近红外图像和光谱分析技术在农产品品质无损检测中的应用与展望.pdf

浙江大学学报 农业与生命科学版 7 A B CDE A F GH B A C 收稿日期 5 2 5 0 7 2 0 5 7 0 8 7 80 5 0 0 1 7 0 1 7 7 5 7 8 2 0 8 7 1 0 1 A B CDE A F GH B A C 0 j H 与中红外光 简称 I 在农业领域不但可用 于谷物和水果的蛋白质 有机酸 L 脂肪 淀粉 糖 水分 P 以及其它营养成分的分 析 还适用于其它各种农副产品品质分析 如饲 料 O 食品 I I I 蔬菜 I I L 烟叶 I 等 正以 高效和快速的特点异军突起b此外近红外光对 物质穿透能力较强 近红外分析不需对样品作 任何处理 可以进行非破坏性检测及活体分析 等 不但适用于实验室分析 也可用于现场分析 和在线实时分析b并且近红外光子的能量比可 见光还低 不会对人体造成伤害 属于绿色分 万方数据 析 正越来越倍受人们的关注 近红外分析技术在农副产品品质分析中的 应用目前还主要基于近红外光谱分析技术 但 通过分析最近检索到的国外有关文献 可以发 现近红外图像分析技术方面的研究也正在成为 一种趋势 近红外图像技术 近红外成像原理 近红外成像系统 近红外图像技术在农产品外部品质检测 中的应用 近红外图像技术对农产品外部品质的检测 主要根据研究对象正常表面 缺陷和背景之间 反射能力的差异进行识别 如有效地正确识别 水果表面的真实缺陷以及与花梗 花萼的正确 区分 在水果外部品质的机器视觉检测中 水果 的尺寸和颜色检测技术已经比较成熟 并已实 现自动化检测 但果面的缺陷检测特别是与花 萼 花梗凹陷的正确区分一直成为水果实时分 级的障碍 由于花梗 花萼处的凹陷区与表面缺 陷一样 往往容易造成在图像分析中 将花梗 等 3 81 3 8 1 6 3 4 37 6 3 A 9 7 8 4 7 3 9 4 7 7 0 9 8 B 6 7 4 1 3 8 4 7 3 8 C 6 1 2 D E 法的检测结果F并且检测速度较快F适用于在线 实时分析G H I 近红外图像技术在农产品内部虫害检测 中的应用 J 0 4 7 5 0 8 K1 D等 L M N用波长为 O P 3 的近红外光检测O P颗正常小麦谷粒和O P 颗内部有虫害的小麦谷粒F并分析采集的图像 发现在有虫害的小麦近红外图像中有比例较大 的明亮斑片F而在正常小麦的近红外图像中是 统一的黑色F在图像分析过程中已除去小麦胚 芽上霉菌的干扰F其检测准确率为O P P QG 近红外光谱技术 H 近红外光谱的产生及测定方法 近红外光是电磁波F具有光的属性G当近红 外光照射到由一种或多种分子组成的物质上 时F如果物质分子为红外活性分子F则红外活性 分子中的键与近红外光子发生作用F产生近红 外光谱吸收G分子在近红外谱区内的吸收产生 于分子振动或转动的状态变化或者分子振动或 转动状态在不同能级间的跃迁G能量跃迁包括 基频跃迁R对应于分子振动状态在相邻振动能 级间的跃迁S T倍频跃迁R对应于分子振动状态 在相隔一个或几个能级间的跃迁S和合频跃迁 R对应于分子两种振动状态的能级同时发生跃 迁S G而近红外光谱记录的是分子中的基频振动 的倍频和合频信息L U NG从频率范围划分F近红 外光谱的波数在VP P P C 6 以上R即 M P P3 以下S F因此只有振动频率在 P P P C 6 以上的 振动F才能在近红外区内产生一级倍频F而能够 在 P P P C 6 以上产生基频振动的主要是含氢 官能团R如J WXT WXT Y WX和ZWXS的伸 缩振动R指组成化学键的两个原子沿着键轴方 向连续变化的振动S F而其它官能团往往由于信 号强度太弱F而通常被含氢官能团所掩盖G近红 外光谱分析技术就是利用上述性质根据各含氢 基团的吸收特点来检测农产品中含有氢 基团的蛋白质T脂肪T水分T氨基酸T淀粉T糖T酸 等成分的含量G 近红外光谱分析技术可以分为两大类F即 透射光谱技术和反射光谱技术G 图I近红外透射光谱法测定装置 近红外光谱分析技术在水果内部品质无 损检测中的应用 为了向消费者提供优质的水果 不但要有 诱人的外部品质 而且水果的糖度 酸度 口味 等内部品质也很重要 在水果光学 声学 生物 学等特性的基础上 对内部品质检测提出了各 种方法 传统的检测方法往往要经过化学处理 这样容易造成样品的受损和对人员健康的危 害 并且受到样品状态的影响 加之每一次分析 的量有限 很难做到在线实时无损检测 而现代 近红外光谱分析技术受到了研究人员们的普遍 关注 该技术对样品不需经过化学处理 