水果内部品质近红外光谱无损检测研究进展
自从1985 年美国农业部的Birth 课题组用近红外(NIR)光谱分析技术检测果蔬品质以来, 经过20 多年的发展, 社会认知程度不断提高, 检测技术层出不穷, 检测理论日趋成熟, 检测仪器早已从实验室走出, 实际应用逐步扩大, 并由在线检测向便携式发展, 检测目标有从产后管理向产中管理延伸趋势;检测项目由当初的单一糖度(SSC)指标到如今的苹果等果实内部褐变、水心、淀粉、浅层损伤, 柑橘局部失水、浮皮等多项同时检测;检测品种由桃等薄皮中小型果实向西瓜等厚皮大型果实迈进.通过近红外光谱分析技术实现了品牌经营, 提高了果品的竞争力和附加值。
国内在863 , 科技攻关, 科技支撑, 国家自然科学基金等项目的支持和市场引导下, 已有数个高等院校、科研院所以及部分企业相继开展了相关研发工作.毕卫红、傅霞萍等已就此专题分别撰写了综述论文, 在应义斌、刘燕德等无损检测综述论文中也涵盖了这部分内容, 众多学者也进行了专项研究, 近红外技术越来越倍受世人关注。
为了更好地总结过去, 展望未来, 在参考国内外专业文献的基础上, 结合本文作者多年的科研工作,特撰写本文。
1 水果理化特点
光谱不但反映果品的生化特性, 同时也反映果品的物理特点, 了解果品的理化属性, 有利于加深对光谱的认识与理解.
果品的成分相对单一, 成分间的相互作用不十分敏感.水是果品中最丰富的组成成分, 占果品重量的85 %～ 90 %.水分对近红外光吸收强烈, 时常覆盖了其他成分信息, 易产生干扰.多数果品的品质由成分指标糖酸比和质地指标硬度等来评价, 果品的糖度与酸度和质构因品种不同而各异.
例如：苹果的可溶性固形物质量分数约占11 %～ 15 %, 总糖质量分数约为9 %～ 14 %.苹果的糖分含量高, 信号强, 适宜光谱的采集与分析;而总酸含量则较少, 约占0 .2 %～ 1 .6 %质量分数, 相对糖度而言预测难度增大.苹果的密度为0 .835 ～0 .862 g/cm3 , 轻于水, 这有利于光的透射.果品的成分不论是径向还是轴向均呈不均匀状态分布, 整体数值常取平均代之.
生理病害也是果品品质评价的重要指标.例如苹果的内部褐变、水心, 鸭梨的黑心, 柑橘的枯水病等.其他还包括挤压、磕碰等浅层物理损伤等.
2 光谱采集方式
采集光谱首先要考虑光源种类、透反射方式、波长范围、仪器类型等多种因素.
近红外光源布置形式有单光源、多光源之分, 常采用卤素灯、发光二极管(LED)和激光三种发光技术.卤素灯技术成熟、价廉物美, 需散热装置.LED 灯发热少、节能, 可使仪器结构简单, 降低成本 .激光可省略滤光片, 可使特征吸收波长更加准确无误.
光谱通过漫反射或透射或漫透射方式进行采集,透射和漫透射的优缺点是:
1)可以测量果实整体;
2)可以测量厚皮果品;
3)可以检测果实内部特征;
4)只限于易透光物料;
5)需要配置高灵敏度、高动态范围检测器.漫透射和透射适宜苹果内部水心、褐腐病、鸭梨内部褐变等果皮较厚的果实.漫反射的优缺点是:
1)适合多种果品;
2)只能获取一个方向且为果皮附近果肉信息;
3)不能测量柑橘之类的厚皮果实;
4)在选果线上, 近红外线照射位置一定, 而果实大小和人工放在输送装置上的果实位置, 将使测定位置产生偏差, 从而影响测定精度.漫反射适宜检测果皮较薄的桃、梨、苹果等果实的糖酸度。
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