消费者期望食品的新鲜度，质量，一致性和最重要的是安全性。但是，对于食品加工商而言，实现这一期望变得越来越困难。不幸的是，复杂的供应链和降低加工成本的财务压力可能会导致食品加工和安全程序失效，从而对消费者安全和整个食品行业构成重大威胁。
除了整体食品质量问题外，食品行业还面临着由食品病原体（每年使数百万人致病的无形敌人）引起的消费者的责任和巨大风险。无法检测到危险微生物，包括 沙门氏菌, 李斯特菌和 大肠杆菌，会导致严重的食源性疾病暴发。实际上，大约有4800万 食源性疾病发作 每年在美国都会发生，有28,000例住院治疗和3,000例死亡。的 食源性病原体的经济负担 被认为每年高达360亿美元。而且，随着 食源性感染 继续上升。
智能高光谱成像（HSI）的最新技术进展有望破坏食品行业目前的检测和响应状态，但是，为加工者提供了一种新型的更有效的工具，可以应对引起这些疾病的病原体爆发。
维持食品安全的挑战
传染性食源性疾病风险的上升部分地由粮食生产的合并和工业化驱动。随着设施的扩大和自动化程度的提高，病原体传播的可能性也随之增加。
当前，大多数公司使用基于核酸的聚合酶链反应（PCR）技术来检测病原体，并且这种方法在整个行业中被广泛接受。然而，该测定是昂贵的，涉及复杂的样品制备，并且最重要的是，其产生结果的速度很慢。从测试到结果的时间理论上为12到36个小时，但实际上可能为3到8天。这会在供应链中造成瓶颈，从而对运营周期产生负面影响并增加库存管理成本。保质期短的易腐食品的影响尤其明显。在这些行业中，产品通常在病原体被发现时就已经上市。这意味着在发现问题时客户可能已经生病了，从而导致了巨大的责任并损害了加工商的品牌。
这些不足表明迫切需要在病原体检测中提供更好的解决方案。 HSI的新进展提供了这样的解决方案：一种更快的系统，能够在产品上市之前在细胞水平上及早检测食源性细菌。
高光谱成像技术如何工作
从广义上讲，恒指使用先进的硬件和软件来帮助公司创建改进的质量保证指标。硬件会捕获图像，然后软件会通过将常规光谱技术与数字成像功能相结合来对其进行处理，以提供可操作的数据。
HSI技术在两个方面利用了卓越的功能：光谱和空间分辨率。相反，传统的机器视觉系统缺乏有效地捕获细节并将细微差别传递给用户的能力。这意味着HSI系统提供的细节水平远远超过当前的行业标准系统。例如，RGB摄像机只能检测到三种颜色（红色，绿色和蓝色），而HSI可以检测到300至600种真实颜色，显着增加了100到200倍。
HSI还可以读取紫外线或红外线光谱，从而提供在可见光谱内无法观察到的食物成分和微生物的化学和结构细节。 HSI相机通过生成“数据立方体”来做到这一点，“数据立方体”是图像中收集的像素，显示了人类或传统相机无法观察到的细微反射色差。然后，通过机器学习算法对该信息进行处理，以渲染“分类”图像，该图像被标记和优化以在将来更有效地处理信息。
广泛使用的机器学习方法的出现也为HSI病原体检测带来了一套新的强大工具。为了利用HSI渲染的大量数据，这些年来已经开发了许多图像处理算法，并且一直以来都在创造更多的图像处理算法。这些数学技术与智能HSI显微镜相结合，可帮助用户快速，准确地解释数据。
与HSI相比，其他传统的质量保证体系在食品安全和病原体检测方面还存在其他特定限制。 X射线价格昂贵，仅专注于检测异物，可能难以维护和校准。虽然金属探测器价格便宜，但它们通常只能捕获具有强磁场的金属，例如铁。不幸的是，许多材料，包括铜，铝，塑料，木材和粪便，都可能漏出而未被发现。
常规的质量保证系统还依赖于人类的主观性，这可能会一天天甚至一小时到几小时地变化。虽然负责监视在线质量和食品安全的人员正在尽力而为，但肉眼和人脑可能会不稳定。疲倦或分心的人可能会以不同的方式来判断质量，从而导致不一致的标准可能对食品加工者和消费者产生负面影响。
使用HSI进行病原体检测
与当前的传统技术相比，HSI可以立即为食品工业提供切实的利益，尤其是在食品供应链的质量保证方面。 HSI解决方案提供了三个特定元素的优势。
首先，HSI中采用的智能高光谱显微镜将传统光谱学的分析优势与数字显微镜成像相结合，以提供高分辨率的光谱和空间信息，从而能够对整个细菌细胞图像中的每个像素进行光谱识别。暗场照明显微镜也可用于消除染色或特殊试剂生长培养基的需求。这极大地缩短了在线识别潜在有害病原体所需的时间，并使他们能够在现场进行识别。
其次，HSI利用机器学习来不断提高其图像处理能力，从而帮助食品加工商更好地监视和控制其食品的质量。如上所述，高光谱成像器硬件返回原始数据立方体，该原始数据立方体代表图像中每个像素的光谱信息。通过使用特殊的软件分析和校准，随着更大的样本量和更多数据的处理，HSI产品继续提高了辨识度。 HSI建立在一组经过专门培训的机器学习工具的基础上，可以识别有害食品病原体中的主要光谱和空间特征，并对其进行标记以进行直观识别。这有助于为食品加工者提供即时反馈，然后食品加工者可以利用该即时数据实施新系统。例如，如果检测到有害病原体，将自动停止生产线，以便可以立即解决问题。
最后，HSI利用自动检测来识别病原体细胞。正确识别病原体细胞的传统过程可能会涉及并且耗时。 HSI可以自动从稀疏的视野中捕获光谱数据立方体。在低细胞浓度的情况下，该过程会使用靶向算法自动搜索细胞。然后，该系统可以在不到四个小时的时间内快速识别病原体，从而成倍地减少了测试时间。
其他串联应用
除了检测食物病原体外，还可以使用HSI同时测量多种食物特征，包括颜色，水分含量，脂肪含量和蛋白质含量。这种细微差别提供了肉眼无法辨别的化学和结构成分的细节，同时提供了制造商可以用来在许多领域中提高安全性和质量保证的附加信息。
例如，HSI可用于确保食物新鲜。通过在变质变得可见之前识别出变质，它为生产者提供了一种工具，可以在整个供应链中维持产品的一致性和质量。 HSI还可以帮助肉类和家禽公司在线检测异物，包括金属，木材，塑料，骨头，粪便等。同一HSI单元可用于病原体检测，质量保证和包装检查。
HSI存在于食品安全技术的最前沿，众所周知，它将破坏食品病原体的检测。相关技术的新进步使HSI比以往任何时候都更经济实惠和更具功能，使其成为较旧的过时技术和实践的可行替代方案。 HSI可以在数小时而不是数天的时间内检测到食源性病原体，并通过清晰的途径将其降至数分钟，从而使危险食品无法进入市场，从而保护了消费者，公司的利润和品牌。
Bartholomeusz博士 是...的首席执行官 HinaLea成像，位于加利福尼亚州埃默里维尔。 [email protected].