计算机技术在食品工业中的应用——《食品工业中的过程分析技术》评述

《食品工业中的过程分析技术》原著《Process Analytical Technology For the food Industry》，由科尔姆P·奥唐纳等编写，是世界上第一本将过程分析技术与食品工业相结合的专业著作。经姚志湘等翻译，于2016年6月由北京化学工业出版社出版。该书对包括目前已发展成熟的和刚兴起的，以及在未来可能会应用于食品工业中的过程分析技术工具进行了详细阐述，为食品工业的专业人员和学者提供了强有力的参考，致力于提高过程分析技术在工业中的应用效益。

该书不仅从理论层面介绍了过程分析技术的相关概念及其发展历程，也从实际出发详细探讨了过程分析技术在食品行业中的应用对食品安全的影响，以及需要面临的风险和挑战，并结合了大量关于食品生产、研发与质量控制的案例，使读者更加深刻理解该书内容。该书共包含12个章节，其中7个章节分别介绍了目前已有的过程分析技术工具，如红外光谱、拉曼光谱、磁共振成像和核磁共振谱等，每一章节的技术又都分为“引言”“理论”“仪器”“应用”4个层次，内容清晰，逻辑严谨，从概念到实践为读者进行了详细的呈现；另有一个章节介绍了新兴起的过程分析技术工具，如X射线、太赫兹成像、电子鼻和电子舌等，并对其发展前景进行了展望。

该书的第1章对于过程分析技术的概念和其演变进行了详细描述，并论述了食品行业中采用过程分析技术的驱动力和存在的收益，以及面临的挑战，使读者对于过程分析技术及其在工业发展中的应用有大体的了解和印象。第2章引入了多变量数据分析(化学计量学)，详细介绍了其定义和在PAT架构下，与不同数据和对象复杂程度对应的化学计量学分析的5个层次，以及试验设计和探索性分析的过程和方法、定量预测建模和过程分析技术样本分类、多变量过程监测、多块和多路分析的相关内容。第3章主要介绍了信息管理系统、HACCP、食品安全及ISO 22000议题和可追溯性的重要性介绍及系统开发。从第4章到第10章，每一个章节分别介绍一种目前发展已相对成熟的过程分析技术工具：红外光谱、拉曼光谱、磁共振成像和核磁共振谱、计算机视觉、热成像、高光谱影像和超声诊断，不仅对每种工具的定义和原理进行了解释，也对其仪器的构成应用场景进行了详细的描述和类比，让读者由内而外清晰地了解每一种过程分析技术工具。第11章主要介绍了新兴的过程分析技术被用于食品工业的可能性，包括断层成像方法、动态光散射技术、介电和微波传感、X射线、太赫兹成像、颗粒成像、电子鼻和电子舌、激光诱导荧光9种新技术。第12章与第1章相呼应，从食品工业的角度介绍了过程分析技术战略，包括其商业价值的计算、组织、分析仪器的实施和控制策略，并引入了基于质量特性测量的过程优化案例分析进一步说明，文章从以下方面对该书进行介绍。

1 “互联网+”环境下的过程分析技术

随着信息技术的不断发展，各行各业都在向着互联网化发展，在“互联网+”战略下，物联网技术日趋成熟，食品及农副产品的供应链模式得到了快速发展，而过程分析技术的方便、快速和可追溯性对于供应模式的转型起到了十分关键的作用。自从2001年加入世界贸易组织(WTO)以来，中国国际间的贸易交流迅猛增长，2017年仅食品类的外贸出口总额就已达到了123 132万美元，即使2020年的疫情使得进出口贸易遭受大规模的限制，但食品类外贸总额依旧属于顺差地位，不可否认，食品类的出口贸易一直占据中国外贸的重要地位。此外，随着技术的更迭和消费者线上购买生鲜的习惯养成，叠加此次疫情影响，“生鲜电商+冷链宅配”迎来了业务大爆发，不仅仅是市场需求的爆发，政策红利也在不断释放。近期浙江省政府办公厅发布的《关于提振消费促进经济稳定增长的实施意见》特别提到“宅经济”，其中提到了加快推广农产品“生鲜电子商务+冷链宅配”“中央厨房+食材冷链配送”等服务新模式。

