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方向效应：解决食品中金属检测的挑战难题

赛默飞世尔科技（中国）有限公司

信息来源：《肉类产业资讯》
发布日期：2020年第12期

　　引言

　　金属检测技术的局限性之一是对于像电线和大头针这样相对比较小的、长条形金属异物就很难检测出来。这些类型的污染物通常表现出“方向效应”，即金属探测器所检测到的信号很大程度上取决于污染物与探测孔的方向关系。方向效应给金属检测系统带来了挑战——这一挑战乍一看并不是那么严重，但事实上它可能会给消费者的安全以及品牌声誉带来严重的影响和危害。

　　金属检测技术无视方向效应来检测任何方向的金属污染物将是最理想的情况。毕竟，我们很难知道真正的污染物是如何混入产品内部的。

　　方向效应——由来已久的挑战

　　由于受金属探测器线圈的几何形状和金属污染物方向的影响，检测像电线、断针、大头针和机械刨屑这类金属异物是很有挑战性的。如下图所示，假设一条金属丝垂直穿过探测孔，可以观察到这根金属丝的横截面是最大的，因此可以得到很强的信号并且很容易就被检测出来了。换句话说，如果金属丝直接通过探测孔，由其横截面引起的信号最小，因此检测起来是很有难度的。

　　在生产过程中，会有不同形状和大小的金属污染物，并且它们由不同的金属材料组成。金属异物各种各样，因此不可能预测金属污染物是什么。因此，生产设备必须遵从方向效应的不可预测性这一本质特征，并考虑如何提升其检测系统的性能来解决这个问题。

　　验证检测缺陷

　　评估金属探测器性能的传统方法是使用三种球形金属进行审核：铁、非铁和不锈钢。

　　食品安全计划要求定期进行审核，通过在食品中加入每种球形金属测试件进行检测并验证检测结果。使用球体的原因是为了规避方向效应。（毕竟，对于金属探测器来说，无论其方向如何，它所检测到的球体都是一样的，因此可以得到看得见的合理测试结果。）虽然这貌似得到了合理的测试，但是对于可能检测到的各种形状的异物这就显得不合逻辑。

　　因此，食品加工商不能只考虑球形金属，当发现金属污染源时，应收集样品，并且在其检测设备中进行检测。否则，生产设备依然容易受到污染的威胁。

　　多频扫描技术——先进的解决方案

　　为了达到更高的食品安全水平要求，Thermo Scientific? Sentinel? 研发出了采用多频扫描技术的金属探测器。

　　多频扫描技术同时使用五个工作频率，金属污染物在每个工作频率下产生独特的响应。这就像拥有五个合为一体的独立金属探测器一样，每台探测器都能以不同的频率来寻找污染物。当一个长条形污染物的方向在一个频率上的响应很弱时，它在另一个不同的频率上会有更强的响应，从而增加污染物被检测到的概率。在高产品效应的食品检测中多频扫描技术的优势尤为明显，而这些应用也是食品中金属检测最具挑战性的应用。

　　为了测试多频扫描技术，研究人员使用 24盎司袋装新鲜蔬菜沙拉进行了一项对照实验。袋子密封，保持水分和营养，因此具有很高的产品效应。沙拉里有一根 10mm长的22号金属丝。根据金属丝相对于探测孔呈四种不同的方向，分别进行测定：0度（与孔径平行）、30、60和90度（与孔径垂直）。并用老款的单个固定频率金属探测器进行同样的测定进行对比。

金属丝方向（度）	单频检测（%）	多频扫描检测（%）
0（与孔径平行）	10	100
30	30	100
60	100	100
90（与孔径垂直）	100	100
合计	53%	100%

　　可以看出，单频金属探测器在某些方向上无法可靠地检测到金属丝。对比之下，Sentinel多频扫描金属探测器却可以可靠地检测到所有方向的金属丝。多频扫描技术在这种应用上的优势是显而易见的。

　　考虑未知污染物依然非常重要——因为总会有各种新形状的污染物以不同方向出现在金属探测器上。借助多频扫描技术，用户可以得到更好的保护，免受看不到的污染物的侵害。

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