近紅外分光法檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)的研究進(jìn)展

近紅外分光法檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)的研究進(jìn)展

為了向消費(fèi)者提供高質(zhì)量的水果，并體現(xiàn)以質(zhì)量為基礎(chǔ)的原則，水果的糖度和ph值等內(nèi)部質(zhì)量損失的檢測(cè)受到了高度重視。在水果物理力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)等特性的研究的基礎(chǔ)上,已提出各種方法。其中日本FANTEC公司研究開(kāi)發(fā)的近紅外分光測(cè)定法及其裝置,取得了劃時(shí)代的進(jìn)展。1989年,反射光測(cè)定法用于桃子糖度分選,1996年又成功開(kāi)發(fā)了測(cè)定精度更高的透過(guò)光測(cè)定技術(shù)及在線檢測(cè)裝置,該技術(shù)可在瞬間測(cè)定水果的糖度、酸度、蘋(píng)果密巢及褐變等生理病害。下面分析幾種在線式近紅外水果內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)技術(shù),并對(duì)完全遮光型透過(guò)光水果內(nèi)部品質(zhì)測(cè)定裝置(Fruit5)進(jìn)行在線檢測(cè)試驗(yàn)。1近紅外分光法近紅外光是肉眼不可見(jiàn)的光線,其波長(zhǎng)為800~2500nm。近紅外光線照射在果實(shí)上,果實(shí)中構(gòu)成糖和酸的官能基(-OH,-CH2,-NH)吸收與相應(yīng)分子固有振動(dòng)相一致的特定的光線。近紅外分光法就是利用上述性質(zhì),從被吸收的光量非破壞檢測(cè)糖、酸、水分和葉綠素等成分的一種技術(shù)。用近紅外分光法檢測(cè)內(nèi)部品質(zhì)的流程如圖1所示。該方法僅在建立標(biāo)定線時(shí)破壞果實(shí)測(cè)定其化學(xué)成分,標(biāo)定線作成之后,只需測(cè)定樣品的近紅外分光頻譜,就可得到成分的預(yù)測(cè)值。另外,不需要化學(xué)試劑和煩瑣的分析過(guò)程,能在瞬間同時(shí)測(cè)定多個(gè)成分也是其突出優(yōu)點(diǎn)。2在線紅外分光測(cè)定技術(shù)的比較分析在線式近紅外內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)技術(shù),可分為反射光式和透過(guò)光式兩大類;透過(guò)光式又分為不完全遮光式和完全遮光式。2.1反射強(qiáng)度的計(jì)算反射光測(cè)定法是將近紅外光照射在果實(shí)赤道附近部位,并測(cè)定經(jīng)內(nèi)部擴(kuò)散之后由果實(shí)表面反射光線的一種方法。桃子糖度在線檢測(cè)裝置組成如圖2所示。測(cè)定原理如下:輸送裝置將果實(shí)輸送到糖度檢測(cè)裝置處,照射在果實(shí)上的近紅外光線經(jīng)果實(shí)反射后,由集光器聚集,然后經(jīng)過(guò)分光器(濾波器),僅取出一定波長(zhǎng)的近紅外光線,濾波后的光線由光電元件變換成電信號(hào),從而求出不同波長(zhǎng)下的反射強(qiáng)度。再依據(jù)事先建立的多元回歸糖度計(jì)算模型(標(biāo)定線),由反射強(qiáng)度推算出糖度。反射光測(cè)定法存在如下幾個(gè)問(wèn)題:1)只能測(cè)定光線照射部位的成分,而同一個(gè)果實(shí)不同部位糖度差異較大,因而,需規(guī)定測(cè)定部位;2)檢測(cè)的反射光線中僅包括果皮附近的信息,故只能測(cè)定果皮下5mm以內(nèi)果肉的糖度;3)在選果線上,近紅外線照射位置一定,而果實(shí)大小和人工放在輸送裝置上的果實(shí)位置,將使測(cè)定位置產(chǎn)生偏差,從而影響測(cè)定精度;4)內(nèi)部擴(kuò)散光易受表面反射光的影響。鑒于上述原因,該技術(shù)僅能檢測(cè)果皮較薄的桃、梨、蘋(píng)果等果實(shí)的內(nèi)部成分。2.2果實(shí)位置確定方法不完全遮光型透過(guò)光測(cè)定裝置見(jiàn)圖3。近紅外光線A照射在果實(shí)表面,透過(guò)果實(shí)內(nèi)部的擴(kuò)散光B由設(shè)置在另一側(cè)的感光傳感器檢測(cè)。