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近红外分光法检测水果内部品质的研究进展 为了向消费者提供高质量的水果，并体现以质量为基础的原则，水果的糖度和ph值等内部质量损失的检测受到了高度重视。在水果物理力学、光学、电学、生物学等特性的研究的基础上,已提出各种方法。其中日本FANTEC公司研究开发的近红外分光测定法及其装置,取得了划时代的进展。1989年,反射光测定法用于桃子糖度分选,1996年又成功开发了测定精度更高的透过光测定技术及在线检测装置,该技术可在瞬间测定水果的糖度、酸度、苹果密巢及褐变等生理病害。下面分析几种在线式近红外水果内部品质检测技术,并对完全遮光型透过光水果内部品质测定装置(Fruit 5)进行在线检测试验。 1 近红外分光法 近红外光是肉眼不可见的光线,其波长为800~2500 nm。近红外光线照射在果实上,果实中构成糖和酸的官能基(-OH,-CH2,-NH)吸收与相应分子固有振动相一致的特定的光线。近红外分光法就是利用上述性质,从被吸收的光量非破坏检测糖、酸、水分和叶绿素等成分的一种技术。用近红外分光法检测内部品质的流程如图1所示。该方法仅在建立标定线时破坏果实测定其化学成分,标定线作成之后,只需测定样品的近红外分光频谱,就可得到成分的预测值。另外,不需要化学试剂和烦琐的分析过程,能在瞬间同时测定多个成分也是其突出优点。 2 在线红外分光测定技术的比较分析 在线式近红外内部品质检测技术,可分为反射光式和透过光式两大类;透过光式又分为不完全遮光式和完全遮光式。 2.1 反射强度的计算 反射光测定法是将近红外光照射在果实赤道附近部位,并测定经内部扩散之后由果实表面反射光线的一种方法。桃子糖度在线检测装置组成如图2所示。测定原理如下:输送装置将果实输送到糖度检测装置处,照射在果实上的近红外光线经果实反射后,由集光器聚集,然后经过分光器(滤波器),仅取出一定波长的近红外光线,滤波后的光线由光电元件变换成电信号,从而求出不同波长下的反射强度。再依据事先建立的多元回归糖度计算模型(标定线),由反射强度推算出糖度。 反射光测定法存在如下几个问题:1) 只能测定光线照射部位的成分,而同一个果实不同部位糖度差异较大,因而,需规定测定部位;2) 检测的反射光线中仅包括果皮附近的信息,故只能测定果皮下5 mm以内果肉的糖度;3) 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;4) 内部扩散光易受表面反射光的影响。 鉴于上述原因,该技术仅能检测果皮较薄的桃、梨、苹果等果实的内部成分。 2.2 果实位置确定方法 不完全遮光型透过光测定装置见图3。近红外光线A照射在果实表面,透过果实内部的扩散光B由设置在另一侧的感光传感器检测。该方式是反射式的改进,由于照射光和感光传感器设置在果实的两侧,减少了表面反射光对感光传感器的影响。 工作时,照射光连续定常照射,位于光轴上的感光传感器用电子快门控制,仅当果实在适当位置时才检测扩散光B。果实位置确定方法如下:在透过光检测装置的前部,设置有果径检测传感器,果实通过其间时遮断光线,根据前部开始遮光和后部结束遮光时的时间差,求出果径、并判断出果实中心。计算机以该中心位置为基准,确定开始、结束测定时刻,在该时间间隔内进行数次频谱测定,然后用平均值进行内部品质分析。 该方式部分消除了表面反射光的影响,所以,能应用于反射法不能检测的橘柑等厚果皮果实。但是,该方式和反射光方式一样,仍存在测定部位受果实大小及在输送带上位置的影响这一问题,且难于完全消除反射光的影响(见图3)。优点是可以方便安装在各种形式的输送装置上,因而得到了广泛应用。 2.3 海绵材料的利用 完全遮光型透过光测定装置如图4所示。两组呈水平圆弧状排列的光源位于输送装置的上方,且对称排列在输送装置的两侧;水果由人工置放在输送装置的果斗上,果斗中部有垂直通孔、与水果接触的表面内侧为海绵材料,可使水果表面与果斗紧密贴合;透过光测定部分位于输送装置的下方。水果随输送装置运动到测定装置时,水果周围呈圆弧排列的光源光线,均匀地照射在水果表面,透过水果内部的透过光,经果斗中部通孔由感光传感器检测。 采用此构造,便于在果实周围配置多个照明灯泡,形成均匀的扩散照射光线。输送装置将光源和感光传感器分隔开来,以防止果实表面反射光和外部光线干扰,保证了感光传感器只检测透过果实的光线。因此,测定精度比其他方式高,并且能消除由果实不同部位造成的糖、酸等成分的测定误差。另外,此测定方式只检测透过光,故能测定果皮较厚的甜瓜、小个西瓜及大果形橘柑的糖度和酸度等。 3 柑橘糖度、酸度检测试验 FRUIT 5是利用完全遮光型透过光测定方式在线检测水果内部成分的装置,本文对FRUIT 5在线检测柑子(伊予柑)和苹果(富士)的内部品质的精确度进行了试验