富士苹果剖面CT值与pH值的关系研究.docx

1、斯注大修修根(农业与生命科学版)35(1)：8992,2009文章编号:1008-9209(2009)01-0089-04文章编号:1008-9209(2009)01-0089-04JournalofZhejiangUniversity(Agric.&LifeSci.)DOI:10.3785/jissn.1008-9209.2009.01.013富士苹果剖面CT值与pH值的关系研究张京平，刘孔绚，王会（浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州310029）摘要：探讨利用CT技术对苹果内部酸度进行无损检测的可行性.使用基于X射线源的CT机，对富士苹果进行扫描，获得苹果剖面CT图像.发

2、现图像某点的CT值与该点的pH值之间存在显著的线性相关性，建立相关模型，其决定系数V为0.9775,得到苹果内部酸度立体分布图，同时进行实验验证，结果表明模型的平均误差为0.11%.由此找到通过CT图像检测果蔬内部酸度分布的新途径.关键词：CT技术；无损检测；pH值中图分类号：TS255.1+；S24文献标识码：AZHANGJing-ping,LIUKong-xuan,WANGHui(SchoolofBiosystemsEngineeringandFoodScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029,China)Researchofrelationship

3、betweenCTandpHvalueforFushiapple.JournalofZhejiangUniversity(Agric.&LifeSci),2009,35(1):89-92Abstract：ToquestforamethodbasedonCTtechnologytomeasuretheinternalpHvalueofapples,theFushiappleswerescannedbyX-rayCTmachinewhichcouldoutputCTimagesofthesectionofapples.Correlationmodelandthree-dimensional

4、pictureswhichreflecttheinternalaciditydistributionofappleswerebuilt,too.Atthesametime,anotherexperimentwasdonetoverifytheprecisenessofthismodel.TheresultshowsthatitwassignificantlinearcorrelationbetweentheCTandpHvalue,andaverageerrorofthemodelwas011%.ItwassuggestedthatthemethodtreatedbyCTimageisfeas

5、ibleinpredictionofacidity.Keywords:CTtechnology;nondestructivetest;pHvalue收稿日期：2008-03-20基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（398240）.作者简介：张京平（1956），男，湖南长沙人，副教授，主要从事农产品无损检测方面的研究.TelE-mail:zhjpzhjp.中国连续多年果蔬产量居于世界第一，苹果作为中国水果的一个大类，目前广泛种植的有富士、国光、金帅等品种.由于农艺、加工工艺和分级技术的不完善，使得中国的苹果虽然产量很大，但是优质果少，出口价格低廉.国内外学者致力于

6、通过改善检测技术来改变这一现状，提高中国苹果的质量.CT技术（computedtomography）又称计算机断层摄影技术，是近年来新兴的一种无损检测技术，其在医学和工业中的应用十分广泛.在众多CT技术中，最成熟、应用最广的是用X射线源的CT技术.但是，CT技术在农业中的应用还不成熟，尤其是利用CT技术对农产品内部多种主要成分的检测还未见报道务刁.因此，本文使用基于X射线源的CT机，对富士苹果内部的pH成分进行研究.1实验原理与过程1.1CT原理X射线CT检测实时成像及计算机图像处理技术（简写为XRTIP）作为国际上新兴的一项无损检测技术，其工作原理是将光电转换技术和计算机数字图像处理技术相结

7、合，把不可见的X射线CT图像通过增强的方法转换为可见的视频图像，再经计算机对图像进行数字化处理，使视频图像的对比度和清晰度达到X射线CT照相底片的影像质量，从而提高探伤灵敏度和缺陷识别能力.探伤结果用计算机进行辅助评定，图像可长期保存在计算机磁带或光盘上，可代替射线照相的底片，从而实现X射线CT探伤方法的电脑化和自动化.1.2实验材料及设备本实验依据国际标准ISO1842-1975水果和蔬菜产品pH值的测定设计，实验中所用样品均为同一批次的富士苹果，采摘时间相同，储藏时间和储藏条件相同功.实验材料为富士苹果，去皮，称量约5g的薄型方块.实验设备:JS-1.5A型电子天平，精度为0.001g；P

8、H-4CT型精密酸度计，分辨率0.001,精度0.003;GEHISPEEDFx/I型医用CT机，精确度0.01Hu.1.3实验步骤和方法首先，将新鲜蒸偷水或同等纯度的水煮沸510min,冷却后待用，且存放时间不超过30min.其次，配备pH标准缓冲溶液，制备方法按酸度计附带的使用说明规定操作.在实验温度下用已知pH值的标准缓冲溶液对酸度计进行校正.第三，拍摄上述已去皮、称重的富士苹果薄型方块的CT图像，之后将苹果块样品干榨取汁待用，富士苹果汁的存放时间不超过3min.第四，将样品处理液和标准缓冲液调至同一温度，并将仪器温度补偿旋钮调至该温度上.在玻璃容器中加入苹果汁，使其容量足够浸没电极，用

