太赫茲波（Terahertz, THz）是介于微波與紅外波段之間的電磁波（頻率范圍0.1–10THz，波長(zhǎng)30μm–3mm），兼具穿透性強(qiáng)、光子能量低、指紋光譜特性顯著三大核心優(yōu)勢(shì)，在食品安全無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)（如色譜、質(zhì)譜、近紅外光譜）難以比擬的潛力。食品安全檢測(cè)儀的應(yīng)用核心在于利用物質(zhì)對(duì)太赫茲波的特征吸收與散射響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)食品成分、缺陷、污染物的快速、非接觸、無(wú)損傷鑒別，契合食品安全檢測(cè)“高效、精準(zhǔn)、綠色”的發(fā)展需求。

一、太赫茲波譜用于食品安全無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

太赫茲波的獨(dú)特理化性質(zhì)使其適配食品安全檢測(cè)的復(fù)雜場(chǎng)景，核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在四個(gè)方面：

無(wú)損穿透性與非接觸檢測(cè)

太赫茲波可穿透絕大多數(shù)非金屬非極性材料（如塑料、玻璃、紙質(zhì)包裝、糧食、干果、肉類等），無(wú)需拆封即可對(duì)包裝內(nèi)食品進(jìn)行檢測(cè)，避免因取樣破壞導(dǎo)致的二次污染或檢測(cè)偏差；同時(shí)采用非接觸式測(cè)量，不會(huì)對(duì)食品的外觀、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)成分造成損傷，適用于生鮮食品、高端食品的在線檢測(cè)。

指紋光譜的特異性識(shí)別能力

不同分子（尤其是極性分子、氫鍵分子）在太赫茲波段具有獨(dú)特的吸收峰（即“指紋光譜”），這源于分子的轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)能級(jí)躍遷及氫鍵網(wǎng)絡(luò)的集體振動(dòng)，例如，水、氨基酸、糖類、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留、真菌毒素等物質(zhì)的太赫茲指紋光譜差異顯著，可通過(guò)光譜特征峰的位置、強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定性定量分析。

低光子能量的安全性

太赫茲波的光子能量?jī)H為毫電子伏特級(jí)（遠(yuǎn)低于X射線），不會(huì)使被檢測(cè)物質(zhì)發(fā)生電離，無(wú)輻射污染風(fēng)險(xiǎn)，既保障檢測(cè)人員安全，也避免食品因電離輻射產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)流失或有害物質(zhì)，適合食品的大批量連續(xù)檢測(cè)。

快速實(shí)時(shí)的檢測(cè)效率

太赫茲波譜檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)光譜采集，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法可完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，檢測(cè)速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室離線檢測(cè)方法，適配食品生產(chǎn)線的在線分揀、質(zhì)量監(jiān)控需求，滿足工業(yè)化大規(guī)模檢測(cè)的效率要求。

二、太赫茲波譜在食品安全無(wú)損檢測(cè)中的潛在應(yīng)用場(chǎng)景

1. 食品成分與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的快速分析

太赫茲波譜可基于指紋特征實(shí)現(xiàn)食品中核心成分的定性定量檢測(cè)，無(wú)需復(fù)雜前處理：

水分含量與分布檢測(cè)：水分子在太赫茲波段具有強(qiáng)吸收特性，且吸收峰位置隨水分存在狀態(tài)（自由水、結(jié)合水）變化，可精準(zhǔn)測(cè)定糧食、奶粉、餅干、肉類等食品的水分含量，同時(shí)成像技術(shù)可直觀呈現(xiàn)水分在食品內(nèi)部的分布差異，判斷是否存在局部受潮、干燥不均等問(wèn)題。

營(yíng)養(yǎng)成分鑒別：糖類（蔗糖、淀粉）、蛋白質(zhì)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的太赫茲光譜特征明確，可快速檢測(cè)奶粉中的蛋白質(zhì)含量、食用油的脂肪酸組成、谷物中的淀粉含量等；還能區(qū)分食品中的真假成分，例如鑒別蜂蜜中的蔗糖摻假、奶粉中的植物蛋白摻雜，解決傳統(tǒng)檢測(cè)方法耗時(shí)久的痛點(diǎn)。

