近红外分光法检测水果内部品质的研究进展

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(Fruit5)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800~2500nm。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5mm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FRUIT5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FRUIT5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,分选速度均为每秒3个果,结果如下:1)柑子糖度、酸度检测试验:用FRUIT5在线检测伊予柑的糖度和酸度,并用折射式糖度计测定样品果汁的糖度、用碱性滴定法分析酸度值。检测结果,糖度相关系数为0.96,标准差为0.35;酸度相关系数为0.88,标准差为0.10。2)苹果品质检测试验:对富士苹果进行在线糖度、酸度和褐变检测试验。糖度检测值和实测值之间的相关系数为0.97,标准差为0.25;酸度相关系数为0.85,标准差为0.05。褐变苹果分光频谱如图5所示,分光频谱随褐变程度而发生变化,由分光频谱,可以检测有无褐变及褐变程度。4过光法测定部位的测定对比分析及试验结果表明,完全遮光型透过光测定方式,克服了反射式光测定法和不完全遮光型透过光测定法中,测定部