譚保華， 肖騰飛*， 劉瓊磊， 李 根， 李 剛， 黃程旭

(1.湖北省能源光電器件與系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心， 武漢 430068；2.湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院， 武漢 430068； 3.太陽能高效利用湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 武漢 430068；4.中國質(zhì)量認證中心廣州分中心， 廣州 510620； 5.長江大學(xué)物理與光電工程學(xué)院， 湖北 荊州 434023)

水果的生產(chǎn)，在世界范圍內(nèi)占據(jù)著重要的位置.我國是水果的生產(chǎn)大國，水果產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)民增收的主要途徑之一.改革開放以來，特別是我國實行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策以來，水果產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)支柱性產(chǎn)業(yè)[1].現(xiàn)代研究結(jié)果表明，水果營養(yǎng)豐富，不僅脂肪和膽固醇含量很低，富含糖、膳食纖維，而且含有多種氨基酸和維生素，深受消費者喜愛[2].

然而，水果是很嬌嫩的.在其生長以及采摘過程中，極易受到病蟲害和霉菌傷害，采摘時也易受到機械損傷.所有這些因素，不僅會使水果的品質(zhì)口感受損，還可能因被人食用，從而進一步對人體產(chǎn)生不利的影響.因此，對水果的品質(zhì)檢測是十分重要的.一般來說，果糖的含量直接影響水果的口感，也會直接反映水果的品質(zhì)，是水果品質(zhì)的重要評判標準之一[3].隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，消費者在生活水平不斷提高的同時，對水果也提出了更高的要求.不僅水果果品外觀(大小、形狀、顏色等)要求更高，對水果內(nèi)部的質(zhì)量和品質(zhì)(質(zhì)量、口感、味道等)也更為重視[4].這也在技術(shù)上，促進和決定了水果無損快速檢測的必要性和迫切性[5].實現(xiàn)水果內(nèi)部品質(zhì)快速無損檢測，不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，也是滿足我國消費者日益多元化要求的需要.

近紅外光譜分析技術(shù)，近年來得到了長足的發(fā)展與應(yīng)用，作用效果已經(jīng)得到了多方面的證實.在當今社會生產(chǎn)生活中，特別是在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域，作為一種能夠快速實施和應(yīng)用的無損檢測技術(shù)方法，近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用非常廣泛[6].Dong等[7]為了快速檢測蘋果的質(zhì)量，通過建立不同的模型，利用近紅外光譜分析技術(shù)，對蘋果的可溶性固形物、硬度、PH值、水分含量進行了深入的定量分析.Emanuel José Nascimento Marques等(2016年)[8]，基于線性變量濾波器(LVF)技術(shù)，研究了小型近紅外(NIR)光譜儀，對 “湯米·阿特金斯”芒果進行了快速無損品質(zhì)分析.趙文濤等[9]以鮮棗為研究對象，以化學(xué)計量學(xué)方法，選用偏最小二乘法(PLS)和主成分回歸分析法(PCR)，建立了鮮棗校正模型，研究了不同建模主成分因子對建模結(jié)果的影響，并試圖找出偏最小二乘法建模中的最佳主成分因子.ALI等[10]為了評估香蕉的含糖量和PH值，應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)，以非破壞性的方式，完成了相關(guān)研究.但是，雖然近紅外光譜技術(shù)在大型流程工業(yè)的應(yīng)用日趨成熟和廣泛，但由于涉及企業(yè)經(jīng)濟利益及商業(yè)秘密等原因，很多實際應(yīng)用的具體和詳細內(nèi)容都未見正式報道.

本文基于近紅外光譜分析技術(shù)，研究樣本對象選取以新疆阿克蘇蘋果，海南香蕉和新疆鮮棗，檢測方法采用近紅外漫反射法，設(shè)計了近紅外檢測實驗系統(tǒng)，進行水果含糖量近紅外檢測實驗研究，詳細研究分析了三種水果整個樣本與樣本切片的光譜的差異，并研究了在一定時間周期內(nèi)實驗樣本的光譜變化情況.