新鮮度評(píng)估：食品變質(zhì)過(guò)程中會(huì)伴隨成分變化（如肉類腐敗產(chǎn)生胺類物質(zhì)、果蔬成熟過(guò)程中糖酸比變化），這些物質(zhì)在太赫茲波段的光譜響應(yīng)會(huì)發(fā)生規(guī)律性改變。通過(guò)建立新鮮度與光譜特征的關(guān)聯(lián)模型，可實(shí)現(xiàn)肉類、果蔬、水產(chǎn)品的快速新鮮度分級(jí)，例如區(qū)分冷藏肉的新鮮程度、判斷水果的成熟度。

2. 食品中污染物與有害殘留的無(wú)損篩查

太赫茲波譜可對(duì)食品中的微量污染物進(jìn)行高靈敏度識(shí)別，是保障食品安全的核心應(yīng)用方向：

農(nóng)藥與獸藥殘留檢測(cè)：有機(jī)磷、擬除蟲(chóng)菊酯等農(nóng)藥，以及抗生素、激素等獸藥殘留，在太赫茲波段具有特征吸收峰。利用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)（THz-TDS），可直接穿透果蔬表皮、肉類組織，檢測(cè)內(nèi)部殘留的農(nóng)藥獸藥，例如篩查蔬菜表面的農(nóng)藥殘留、生鮮肉中的瘦肉精殘留，檢測(cè)限可達(dá)毫克/千克級(jí)，滿足國(guó)標(biāo)限量要求。

真菌毒素的快速檢測(cè)：黃曲霉毒素、赭曲霉毒素等真菌毒素是糧食、油料作物的主要污染物，傳統(tǒng)檢測(cè)需通過(guò)免疫層析或色譜法，步驟繁瑣。太赫茲波譜可通過(guò)識(shí)別毒素分子的指紋光譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米、花生、小麥等糧食中真菌毒素的無(wú)損檢測(cè)，且能同時(shí)檢測(cè)多種毒素，提升篩查效率。

異物與摻雜污染物檢測(cè)：太赫茲成像技術(shù)可清晰呈現(xiàn)食品內(nèi)部的異物分布，例如檢測(cè)奶粉中的塑料顆粒、糧食中的石子與金屬碎屑、巧克力中的毛發(fā)或纖維雜質(zhì)；還能識(shí)別食品中的非法添加劑，例如辣椒粉中的工業(yè)染料、牛奶中的三聚氰胺，通過(guò)特征光譜差異實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)鑒別。

3. 食品加工過(guò)程的在線質(zhì)量監(jiān)控

太赫茲波譜可集成于食品生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)加工全流程的實(shí)時(shí)無(wú)損監(jiān)控：

加工工藝參數(shù)優(yōu)化：在烘焙、干燥、蒸煮等加工環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)食品的太赫茲光譜變化，可動(dòng)態(tài)監(jiān)控水分含量、成分變化，進(jìn)而調(diào)整加工溫度、時(shí)間等參數(shù)，例如控制餅干的烘烤程度、調(diào)節(jié)方便面的油炸時(shí)間，保障產(chǎn)品品質(zhì)一致性。

包裝完整性檢測(cè)：利用太赫茲波的穿透性，可檢測(cè)食品包裝的密封性能，例如識(shí)別真空包裝的漏氣點(diǎn)、復(fù)合包裝的層間剝離缺陷，避免因包裝破損導(dǎo)致的食品氧化變質(zhì)；同時(shí)可檢測(cè)包裝材料中的有害物質(zhì)遷移，例如塑料包裝中的增塑劑是否遷移至食品中。

冷鏈?zhǔn)称返钠焚|(zhì)監(jiān)控：冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中，食品的溫度波動(dòng)會(huì)影響品質(zhì)，太赫茲波譜可結(jié)合溫度傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷藏食品的成分變化（如肉類的脂肪氧化、果蔬的水分流失），及時(shí)預(yù)警品質(zhì)劣變風(fēng)險(xiǎn)。

