柚子品質(zhì)無損檢測方法研究進(jìn)展

◎ 商 晉

（陜西中醫(yī)藥大學(xué)，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(chǎn)水果種類之一，主要產(chǎn)區(qū)位于浙江、福建、廣東、廣西、四川等幾個(gè)省份。柚子全身都是寶，柚果實(shí)中不僅含有氨基酸、維生素、礦質(zhì)元素等多種維持人體健康所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，還含有對人體健康具有促進(jìn)作用的非營養(yǎng)性生理活性成分，即所謂的植物化學(xué)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(yǎng)豐富，對柚子品質(zhì)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析，對農(nóng)戶、消費(fèi)者以及衛(wèi)生安全監(jiān)督部門而言都極為重要。

1 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測技術(shù)分類

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測指標(biāo)有很多，不同的檢測指標(biāo)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(xué)方法，主要測定農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分、有害物、農(nóng)藥殘留量等指標(biāo)，具有方法成熟、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在檢測費(fèi)時(shí)、耗資大、破壞檢測對象原有結(jié)構(gòu)、浪費(fèi)被檢對象的缺點(diǎn)；并且，由于檢測過程不可避免會用到化學(xué)試劑，因而常伴有試劑、溶媒污染，增加環(huán)保負(fù)擔(dān)。②物理方法，利用農(nóng)產(chǎn)品本身的電特性、力學(xué)特性、光特性或聲特性等物理特征，獲取與檢測對象品質(zhì)有關(guān)的物理信息，從而推測出化學(xué)結(jié)構(gòu)方面的信息，這種方式也稱無損檢測，具有快速、準(zhǔn)確、不破壞檢測對象物理結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受青睞并發(fā)展迅速。

2 無損檢測技術(shù)在柚子檢測中的應(yīng)用

柚子的品質(zhì)檢測有多種檢驗(yàn)方式，目前已進(jìn)行推廣應(yīng)用或正處于研究階段的無損檢測技術(shù)可分為計(jì)算機(jī)視覺分析法、光學(xué)分析法、X射線分析法、電磁學(xué)分析法等幾類。

2.1 計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)

機(jī)器視覺技術(shù)以傳感器作為“眼睛”，獲取物體的圖像，將圖像轉(zhuǎn)換成一系列數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過不同算法處理完成相關(guān)任務(wù)的檢測方式。農(nóng)產(chǎn)品表面缺陷和損傷的自動(dòng)檢測是農(nóng)產(chǎn)品分級的一個(gè)重要內(nèi)容。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)效率的提高，計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)在食品品質(zhì)自動(dòng)檢測和分級方面的應(yīng)用已變得越來越重要。龔昌來等[1]先對柚子正立圖像進(jìn)行一系列預(yù)處理，然后計(jì)算圖像中柚子的縱徑/橫徑比，測試結(jié)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(yīng)用潛力。楊冬濤等[2]通過計(jì)算柚子圖像之間輪廓方向角度直方圖相關(guān)系數(shù)實(shí)現(xiàn)對柚子果形優(yōu)劣的判別。實(shí)驗(yàn)證實(shí)其準(zhǔn)確率高達(dá)95.4%，檢測效率高，能滿足實(shí)際生產(chǎn)檢測要求。

2.2 光學(xué)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(qū)與中紅外區(qū)之間的、波長為800～2 500 nm的電磁波。研究發(fā)現(xiàn)，近紅外光譜的檢測限在10-4～10-3，能滿足一般農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析的要求，具有“多、快、好、省”的特點(diǎn)。近紅外光對物質(zhì)穿透能力強(qiáng)，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(yīng)用近紅外光譜檢測得到，該無損檢測法具有較強(qiáng)的可行性。近紅外光對于果實(shí)顏色的差別極為敏感，可用于檢測某些顯色的營養(yǎng)成分[3]。柚子皮是果膠的優(yōu)質(zhì)來源，果膠類物質(zhì)比例不同對所提取的果膠性質(zhì)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(zhǔn)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(fā)生回生現(xiàn)象，用近紅外光譜能夠快速對此類食品的回生度進(jìn)行無損檢測[5]。