1 近紅外檢測技術(shù)

1.1 近紅外檢測技術(shù)原理

近紅外光，一般是指波長范圍為780～2 526 nm的電磁波.通常情況，生物 C-H、O-H、N-H、S-H、P-H 等含氫基團，振動的倍頻和合頻吸收光譜，很容易被近紅外光譜記錄.由于分子振動的非諧振性，使得分子振動將從基態(tài)向高能級躍遷.在這個過程中，當含氫基團分子受到紅外光照射時，基團分子會被激發(fā)而產(chǎn)生共振，同時部分吸收紅外光的能量.通過定量測量其吸收光情況，可得比較復(fù)雜的光學(xué)圖譜，這種光譜可以定性表示被測物質(zhì)的特征[11].

圖1 我國蘋果、香蕉與鮮棗的年度產(chǎn)量(數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局)Fig.1 The annual yield of apple， banana and jujube in China

圖2 含氫基團分子的伸縮振動和變形振動示意圖(?表示垂直紙面向內(nèi)運動，⊙表示垂直紙面向外運動)Fig.2 Examples of stretching vibration and deformation vibration of measured material molecules(? is vertical paper facing inward motion， and ⊙ is vertical paper facing outward motion)

研究表明，通過適當?shù)幕瘜W(xué)計量方法，能夠關(guān)聯(lián)近紅外吸收光譜與被測物質(zhì)的成分或性質(zhì)數(shù)據(jù)，并建立起相應(yīng)的關(guān)聯(lián)模型.采用Kubelka-Munk函數(shù)，可以對漫反射近紅外光譜分析技術(shù)進行定量分析[12]，其具體表達式為

(1)

式中，漫反射體的絕對漫反射率記錄為，它是K/S的函數(shù)，依賴于S與K的比值，反映出射光與入射光的比率；其中，K為漫反射體吸收系數(shù)，由漫反射體的化學(xué)組成成分決定；S為散射系數(shù)，則取決于漫反射體的基本物理特性.

1.2 近紅外檢測技術(shù)的分類

近紅外光照到物質(zhì)上后，可能有完全被吸收、發(fā)生全反射、漫反射、透射和散射等五種情況，不同的物質(zhì)成分相應(yīng)的具體吸收特征是不一樣的.近紅外光與物質(zhì)的相互作用圖例如圖3所示.

圖3 近紅外光與物質(zhì)的相互作用圖Fig.3 The interaction between near-infrared light and matter

常用的近紅外檢測方法主要有：近紅外反射檢測法、近紅外透射檢測法和近紅外漫反射檢測法[13]，這三種方法均可用于水果含糖量的快速檢測，但是各自的要求和檢測偏重點不同.

1.2.1 近紅外反射檢測法 近紅外反射檢測法中，要求將檢測器和光源放置在水果樣品的同側(cè).實驗中，檢測器的檢測對象，是被樣品表面規(guī)則反射回來的光[14]，如圖4(a)所示.所以，近紅外反射檢測方法適用對象，一般應(yīng)為不透明、固體、半固體樣品，當樣品的反射率較高時，光譜信息比較容易實現(xiàn).但是，由于是反射光，近紅外光與水果內(nèi)部相互作用較少，反射光信息中主要攜帶的是表面的光譜信息，而對水果內(nèi)部信息的反映較少.所以，近紅外反射檢測法更加適用于檢測水果果皮表面信息的實驗研究，而不適合于對水果內(nèi)部信息的檢測和研究.

1.2.2 近紅外透射檢測法 近紅外透射檢測法，要求將待測水果樣品放置在光源和光探測器之間.實驗中，檢測器所檢測的對象，是系統(tǒng)透射光與水果樣品相互作用之后的光，因此傳輸?shù)墓庑畔⒅?，承載了水果樣品的內(nèi)部信息[15]，如圖4(b)所示.透射檢測方法適用對象為透明或半透明樣品，透射光信息能完全反映樣本內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息.因此，近紅外透射檢測法的特點，是能夠不受水果表面特性的影響，檢測器接收的光譜信息可以反映水果內(nèi)部組織的信息.但是，當光源能量較弱的時候，透射出水果的光就很少，那么其最終的效果就達不到.因此，在近紅外透射檢測方法中，通常需要使用能量很高的專用光源.

