使(shi)用高光譜成(cheng)像(xiang)評(ping)估(gu)水(shui)果和蔬(shu)菜的成(cheng)熟度和新(xin)鮮度(du)

監測和控制食品質量是(shi)食品生產中(zhong)最重要(yao)的壹(yi)環(huan)。特(te)別(bie)是(shi)水果和蔬(shu)菜比其(qi)他食品更加敏(min)感(gan)，新(xin)鮮健(jian)康的才更(geng)有價值。高光譜成(cheng)像(xiang)為(wei)自動質量控制系(xi)統提供(gong)了(le)關鍵數據，以(yi)確(que)保食品的高(gao)質量。

使(shi)用(yong)Specim FX10高(gao)光(guang)譜相機測量李子(zi)和番茄的老(lao)化

新(xin)鮮度(du)對(dui)評估(gu)水(shui)果和蔬(shu)菜的品(pin)質十分重要(yao)，成(cheng)熟度和堅實(shi)度是(shi)需要觀(guan)察和監控的兩(liang)個(ge)最基(ji)本的質量指標(biao)。高(gao)光(guang)譜相機能(neng)夠觀(guan)察水(shui)果(guo)和蔬(shu)菜在(zai)成(cheng)熟過程中(zhong)的光(guang)譜變(bian)化。

在(zai)這(zhe)項(xiang)研究中(zhong)，我們(men)使用Specim FX10高(gao)光(guang)譜相機和實(shi)驗(yan)室(shi)掃描(miao)儀對(dui)李子(zi)和番茄進行了(le)為(wei)期20天(tian)的觀(guan)測(ce)，以(yi)評估(gu)其(qi)老(lao)化過(guo)程。Specim FX10是(shi)壹臺覆蓋400-1000nm光(guang)譜範圍(wei)的可見(jian)光(guang)-近(jin)紅(hong)外(wai)（VNIR）相機。分析(xi)的第(di)壹部分(fen)側重於(yu)樣本隨時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)的光(guang)譜特(te)征(zheng)，然(ran)後(hou)提出(chu)了番茄和李子(zi)新(xin)鮮度(du)的回(hui)歸(gui)模(mo)型(xing)。

使(shi)用(yong)FX10拍(pai)攝(she)了樣本的照(zhao)片(pian)以(yi)及高光譜數據。照(zhao)片(pian)顯(xian)示，番茄和李子(zi)的新(xin)鮮度(du)隨時(shi)間(jian)明顯(xian)下降(jiang)（圖2）。在(zai)其(qi)中(zhong)壹(yi)個(ge)番茄和李子(zi)的中(zhong)間(jian)做了(le)壹(yi)個(ge)小切口，對(dui)加速(su)番茄的老(lao)化有顯(xian)著影(ying)響(xiang)，但對(dui)李子(zi)沒有影(ying)響(xiang)。

光(guang)譜反(fan)射揭(jie)示化(hua)學(xue)變化(hua)

在(zai)進(jin)行(xing)光譜測(ce)量的第(di)1、2、3、6、9、13、14、16、17、19和20天(tian)，每(mei)個李子(zi)和番茄上(shang)都選(xuan)擇(ze)矩形區域統計了反(fan)射光(guang)譜。為(wei)了便於(yu)閱(yue)讀(du)結果(guo)，圖3僅(jin)呈現了在(zai)第(di)1天(tian)、第(di)13天(tian)和第(di)20天(tian)獲得(de)的光(guang)譜，番茄的光(guang)譜差異比李子(zi)更(geng)顯(xian)著。在(zai)圖2的照(zhao)片(pian)中(zhong)已經(jing)可以(yi)看(kan)出(chu)差異。

