三维荧光光谱在蔬菜贮藏与腐败预警应用分享

三维荧光光谱在蔬菜贮藏与腐败预警应用分享

三维荧光光谱则是由激发波长(y

轴)—发射波长(x

轴)—荧光强度(z

轴)

三维坐标所表征的矩阵光谱（ExcitationEmissionMatrixSpectra，EEMs），光谱包含的光谱信息有激发光谱、发射光谱、同步荧光光谱、线性同步荧光光谱、非线性同步荧光光谱等多种信息。三维荧光技术作为近年来兴起的检测技术，可以实现微量级甚至痕量级的定性及定量分析，并以其灵敏度高、特异性强而广泛应用于众多领域，如医学、环境、化工、食品等领域。河南科技大学食品与生物工程学院殷勇教授课题组从事食品、农产品品质无损智能检测技术方面的研究工作，在本文中，课题组借助贮藏室气氛的三维荧光信息，运用小波包分解方法选择表征番茄品质变化的3D荧光光谱特征波长，尝试根据特征波长确定番茄的腐败基准，最后以特征波长作为不同贮藏日的光谱表征信息，并运用马氏距离实现番茄腐败的早期预警。结果表明，随着贮藏时间的延长，对应马氏距离变小，进而有效表征了番茄贮藏过程中的品质变化，并实现了腐败预警。结果分析不同品种及产地番茄的品质存在差异，但番茄在贮藏期间通过呼吸作用交换到贮藏室气氛中的物质（如醇、醛、酮类等挥发性物质）以及表面逸散到气氛中的微生物与其品质变化往往是对应的。微生物和挥发性物质可产生荧光信息。本文通过采集不同贮藏时间番茄贮藏室气氛3D荧光光谱数据，经原始光谱数据去除瑞利散射、平滑和剔除无信息荧光背景区域处理，对每个激发波长对应发射光谱进行小波包分解，以最低频段小波包能量占比进行特征激发波长初步筛选，再根据激发波长小波包能量变化优选出15个特征激发波长。然后，以尺度12nm对特征激发波长下发射光谱进行波段划分，在获取波段小波包能量变化曲线峰值的前提下，选取5个峰值波段中的发射波长作为特征发射波长。在此基础上，根据不同贮藏日，运用特征激发波长对应能量值总和的变化与特征发射波长光谱表征能量值的聚类分析均可确定第5个贮藏日为番茄腐败基准日。另外，根据腐败基准前、后信息欧氏距离反选特征发射波长，进一步筛选出最优波段对应发射波长作为终选特征发射波长。最后，将腐败前各贮藏日与腐败基准间的马氏距离用于监控贮藏过程中番茄品质变化及腐败预警。本文采用紫外增强型三维荧光光谱仪（光源为150

W紫外增强型连续氙灯，波长精准度为±1

nm，信噪比大于800∶1）由殷勇教授课题组实验室自制，其激发光源、光谱仪等由卓立汉光仪器有限公司提供，并对系统搭建提供了必要的协助。

图1

不同贮藏日特征激发波长-对应能量值的变化曲线

图2

不同贮藏日特征激发波长下发射光谱波段对应的小波包能量变化曲线（划分尺度12nm）

图3

不同贮藏日特征激发波长下发射光谱小波包分解最低频段能量总和变化

图4

不同贮藏日特征激发波长下发射光谱表征能量值的聚类分析

图5

腐败前各贮藏日与腐败基准间的马氏距离变化趋势文章信息本文以“番茄贮藏气氛3D荧光特征波长小波包选择及腐败预警方法”

为题，发表在食品科学期刊，河南科技大学李建盟同学为第一作者，殷勇教授为通讯作者。产品信息北京卓立汉光仪器有限公司自主研制开发的

“SmartFluo-Pro”

三维荧光光谱仪光学系统优化设计，并采用摄谱仪作为数据采集装置，具备了很高数据采集速度，相对于传统设备，大部分样品仅需几分钟内完成检测；系统具备高系统重复性和稳定性，可连续工作两个月以上，满足现场检测的需求；系统具备高灵敏度，检测项(

罗丹明6G)达到0.1μg/L以上，满足部分痕量检测需求。SmartFluo-Pro三维荧光光谱仪可以实现宽光谱探测范围和极速的三维荧光光谱扫描，可应用于物理、化学、生物学、医学、环境学等各种科研及工业应用的荧光测量要求。

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