一种近红外光谱水果内部品质自动检测系统

近红外吸收光谱包含了待测水果的所有成分吸收信 息! 因此可同时检测多种内部成分 ! 不像传统分析法
^# 要一一进行分析 " =
本文 基 于 近 红 外 漫 反 射 光 谱 分 析 技 术 ! 建立了 用于水果内 部 品 质 的 快 速 自 动 检 测 系 统 ! 并对$ ! @ 个雪青梨糖度和酸度的快速无损检测进行了试验研 究! 探讨了近红外漫 反 射 光 谱 测 试 技 术 在 水 果 内 部 品质无损检测中的应用前景 =
第! " 卷第 # 期 $ " " %年#月
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工学版 " 浙! 江 ! 大 ! 学 ! 学 ! 报!
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一种近红外光谱水果内部品质自动检测系统
$ 刘燕德#! ! 应义斌#! 傅霞萍#! 陆辉山#
" 浙江大学 生物系统工程与食品科学学院 #浙江 杭州 H $ #= # " " $ ?& $=江西农业大学 工学院 #江西 南昌 H H " " ! ^ 摘 ! 要 #基于傅里叶变换近红外漫反射光谱技术探讨了水果内 部 品 质 快 速 自 动 检 测 的 新 方 法 = 建立水果的内部品 质自动检测系统由光源 ’ 迈克尔逊干涉仪 ’ 近红外漫 反 射 光 纤 探 头 组 件 ’ 铟 镓 砷 检 测 器’ 数据采集卡和水果样品室 等部件组成 = 利用该系统对不同采收期雪青梨糖度和总酸度进行了自动检测试验并 结 合 多 元 校 正 算 法 偏 最 小 二 乘 建立了雪青梨漫反射光谱与其内部糖度 ’ 酸度的相关关系 = 试验结果为 % 定 标 误 差 分 别 为 "= 预测 法# $ ^g ’ "= " $g # 误差分别为 "= 经研究表明 # 该自动检测系统可以直接用于水果内部品质的快速定量分析 = H $g ’ "= " $g= 关键词 #自动检测 &近红外光谱 & 光纤探头 & 数据采集卡 & 水果 中图分类号 # $ I> D ^ #!!!!! 文献标识码 #M!!!!! 文章编号 # # " " @ ? D H N" $ " " % " # " " ^ H " !
#! 检测原理及系统组成
8= 8! 检测基本原理 水果中碳水化合物 $ 糖分 $ 淀粉及酸度等成分分 子属于红外活性分子 ! 当近红外光照射到水果中时 ! 不同的水果内部成分对于不同波长的光学吸收和散 射程度不同 ! 而随着水果内部成分质量分数的不同 ! 其内部光谱也将发生变化 ! 利用这一特性 ! 即可根据 近红外光 谱 特 征 分 析 水 果 中 的 主 要 成 分 及 其 质 量
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# % F D 分数 " =
水果内部品 质 光 谱 检 测 基 本 流 程 见 图 #% 首先 收集具有代表性的样品& 其组成及其变化范围接近于 要分析的样品’ ( 然后采集样品的光谱数据 ! 利用标准 的化学方法对样品进行化学成分分析 ! 通过数学方法 将这些光谱数据和检测数据进行关联 ! 一般将光谱数 据进行转换 & 一阶或二阶导数’ ! 与化学测定值进行回 归计算 ! 得出定标方程 ! 建立数学模型 = 在分析未知样 品时 ! 先对待测样品进行扫描 ! 根据 光 谱 值利 用建 立 的模型可以计算出待测样品成分的质量分数 = 8= :! 自动检测系统组成及工作过程 本系统由 ^ 个部分组成 ! 见图 $! 它们分别是 %
( # F $) H) 阔的市场应用前景 ( =
近红外光技术是一种新的光谱技术 # 最近 $ "多
!) 年 来 发 展 迅 速( # 将其用于水果内部品质在线实时
检测领域 里 得 到 较 快 发 展
检测具有传统检测 方 法 不 可 比 拟 的 优 点 % 它属于 #$ 非破坏性检测 # 可保 留 水 果 完 整 外 表 而 得 其 内 在 品 质方法 & $ 检测速 度 快 # 不 像 传 统 化 学 分 析 法# 需花 $ 大量时间来做复杂 的 样 本 的 预 处 理 和 常 规 分 析 & H$
图 8! 水果内部品质漫反射近红外光检测流程图 Z 2 = #! \ 2 ( 6 0* 0 + ) F 2 * ) + ) 0 C) 0 , 0 ; 7 + * ; 0, ’ A; / + ) 7’ ) 3 7 0 6 7 2 * -U 0 + ) 6a ( + , 2 7 3’ 8
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Байду номын сангаас