4. 特殊食品的真?zhèn)舞b別與溯源

太赫茲波譜可用于高端食品、特色食品的真?zhèn)舞b別與產(chǎn)地溯源：

食品真?zhèn)舞b別：針對(duì)茶葉、蜂蜜、名貴中藥材等易摻假食品，可通過(guò)太赫茲指紋光譜建立原產(chǎn)地產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)，將待測(cè)樣品光譜與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)快速鑒別，例如區(qū)分西湖龍井與普通綠茶、天然蜂蜜與果葡糖漿勾兌蜂蜜，鑒別準(zhǔn)確率可達(dá)95%以上。

產(chǎn)地溯源：不同產(chǎn)地的食品因土壤、氣候、種植方式差異，其成分組成（如微量元素、有機(jī)質(zhì)）存在細(xì)微差別，反映在太赫茲光譜上表現(xiàn)為特征峰強(qiáng)度的差異。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建產(chǎn)地溯源模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)糧食、果蔬、茶葉等食品的產(chǎn)地精準(zhǔn)定位，助力食品安全溯源體系建設(shè)。

三、太赫茲波譜在食品安全檢測(cè)應(yīng)用中的現(xiàn)存挑戰(zhàn)

檢測(cè)靈敏度與信噪比提升

太赫茲波的能量較低，對(duì)痕量污染物（如微克級(jí)農(nóng)藥殘留、真菌毒素）的檢測(cè)靈敏度不足，易受環(huán)境噪聲、樣品散射的干擾；同時(shí)，高水分食品對(duì)太赫茲波的強(qiáng)吸收會(huì)導(dǎo)致光譜信號(hào)衰減，影響檢測(cè)準(zhǔn)確性，需通過(guò)優(yōu)化光譜采集技術(shù)（如太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器）、開(kāi)發(fā)增強(qiáng)型傳感器來(lái)解決。

光譜數(shù)據(jù)庫(kù)與模型構(gòu)建

太赫茲指紋光譜的特異性識(shí)別依賴完善的標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)，但目前食品中多數(shù)成分、污染物的太赫茲標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)匱乏，且不同基質(zhì)（如不同種類的糧食、肉類）對(duì)光譜的影響尚未完全厘清；此外，復(fù)雜食品體系的多成分疊加效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致光譜峰重疊，需結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)、深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建精準(zhǔn)的定性定量模型。

設(shè)備小型化與成本控制

現(xiàn)有太赫茲?rùn)z測(cè)設(shè)備多為實(shí)驗(yàn)室大型儀器，體積大、成本高（數(shù)十萬(wàn)元至數(shù)百萬(wàn)元），難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)便攜檢測(cè)或生產(chǎn)線集成；核心器件（如太赫茲源、探測(cè)器）的國(guó)產(chǎn)化程度低，制約了設(shè)備的普及應(yīng)用，需推動(dòng)太赫茲器件的微型化、低成本化研發(fā)。

復(fù)雜食品基質(zhì)的干擾消除

實(shí)際食品樣品成分復(fù)雜（如肉類含蛋白質(zhì)、脂肪、水分等多種成分），不同成分的太赫茲光譜會(huì)相互干擾，導(dǎo)致目標(biāo)物質(zhì)的特征峰被掩蓋；此外，食品的形態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、半固態(tài)）、溫度、濕度等因素也會(huì)影響光譜響應(yīng)，需開(kāi)發(fā)基質(zhì)校正方法，消除干擾因素的影響。

四、發(fā)展前景與趨勢(shì)

太赫茲波譜技術(shù)在食品安全無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)集中在三個(gè)方向：

設(shè)備便攜化與智能化：研發(fā)便攜式太赫茲?rùn)z測(cè)儀、手持式太赫茲光譜儀，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)；集成人工智能算法，實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析、結(jié)果的實(shí)時(shí)輸出，降低對(duì)專業(yè)人員的依賴。

多技術(shù)融合檢測(cè)：將太赫茲波譜與近紅外光譜、拉曼光譜、X射線成像等技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建多模態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，互補(bǔ)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升復(fù)雜食品體系的檢測(cè)精度與范圍。

標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)：加快太赫茲食品檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)制定，建立統(tǒng)一的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)與檢測(cè)方法；推動(dòng)太赫茲核心器件的國(guó)產(chǎn)化，降低設(shè)備成本，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)化應(yīng)用的跨越，助力食品安全監(jiān)管體系的智能化升級(jí)。

本文來(lái)源于深圳市芬析儀器制造有限公司http://www.ntbol.com/