孙大文院士团队：太赫兹光谱成像技术的新颖性分析应用

近日，爱尔兰国立都柏林大学（UCD）孙大文院士课题组在食品领域的国际权威期刊《Trends in Food Science & Technology》(IF=15.3) 在线发表题为“Novel analysis of food processes by terahertz spectral imaging: A review of recent research findings”的综述文章，系统地阐述了太赫兹光谱成像技术对食品加工过程中新颖性的分析应用，爱尔兰国立都柏林大学（UCD）孙大文院士为本文唯一通讯作者。

近几十年来，随着加热、发酵、脱水和冷冻等食品加工技术的快速发展，食品工业进入了一个新时代。在给大众带来便利的同时，人们也对这些技术在食品生产中的密集应用产生了一些担忧和不信任。随着各种新型技术的逐步出现和大规模应用，质量控制和分析技术的研究也应跟上时代的发展步伐，以适应发展的需要。传统的质量控制过程涉及样品的破坏和接触，通常由人工进行，耗时耗力。在某些情况下，还需要对样品进行切片和稀释等预处理。此外，传统的评估方法和设备无法实现现场过程分析。因此，迫切需要一种非破坏性和非接触式工具来进行快速高效的现场分析。

一些非破坏性的快速检测技术，包括光谱技术和计算机视觉技术，目前已广泛应用于食品行业。在光谱学技术中，太赫兹时域光谱学在研究分子振动方面表现出独特的性能。太赫兹光谱区域介于0.1-10 THz之间，是电磁波谱红外区域和微波区域之间的空隙，同时，太赫兹光谱能够穿透固体样品并呈现其内部信息，是 X 射线等危险技术的理想替代品。因此，太赫兹光谱已被广泛应用于各个领域，如异物检测、毒性检测、微生物检测、掺假检测。由于其独特的性质，太赫兹波对极性化合物高度敏感，包括水、乙醇、氨和硫化氢。相比之下，干燥、非极性和非金属固体在波段内显得透明。基于这一点，它被认为完全适用于现场加工分析，如脱水和发酵。同时，我们也回顾太赫兹光谱在相关领域的应用研究主要集中在异物检测、掺假和微生物繁殖上。然而，关于太赫兹光谱在食品制造和保存过程的实时评估中的应用，目前尚见文献有限。因此，本综述旨在填补这一空白，全面系统地综述太赫兹时域光谱成像（THz-TDS）在发酵、脱水、冷冻、贮藏等食品制造和保存过程实时分析中的应用。

因此，本综述系统地阐述了近年来在发酵、脱水、冷冻和贮藏食品加工中实施THz-TDS的研究成果，并讨论了当前的局限性和未来展望。其中，脱水和贮藏是经常使用THz-TDS分析质量参数的两个过程，主要是在水分含量变化方面。除此之外，它检测硫化氢和氨等极性物质存在的能力揭示了分析发酵过程的潜力。然而，这种技术的普遍性目前受到一些缺点的限制，例如成本高、水扰动大、穿透深度有限。未来，迫切需要在异常温度下对经济型THz-TDS进行检测环境的创新。此外，开发合适的预处理方法和算法以减少结构损坏对太赫兹传输的影响，有助于降低设备的过度灵敏度。

图1. THz-TDS操作系统的基本设置及其在三种检测模式下的原理图。

图2. DSVM 方案的基本工作流程示意图。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104463

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