光譜分析在西甜瓜內部品質無損檢測中的研究進展

馬本學， 喻國威， 王文霞， 羅秀芝， 李玉潔， 李小占， 雷聲淵

1. 石河子大學機械電氣工程學院， 新疆 石河子 832003 2. 農業部西北農業裝備重點實驗室， 新疆 石河子 832003

引 言

西甜瓜(西瓜和甜瓜)[1]味甘多汁， 營養豐富， 深受廣大消費者的青睞。 近年來雖然西甜瓜的產量和銷量大幅增加， 但是其內部品質參差不齊， 難以辨別， 主要原因在于傳統檢測方法檢測時間長， 成本高且為有損檢測， 無法滿足現代生產的需要。 隨著光譜分析技術的快速發展， 近紅外光譜分析(near-infrared spectroscopy， NIRS)和高光譜成像(hyperspectral imaging， HSI)[2-3]以快速、 綠色、 無損等優勢廣泛應用于西甜瓜內部品質無損檢測中。 西甜瓜內部品質的評價指標主要包括可溶性固形物含量(soluble solids content, SSC)、 總可溶性固形物(total soluble solids， TSS)、 堅實度(firmness, FM)、 水分(moisture)、 總酸含量(total acid content, TAC)、 成熟度(maturity)等食用指標和類胡蘿卜素(carotenoids)等營養指標[4]。

為跟蹤國內外最新研究進展， 綜述了近紅外光譜分析和高光譜成像在西甜瓜內部品質無損檢測中的應用； 同時， 簡要介紹了近紅外光譜分析和高光譜成像的技術特點和系統組成， 并歸納了常用的光譜信息解析方法； 最后， 從技術難點和實際應用兩方面綜合分析了光譜分析技術在西甜瓜內部品質無損檢測中的發展趨勢。

1 光譜分析技術簡介

1.1 近紅外光譜分析技術

近紅外光(near-infrared, NIR)是人們最早發現的非可見光區域， 它的波長范圍為780～2 526 nm， 波數范圍為12 500～4 000 cm-1。 近紅外光譜屬于分子振動光譜， 利用分子含氫基團(C—H， O—H 和N—H等)的倍頻與合頻的吸收特性來獲取復雜的光譜信息。 典型的近紅外光譜分析系統一般由光源、 光譜儀、 載物臺、 光纖、 計算機等部分組成， 如圖1所示。……