近紅外分光法檢測水果內(nèi)部品質(zhì)的研究進展

近紅外分光法檢測水果內(nèi)部品質(zhì)的研究進展

為了向消費者提供高質(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公司研究開發(fā)的近紅外分光測定法及其裝置,取得了劃時代的進展。1989年,反射光測定法用于桃子糖度分選,1996年又成功開發(fā)了測定精度更高的透過光測定技術(shù)及在線檢測裝置,該技術(shù)可在瞬間測定水果的糖度、酸度、蘋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)檢測技術(shù),并對完全遮光型透過光水果內(nèi)部品質(zhì)測定裝置(Fruit5)進行在線檢測試驗。1近紅外分光法近紅外光是肉眼不可見的光線,其波長為800~2500nm。近紅外光線照射在果實上,果實中構(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)定線時破壞果實測定其化學(xué)成分,標(biāo)定線作成之后,只需測定樣品的近紅外分光頻譜,就可得到成分的預(yù)測值。另外,不需要化學(xué)試劑和煩瑣的分析過程,能在瞬間同時測定多個成分也是其突出優(yōu)點。2在線紅外分光測定技術(shù)的比較分析在線式近紅外內(nèi)部品質(zhì)檢測技術(shù),可分為反射光式和透過光式兩大類;透過光式又分為不完全遮光式和完全遮光式。2.1反射強度的計算反射光測定法是將近紅外光照射在果實赤道附近部位,并測定經(jīng)內(nèi)部擴散之后由果實表面反射光線的一種方法。桃子糖度在線檢測裝置組成如圖2所示。測定原理如下:輸送裝置將果實輸送到糖度檢測裝置處,照射在果實上的近紅外光線經(jīng)果實反射后,由集光器聚集,然后經(jīng)過分光器(濾波器),僅取出一定波長的近紅外光線,濾波后的光線由光電元件變換成電信號,從而求出不同波長下的反射強度。再依據(jù)事先建立的多元回歸糖度計算模型(標(biāo)定線),由反射強度推算出糖度。反射光測定法存在如下幾個問題:1)只能測定光線照射部位的成分,而同一個果實不同部位糖度差異較大,因而,需規(guī)定測定部位;2)檢測的反射光線中僅包括果皮附近的信息,故只能測定果皮下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,而果實大小和人工放在輸送裝置上的果實位置,將使測定位置產(chǎn)生偏差,從而影響測定精度;4)內(nèi)部擴散光易受表面反射光的影響。鑒于上述原因,該技術(shù)僅能檢測果皮較薄的桃、梨、蘋果等果實的內(nèi)部成分。2.2果實位置確定方法不完全遮光型透過光測定裝置見圖3。近紅外光線A照射在果實表面,透過果實內(nèi)部的擴散光B由設(shè)置在另一側(cè)的感光傳感器檢測。該方式是反射式的改進,由于照射光和感光傳感器設(shè)置在果實的兩側(cè),減少了表面反射光對感光傳感器的影響。工作時,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控制,僅當(dāng)果實在適當(dāng)位置時才檢測擴散光B。果實位置確定方法如下:在透過光檢測裝置的前部,設(shè)置有果徑檢測傳感器,果實通過其間時遮斷光線,根據(jù)前部開始遮光和后部結(jié)束遮光時的時間差,求出果徑、并判斷出果實中心。計算機以該中心位置為基準,確定開始、結(jié)束測定時刻,在該時間間隔內(nèi)進行數(shù)次頻譜測定,然后用平均值進行內(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的橘柑等厚果皮果實。但是,該方式和反射光方式一樣,仍存在測定部位受果實大小及在輸送帶上位置的影響這一問題,且難于完全消除反射光的影響(見圖3)。優(yōu)點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光測定裝置如圖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;透過光測定部分位于輸送裝置的下方。水果隨輸送裝置運動到測定裝置時,水果周圍呈圓弧排列的光源光線,均勻地照射在水果表面,透過水果內(nèi)部的透過光,經(jīng)果斗中部通孔由感光傳感器檢測。采用此構(gòu)造,便于在果實周圍配置多個照明燈泡,形成均勻的擴散照射光線。輸送裝置將光源和感光傳感器分隔開來,以防止果實表面反射光和外部光線干擾,保證了感光傳感器只檢測透過果實的光線。因此,測定精度比其他方式高,并且能消除由果實不同部位造成的糖、酸等成分的測定誤差。另外,此測定方式只檢測透過光,故能測定果皮較厚的甜瓜、小個西瓜及大果形橘柑的糖度和酸度等。3柑橘糖度、酸度檢測試驗FRUIT5是利用完全遮光型透過光測定方式在線檢測水果內(nèi)部成分的裝置,本文對FRUIT5在線檢測柑子(伊予柑)和蘋果(富士)的內(nèi)部品質(zhì)的精確度進行了試驗,分選速度均為每秒3個果,結(jié)果如下:1)柑子糖度、酸度檢測試驗:用FRUIT5在線檢測伊予柑的糖度和酸度,并用折射式糖度計測定樣品果汁的糖度、用堿性滴定法分析酸度值。檢測結(jié)果,糖度相關(guān)系數(shù)為0.96,標(biāo)準差為0.35;酸度相關(guān)系數(shù)為0.88,標(biāo)準差為0.10。2)蘋果品質(zhì)檢測試驗:對富士蘋果進行在線糖度、酸度和褐變檢測試驗。糖度檢測值和實測值之間的相關(guān)系數(shù)為0.97,標(biāo)準差為0.25;酸度相關(guān)系數(shù)為0.85,標(biāo)準差為0.05。褐變蘋果分光頻譜如圖5所示,分光頻譜隨褐變程度而發(fā)生變化,由分光頻譜,可以檢測有無褐變及褐變程度。4過光法測定部位的測定對比分析及試驗結(jié)果表明,完全遮光型透過光測定方式,克服了反射式光測定法和不完全遮光型透過光測定法中,測定部