圖4 近紅外光透射檢測方法示意圖Fig.4 The schematic diagram of near-infrared detection

1.2.3 近紅外漫反射檢測法 光照射到物體后，在物體表面或內(nèi)部發(fā)生的、方向不確定的反射，形成光的漫反射.應(yīng)用近紅外光漫反射法進行檢測及其分析，實際上可以認為是一種介于反射與透射之間的測量方法[16]，其適用對象為不透明、固體、半固體樣品，特點是接受的光信息能夠全部反映水果內(nèi)部組織的特性[17]，并且，試驗中不需要特定要求的光源，但在測量過程中需要將光源與探測器隔離[18]，如圖4(c)所示.

綜上所述，3種近紅外檢測方法都各有自己的優(yōu)缺點，綜合考慮各種因素，特別是光源需求和實驗搭建難易程度，采用近紅外漫反射檢測方法，進行水果含糖量的近紅外檢測實驗研究.

2 實驗方法及實驗系統(tǒng)設(shè)計

2.1 實驗樣本準備和數(shù)據(jù)采集點選取

在同一家水果店，購買大小和重量都相差不大的同批次新疆阿克蘇蘋果、新疆鮮棗和海南香蕉各若干個.將樣本洗凈后擦拭干凈，按順序編號并封裝，并靜置在室溫保持在20～24℃的實驗室里24 h，如圖5所示.

圖5 新疆阿克蘇蘋果和海南香蕉實驗樣本圖Fig.5 The experimental samples of Xinjiang Aksu apple and Hainan banana

實驗選取新疆阿克蘇蘋果樣本上的5個點，作為數(shù)據(jù)采集點.其中，蘋果實驗樣本1號點位于蘋果中心軸上一點；蘋果樣本實驗樣本4、5號點與2、3號點應(yīng)為相互對稱的位置上，且四個點基本位于實驗樣本中心圓上相互對稱的位置.

海南香蕉樣本上的5個點，則將香蕉實驗樣本主體沿軸線均分成6等份，實驗以測量的這5個點的均值作為樣本的光譜數(shù)據(jù).

圖6 實驗樣本數(shù)據(jù)采集點位置示意圖Fig.6 The schematic diagram of sample points

新疆鮮棗由于體積相對比較小，因此取3個數(shù)據(jù)采集點即可，具體取點可沿著鮮棗實驗樣本赤道部位，按照順序依次標記對稱的3個點(間隔約120°)，作為數(shù)據(jù)采集點.

實驗樣本數(shù)據(jù)采集點位置示意圖如圖5所示.

2.2 實驗儀器及軟件

實驗研究儀器包括近紅外光纖光譜儀(Ocean Optics NIR 256-2.5系列)、24 V鹵鎢燈(Ocean Optics HL-2000-HP系列)、光學(xué)多路復(fù)用器(Ocean Optics MPM-2000)、水平試驗臺、試驗支架、銅盤、測試暗箱、實驗計算機等.

2.2.1 光譜儀選擇 本實驗研究使用海洋光學(xué)公司的近紅外光譜儀，其外觀如圖7所示，光譜儀具體參數(shù)規(guī)格列出如表1所示.

表1 實驗研究使用近紅外光譜儀規(guī)格及參數(shù)列表Tab.1 The spectrometer and parameters

圖7 NIRQuest近紅外光譜儀外觀圖Fig.7 The appearance of NIRQuest near-infrared spectrometer

2.2.2 光源選擇 本實驗研究光源使用海洋光學(xué)HL-2000系列24 V鹵鎢光源(外觀如圖8所示)，其360～2 000 nm的測量范圍最適于近紅外波長測量，實驗研究的具體參數(shù)及設(shè)置如表2列出.

表2 實驗研究使用鹵鎢燈光源規(guī)格及參數(shù)列表Tab.2 The experimental Tungsten halogen lamp and parameters

2.2.3 光學(xué)多路復(fù)用器選擇 本實驗研究使用的光學(xué)多路復(fù)用器，選擇海洋光學(xué)的MPM-2000系列.實驗中，通過光學(xué)多路復(fù)用器，首先將光從光源連接到復(fù)用器的輸入端，然后將光分配到16個輸出口，如圖9所示.分配到每個輸出端的光是連續(xù)的，各個通道間的誤差小于250 μs.

