图像分析技术在谷物食品研究中的新应用

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1、图像分析技术在谷物食品研究中的新应用胡晓（西北大学化工学院食品科学与工程2007116166）摘要：绍了近几年来图像分析技术在谷物食品结构研究中的应用新进展。其中利用磁共振成像技术对面包孔洞组织进行2D平面的非侵入性扫描研究，分辨率高，并且可以对面包生产过程中气孔动态变化进行追踪和统计；X光计算机微观断层扫描技术在计算机辅助下可以将物体不同角度X光扫描图像进行重建组合，将物体内部3D立体结构重现。并对任意平面进行非侵入性统计研究。关键词谷物食品；结构；磁共振成像；X光计算机；微观断层扫描谷物食品在人类膳食营养中占有非常重要的地位，虽然已

2、经具有几千年的历史，但是一直以来人们并没有停止对他品质的改良研究。在研究食品生产和品质的过程中，图像分析是一种常用的方法，如各种各样的电镜扫描技术以及基于普通图片的图形数据处理技术等，这些方法使人们可以看到食品更加微观的结构，如电镜扫描，或可以进行更为量化的评价，如对普通图片像素的数据分析，但是这些方法仍然具有一些缺点，如电镜扫描技术无法进行数据量化，无法进行动态检查变化过程，检测的预处理措施，如切片、冷冻、涂膜等，会给测定的结果带来一定的损伤和赝象。近几年，一些先进的图像分析技术开始应用于烘焙食品研究领域，这些方法在很大程度上克服了传

3、统方法的缺点，本文将介绍两种基于不同原理的图像分析技术在谷物食品结构研究中的新应用。1磁共振成像技术1．1磁共振成像技术简介磁共振成像技术(MagneticResonanceImage，MRI)是一种现代仪器分析方法，也称为核磁共振波谱法(NuclearMagneticResonance，NMR)，或者核磁共振成像(NuclearMagneticResonanceImaging，NMRI)。NMR技术最初只应用于物理科学领域，随着超导技术、计算机技术和脉冲傅立叶变换波谱仪的迅速发展，核磁共振已成为当今鉴定有机化合物结构和研究化学动力学等

4、的极为重要的方法，其功能及应用领域正在逐渐扩大。由于核磁共振技术仅仅对物体原子核的能级进行改变，对物体本身物理化学状态不会产生影响，因此可以对食品进行非侵入性的检测以及跟踪动态的加工过程内部特征规律。特别是近几年较高分辨率核磁共振技术的使用，MRI开始作为一种无损性研究多孔性物体结构特征的方法在谷物食品领域得到应用。1．2核磁成像技术应用Francois等人利用MRI方法在弱场强下对面包组织的孔洞变化规律进行了研究，得到比较理想的图像和数据，并可以成功的将面包醒发过程中不同时期气泡占面团体积的总比例以及气泡的平均直径计算出来。这一研究主

5、要是利用面团中水的氢原子磁信号，可以将面团部分或气泡部分明确分开，通过计算机利用图像像素灰度阈值进行计算，将面包中气泡大小、数量、分布、相互关系以及动态变化规律进行统计。J0hn也建立了一套利用MRI技术研究面包内孔洞特征和计算相关参数的方法，以此作为研究手段对比了面包成型方法(fastdeformation&slowdeformation)、成型环境(highandlowtemperature)对面包品质的影响。在收集到不同时间的面团结构参数后，作者研究了不同成型方法对面包结构变化产生的影响，根据经过快速和慢速卷起成型的面包中气孔变化

6、规律图，横坐标为气泡的直径大小，纵坐标为发酵时间，立体坐标为总的气泡截面积，反映一定尺寸大小气泡在总气泡容积中所占的比重。很明显可以看出样品中气泡孔径均匀，气泡尺寸多为较小尺寸，大孔径气泡较少，表明组织孔洞细腻；而另一对照样品中则相反，气泡孔径不均匀，从小气泡到大气泡都有分布，表面组织孔洞大小不匀，粗糙。2X光计算机微观断层扫描技术2．1X光计算机微观断层扫描技术简介X光计算机微观断层扫描技术是在X光扫描方法上发展起来的。传统X光扫描方法很早就在医学领域里得到了广泛的应用，但是由于早期的X光扫描得到的图片是整个物体在同一个方向上不同层面

7、叠加起来的映像，所以无法精确观察内部结构，应用范围受到很大限制。随着电子计算机技术的发展，产生了x光计算机微观断层扫描技术(x—rayComputerMicmTomography，CMT)，这一技术在医学领域应用较广。CMT扫描的基本原理是：利用X光在穿透物质时，由于物质密度的不同会使X光产生一定的衰减，这种衰减可以反映在特别的X光感光数码图像(传统X光照片)。在对同一个物体的不同角度进行扫描后，将得到的这些数码图像收集到计算机中，利用一定的运算法则，可以将物体内部3D立体结构重建(reconstructed)。整个过程大致为两个阶段，

8、①物体作3600(或180。)旋转扫描并拍摄一张数码射线照片；②把所有修正好的图片合并，通过锥型线束反投影法(coneBeamBackProjection)就可以重建一个精确的3D数据云。这一数据云即为模拟