9、酸度计测定苹果汁的pH值并记录，精确至0.02单位，同一样品至少进行两次测定.对于同一操作连续两次测定的结果之差不超过0.1单位，否则重新测定，以保证实验的重复性.如能满足两次测定结果之差不超过0.1单位的要求，则取两次测定的算术平均值作为测定结果，精确到小数点后第2位.部分实验数据记录见表表1部分实验数据记录表Table1RecordsofpHandCTvalue实验点序号CT值/HupH值1-252.504.1120-192.044.3940167.364.5560-149.474.6280一128.594.6990-103.004.80100一73.694.982实验数据分析2.1富士苹

10、果内部pH值与CT值关系模型的建立从表1可以看出，在这一时期，富士苹果的pH值大于4且小于5.实验采集的富士苹果pH值的最大值为4.98,最小值为4.11,平均值为4.56.由图1可以看出，富士苹果的pH值和CT值之间存在显著的线性相关关系.回归方程为=212.07-1125,决定系数厅为0.9775.2.2富士苹果内部pH值与CT值关系模型的瞳证为了验证上述过程得出的无损检测模型）=212.07z1125的正确性以及CT无损检测富士苹果pH值的可行性.选取无损伤的富士苹果21个，11个从轴向拍摄CT图片，10个从径向拍摄CT图片，利用信号笔标定拍摄的位图1富士苹果pH值与CT值的对应关系Fi

11、g.1CorrespondingrelationofpHandCTvalueinFushiapple置从拍摄的每张图片上取两点，记录每一点的位置和CT值，然后切开富士苹果，以记录点为中心，取一个半径为0.2cm的富士苹果肉小球，利用酸度计测量该点的pH值并记录.将实际测得的pH值记为实测pH值；将由回归方程y=212.07x-1125计算出的pH值记为估计值;将计算值与实测值之差记为估计差;将估计差的绝对值与实际测得的pH值的比值记为误差率.经过分析整理后的回归方程验证实验数据见表2（表中所有数据都精确到小数点后两位），误差分析见图2,由表2及图2可以看出，估计pH值与实际pH值的最大误差率为

12、0-22%,平均实验误差率为0.11%.表2部分实验数据的模型验证表Table2Modelvalidationoftestresult1125计算特征点的pH值，得到苹果的酸度立体分布图（图4）.由分布图可以看出，富士苹果由果皮向果核pH值逐渐降低，最大值4.9,>小值4.2.图2误差分析Fig.2Erroranalysis实验点序号CT值实测pH值估计pH值估计差误差率/%1-239.684.174.170.000.115-221.754.254.260.010.2210一201.814.354.350.000.0715-191.814.404.400.000.0120-177.814

13、.464.470.010.1425-163.504.534.530.000.0930155.374.574.570.000.0535-147.434.604.610.010.2140一134.504.674.670.000.012.3苹果内部酸度立体分布图的建立沿苹果剖面拍摄一组20幅CT照片（图3）,选取特征点，利用回归方程v=212.07-图3苹果剖面CT照片Fig.3CTimagefromsectionofFushiapplesA.B.C分别代表pH值4.9,4.5,4.2.图4苹果酸度立体分布图Fig.4Three-dimensionalpicturesofaciditydistrib

14、utionofFushiapple3结论通过对富士苹果内部pH值与其CT值之间关系的研究，发现两者具有显著的线性相关性，同时建立了二者之间的线性相关模型，获得回归方程，并通过实验对该回归方程进行验证,结果表明回归方程最大误差为0.22%,平均误差为0.11%,证明该模型具有较高的准确性.最后，利用该线性关系得到苹果内部酸度的立体分布图，发现苹果内部自果皮向果核，pH呈下降趋势，pH值范围在4.2至4.9之间.综上，利用CT技术无损检测富士苹果内部pH值的方法是可行的.References:1ShahinMA,TollnerEW,McClendonRW.Artificialintelligenc

15、eclassifiersforsortingapplesbasedonwatercoreJ.JournalofAgriculturalEngineeringResearch,2001,79(3)：265-274.2 LammertynJ,DresselaersT,HeckePV,etal.MR1andX-rayCTstudyofspatialdistributionofcorebreakdownin"Conference"pearsJMagneticResonanceImaging,2003,21(7)：805-815.3 GirvinFG,GuptaD.Peachston

16、eileus：CTappearancesofimpactedfruitstonesJ.EuropeanJournalofRadiologyExtra.2006,57(3)：75-77.4 XUShu-min,YUYong,WANGJun(徐澎敏，于勇，王俊).StudyonCTvalueofdamagedapple口.TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery(农业机械学报)，2006,37(6)：83-87.(inChinese)ZHANGJing-ping,WANGHui,PENGZheng(张京平，王会，彭争)-Rese

17、archofrelationshipbetweenCTvalueandsugarcontentforapple口.TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery(农业机械学报),2007.28(3):197-199.(inChinese)5 AntihusHG,AnniaGP,HEYong.StudyandapplicationofnondestructivemethodsusedtodeterminequalityoffruitandvegetablesJ.JournalofZhejiangUniversity:Agriculture&LifeSciences(浙江大学学报：农业与生命科学版)，2004,30(4)：369-374.(inChinese)XUHui-rong,YINGYi-bin(徐惠荣，应义斌).ApplicationandprospectofnearinfraredimagingandspectroscopyanalysisonqualityinspectingofagriculturalproductsJJournalofZhej