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激光技术在食品加工中的应用
现代畜牧网 http://www.cvonet.com 2016/4/17 21:38:57 关注：602 评论： 我要投稿
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0前言
激光是20世纪人类的四大发明之一，现在已经广泛应用于工业、军事、科学研究和日常生活中。到21世纪，人类已经进入光电子时代，作为能量光电子的激光技术的进一步广泛应用，将极大地改变人类的生产和生活。在国内，激光技术在近20年中，在食品加工中的应用得到迅速的发展，如：激光在酿造食品中用于新酒和新醋的人工老熟，利用高频激光近红外线对啤酒进行杀菌；激光用于食品加T的检测和监控；激光切削技术用于食品加工；激光技术在食品包装中的应用。
1 激光技术应用于酿造业
1.1 新酒和新醋的老熟
刚生产出来的新酒和新醋，通常具有刺激性大、不够醇和、不够绵柔等缺点。因此，生产T艺中都规定了一定时间的陈酿贮存期，即是人们俗称的对酒和醋的老熟。一般来讲，酒和醋的自然老熟时间较长。为了缩短贮存周期，国内外竞相采用多种人工老熟的方法，而激光催陈酒或醋是其中的一种方法。它的主要优点：①催熟速度特别快，几秒钟就见效；②在激光辐照中，能够保持酒体或醋体的本身温度不变，有利于保证酒或醋的风味；③操作简便，一次投入可长期使用。
1.1.1催陈新酒
在国内，激光对酒的人工催陈始于1982年。激光用于催陈的酒主要有白酒和黄酒两种。
据报道，采用波长为337.1 nm的氮分子激光作为辐照源，对绍兴加饭酒进行辐射，处理后的酒，总酸量和S02的含量下降，总酯含量由2.6 g/L增加到3.9g/L，游离氨基酸含量普遍增加。氨基酸是人体必需的营养成分，氨基酸含量的增加是非常有价值的。通过检测表明，激光催陈后的黄酒，相当自然老熟1-2年的水平。
1.1.2催陈新醋
将He-Ne激光器产生的激光对食醋进行激光辐照处理，食醋的香气成分会发生变化，尤其是对食醋具有刺激性气味和异味的乙醛、乙醇和异丁醇趋于降低，而对食醋具有柔和香气的乙缩醛含量增加，18种氨基酸均有不同程度的减少，而总酸、总酯和色度均有不同程度的增加，其含量的变化符合自然老熟的规律。
1.2对啤酒的杀菌
利用高频激光近红外线对啤酒进行杀菌，由于不会影响分子的离子化，因此对啤酒质量不会产生不利影响。研究显示，啤酒短期受激光红外线照射，可有效抑制酵母繁殖，并杀死细菌。经红外线照射过的啤酒，其酵母细胞的平均含量减少3倍，细菌量减少17倍。而且红外线光波穿透力强，可用于处理瓶装啤酒。
2激光用于食品的检测
2.1 食品质量检测
作为一种无需样品前处理、灵敏度相对较高、分析测试快速便捷的绿色光谱技术，激光喇曼光谱技术能够测量分子的振动及其化学结构，可以有效地反映单一或混合体系的结构特征，在物质的分析和鉴别中一直起着十分重要的作用。因此，随着这方面研究的深入，激光喇曼光谱技术在食品质量检测中的优势便日益突显出来。
2.2果蔬农药残留检测
目前，激光喇曼光谱技术已经成功地用于测试和鉴别多种类型的农药样品，并且无论在农药浓度测定的精确度和灵敏度方面都达到了较高的水平。加之，用它鉴定农药残留不受湿润环境的限制，对样品无损坏，而且分析测试快速便捷，这使喇曼光谱技术成为现代市场农药检测新技术开发中很有应用前景的光谱技术。
国外报道称，利用表面增强喇曼光谱可对水果中几种常见农药的残留进行鉴定。利用喇曼光谱对农药测试具有较高的灵敏度，不仅可以检测出单种农药残留，而且还能显示出两种农药混合的残留状况。此外，对于果肉果汁内部的农药残留检测，灵敏度也很高。
2.3 肉类产品质量检测
利用喇曼光谱技术可以获取与肉类质量相关的信息如动物蛋白、脂肪等重要成分的相对浓度和分布情况。采用红外吸收和喇曼散射相结合的技术，可以反映屠宰后短期内猪肉水分含量的情况。在光谱900—1 800cml区域内包含了猪肉水分含量的最为丰富的光谱信息围。而对于喇曼光谱，同样能够显示相关的振动信息。将光纤探测器引进到喇曼光谱中去，并结合其他方面的技术实现新鲜畜肉质量检测，同时根据水分含量可以给待售畜肉划分质量等级。