因此，互联网革命的大环境下，不管是国际间的进出口贸易，还是国内消费升级使得物流业开始由标准化的大宗物流转向个性化、快速响应市场的碎片化物流，这对食品行业的过程分析技术提出了更高的要求：更加方便快捷、成本更低、可追溯性更强。尤其是经过这次疫情，市场监管的重要性体现得淋漓尽致，食品质量与安全成为食品行业乃至全球的热点。

该书侧重于讲述已有和新兴的过程分析技术工具，以宏观的视角讲述了过程分析技术在食品监管、生产、研发和品质控制等环节的应用和发展情况，分析了其实施战略。该书涉及了目前国际上最先进的相关技术，有助于了解前沿的技术进展，开拓视野，可供食品工程、过程工程、分析化学等领域科技人员阅读，也可供高校专业师生学习。通过列举过程分析技术中的不同工具在不同领域的具体应用，以具体案例进行分析，突出了过程分析技术的重要性，分析了影响食物质量安全的因素，如作者在食品工业中拉曼光谱的过程分析技术应用案例中，列举说明了如何正确的选择仪器来消除复杂的食品体系中拉曼散射之外的光学干扰。这种举例的方式，不仅让概念化的内容更加具体地展现在读者面前，且有参考可寻。同时该书也有较为完善的理论框架，通过对互联网背景下的过程分析技术作出说明，以及展示前沿的研究成果，结合具体案例，将晦涩深奥的专业知识转换为通俗易懂的日常知识，使非专业的读者也能够学到知识。

2 该书的学科价值

食品行业是国家经济发展的支柱行业，对食品安全也提出了更高的要求。2015年10月开始实施新修订的《食品安全法》扩大了对食品的监管范围，加大了处罚力度，其中的一个重点是明确了“全过程”监管制度，在技术手段上提出了自始至终的监管要求。同时，消费者对食品安全的需求，商业中通过过程分析技术对生产工艺的优化，降低生产成本和增加能源效率，过程分析技术还可以与绿色生产策略进行结合，实现环境可持续性。

《食品工业中的过程分析技术》一书简介了过程分析技术的概念和发展及其未来面临的挑战。书中详细介绍了从试验设计到数据分析和处理技术，为行业内普遍的数据分析技术提供了参考。书中对信息管理系统的详细介绍，为数据监测、数据采集和处理以及根据数据进行决策提供了有效的方法参考，同时可以实现数据和食品安全的可追溯性。详细介绍了红外光谱、拉曼光谱、磁共振成像和核磁共振谱、计算机视觉、热成像、高光谱影像、超声诊断等技术及其在不同种类的食品和不同的阶段中的使用，通过材料和成分分析，能够在整个过程中监测产品质量。

该书既有利于业内人士详细了解过程分析技术，也可以作为行业外人员学习本行业技术的入门书，其主要原因有：① 该书按照不同的技术分为不同章节，详细介绍其技术原理，并通过具体实例说明在食品过程分析中的使用，专业且易懂，逻辑通顺；② 内容编写严谨，使人在阅读的过程中有一个明显的框架感，读者可根据自身需求准确定位，更能引发阅读兴趣和欲望；③ 该书集中了基础知识和最新研究成果，更利于读者掌握基础专业知识和最新技术；④ 行业内的读者，可将该书作为行业技术的基础字典，根据自身需求，按目录选择需要阅读的章节。

3 该书的社会价值

该书被视为社会食品行业的重要参考书籍，其不仅具有重要的学术价值，更有重要的社会价值。食品安全已升级为国家战略。近几年屡屡爆出的食品安全问题，随着网络信息的快速传播受到了广泛的关注，同时，从2015年10月实施新修订的《食品安全法》后，对于食品安全的监管范围和深度都在不断增加，使得食品工业中的过程分析变得十分重要，这样既可以对食品安全有更高的保障，同时也可以通过过程分析中的数据，提高部分环节的生产效率。

《食品工业中的过程分析技术》对食品工业中新兴的过程分析技术进行了介绍，使得读者能够了解行业前沿技术，而且有些已在其他互补流程工业中被验证过，可以为后续的技术发展和读者的研究提供参考方向。