,也可用于现场分析和在线实 时分析,并且近红外光子的能量比可见光还低,不 会对人体造成伤害。

18、( 七)电、磁特性应用技术近年来,对农产 品电磁特性的研究取得了一定的进展。农产品电磁 特性应用是利用农产品在电磁场中电、磁特性参数 的变换来反映其品质,测定的是农产品的综合质 量。该方法所需设备相对简单,数据获得与处理容 易,因此应用前景比较广阔,主要用于农产品的新 鲜度、成熟度和内部品质检测。 ( 八)X射线与激光应用技术X射线具有较 好的穿透能力,激光具有较好的单色性。农产品密 2 3 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 研究与探讨 3 2 农业质量标准2 0 0 6年第1期 度大小影响到X射线穿透量的多少,通过

19、对穿透 量的分析,可探明物质内部的情况。利用X射线 可测定水果的成熟度和内在品质。利用激光可 测定水果的糖度,目前应用激光技术已研制出甜瓜 糖度激光在线检测装置。 目前,农产品质量等级评定虽然大多以分级员 感官评定为主,但以计算机视觉、超声波、近红外 等技术为核心的智能化评级技术的应用将是农产品 质量分级技术发展的必然趋势,智能化分级技术将 会朝着更简单、更快速、更准确、更能很好地替代 分级员的方向逐步发展。 ( 作者单位:中国农科院 农业质量标准与检测技术研究所北京1 0 0 0 8 1) 参考文献 1N o r m a nN . P o t t e r,J o s e p hH . H o

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23、t s a n dU S D Ac h a r a c t e r i s t i c s a s p r e d i c t o r s o f b e e f l e a ny i e l d . Me a t S c i e n c e,2 0 0 4,6 6(2) :4 8 3 4 9 1 1 2J i n g l uT a n . Me a t q u a l i t ye v a l u a t i o nb yc o m p u t e r v i s i o n . J o u r n a l o f F o o d E n g i n e e r i n g,2 0 0 4,

24、6 1(1) :2 7 3 5 1 3G e o r g e . E . Me y e r,J o a oC a m a r g oN e t o,e t a l . I n t e n s i f i e d f u z z yc l u s t e r s f o r c l a s s i f y i n gp l a n t,s o i l,a n dr e s i d u e r e - g i o n s o f i n t e r e s t f r o mc o l o r i m a g e s . C o m p u t e r s a n dE l e c - t r o

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26、 i o n J. T r a n s o f t h e A S A E,1 9 9 4,3 7(4) :1 2 3 5 1 2 4 1 1 6C h e n g Y,H a u g h CG . D e t e c t i n g h o l l o wh e a r t i n p o t a t o e s u s i n gu l t r a s o u n d . T r a n s o f t h eA S A E,1 9 9 4,3 7(1) : 2 1 7 2 2 2 1 7B r u s e w i t z G,V e n a b l e PB . S o u n d l

27、e v e l m e a s u r e m e n t s o f f l o w i n gg r a i n . T r a n so f t h eA S A E,1 9 8 7,3 0(3): 8 6 3 8 6 4 1 8徐惠荣,应义斌.近红外图像和光谱分析技术在农产品 品质无损检测中的应用与展望.浙江大学学报 ( 农业与 生命科学版) ,2 0 0 2,2 8(4) :4 6 0 4 6 4 1 9L a m m e r t y nJ. N o n d e s t r u c t i v em e a s u r e m e n t o f a c i d i t y, s o

28、 l u b l e s o l i d s,a n d f i r m n e s s o f j o n a g o l d a p p l e s u s i n g N I R - s p e c t r o s c o p yJ. T r a n s o f t h eA S A E,1 9 9 8,4 1(4) : 1 0 8 9 1 0 9 4 2 0K . C . V o l k e r s,M. Wa c h e n d o r f,e t a l . P r e d i c t i o no f t h e q u a l i t yo f f o r a g em a i z eb yn e a r - i n f r a r e dr e f l e c t a n c es p e c - t r o s c o p y .A n i m a l F e e d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y, 2 0 0 3,1 0 9(3) :1 8 3 1 9 4 2 1H a n s B n i n g - P f a u e . A n