水果品质的无损检测技术应用研究

贺少鹏 邱媛媛

水果品质检测技术对于水果生产和消费的影响都比较大，也是农业工程研究的重点项目之一。现阶段针对水果的尺寸、形状、颜色、气味、硬度、表面纹理等特征开展品质检测，已经开发出一系列的无损检测技术，应用广泛，作用显著。在水果品质检测中，除了外部的品质检测外，水果内部品质、成熟度、糖分含量、内部缺陷等无损检测的难度更大。随着相关检测技术的不断发展，研究水果品质无损检测技术就很有必要。

一、电子鼻技术在水果品质检测中的应用

电子鼻最早出现在20世纪90年代，最初的定义是由具有部分选择性的化学传感器阵列与相关模式识别系统构成，借助传感器部分专一性和系统模式识别功能，对复杂或简单气味进行检测的电子仪器设备。随着科学技术的不断研发和创新，电子鼻技术的应用范围不断扩大，目前在农产品和食品检测、有毒气体检测、环境检测等方面都有一定程度的应用，其能够模拟生物嗅觉，通过气敏传感器和信号预处理单元以及识别单元共同作用，对气味进行识别。

在水果品质检测中，主要是通过电子鼻对水果中的可溶性固形物、成熟度、腐烂度等进行检测。相关研究表明，这种检测方法对于检测水果品质具有一定的积极作用，对于部分品种水果的可溶性固形物、酸度等进行检测，可以先构建预测模型，检验这种检测方法的有效性，并对比不同模型下检测效果的差异。此外，电子鼻还可以对水果的货架期进行预测，而这也是水果品质判断的重要指标之一。傅均设计出便携式智能电子鼻系统，对葡萄的货架期进行实验研究，结果表明，将电子鼻应用于评价葡萄货架期切实可行。

优缺点：如果水果的品质产生变化，其气味也会随之变化，电子鼻能够对水果的气味信号进行识别，在评价水果品质方面具有一定的应用成效。这种检测方法整体成本低，处理更加便利，切实高效，能够较为准确地识别水果的品种、成熟度、新鲜度、腐烂度以及货架期等。但是，将电子鼻技术应用于水果品质无损检测，会在一定程度上受到环境的影响，进而影响气敏传感器的灵敏度，所以最终的检测结果和期望值还存在一定的差距。

二、机器视觉技术在水果品质检测中的应用

目前，计算机相关技术正在不断发展进步，而机器视觉技术就是其中一个重要的组成部分。作为一门涵盖图像处理技术、模式识别技术以及人工智能技术的综合性学科，机器视觉技术借助CCD相机对水果的图像信息进行采集，通过图像处理技术对水果的图像特征进行提取，再通过相关算法和分析法对水果的尺寸、形状、损伤等信息进行获取，最终对水果品质进行等级划分。机器视觉技术的设备主要包括相机、图像处理软件、图像采集卡、计算机、光照系统等，能够同时开展多项品质检测，十分直观、高效，也是一种理想的无损检测技术。

在水果品质检测中，机器视觉技术能够对水果的缺陷和病害进行检测。相关学者在对甜瓜品质进行检测时，使用各种图像预处理技术，提取判断瓜蒂区，从而提升检测精度，再借助算法进行区域分割，构建相应的模式识别，最终对甜瓜缺陷识别的准确率达到92%以上。此外，机器视觉技术还可以用于检测水果的品质等级，对水果进行分类，因为通过机器视觉能够直观地看到水果的大小、尺寸、品种、纹理、色泽等信息，从而为水果品质判断提供依据。

优缺点：使用机器视觉技术，可以直观提取水果的颜色、大小、纹理、缺陷等信息，便于对水果的品质进行等级划分，这对于节省人力具有重要作用。不过，这种无损检测技术主要是对水果的外部状态进行检测，无法对水果的内部损伤以及甜度、腐烂度等进行精准判断。

三、近红外光谱技术

在水果品质检测中的应用

近红外光谱是一种非可见光谱区，介于可见光和中红外光之间。近红外光谱检测技术主要是借助物质对光的吸收和反射等作用来判断某成分含量，将其应用到水果品质检测中，不但安全、快速，而且高效，能够同时对多种成分开展检测。

具体来说，应用近红外光谱技术，可以实现对水果内部品质的检测，包括可溶性固形物、总糖、硬度、酸度等检测指标。Tian等人通过光谱校正技术来检测苹果内部的霉变情况，实验发现，苹果肉的消光率会随着厚度呈对数线性变化，所以按照苹果光谱可以得出苹果内部消光系数方程，再对其中的消光系数进行修正，构建相应的向量模型，最终修正后的光谱模型精度比较高。此外，近红外光谱技术在水果的分选中也有重要的应用价值，不仅检测速度更快，还能同时开展多种指标检测，确保水果质量可靠，提升检测分选效率。国内学者使用梨的近红外漫反射光谱构建可溶性固形物预测模型，对于梨子开展在线检测，分选准确率高达95%左右。使用该技术还可进行水果糖酸度检测，但是因为系统限制因素，检测精度并不是很理想，会对分选结果产生一定的影响，这也正是提升检测精度的关键。