該方式是反射式的改進(jìn),由于照射光和感光傳感器設(shè)置在果實(shí)的兩側(cè),減少了表面反射光對(duì)感光傳感器的影響。工作時(shí),照射光連續(xù)定常照射,位于光軸上的感光傳感器用電子快門(mén)控制,僅當(dāng)果實(shí)在適當(dāng)位置時(shí)才檢測(cè)擴(kuò)散光B。果實(shí)位置確定方法如下:在透過(guò)光檢測(cè)裝置的前部,設(shè)置有果徑檢測(cè)傳感器,果實(shí)通過(guò)其間時(shí)遮斷光線,根據(jù)前部開(kāi)始遮光和后部結(jié)束遮光時(shí)的時(shí)間差,求出果徑、并判斷出果實(shí)中心。計(jì)算機(jī)以該中心位置為基準(zhǔn),確定開(kāi)始、結(jié)束測(cè)定時(shí)刻,在該時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行數(shù)次頻譜測(cè)定,然后用平均值進(jìn)行內(nèi)部品質(zhì)分析。該方式部分消除了表面反射光的影響,所以,能應(yīng)用于反射法不能檢測(cè)的橘柑等厚果皮果實(shí)。但是,該方式和反射光方式一樣,仍存在測(cè)定部位受果實(shí)大小及在輸送帶上位置的影響這一問(wèn)題,且難于完全消除反射光的影響(見(jiàn)圖3)。優(yōu)點(diǎn)是可以方便安裝在各種形式的輸送裝置上,因而得到了廣泛應(yīng)用。2.3海綿材料的利用完全遮光型透過(guò)光測(cè)定裝置如圖4所示。兩組呈水平圓弧狀排列的光源位于輸送裝置的上方,且對(duì)稱排列在輸送裝置的兩側(cè);水果由人工置放在輸送裝置的果斗上,果斗中部有垂直通孔、與水果接觸的表面內(nèi)側(cè)為海綿材料,可使水果表面與果斗緊密貼合;透過(guò)光測(cè)定部分位于輸送裝置的下方。水果隨輸送裝置運(yùn)動(dòng)到測(cè)定裝置時(shí),水果周圍呈圓弧排列的光源光線,均勻地照射在水果表面,透過(guò)水果內(nèi)部的透過(guò)光,經(jīng)果斗中部通孔由感光傳感器檢測(cè)。采用此構(gòu)造,便于在果實(shí)周圍配置多個(gè)照明燈泡,形成均勻的擴(kuò)散照射光線。輸送裝置將光源和感光傳感器分隔開(kāi)來(lái),以防止果實(shí)表面反射光和外部光線干擾,保證了感光傳感器只檢測(cè)透過(guò)果實(shí)的光線。因此,測(cè)定精度比其他方式高,并且能消除由果實(shí)不同部位造成的糖、酸等成分的測(cè)定誤差。另外,此測(cè)定方式只檢測(cè)透過(guò)光,故能測(cè)定果皮較厚的甜瓜、小個(gè)西瓜及大果形橘柑的糖度和酸度等。3柑橘糖度、酸度檢測(cè)試驗(yàn)FRUIT5是利用完全遮光型透過(guò)光測(cè)定方式在線檢測(cè)水果內(nèi)部成分的裝置,本文對(duì)FRUIT5在線檢測(cè)柑子(伊予柑)和蘋(píng)果(富士)的內(nèi)部品質(zhì)的精確度進(jìn)行了試驗(yàn),分選速度均為每秒3個(gè)果,結(jié)果如下:1)柑子糖度、酸度檢測(cè)試驗(yàn):用FRUIT5在線檢測(cè)伊予柑的糖度和酸度,并用折射式糖度計(jì)測(cè)定樣品果汁的糖度、用堿性滴定法分析酸度值。檢測(cè)結(jié)果,糖度相關(guān)系數(shù)為0.96,標(biāo)準(zhǔn)差為0.35;酸度相關(guān)系數(shù)為0.88,標(biāo)準(zhǔn)差為0.10。2)蘋(píng)果品質(zhì)檢測(cè)試驗(yàn):對(duì)富士蘋(píng)果進(jìn)行在線糖度、酸度和褐變檢測(cè)試驗(yàn)。糖度檢測(cè)值和實(shí)測(cè)值之間的相關(guān)系數(shù)為0.97,標(biāo)準(zhǔn)差為0.25;酸度相關(guān)系數(shù)為0.85,標(biāo)準(zhǔn)差為0.05。褐變蘋(píng)果分光頻譜如圖5所示,分光頻譜隨褐變程度而發(fā)生變化,由分光頻譜,可以檢測(cè)有無(wú)褐變及褐變程度。4過(guò)光法測(cè)定部位的測(cè)定對(duì)比分析及試驗(yàn)結(jié)果表明,完全遮光型透過(guò)光測(cè)定方式,克服了反射式光測(cè)定法和不完全遮光型透過(guò)光測(cè)定法中,測(cè)定部