水果品質(zhì)的無損檢測技術(shù)應用研究

賀少鵬 邱媛媛

水果品質(zhì)檢測技術(shù)對于水果生產(chǎn)和消費的影響都比較大，也是農(nóng)業(yè)工程研究的重點項目之一。現(xiàn)階段針對水果的尺寸、形狀、顏色、氣味、硬度、表面紋理等特征開展品質(zhì)檢測，已經(jīng)開發(fā)出一系列的無損檢測技術(shù)，應用廣泛，作用顯著。在水果品質(zhì)檢測中，除了外部的品質(zhì)檢測外，水果內(nèi)部品質(zhì)、成熟度、糖分含量、內(nèi)部缺陷等無損檢測的難度更大。隨著相關(guān)檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，研究水果品質(zhì)無損檢測技術(shù)就很有必要。

一、電子鼻技術(shù)在水果品質(zhì)檢測中的應用

電子鼻最早出現(xiàn)在20世紀90年代，最初的定義是由具有部分選擇性的化學傳感器陣列與相關(guān)模式識別系統(tǒng)構(gòu)成，借助傳感器部分專一性和系統(tǒng)模式識別功能，對復雜或簡單氣味進行檢測的電子儀器設備。隨著科學技術(shù)的不斷研發(fā)和創(chuàng)新，電子鼻技術(shù)的應用范圍不斷擴大，目前在農(nóng)產(chǎn)品和食品檢測、有毒氣體檢測、環(huán)境檢測等方面都有一定程度的應用，其能夠模擬生物嗅覺，通過氣敏傳感器和信號預處理單元以及識別單元共同作用，對氣味進行識別。

在水果品質(zhì)檢測中，主要是通過電子鼻對水果中的可溶性固形物、成熟度、腐爛度等進行檢測。相關(guān)研究表明，這種檢測方法對于檢測水果品質(zhì)具有一定的積極作用，對于部分品種水果的可溶性固形物、酸度等進行檢測，可以先構(gòu)建預測模型，檢驗這種檢測方法的有效性，并對比不同模型下檢測效果的差異。此外，電子鼻還可以對水果的貨架期進行預測，而這也是水果品質(zhì)判斷的重要指標之一。傅均設計出便攜式智能電子鼻系統(tǒng)，對葡萄的貨架期進行實驗研究，結(jié)果表明，將電子鼻應用于評價葡萄貨架期切實可行。

優(yōu)缺點：如果水果的品質(zhì)產(chǎn)生變化，其氣味也會隨之變化，電子鼻能夠?qū)λ臍馕缎盘栠M行識別，在評價水果品質(zhì)方面具有一定的應用成效。這種檢測方法整體成本低，處理更加便利，切實高效，能夠較為準確地識別水果的品種、成熟度、新鮮度、腐爛度以及貨架期等。但是，將電子鼻技術(shù)應用于水果品質(zhì)無損檢測，會在一定程度上受到環(huán)境的影響，進而影響氣敏傳感器的靈敏度，所以最終的檢測結(jié)果和期望值還存在一定的差距。

二、機器視覺技術(shù)在水果品質(zhì)檢測中的應用

目前，計算機相關(guān)技術(shù)正在不斷發(fā)展進步，而機器視覺技術(shù)就是其中一個重要的組成部分。作為一門涵蓋圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)以及人工智能技術(shù)的綜合性學科，機器視覺技術(shù)借助CCD相機對水果的圖像信息進行采集，通過圖像處理技術(shù)對水果的圖像特征進行提取，再通過相關(guān)算法和分析法對水果的尺寸、形狀、損傷等信息進行獲取，最終對水果品質(zhì)進行等級劃分。機器視覺技術(shù)的設備主要包括相機、圖像處理軟件、圖像采集卡、計算機、光照系統(tǒng)等，能夠同時開展多項品質(zhì)檢測，十分直觀、高效，也是一種理想的無損檢測技術(shù)。