光(guang)譜曲(qu)線揭(jie)示了(le)水(shui)果和蔬(shu)菜內(nei)部(bu)隨時(shi)間(jian)推移(yi)發(fa)生的化(hua)學(xue)變化(hua)。李子(zi)和番茄在(zai)早(zao)期(qi)生長階段因為(wei)葉(ye)綠(lv)素呈現綠(lv)色，但(dan)當(dang)它們(men)成(cheng)熟時，葉(ye)綠(lv)素分解(jie)成(cheng)另外(wai)壹種(zhong)化(hua)學(xue)物質。對(dui)於(yu)番茄來說(shuo)，葉(ye)綠(lv)素分解(jie)成(cheng)番茄紅素，成(cheng)熟的番茄則(ze)呈(cheng)現為(wei)紅色。這(zhe)種(zhong)化(hua)學(xue)變化解(jie)釋了李子(zi)和番茄在(zai)550-750nm之間(jian)的光(guang)譜變(bian)化。水(shui)果和蔬(shu)菜的成(cheng)熟過程也會影(ying)響(xiang)水分水平或(huo)結(jie)構(gou)，水分(fen)的對(dui)應(ying)光譜體(ti)現在(zai)970nm處(chu)。除此(ci)之外(wai)，其(qi)他化(hua)學(xue)屬性（如(ru)糖含(han)量）也會隨著(zhe)時間(jian)變化(hua)而(er)變(bian)化，多(duo)種(zhong)化(hua)學(xue)變化塑(su)造(zao)了各(ge)時(shi)間(jian)段的光(guang)譜曲(qu)線。

回(hui)歸(gui)模(mo)型(xing)量化新(xin)鮮度(du)

在(zai)這(zhe)項(xiang)研究中(zhong)，建立(li)了(le)壹個回歸(gui)模(mo)型(xing)來量化李子(zi)和番茄的新(xin)鮮度(du)。成(cheng)像(xiang)天(tian)數做(zuo)為(wei)實(shi)際(ji)的回(hui)歸(gui)變量，李子(zi)和番茄分別(bie)基(ji)於(yu)588-976nm和445-993nm的光(guang)譜範圍(wei)進(jin)行預測回(hui)歸(gui)分析(xi)，R²分(fen)別(bie)能(neng)達到0.81和0.91。實(shi)際(ji)值與預(yu)測值的回(hui)歸(gui)圖在(zai)圖5中(zhong)呈現。

結(jie)論(lun)

Specim FX10相機適(shi)用於(yu)測(ce)量水果(guo)和蔬(shu)菜的成(cheng)熟度和新(xin)鮮度(du)，因(yin)為(wei)它對(dui)與農(nong)產(chan)品新(xin)鮮度(du)相關的特(te)征(zheng)十分敏(min)感(gan)。在(zai)構(gou)建典(dian)型(xing)的回(hui)歸(gui)模(mo)型(xing)時(shi)，經(jing)常采(cai)用(yong)有損的實(shi)驗(yan)室(shi)測量值來作(zuo)為(wei)參考進行模(mo)型(xing)開(kai)發(fa)和驗(yan)證(zheng)，這個(ge)研究顯(xian)示，采(cai)用(yong)測量天數作(zuo)為(wei)回歸(gui)變量依然(ran)可以(yi)很好(hao)的預(yu)測(ce)果蔬(shu)新鮮程度(du)。因此(ci)，有損的實(shi)驗(yan)室(shi)指標(biao)對(dui)於(yu)獲取(qu)果蔬(shu)的新(xin)鮮度(du)並(bing)不(bu)是(shi)必要(yao)的，高(gao)光(guang)譜可以(yi)實現真(zhen)正的無損預測(ce)與評(ping)估(gu)。

在(zai)可見(jian)光(guang)-近(jin)紅(hong)外(wai)（VNIR）下工作(zuo)的高(gao)光(guang)譜相機為(wei)監測新鮮食品品質提供(gong)了(le)有效(xiao)的工(gong)具(ju)。與傳(chuan)統的基(ji)於(yu)點的方法(fa)相比，高(gao)光譜成(cheng)像(xiang)具(ju)有無損、非破壞性(xing)的優(you)勢(shi)，是(shi)壹種(zhong)特(te)別(bie)適(shi)合(he)食品分級、分(fen)選(xuan)和分(fen)類的方法(fa)。

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