进口大豆不完善粒鉴别特征综述及展望

2023-10-08古争艳戚天杰

现代食品 2023年14期

◎ 古争艳，戚天杰

（1.中央储备粮新郑直属库有限公司，河南郑州 451100；2.河南工业大学粮食和物资储备学院，河南郑州 450001）

大豆作为我国油脂工业和饲料工业的原材料之一，其需求量在不断增长。由于进口大豆的转基因化和规模化生产，在产量上可以满足我国的需求，且在出油率方面也优于国产大豆，造成人们对于进口大豆的依赖性过高，不利于我国大豆类农作物的发展。

大豆可以分为国产大豆和进口大豆，进口大豆粮堆里包含完整粒大豆、杂质和不完善粒大豆，其中，不完善粒主要包括未熟粒、不完善粒和损伤粒；损伤粒又可分为虫蚀粒、病斑粒、热损伤粒、涨大粒、生霉粒、冻伤粒和霉变粒，霉变粒单独计作卫生指标范畴[2]。有研究证实，损伤粒与大豆质量的关系是非常紧密的。例如，大豆热损现象对于油脂酸价、过氧化值和油脂全氧化值等都有较大的影响[1]。此外，大豆质量标准中对完整粒率、损伤粒率和热损伤粒率都有明确的限值要求，因此，这3项指标的检测准确性至关重要。然而，目前我国完整粒率的检测还是依赖人工挑选出不完善粒，然后分别称量和间接计算。人工挑选方法较仪器检测方法存在较大的主观因素误差，检测结果的准确性不高[3]。查阅国内外挑选检测类文献发现，质量监测类型的机器、光学检测技术装备和负责挑选分类的半自动化或自动化机器等设备曾经因为造价高、结构复杂等原因在国内外鲜有应用研究。然而，随着近年来现代科学技术的飞速发展，现代仪器设备精度高、速度快、重复性高、前景广阔等优点已经凸显出来，已有学者对机器代替人工的农产品挑选工作进行了探索和研究，因此本文将针对大豆不完善粒检测中不同的现代仪器设备的应用，进行了展望和讨论。

1 不完善粒的人工挑选方法

进口大豆主要有3大类不完善粒。第1类是不完善粒，是指完整度在75%以下的大豆；第2类是未熟粒，是指在生产过程中由于各种因素导致的具有发青干瘪等特点的大豆；第3类是损伤粒，是指在生长或者运输过程中由于各种原因而导致的大豆损伤。损伤粒又可以细分为病斑粒、生霉粒、热损伤粒、虫蚀粒和涨大粒等，如图1所示。人工挑选方法为：将去除大杂后的进口大豆样品约100 g倒入白瓷盘中，先用毛刷将豆皮挑选出来放置杂质盒中，再挑选出占比最大的不完善粒，然后按照大豆表皮特征快速识别出病斑粒、热损伤粒、生霉粒等，分别放入带有分类名称标记的铝盒中，最后使用刀片剖皮和切片方式查看子叶情况鉴别疑似大豆，反复检查直至白瓷盘中剩余大豆颗粒均为完整粒为止。人工挑选操作的难点在于需要剖开问题大豆的表皮，观察内部子叶的实际情况，由于根据表皮颜色和形态的判断有时具有误导性，例如，某些表皮显示异常的大豆，其子叶可能很完整，属于正常粮粒；而某些表皮正常的大豆，其子叶内部也可能不完整，则属于损伤粒。因此，通过剥落大豆的表皮、观察子叶的内部情况，才能保证大豆不漏检和不错检，进而保证结果的准确性[4-6]。

图1 进口大豆不完善粒和杂质图

2 不完善粒分类及特征

2.1 病斑粒

图2是病斑粒的图片，病斑大豆是由于大豆感染某些病菌使得大豆颜色异常，有明显的发黑凹陷，某些表皮正常的大豆内部是发黑发褐的，也属于病斑粒。

图2 进口大豆病斑粒实物展示图

2.2 未熟粒

未熟粒的特征为颜色发青（体积占1/2）或者表皮瘪缩（表面积占1/2），观察外表有的存在凹陷，类似于缺水的样子，同样，有些外皮颜色正常的大豆，将其刨开之后，内部颜色也有发青发绿，这种也属于未熟粒。

2.3 热损伤粒

如图3所示，进口大豆热损伤粒实物比正常大豆偏红，大多数为红褐色，也有些表皮颜色正常，而内部呈现偏红色，此类属于热损伤粒。有个别存在表皮红色，内部呈现正常颜色则不属于热损伤。