浙 ! 江 ! 大 ! 学 ! 学 ! 报! 工学版 " "卷! !!!!!!!!!! ! 第 ! ! 美国’ $ 迈克尔逊干 ^ " Q 石英卤素 灯 光 源 & > 2 ; ’ , 0 7 涉仪 $ 近红外漫反 射 光 纤 探 头 组 件 $ 铟 镓 砷 检 测 器$ 数据采集卡和水果 样 品 室 等 = 光源发出的光通过干 涉仪和聚焦透镜通过入射光纤照射到水果内部组织 中发生漫射 ! 从水果 内 部 漫 射 出 来 的 光 通 过 由 检 测 检测器与计 器输出的接收光纤 进 入 铟 镓 砷 检 测 器 ! 算机连接采用插入 式 数 据 采 集 卡 ! 漫反射光谱信号 通过数据采集卡存储于 计算机 内存中 ! 并由 > 2 ; ’ , 0 7 公司 PX 最后在 Y > Y J %= # 光 谱 处 理 软 件 进 行 处 理! 显示屏上实时地显示结果 = 计算机选 用 了 K 其主频$ ! 内 0 * 7 2 ( G 机! ^ %O B 存# 自动检测 系 统 的 主 要 技 术 参 数 % 波长 $ @X W 2 7 6 = 范围为 @ 采样间 隔为 #= 光谱 " "%$^ " "* G! $ ^* G! 采集分辨率为 $= 信 噪 比 为 "= 动镜速度 ^* G! " ? %! 为 "= ) ! 光圈大小为H 参比材料为聚四 ? ! ?!; G 6 $! 氟乙烯标准块 =
基金项目 #国家自然科学基金资助项目 " $ H " H D " H D ## % " ! % @ " " $ = 作者简介 #刘燕德 " # 女# 江西泰和人 # 教授 # 博士 # 从事农产品光学特性检测 = % # ? % DE $ 9 F G + 2 , V , 2 ( C % H= ; ’ G !# 1 8 通讯联系人 % 应义斌 # 男# 教授 # 博导 = % 9 F G + 2 , W 2 * (= 0 C (= ; * !B 8 8 3 1
% 4 / 0 , * " 3 , I / 0G 0 7 / ’ C 6’ + ( 7 ’ G + 7 2 ;G 0 + 6 ( ) 0 G 0 * 7 ’ 2 * 7 + ; 7 ) ( 2 7 2 * 7 0 ) * + , ( + , 2 7 0 ) 0 2 * 5 0 6 7 2 + 7 0 CW + 6 0 C’ * a 8A 3 # Z ’ ( ) 2 0 ) 7 ) + * 6 ’ ) G* 0 + ) F 2 * ) + ) 0 C6 0 ; 7 ) ’ 6 ; ’ + * C 7 / 0 6 6 7 0 GA + 6 + , 6 ’C 0 5 0 , ’ 0 C = I / 0 6 6 7 0 G; ’ * 6 2 6 7 0 C’ U U 8 8 U 8 # # # # , 2 / 7 6 ’ ( ) ; 0 2 * 7 0 ) 0 ) ’ G 0 7 0 ) 2 W 0 )’ 7 2 ; + , 6 0 * 6 ’ ) Y * R + M 6C 0 7 0 ; 7 ’ ) C + 7 +; ’ , , 0 ; 7 2 ’ *; + ) C+ * C) ( 2 7/ ’ , C 0 ) = 3 U d ( + * 7 2 7 + 7 2 5 07 0 6 7 6 ’ )6 ( + ); ’ * 7 0 * 7 + * C7 ’ 7 + , + ; 2 C 2 7 -U 0 + ) 6A 0 ) 0; + ) ) 2 0 C’ ( 7W / 2 66 6 7 0 G+ * C7 / 0 ) 0 , + F 3 8’ 87 8 7 2 ’ * 6 / 2 0 7 A 0 0 *7 / 0) ( 2 7) 0 , 0 ; 7 + * ; 0+ * C2 * 7 0 ) * + ,a ( + , 2 7 * C 2 ; 0 6A 0 ) 0’ W 7 + 2 * 0 CW 6 2 * + ) 7 2 + ,, 0 + 6 7 UW 82 8( 3U " $ # 6 ( + ) 0 6; + , 2 W ) + 7 2 ’ *7 0 ; / * 2 ( 0 6 = : 7 + * C + ) C0 ) ) ’ ) 6’ ; + , 2 W ) + 7 2 ’ * : 9 J A 0 ) 0"= $ ^g "= " $g ’ ) 7 / 0; + , 2 W ) + F a a # 7 2 ’ *6 0 7 + * C6 7 + * C + ) C0 ) ) ’ ) 6’ -U ) 0 C 2 ; 7 2 ’ *" : 9 K$A 0 ) 0"= H $# "= " $g ’ )U ) 0 C 2 ; 7 2 ’ *6 0 7) 0 6 0 ; 7 2 5 0 , =I / 0 U 8 G 0 + 6 ( ) 0 G 0 * 7 6 6 7 0 G; + *W 0C 2 ) 0 ; 7 , , 2 0 C7 ’+ 6 7a ( + * 7 2 2 ; + 7 2 ’ *+ * + , 6 2 6’ ) ( 2 7 2 * 7 0 ) * + , ( + , 2 7 = 8 8+ U U 8 a 8 % & & & & 5 % ) * 1 0+ ( 7 ’ G + 7 2 ;G 0 + 6 ( ) 0 G 0 * 7* 0 + ) F 2 * ) + ) 0 C6 0 ; 7 ) ’ 6 ; ’ 7 2 ; + , 2 W 0 ) C + 7 +; ’ , , 0 ; 7 2 ’ *; + ) C ) ( 2 7 U U 8 ’ U 67 !! 随着计算机技术的迅速发展以及化学计量学方 法研究的日益深入 # 近红外光谱技术在农产品品质 水果是重要的农产 = 品# 消费者在选购水果时对于内部品质如口感 ’ 糖度