近紅外光譜分析技術(shù)在水果檢測中的應(yīng)用

水果的種植生產(chǎn),在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)著不可或缺的地位。我國是水果的生產(chǎn)大國,也是水果的消耗大國,水果產(chǎn)業(yè)是農(nóng)民及部分農(nóng)牧企業(yè)增收的主要途徑之一。我國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策以來,水果產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占據(jù)舉足輕重的地位。水果營養(yǎng)豐富、脂肪、膽固醇含量很低,富含糖、膳食纖維、而且含有多種氨基酸和維生素,深受消費者喜愛。隨著經(jīng)濟發(fā)展,消費者水平在不斷提高的同時,對水果的需求也越來越大,同時也有了更高的要求,不僅對果品的外觀例如大小、形狀、顏色等要求提高了,對內(nèi)部的質(zhì)量和品質(zhì)例如營養(yǎng)、質(zhì)量、口感、味道等也更加重視了。這也在技術(shù)上促進和決定了水果無損快速檢測的必要性和迫切性。

 實現(xiàn)整顆水果內(nèi)部品質(zhì)快速無損檢測,不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。也是滿足我國消費者日益多元化要求的需要。近紅外光譜分析技術(shù)在整顆水果無損檢測的已有許多學(xué)者展開研究,更有為此設(shè)計構(gòu)建了近紅外光譜的果蔬優(yōu)選分揀方法。

近紅外光一般是指波長范圍有780-2526nm的電磁波,通常情況下生物C-H、O-H、N-H、S-H、P-H等含氫基團的振動的倍頻和合頻吸收光譜很容易被近紅外光譜記錄。由于分子振動的非諧振性,使得分子振動將從基態(tài)向高能級躍遷,在這個過程中,當(dāng)含氫基團受到紅外光照射時,基團分子會被激發(fā)而產(chǎn)生共振,同時部分吸收紅外光的能量,通過定量測量其吸收光情況,可得到比較復(fù)雜的光學(xué)圖譜,這種光譜可以定性表示被測物質(zhì)的特征。近紅外光與物質(zhì)的相互作用有吸收、全反射、漫反射、透射、散射五種。

常用的近紅外近紅外檢測方法主要有:近紅外反射檢測法、近紅外透射檢測法和近紅外漫反射檢測法。這3種方法均可用于水果含糖量的快速檢測,透射適用對象是透明或者半透明樣品、但是由于水果是整顆且為不透明的固體,透射法無法穿透樣品因此不太適用;反射光信息主要攜帶的是表面的光譜信息,而對水果內(nèi)部信息的反映較少。所以,近紅外反射檢測法更加適用于檢測水果果皮表面信息的實驗研究,而不適合于對水果內(nèi)部信息的檢測和研究。而漫反射實際上可以認為是一種介于反射和透射之間的測量方法,其適用對象為不透明、固體、半固體樣品,特點是接受的光信息能夠全部反映水果內(nèi)部組織的特性,因此可以采用近紅外漫反射檢測方法,進行水果含糖量的檢測。

由于水果形狀不規(guī)則,可根據(jù)實際情況選擇適合的光譜儀、光源、光纖構(gòu)建一個系統(tǒng)用于測定水果的含糖量。構(gòu)建完系統(tǒng)后采集樣本的光譜圖,使用糖度計測量記錄樣本的含糖量數(shù)據(jù)。以蘋果、香蕉、鮮棗為例。在實驗樣本的波峰中,1010nm、1450nm和1940nm附近為水吸收峰;香蕉、鮮棗和蘋果實驗樣本富含大分子糖類,這正是1200nm和2300nm附近處的吸收峰產(chǎn)生的原因,這也同時說明構(gòu)建的實驗系統(tǒng)能夠有效檢測和反映出水果實驗樣本內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息;比對鮮棗、香蕉和蘋果三種實驗水果樣本,它們在光譜圖中的波峰所對應(yīng)的波長相近;對于不同的實驗樣本對象,雖然個體光譜圖有一定的差異性,但是總體而言,實驗樣本的波形總體相似,且相應(yīng)的波峰在光譜圖中的位置也基本一致。

水果樣本波長的波峰及其對應(yīng)的吸收度峰值

由水果實驗樣本和切片的光譜圖可見無論是蘋果、鮮棗和香蕉樣本,實驗樣本與其切片的光譜圖走勢大致相同,并且,光譜圖的波峰也都在同一波段內(nèi);但是,樣本切片的光譜圖中,波峰更加顯著,并且樣本切片的吸收度明顯高于整個實驗樣本.因此,由實驗樣本切片反映出的內(nèi)部信息,相對于整個實驗樣本而言,更為豐富,更加**.但是,實驗樣本切片必然會破壞實驗樣本,導(dǎo)致實驗樣本失去整體外觀特性。

同時可見,采用近紅外漫反射檢測方法,對于整體實驗樣本而言,既可以有效實現(xiàn)對水果內(nèi)部含糖量等品質(zhì)因素信息的非接觸性探測,又不損傷和破壞實驗樣本對象的外觀.因此,在保證實驗樣本的整體性的前提下,近紅外漫反射檢測法實現(xiàn)了實驗水果內(nèi)部含糖量等品質(zhì)因素的無損檢測.這對于典型經(jīng)濟性水果而言,既保持嬌嫩外表,又同時維持高價值內(nèi)部品質(zhì),具有更大的實用價值和現(xiàn)實意義。