在水果品質(zhì)檢測中，機器視覺技術(shù)能夠?qū)λ娜毕莺筒『M行檢測。相關(guān)學者在對甜瓜品質(zhì)進行檢測時，使用各種圖像預處理技術(shù)，提取判斷瓜蒂區(qū)，從而提升檢測精度，再借助算法進行區(qū)域分割，構(gòu)建相應的模式識別，最終對甜瓜缺陷識別的準確率達到92%以上。此外，機器視覺技術(shù)還可以用于檢測水果的品質(zhì)等級，對水果進行分類，因為通過機器視覺能夠直觀地看到水果的大小、尺寸、品種、紋理、色澤等信息，從而為水果品質(zhì)判斷提供依據(jù)。

優(yōu)缺點：使用機器視覺技術(shù)，可以直觀提取水果的顏色、大小、紋理、缺陷等信息，便于對水果的品質(zhì)進行等級劃分，這對于節(jié)省人力具有重要作用。不過，這種無損檢測技術(shù)主要是對水果的外部狀態(tài)進行檢測，無法對水果的內(nèi)部損傷以及甜度、腐爛度等進行精準判斷。

三、近紅外光譜技術(shù)

在水果品質(zhì)檢測中的應用

近紅外光譜是一種非可見光譜區(qū)，介于可見光和中紅外光之間。近紅外光譜檢測技術(shù)主要是借助物質(zhì)對光的吸收和反射等作用來判斷某成分含量，將其應用到水果品質(zhì)檢測中，不但安全、快速，而且高效，能夠同時對多種成分開展檢測。

具體來說，應用近紅外光譜技術(shù)，可以實現(xiàn)對水果內(nèi)部品質(zhì)的檢測，包括可溶性固形物、總糖、硬度、酸度等檢測指標。Tian等人通過光譜校正技術(shù)來檢測蘋果內(nèi)部的霉變情況，實驗發(fā)現(xiàn)，蘋果肉的消光率會隨著厚度呈對數(shù)線性變化，所以按照蘋果光譜可以得出蘋果內(nèi)部消光系數(shù)方程，再對其中的消光系數(shù)進行修正，構(gòu)建相應的向量模型，最終修正后的光譜模型精度比較高。此外，近紅外光譜技術(shù)在水果的分選中也有重要的應用價值，不僅檢測速度更快，還能同時開展多種指標檢測，確保水果質(zhì)量可靠，提升檢測分選效率。國內(nèi)學者使用梨的近紅外漫反射光譜構(gòu)建可溶性固形物預測模型，對于梨子開展在線檢測，分選準確率高達95%左右。使用該技術(shù)還可進行水果糖酸度檢測，但是因為系統(tǒng)限制因素，檢測精度并不是很理想，會對分選結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，這也正是提升檢測精度的關(guān)鍵。

優(yōu)缺點：近紅外光譜技術(shù)具有快速高效的特征，可以實現(xiàn)無損檢測目標，在水果品質(zhì)檢測中具有重要價值，能夠?qū)λ械目扇苄怨绦挝?、糖分、酸度等?nèi)部品質(zhì)情況進行檢測，但在水果分級和分類中的應用效果并不突出。國外對于近紅外光譜技術(shù)的研究比我國起步早，相關(guān)技術(shù)也更加成熟，所以在利用近紅外光譜技術(shù)檢測水果品質(zhì)時可以借鑒發(fā)達國家的相關(guān)經(jīng)驗，引入更先進的近紅外光譜技術(shù)，制定相關(guān)的技術(shù)標準，促進技術(shù)短板的不斷完善。

四、核磁共振檢測技術(shù)

在水果品質(zhì)檢測中的應用

核磁共振檢測技術(shù)的應用原理是借助原子核在具體磁場中從低能級向高能級躍進時產(chǎn)生共振吸收的現(xiàn)象，實現(xiàn)對于原子核的探測。現(xiàn)階段核磁共振在很多領(lǐng)域都有應用，在醫(yī)學領(lǐng)域，通過核磁共振技術(shù)，可以檢測人體內(nèi)部、顱腦內(nèi)部的情況，為醫(yī)學治療提供可靠的信息支持;在果蔬產(chǎn)品質(zhì)量檢測中，使用核磁共振檢測技術(shù)，能夠?qū)λ械奶欠?、水分、油、淀粉等物質(zhì)情況進行檢測，提供相關(guān)物質(zhì)的自旋密度分布信息，反映自旋和細胞組織間的關(guān)系信息，并對水果的基本成本進行測定。

