柚子品質無損檢測方法研究進展

◎ 商 晉

（陜西中醫藥大學，陜西 咸陽 712046）

柚子，又稱文旦，蕓香科柑橘屬水果，為我國的高產水果種類之一，主要產區位于浙江、福建、廣東、廣西、四川等幾個省份。柚子全身都是寶，柚果實中不僅含有氨基酸、維生素、礦質元素等多種維持人體健康所必需的營養物質，還含有對人體健康具有促進作用的非營養性生理活性成分，即所謂的植物化學成分，如柚皮苷、橙皮苷、新橙皮苷、柚皮素蕓香苷、類檸檬苦素、胰島素類似物、酚酸及香精油等。柚子營養豐富，對柚子品質進行快速、準確的分析，對農戶、消費者以及衛生安全監督部門而言都極為重要。

1 農產品品質檢測技術分類

農產品品質檢測指標有很多，不同的檢測指標均可通過多樣的檢測手段來得到?？傮w來看，檢測方法分為兩大類：①化學方法，主要測定農產品的營養成分、有害物、農藥殘留量等指標，具有方法成熟、精度高等優點，但也存在檢測費時、耗資大、破壞檢測對象原有結構、浪費被檢對象的缺點；并且，由于檢測過程不可避免會用到化學試劑，因而常伴有試劑、溶媒污染，增加環保負擔。②物理方法，利用農產品本身的電特性、力學特性、光特性或聲特性等物理特征，獲取與檢測對象品質有關的物理信息，從而推測出化學結構方面的信息，這種方式也稱無損檢測，具有快速、準確、不破壞檢測對象物理結構等優點，近年來備受青睞并發展迅速。

2 無損檢測技術在柚子檢測中的應用

柚子的品質檢測有多種檢驗方式，目前已進行推廣應用或正處于研究階段的無損檢測技術可分為計算機視覺分析法、光學分析法、X射線分析法、電磁學分析法等幾類。

2.1 計算機視覺檢測技術

機器視覺技術以傳感器作為“眼睛”，獲取物體的圖像，將圖像轉換成一系列數據，對該數據進行分析，并通過不同算法處理完成相關任務的檢測方式。農產品表面缺陷和損傷的自動檢測是農產品分級的一個重要內容。隨著食品工業的發展，生產效率的提高，計算機視覺系統在食品品質自動檢測和分級方面的應用已變得越來越重要。龔昌來等[1]先對柚子正立圖像進行一系列預處理，然后計算圖像中柚子的縱徑/橫徑比，測試結果表明該方法測量的柚子尺寸精度較高且速度較快，具有一定的應用潛力。楊冬濤等[2]通過計算柚子圖像之間輪廓方向角度直方圖相關系數實現對柚子果形優劣的判別。實驗證實其準確率高達95.4%，檢測效率高，能滿足實際生產檢測要求。

2.2 光學分析法

2.2.1 近紅外光譜

近紅外光譜是指波長介于可見區與中紅外區之間的、波長為800～2 500 nm的電磁波。研究發現，近紅外光譜的檢測限在10-4～10-3，能滿足一般農產品品質分析的要求，具有“多、快、好、省”的特點。近紅外光對物質穿透能力強，但能量低，不會對人體造成傷害，因此近紅外光譜在近十年非常受研究人員重視。研究表明，水果的糖度和有效酸度能夠應用近紅外光譜檢測得到，該無損檢測法具有較強的可行性。近紅外光對于果實顏色的差別極為敏感，可用于檢測某些顯色的營養成分[3]。柚子皮是果膠的優質來源，果膠類物質比例不同對所提取的果膠性質影響較大，利用近紅外光譜分析柚子皮中果膠的組成，具有較高的準確性并且檢測效率較高[4]。有較高淀粉含量的食品容易在貯藏過程中發生回生現象，用近紅外光譜能夠快速對此類食品的回生度進行無損檢測[5]。

2.2.2 等離子體發射光譜

等離子體發射光譜是近30年迅速發展起的一種分析痕量元素的方法?；谖镔|在高頻電磁場中能夠形成具有良好特征譜線的高溫等離子體，從而實現對不同元素的測定，具有檢出限低、重現性好、分析范圍廣等特點。實驗表明，該方法能快速測定柚子中的礦物質成分含量及其在不同部位的分布情況[6]。該法檢測限較低，為0.01～0.60 mg/kg[7]，能對不同種類柚子的微量元素進行較為準確的快速檢測。