甚至在 活体情况下也可以进行无损分析 并能迅速分 析大量样品 对水果或蔬菜的品质分析 成分分析 色泽 分析以及风味的评价 用传统的方法进行分析 往往比较困难 而果蔬的这些品质与其内部某 些成分的含量相关 近红外光谱分析就是利用 样品分析取得其结构组成的信息 从而建立光 谱与果蔬品质之间的关系 达到应用样品的光 谱特征检测果蔬品质的目的 如7 3 2 1 A 8 B C D E对桃子 油桃 的内部品质进行了近红外反射光谱法试验 结 果表明F可溶物质的检测值与实测值G破坏性 检测H之间的相关系数I为J K C L糖的检测值 与实测值之间的相关系数I为J D M L山梨醇的 检测值与实测值之间的相关系数I为J D D L叶 绿素 N的检测值与实测值之间的相关系数I 为J K M O 结语 近红外分析技术在农产品品质检测中 具 有人工和其它方法无可比拟的优越性 如近红 外图像技术利用农产品不同品质对近红外光反 射特性的不同可有效地进行品质检测 正常和 压伤的桃子在可见光域反射差异极小 而在 D J J P以上的近红外波长域内反射差异却很 大L另外近红外光谱分析技术 是对农产品组成 成分定性 定量分析最有效的手段之一 可在瞬 时同时分析多组成分的含量 但由于农产品的 品种多样性 形状各异性 内部成分的复杂性 且内部成分含量极少 而近红外光又存在能量 低 谱区重叠等因素 使近红外分析技术的研究 尚需更进一步深入 并进行广泛的试验 进一步 研究其通用性 稳定性和实用性 Q R S R T R U V R W F BXE Y 8 3 P YZ 7 3 4 A P3 P 8 01 9 9 2 30 9 8 3 0 3 9 FX K D K B Y E a a b c a d e f I g h e i d j X K K k O X G X lC H F M O X C BCE5 2 0mm 4 1 7 n A 0 1 1 8 o 1 3 3 4 4 8 1 X C C X 1 8 4 8 1 8 8 1 0 P 0 0 3 0 8 P 0 A 1 0 A 3 8 p 0 4 3 8 A 8 P 1 3 3 49 8 3 1 P3 0 8 8 1 0 B Y E q g r I s t bg uvd t Iw s u I t I d x c a d e f I g h e g a y X K K O G X H F O C BOE A P 2 3 Az o 8 1 AN 3 4 4 P1 N 8 P 1 3 3 4P1 39 A 0 3 2 3 1 2 0 1 8 4 8 1 8 0 9 8 3 P 8 B Y E g h f t I j d h f g b g yt s x d e s g b g y C J J J X K G O H F C C C B E 8 0 A 4 2 n 1 8 p Z vd t I w s u I t I d x s t b y h h g u A B 0 C D E 0 1 0 6 F E D E C 0 D 0 C 1E G H E H G D H G G 6 D H Q R S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W Q Y X U S Z Y T R S Q S Y S Aa Y S T Q S X L L D H E 4 bc 9d O G 7 e 6 D H D 0 E f 9 D Ec g4g 2O J D H E G H G N D H1 ND 0 D 0 C N D E 7 H 0 0 QR S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W 4 4jk l m m gp 5 1 D H D 0 C H ND H 6 H NG E D D 0 0 1D 0 D 1 FN 1 D I E D e D 6 D F C 0 7 Ne CC I Ee F0 D 0 C 1 C 6 H 0 H E G H s U Z r Q T t Qu r i S U 4 m 4 m k l FK 2 4K I 023 4pD 6 6 D NE5L 4 A 0 6 F E D E C C 1e 6 Fe F0 D 0 C 1 C 6 H 0 H Q R S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W 4 j 4 k l m m j EO 9 d 0 C 1 o G H E H G F v 8 