具體來說，就是將待檢測的水果放在恒定磁場強度低于0.5T的磁場中，開展低場核磁共振檢測。陳森等通過低場核磁共振檢測技術(shù)，對櫻桃在常溫下的水分變化以及遷移規(guī)律進行探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在儲存時間不斷延長的情況下，果皮和果肉產(chǎn)生分層，果肉水分也逐漸向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。還有相關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)，使用核磁共振檢測技術(shù)，能夠識別水果中水化流動相關(guān)的細微變化，這種變化是因為水果軟化導致的，據(jù)此能夠?qū)λ某墒於冗M行識別。

優(yōu)缺點：現(xiàn)階段，核磁共振檢測技術(shù)應用于水果品質(zhì)檢測，更多是對水果中的水分分布、流動性開展研究，其優(yōu)點是分辨率比較高，技術(shù)穿透性較好，檢測不會受到樣品的狀態(tài)、大小、形狀等影響。但是相對而言，這種檢測技術(shù)的應用成本要比其他檢測技術(shù)高很多，信號分析的針對性比較強且具有一定的復雜性，所以在水果品質(zhì)檢測中的應用推廣還存在一定難度，只有降低技術(shù)使用成本，進一步彌補技術(shù)缺陷，才有可能推動核磁共振檢測技術(shù)的大范圍應用。

五、基于電學特性的無損檢測技術(shù)

在水果品質(zhì)檢測中的應用

不同的水果對應的成分是完全不一樣的，所以存在不同介電特性參數(shù)?；谶@一特征，進行水果品質(zhì)檢測時必須對水果的具體電容、電阻、電感等介電特性參數(shù)進行分析，通過相關(guān)介電特性參數(shù)差異來對水果的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及狀態(tài)進行評價。這種基于電學特性的無損檢測技術(shù)操作簡單便利，所以應用前景比較好。

研究發(fā)現(xiàn)，腐爛蘋果的相對介電常數(shù)和等效電容都出現(xiàn)了顯著增加，應用基于電學特性的無損檢測技術(shù)，能夠較好地區(qū)分蘋果的好壞。有學者通過檢測蘋果電壓和阻抗，對蘋果是否腐爛以及腐爛程度進行判斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電壓會因為蘋果腐爛程度增加而提高，這樣就可以有效區(qū)分正常蘋果和腐爛蘋果，還可以判斷蘋果的腐爛程度。此外，借助這種基于電學特性的無損檢測技術(shù)，還可以檢測水果的成熟度，比如隨著水果的成熟度增加，對應的電容以及介電常數(shù)都在不斷增長，阻抗不斷降低，由此研發(fā)電學特性檢測系統(tǒng)，根據(jù)香蕉的介電特性在不同成熟度下的變化情況，即可對香蕉的成熟度和品質(zhì)變化進行有效分析。

優(yōu)缺點：基于電學特性的無損檢測技術(shù)，不但操作便捷，數(shù)據(jù)量也不多，而且檢測效率也有所提升，在水果品質(zhì)檢測中的應用前景比較廣闊。不過，因為目前對水果介電特性產(chǎn)生影響的因素非常多，所以不能排除其他因素的影響?；陔妼W特性的無損檢測技術(shù)的研究目前也主要集中在測試信號頻率、溫度和水果含水量等方面，對其他方面的研究并不多，所以要想推廣應用這種無損檢測技術(shù)，還需要深化技術(shù)研究工作。

本文介紹了多種水果品質(zhì)無損檢測技術(shù)，并對它們的優(yōu)劣勢進行了分析，這就需要進一步深化技術(shù)研究，促進技術(shù)優(yōu)化，降低技術(shù)成本，從而為人們提供品質(zhì)更有保障的水果。

作者簡介：賀少鵬（1990-），男，漢族，碩士研究生，助教，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品無損檢測。

*通信作者：邱媛媛（1992-），女，漢族，碩士研究生，講師，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品無損檢測。