图3 进口大豆热损伤粒实物展示图

2.4 虫蚀粒

图4是虫蛀粒，进口大豆虫蛀粒数量比较少，但是特征比较容易区分，其上面有明显的虫蛀的小洞和痕迹，大多数虫蛀粒也是病斑粒，均归属于损伤粒里，以虫蛀的洞口为区分。

图4 进口大豆虫蚀粒实物展示图

2.5 生霉粒

图5是生霉粒的展示图，生霉粒的表面一般伴随着肉眼可见的霉斑、霉块等，颜色一般有白色、灰色和黑色等，其与病斑的区分较为困难，需要仔细观察，大多数生霉的大豆只有部分生霉点，而不会大面积生霉，外观常常伴随着毛感。

图5 进口大豆生霉粒实物展示图

3 常见的筛选不完善粒方法

3.1 直径筛选法

通过手工对30个试验样品进行不完善粒挑选，总结发现：总时间为100%的条件下，挑选不完善粒花费的时间约占40%，热损伤粒花费时间约占10%，未熟粒挑选时间约占20%，生霉粒和病斑粒挑选时间也都约为10%。可见，不完善粒的挑选虽然最易判别，但耗时最多。由于不完善粒与完整粒的外形差距较大，可以考虑采用直径筛选的方法。然而，由于不完善粒的特殊形状[7-9]，部分不完善粒的最大直径和完整粒相同，非常容易卡住筛口，效率非常低，常常筛了几遍还没有将完整粒粒和不完善粒分开。因此，本次研究中我们淘汰了这种筛选办法。此外，国内外文献资料还能够查到风力筛选和圆周滑落等筛选方法，但效率都不高[10-12]。

3.2 斜面法

具体操作方法是：将大豆样品置于一个斜面顶端并使其滑落下来，完整粒由于表面光滑阻力小能够滑到斜面底部，而不完善粒因其不规则形状，则会停在斜面中间的位置，从而将破碎豆快速分离。对此，设计一个小型的斜面机，就可以实现实验室的便携操作。

3.3 人工手扒法

通过对比镊子挑选和人工手扒挑选法发现，镊子挑选由于要逐一夹取颗粒并放入容器，费时又费力。而手扒挑选法是指尖将破碎豆划到白瓷盘一边，一次可以扒取几粒至几十粒不等，大大节省了挑选时间。

3.4 挑选顺序优化

通过人工手扒法将不完善粒挑选出来之后，建议优先挑选未熟粒，因为未熟粒的表皮颜色一般偏青偏绿，相对容易观测，然后是生霉粒，表皮一般具有发白、发灰的毛斑状，接下来挑选表皮颜色较重的大豆颗粒，将其刨开之后观察子叶颜色，如果发红可判定为热损伤粒、发黑则是病斑粒，这样就可以把复杂的挑选过程简化为青、红、黑3种颜色的挑选，可以提高效率和准确性。在挑选过程中，要注意辨别虫蚀粒，虫蚀粒的特点（表皮有孔洞）比未熟粒更明显，但是在进口大豆中很少见到，如果发现虫蚀粒，则可以直接进行分类。

4 现代技术在挑选不完善粒中的应用

4.1 近红外光谱技术方法

崔丽霞[13]设计了一种近红外光谱技术（波段范围900～1 700 nm）和电气联动的马铃薯缺陷检测分选装置，可同时实现2种内部缺陷检测（马铃薯黑心病和环腐病）和分选剔除。该装置由微型近红外光谱仪、输送系统、剔除系统和PLC控制系统组成，微型近红外光谱仪可实现马铃薯内部缺陷无损检测；输送系统利用电动滚筒和皮带实现马铃薯输送；剔除系统利用气动元器件实现缺陷马铃薯剔除；PLC控制系统控制装置运行以完成缺陷马铃薯检测及分选。因此，将近红外光谱技术应用到大豆内部缺陷无损检测中，可以检测并分选出未熟粒、病斑粒、热损伤粒、冻伤粒和生霉粒等不完善粒。

4.2 图像视觉处理技术

刘福华[14]研究了基于机器视觉的水果分级分拣系统关键技术，研究表明，利用机器视觉测量具有精度高、结果稳定可靠和非接触性等优点,通过对苹果进行尺寸测量、空间定位,并根据果形大小、色泽光洁程度和表面缺陷等指标进行特征识别,可以实现对苹果品质的科学精准分级和自动分拣。由此可见，建立大豆不完善粒图像数据库，然后通过摄像技术呈现待检大豆颗粒图像，与数据库的信息比对进行判定，为大豆不完善粒快检设备提供了设计思路。