优缺点：近红外光谱技术具有快速高效的特征，可以实现无损检测目标，在水果品質检测中具有重要价值，能够对水果中的可溶性固形物、糖分、酸度等内部品质情况进行检测，但在水果分级和分类中的应用效果并不突出。国外对于近红外光谱技术的研究比我国起步早，相关技术也更加成熟，所以在利用近红外光谱技术检测水果品质时可以借鉴发达国家的相关经验，引入更先进的近红外光谱技术，制定相关的技术标准，促进技术短板的不断完善。

四、核磁共振检测技术

在水果品质检测中的应用

核磁共振检测技术的应用原理是借助原子核在具体磁场中从低能级向高能级跃进时产生共振吸收的现象，实现对于原子核的探测。现阶段核磁共振在很多领域都有应用，在医学领域，通过核磁共振技术，可以检测人体内部、颅脑内部的情况，为医学治疗提供可靠的信息支持;在果蔬产品质量检测中，使用核磁共振检测技术，能够对水果中的糖分、水分、油、淀粉等物质情况进行检测，提供相关物质的自旋密度分布信息，反映自旋和细胞组织间的关系信息，并对水果的基本成本进行测定。

具体来说，就是将待检测的水果放在恒定磁场强度低于0.5T的磁场中，开展低场核磁共振检测。陈森等通过低场核磁共振检测技术，对樱桃在常温下的水分变化以及迁移规律进行探究，结果发现，在储存时间不断延长的情况下，果皮和果肉产生分层，果肉水分也逐渐向内部转移。还有相关实验发现，使用核磁共振检测技术，能够识别水果中水化流动相关的细微变化，这种变化是因为水果软化导致的，据此能够对水果的成熟度进行识别。

优缺点：现阶段，核磁共振检测技术应用于水果品质检测，更多是对水果中的水分分布、流动性开展研究，其优点是分辨率比较高，技术穿透性较好，检测不会受到样品的状态、大小、形状等影响。但是相对而言，这种检测技术的应用成本要比其他检测技术高很多，信号分析的针对性比较强且具有一定的复杂性，所以在水果品质检测中的应用推广还存在一定难度，只有降低技术使用成本，进一步弥补技术缺陷，才有可能推动核磁共振检测技术的大范围应用。

五、基于电学特性的无损检测技术

在水果品质检测中的应用

不同的水果对应的成分是完全不一样的，所以存在不同介电特性参数。基于这一特征，进行水果品质检测时必须对水果的具体电容、电阻、电感等介电特性参数进行分析，通过相关介电特性参数差异来对水果的内部结构以及状态进行评价。这种基于电学特性的无损检测技术操作简单便利，所以应用前景比较好。

研究发现，腐烂苹果的相对介电常数和等效电容都出现了显著增加，应用基于电学特性的无损检测技术，能够较好地区分苹果的好坏。有学者通过检测苹果电压和阻抗，对苹果是否腐烂以及腐烂程度进行判断，结果发现，电压会因为苹果腐烂程度增加而提高，这样就可以有效区分正常苹果和腐烂苹果，还可以判断苹果的腐烂程度。此外，借助这种基于电学特性的无损检测技术，还可以检测水果的成熟度，比如随着水果的成熟度增加，对应的电容以及介电常数都在不断增长，阻抗不断降低，由此研发电学特性检测系统，根据香蕉的介电特性在不同成熟度下的变化情况，即可对香蕉的成熟度和品质变化进行有效分析。

优缺点：基于电学特性的无损检测技术，不但操作便捷，数据量也不多，而且检测效率也有所提升，在水果品质检测中的应用前景比较广阔。不过，因为目前对水果介电特性产生影响的因素非常多，所以不能排除其他因素的影响。基于电学特性的无损检测技术的研究目前也主要集中在测试信号频率、温度和水果含水量等方面，对其他方面的研究并不多，所以要想推广应用这种无损检测技术，还需要深化技术研究工作。

本文介绍了多种水果品质无损检测技术，并对它们的优劣势进行了分析，这就需要进一步深化技术研究，促进技术优化，降低技术成本，从而为人们提供品质更有保障的水果。

作者简介：贺少鹏（1990-），男，汉族，碩士研究生，助教，研究方向为农产品无损检测。

*通信作者：邱媛媛（1992-），女，汉族，硕士研究生，讲师，研究方向为农产品无损检测。