2.4伪劣食品鉴定
应用激光喇曼光谱技术能够实现伪劣食品的快速、灵敏和无损鉴定。目前这方面的应用主要包括酒类的鉴定（如以次充好、勾兑T业酒精、甲醇等）、食用油的检测、蜂蜜掺杂的鉴定以及变质食品的鉴定等方面。
目前用于对酒类的鉴定技术：①通过分析市售酒的喇曼光谱，与同一品牌的标准酒进行喇曼光谱对比分析，可以确定市售酒的真伪；②通过分析市售酿造酒的喇曼光谱，可以发现这些酿造酒的谱带范围。各种类型的酿造酒因所含酒曲成分的差异表现m不同的光谱特征。此外，喇曼光谱技术在蜂蜜掺杂的鉴定和变质食品的鉴定方面也得到了应用。
2.5农产品检测
激光荧光法技术应用于农产品加T大致有以下几个方面：①可以分析种子成熟度，由于种子的成熟与否可以用叶绿素来反映，而通过激光荧光法测量叶绿素含量和光谱就能知道种子成熟度；②通过激光荧光法测量香蕉等水果的褐变和损伤，测量苹果、箩卜等在储存过程中的胡箩卜素、叶绿素和多酚类物质含量的变化，从而判断苹果、箩卜等在储存过程中的质量变化；③应用激光荧光图像研究苹果等农产品表面污染物的检测；④检测水果的内部品质；⑤检测鲜牛奶的品质。
3激光技术用于食品和农产品加工
利用激光束高功率和高定向的特点，采用适当的光学聚焦装置，可形成极细的光束，用来对物体进行切削，这便是激光刀。激光刀切削是一种非接触式加工，因而很清洁卫生。此外，它的加T速度快，加工量大，所切的断面光滑整齐，而且可以将被加T物切削成任何所需的形状。激光刀切削的这些优点，在食品加T中很有实用价值。例如：用激光刀切面条、面包、鱼、肉、骨、蔬菜和水果等，其断面光滑，而且形状规整。也可以切出特殊的形状，作为新的产品造型。用激光刀切食物，是任何刀工超凡的厨师都难以媲美的，在大批量切削方面尤其实用。
笔者从2006年开始，研究将高能激光技术应用于坚果的划口加T。根据激光刀切削的原理，用聚焦激光束辐照坚果表面使其加热至熔化或汽化温度，使壳层发生瞬间烧蚀、蒸发，从而达到划口、甚至破壳取果仁，先后研制开发板栗和夏果激光划口机。其中板栗划口机采用波长为10 640 nm的C02激光管，输出功率120 W，目前已在板栗加工企业用于板栗划口加工，用户反映良好。
目前国内市面上常见的防伪标识，主要是模压彩虹全息图。此项技术涉及光学、机械、电气、化学、电子计算机应用等多学科。其主要系统及设备有：计算机图形处理系统及照相制版系统、全息照相系统、精细化学镀及电铸系统、模压机、涂布复合机、模切机等。属于难度大、综合性强的高技术、因而成为当前最为流行的食品防伪手段。
4.2.2激光点阵全息图
它是用激光全息技术与计算机控制技术结合制作而成全息图。点阵全息图具有很高的衍射效率，并且色彩丰富，有360°可视和动态视觉效果的特点。采用该技术制作成的全息标识具有背景渐变、旋转闪变及扩缩闪变等动感视觉效果。目前这一技术已应用于食品的全息防伪包装中。
4激光技术在食品包装中的应用
食品包装在包装行业中的要求是最高的，也是受到人们特别关注的一个重要方面。采用激光技术可以在食品包装中进行包装划线、激光全息防伪等。
4.1 激光划线技术
采用先进的激光技术能够做到选择软食品包装中某个单独薄膜层进行划线，这样可以实现软包装的完美易撕开的效果，并且能够保持薄膜的完整性，使得外层薄膜完好无损，从而能够有效避免包装内商品的见光和受潮等问题的出现。
其次，利用激光技术能够随意的按自由组合方式划线，例如按零食包装上印刷图案的轮廓来划线，这样的划线方式正是激光划线系统的优势所在。
4.2激光防伪技术
激光全息防伪技术已广泛应用于食品及其他产品包装中，主要是模压彩虹全息图和激光点阵全息图。
4.2.1 模压彩虹全息图
5结语
激光技术在食品加T的应用还很多，本文仅结合笔者研究中接触到的领域，介绍了激光技术在食品加T中应用的几个方面，随着新技术的不断出现，将激光技术与其他新技术的结合，相信激光技术在食品中的应用会得到更大的发展。
张林泉(广东省现代农业装备研究所)
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