2.3 電磁學分析法

電磁學分析法利用農產品本身在電場、磁場中的電、磁特性參數的變化來反映農產品的品質。實驗結果表明，在合適的頻段范圍內，水果的電特性參數變化與頻率變化之間有較強的規律性。水果是由許多細胞組成的一種活體生物材料，在生長、成熟及腐敗變質的過程中，組織內不斷進行著生物化學反應，因此化學成分、電荷的空間分布以及電荷量時刻發生著變化。而微觀的生物電場分布及強度反應在宏觀上就是果蔬的介電特性，所以能通過介電性質的變化判斷果蔬的成熟度。研究者[8]根據果蔬的介電性設計了無損檢測系統并進行一系列的測試，發現在一定的頻率范圍內，果蔬新鮮度下降時等效阻值反而逐漸增大，變化有較強規律性，因此該系統可以用來辨別果蔬的新鮮程度。利用介電特征還能對水果進行準確分級并能鑒別病蟲害，準確率高達95.95%[9]。

2.4 X射線分析法

X射線穿過被測物時將發生衰減，因此X射線圖像能直觀反映農產品內部結構缺陷以及化學成分的變化。耿一曼[10]等利用X射線系統對柚子果實的外觀尺寸、果肉部分的可食率進行預測，并對柚子內部結構缺陷的識別進行探索，發現X射線分析法是一種準確度較高、可行性較高的無損檢測方法。

2.5 電子鼻和電子舌

香氣是衡量水果成熟度、新鮮度及其他品質的一種重要的屬性參數，電子鼻與電子舌技術均可通過傳感器來捕捉芳香成分，檢測其組成與含量。

電子鼻能夠用儀器的嗅覺對產品進行客觀分析。通過不同類型的傳感器組合，充分模擬人類的鼻子，得到被測物的指紋圖譜，從而快速完成被測物的氣味鑒別和分析。水果在貯藏期間不斷進行新陳代謝，在不同的成熟階段，散發的香氣會有差別，這種差別恰好能反映出水果內部品質的變化。通過電子鼻來檢測柚子是否成熟、柚子是否過熟是省時省力又準確的[11]。

電子舌能夠通過味覺傳感器模擬人類味覺產生的過程，對液體樣本的味覺特征進行評價。電子舌在食品方面的應用非常廣泛，如食品中細菌含量的檢測、酒類醬油等液體質量的檢測。研究發現，電子舌能辨別柑橘類水果的果汁中添加劑的種類與含量，并且能對果汁的感官特性進行準確描述[12]。

3 展望

科學技術不斷進步，社會不斷發展，要求農產品品質的無損檢測方法更準確、更便捷，以便更好地適應高效率、大規模生產的要求。我國柚子栽培歷史悠久，種植范圍廣，但是在柚子品質快速檢測方面還有很長的路要走。研發精密度更好的檢測機器，探索更有效的檢測內部品質的方法，將不同檢測方法進行融合以開發更高效的檢測設備，以及實現設備的便攜化，都是今后亟待解決的問題。

[1]龔昌來，羅 聰，黃杰賢，等.基于機器視覺的柚子尺寸檢測系統的研究[J].農機化研究，2013，35（11）：22-25.

[2]楊冬濤，黃杰賢，龔昌來，等.基于輪廓方向特征的柚子果形檢測研究[J].激光與紅外，2013，43（6）：712-716.

[3]D. D. Gu，W. Z. Wang，J. D. Hu，et al. Nondestructive Determination of Total Chlorophyll Content in Maize Using Three-Wavelength Diffuse Reflectance[J].Journal of Applied Spectroscopy，2003，4（83）：541-547.

[4]陳華舟，唐國強，艾 武，等.FT-NIR光譜應用于柚子皮果膠定量分析的波段優選[J].科學技術與工程，2013，13（12）：3232-3237.

[5]鄒小波，崔雪平，石吉勇，等.基于近紅外與中紅外光譜技術的淀粉回生度檢測[J].農業機械學報，2018（2）：1-10.

[6]萬益群，肖麗鳳，柳英霞，等.ICP-AES法測定柚子不同部位中多種微量元素[J].光譜學與光譜分析，2008（9）：2177-2180.

[7]董維兵，茍錫斌.ICP-AES法測定新都柚中多種微量元素[J].預防醫學情報雜志，2017，33（10）：990-993.

[8]秦 剛，宋海燕.基于介電特性的果蔬無損檢測系統構建[J].山西農業大學學報，2009，29（4）：358-360.

[9]蔡 騁，李永超，馬惠玲，等.基于介電特征選擇的蘋果內部品質無損分級[J].農業工程學報，2013，29（21）：279-287.

[10]耿一曼.X射線無損檢測技術在柚子品質檢測中的應用研究[D].福州：福建農林大學，2012.

[11]郭 莉.基于電子鼻的柑桔檢測技術進展[J].中國南方果樹，2014，43（2）：29-31.

[12]裘姍姍.基于電子鼻、電子舌及其融合技術對柑橘品質的檢測[D].杭州：浙江大學，2016.