2.2.2 等離子體發(fā)射光譜

等離子體發(fā)射光譜是近30年迅速發(fā)展起的一種分析痕量元素的方法。基于物質(zhì)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(shí)現(xiàn)對不同元素的測定，具有檢出限低、重現(xiàn)性好、分析范圍廣等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，該方法能快速測定柚子中的礦物質(zhì)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(jìn)行較為準(zhǔn)確的快速檢測。

2.3 電磁學(xué)分析法

電磁學(xué)分析法利用農(nóng)產(chǎn)品本身在電場、磁場中的電、磁特性參數(shù)的變化來反映農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在合適的頻段范圍內(nèi)，水果的電特性參數(shù)變化與頻率變化之間有較強(qiáng)的規(guī)律性。水果是由許多細(xì)胞組成的一種活體生物材料，在生長、成熟及腐敗變質(zhì)的過程中，組織內(nèi)不斷進(jìn)行著生物化學(xué)反應(yīng)，因此化學(xué)成分、電荷的空間分布以及電荷量時(shí)刻發(fā)生著變化。而微觀的生物電場分布及強(qiáng)度反應(yīng)在宏觀上就是果蔬的介電特性，所以能通過介電性質(zhì)的變化判斷果蔬的成熟度。研究者[8]根據(jù)果蔬的介電性設(shè)計(jì)了無損檢測系統(tǒng)并進(jìn)行一系列的測試，發(fā)現(xiàn)在一定的頻率范圍內(nèi)，果蔬新鮮度下降時(shí)等效阻值反而逐漸增大，變化有較強(qiáng)規(guī)律性，因此該系統(tǒng)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(jìn)行準(zhǔn)確分級并能鑒別病蟲害，準(zhǔn)確率高達(dá)95.95%[9]。

2.4 X射線分析法

X射線穿過被測物時(shí)將發(fā)生衰減，因此X射線圖像能直觀反映農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷以及化學(xué)成分的變化。耿一曼[10]等利用X射線系統(tǒng)對柚子果實(shí)的外觀尺寸、果肉部分的可食率進(jìn)行預(yù)測，并對柚子內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的識別進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)X射線分析法是一種準(zhǔn)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(zhì)的一種重要的屬性參數(shù)，電子鼻與電子舌技術(shù)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(chǎn)品進(jìn)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(jìn)行新陳代謝，在不同的成熟階段，散發(fā)的香氣會有差別，這種差別恰好能反映出水果內(nèi)部品質(zhì)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(shí)省力又準(zhǔn)確的[11]。

電子舌能夠通過味覺傳感器模擬人類味覺產(chǎn)生的過程，對液體樣本的味覺特征進(jìn)行評價(jià)。電子舌在食品方面的應(yīng)用非常廣泛，如食品中細(xì)菌含量的檢測、酒類醬油等液體質(zhì)量的檢測。研究發(fā)現(xiàn)，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(jìn)行準(zhǔn)確描述[12]。

3 展望

科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，社會不斷發(fā)展，要求農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的無損檢測方法更準(zhǔn)確、更便捷，以便更好地適應(yīng)高效率、大規(guī)模生產(chǎn)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(zhì)快速檢測方面還有很長的路要走。研發(fā)精密度更好的檢測機(jī)器，探索更有效的檢測內(nèi)部品質(zhì)的方法，將不同檢測方法進(jìn)行融合以開發(fā)更高效的檢測設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)設(shè)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(jī)器視覺的柚子尺寸檢測系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)機(jī)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(qiáng)，艾 武，等.FT-NIR光譜應(yīng)用于柚子皮果膠定量分析的波段優(yōu)選[J].科學(xué)技術(shù)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(shù)的淀粉回生度檢測[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，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(xué)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(yù)防醫(yī)學(xué)情報(bào)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(tǒng)構(gòu)建[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(nèi)部品質(zhì)無損分級[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（21）：279-287.

[10]耿一曼.X射線無損檢測技術(shù)在柚子品質(zhì)檢測中的應(yīng)用研究[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2012.

[11]郭 莉.基于電子鼻的柑桔檢測技術(shù)進(jìn)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(shù)對柑橘品質(zhì)的檢測[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.