能給大米「定價」的近紅外——對話日本靜岡制機株式會社近紅外...

　　儀器信息網訊日本靜岡制機株式會社(簡稱靜岡制機公司)，一家具有100多年歷史的大型農業機械製造公司，在加熱器、農用機械等方面具有雄厚實力，同時也是近紅外穀物糧食成分分析儀器專業製造商。

　　早在本世紀之初，靜岡制機就在日本先聲奪人，開發出了面向市場的大米食味計。一炮走紅之後，腳步並沒有停下，2016年，靜岡制機公司又推出了最新一代高精度近紅外食味分析儀。這臺食味計能在對大米的水分、蛋白質、直鏈澱粉、脂肪酸等成分精準測定的同時，更能夠實時評定大米的食味值，大米好吃不好吃，由食味分析儀來一錘定音，為大米在流通環節中的「按質定價」提供了科學數據支撐。近日，這款產品的研發者、靜岡公司近紅外工程師石津裕之受中國農業大學韓東海教授邀請，到其實驗室進行技術交流，儀器信息網編輯與他就近紅外相關話題展開交流。

日本靜岡制機株式會社近紅外工程師石津裕之(左)與中國農業大學韓東海教授(右)

　　大獲成功的第五代大米食味分析儀

　　石津裕之與近紅外的結緣起始於1999年。當時日本農業大量施用氮肥，作物吸收不了被雨水衝刷到河裡，造成環境汙染，在此背景下，石津裕之開始從事近紅外儀器研發工作，用於檢測目標物中的氮元素含量。此後，他還參與了水果糖度檢測儀器的開發，在近紅外儀器研發領域積累大量經驗。

　　2004年，懷揣近紅外儀器研發興趣的石津裕之加入日本靜岡制機株式會社，圍繞大米和茶葉研發了系列近紅外儀器設備，新一代高精度近紅外食味分析儀就是成果之一。石津先生介紹到：「我們最新研發的是靜岡制機公司第五代大米食味分析儀，產品在前四代的基礎上進行改進，可測定大米中的澱粉、蛋白、脂肪等成分，最終依據食味給大米打分。日本依據品質給大米定價，儀器判定的結果將直接影響大米定價。」

　　作為一家主打大型農業機械的百年企業，近紅外儀器在靜岡制機公司的事業版圖中佔比僅為3%。但石津裕之表示：「近紅外業務佔比雖小，可儀器的附加值卻很高。自公司第一代食味分析儀問世至今，臺式儀器已售出400多臺，可攜式售出600多臺，另外一款茶葉分析儀也有將近200臺的銷量。」 在日本生產大米食味分析儀的4家廠商中，也僅有靜岡制機一家獲得日本農林水產省和北海道設施協會的資質認定，這也是產品的核心競爭優勢所在。

石津裕之與中國農業大學近紅外團隊進行技術交流

　　消除近紅外儀器「臺間差」是關鍵

　　從事近紅外儀器研發的十幾年間，石津裕之當然也經歷過許許多多，大大小小的攻關。當筆者詢問在研發儀器時最看重什麼時，他反覆提到了「臺間差」這個詞。石津裕之表示：「大家都買了同一型號近紅外儀器，檢測同一批大米時候，稻農的儀器測得的數值是6.8，大米中間商的儀器也是測得6.8，到了銷售成品米的超市的儀器那裡，得出的結果卻變成了7.0，這就提示有可能是儀器臺間差造成的。在日本，數值相差0.1的大米價格上有可能差出幾千日元，因此測量不僅要追求精度，也要注意同型號之間的臺間差。」

　　近紅外儀器離散性大，如何消除每臺儀器的臺間差，這涉及到硬體開發、模型建立的環節，可以說是儀器研發的最大挑戰。為消除臺間差，石津裕之在這方面下了很大功夫，最終摸索出了依靠經驗經驗和提高解析度的解決方法。

　　石津裕之拿光柵舉例，光柵的角度控制對近紅外而言非常關鍵，為對光柵實施更好的控制，石津裕之在研發的儀器底部增加了一個特殊裝置以調整光柵角度，提高儀器解析度。他補充說：「儘管各零部件都是從市場上買回來的，但在組裝和結構設計方面卻加上了自己的想法。」此外，增加特殊濾光片以消除波長漂移，嚴格把控儀器溫度，也是石津裕之消除儀器臺間差的訣竅。

　　此外，石津裕之認為儀器設備的維護也十分重要，這一點在於引導用戶規範操作。靜岡制機公司每年都會給用戶銷售大量大米標準樣品，用於儀器的日常校準，既規範了操作，又創造了盈利。

　　交談最後，筆者詢問了石津裕之對近紅外發展的預期，他表示：「作為一項不可或缺的分析檢測技術，未來對於近紅外的需求肯定越來越多，而隨著技術進步，儀器價格也將進一步降低。」

韓東海教授代表中國儀器儀表學會近紅外光譜分會贈送禮物

　　採訪結束後，韓東海教授也就本次對話發表了感悟：

　　在我們看到的專業新聞中，對於專家和學者的研究報導屢見不鮮，而對企業一線專業人員的報導少之又少。受技術、資金、成本、市場和經驗積累等方方面面的限制，國內的近紅外發展之路必然是研製各種各樣的專用近紅外儀器。基於傅立葉變換原理的儀器能夠解決臺間差，但因其成本高，難以大面積推廣應用。而基於其他原理的儀器，如何消除臺間差是個不可迴避的問題。借日本靜岡制機公司的石津裕之工程師來京之際，在我的建議下，儀器信息網的劉豐秋編輯犧牲休息時間，專程來我校對他進行了專訪。

　　靜岡制機的石津裕之工程師為了研製測量精度逼近化學檢測精度的近紅外食味分析儀採取了諸多特殊措施。除了上述報導的以外，還採用了光柵掃描結構而非CCD陣列;光譜預處理從不使用我們常用的一階導和二階導;蛋白質特徵吸收波段選擇了噪聲較大的1000nm以上。這些看似非常規的做法，成為靜岡制機取勝的法寶。更多細節因涉及企業秘密，不便披露。對石津工程師的採訪雖然不能解答我們所有的問題，如能有些思路上的啟迪和幫助，我們倍感榮幸。

　　在與石津裕之工程師交流過程中，我的感悟是為了研製一臺專用的近紅外儀器，一是要充分了解物料的光物性、檢測精度要求。二是對待檢測成分進行標準物的光學特性實驗，探討特徵吸收峰或波段。三是制定消除臺間差、溫度修正、校正波長漂移特殊措施。四是在滿足檢測要求的情況，考慮如何降低成本，設計儀器結構。總而言之，近紅外應用符合細節決定一切的道理。