7 QR S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W Q Y X U S ZY T f R S Q S Y S Aa Y S T Q S X L L D H E 4bc 9d OG 7 e 6 D H A 9 D 0 C 1 C 6 H 0 H E G H E H G FD 0 G 1 D H D 0 CE 0 E F G G QR S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W 4 4mk l n n f o H L9 M 9 D 0 C 1 E E E E N 0 C I e 6 x 7 6 D QR S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W 4 n 4 ND 0 D 0 C N x 7 6 D Fe F0 D 0 C 1E G H QR S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W 4 n 4 m m j j y g 9M 7 1 4o g3 9 z D 0 0 4y g 0 I 6 D 0 4 A k张录达4沈晓南4赵龙莲4等l G G 6 D H D 0 C G D 0 H D G 6H NG 0 0 6 6G E E D e 6 I E E D 0D 0 x 7 0 D D 0 6 F E D E C C 6 7 H 7 1 e H H 0 1 7 E D 0 I0 D 0 C 1E G H Z h Y i Q S A Y TqS A X A a Z Q k分析化学研究学报l 4 E l y g 9M 2 D 0 I D 0 4 d 7 1 0 42 d 9 p D x D k张敬贤4 李玉丹4金伟其l A Q S U S T Q Q U S X S Y A Y k微光与红外 成像 技术l K B D D 0 I B D D 0 I d 0 E D 7 C v H 0 6 I F5 E E 4 n k D 0L D 0 E l KD 6 6 Bc4J 6 D H K 2 5 H 1 C H 1 H D 0 D qV q 4 4 m j k l n n f f O w 7 I 6 M3 4v G2 G G 6 E D 0 I D qV q 4 n 4 k l m n n m f n v G2 4 0 E 0 E 6 FJ2 4bG H 7 H B G G 6 D 0 D 0 0 7 N D HE D 0 I x 7 D G N 0 Q 4 f o 2 E G KD H o 3 KD 6 6 Bc4J 6 D H K 2 H 6 D E D 0E F E qV q 4 n 4 f k j l j n j j 8 H D 0 0 1H H D D 0 C E N H 6 F 0 0 I Ee FH NG 7 Q S Z Q X 4 4 j f N 0 E 4K I D 0g4J E D 0K 8 G G 6 E G D 0 E G H D 0 D H NG 7 U S ZT Q Y Z S Z Y Q ZT Y Q PY S U Z Q i X t s Z S R S Q S Y S A a Y S T Q S X L 6 0 1 8 6 D 1 4 f m m f 0 I H H 7 e 6 ND E 1 H D 0 D H D H 0 Q Z S U A X Q Y S X Z Sq Q X i A i Q 4 4 j k l f f n m p 0y 4v J 7 6 H N 9d O Kd O D N I D 0 IC E N 0 1 H 6 F D 1 0 D C D H D 0 D 0 G G 6 1 C H E qV q 4 0y 1 G D E G D H 6 D N I 0 E C NC D I E G 1C 7 D 1 C H 1 H qV q 4 n 4 j k l j j O D 1 I FL 4L Ne E2 J H D 0 CD 0 E H ED 0 E D 1 Q R S T Q Q UV W X Q Y Z X Y W 4 n 4 k l pb 2 D 0 I 7 0 I k吴瑾光l s X S Y A Y S U W W A X Y S Z Y T s R k近代傅里叶变换红外光谱技术及应用l K B D D 0 I o H D 0 H v H 0 6 I F D 7 5 E E 4 j k D 0L D