圖9 實驗研究用光學(xué)多路復(fù)用器外觀圖Fig.9 The appearance diagram of optical multiplexer for experimental research

2.2.4 光纖與探頭選擇 本實驗選擇使用海洋光學(xué)的儀器適配光纖和探頭進行研究，如圖10和圖11所示.

圖10 實驗光纖外觀圖Fig.10 The appearance diagram of experimental fiber

圖11所示的實驗探頭具有以下特點：1) 非常適用于實驗室和需要溫和處理的環(huán)境；2) 6根光纖連接到光源輸出，另一根光纖則連接到光譜儀顯示，可實現(xiàn)最優(yōu)性能(即6繞1光纖束設(shè)計)；3) 配有3.175 mm直徑的套圈，可用于熒光測量.

圖11 實驗探頭外觀圖Fig.11 The appearance diagram of experimental probe

2.2.5 糖度計選擇 本實驗使用糖度計，選擇亞名儀器FG118糖度折光儀.FG118糖度折光儀為銅材質(zhì)，重量為200 g，測量范圍為0～80%Brix，其具體外觀結(jié)構(gòu)示意如圖12.

圖12 FG118糖度計外觀及結(jié)構(gòu)圖Fig.12 The appearance and structure of FG118 saccharometer

2.2.6 試驗軟件選擇 實驗采用NIRQuest光譜儀自帶的SpectraSuite，作為本實驗的光譜采集軟件.SpectraSuite軟件由美國海洋光學(xué)公司設(shè)計開發(fā)，主要有參數(shù)設(shè)置、模式設(shè)置、光譜采集和光譜查看等功能，軟件界面直觀，操作過程較簡便.

本實驗研究所用實驗儀器設(shè)備，除上述儀器和軟件外，還有水平試驗臺、試驗支架、銅盤、測試暗箱、實驗計算機.其中，通過使用水平試驗臺，可調(diào)整保證實驗在水平條件下進行；試驗支架則對光纖探頭起支撐和固定作用；同時，試驗中使用銅盤，可加強光的反射.

2.3 實驗系統(tǒng)設(shè)計

綜合考慮各種影響因素，經(jīng)過前期設(shè)計和試驗，本實驗最終選用近紅外漫反射檢測法作為試驗方法，并根據(jù)其原理搭建和設(shè)計了實驗測試系統(tǒng)，如圖13所示為實驗系統(tǒng)圖.

圖13 實驗系統(tǒng)圖Fig.13 The schematic diagram of experimental system

如圖13中所示，試驗光源選取24V鹵鎢燈，首先，把光學(xué)多路復(fù)用器的各個探頭，固定在試驗支架的指定位置上；用光纖把近紅外光源接入多路復(fù)用器，并通過光纖和探頭，將光信息傳遞到實驗水果樣本的表面上；近紅外光與實驗樣本在漫反射室內(nèi)充分相互作用后，漫反射出射光進入到探頭中，因此出射光將攜帶和承載著實驗對象樣本的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信息；最終，系統(tǒng)將近紅外光信息，傳遞給試驗光譜儀；光譜儀又通過數(shù)據(jù)線連接到實驗計算機，將采集的光譜數(shù)據(jù)最終保存在實驗計算機中.

2.4 實驗步驟

準備好實驗樣本及實驗系統(tǒng)后，具體按照如下詳細步驟實施和完成整個實驗過程.

1) 將光學(xué)多路復(fù)用器連接到光源，將探測器依次放置到實驗設(shè)計的實驗樣本數(shù)據(jù)采集位置點.過程中，應(yīng)注意一定不要使探測器與實驗樣本表面發(fā)生接觸，但是要盡量使探測器與實驗樣本之間距離達到最小.

2) 試驗計算機開機后，打開SpectraSuite軟件.為了在實驗中降低光譜儀的噪聲，應(yīng)該設(shè)置制冷模式開啟.同時，應(yīng)注意查看實時測量溫度值，應(yīng)該等待溫度降到-15 ℃時，再開始實施具體的試驗和測量過程.

3) 設(shè)置試驗過程的積分時間為1，并將噪聲設(shè)置為趨近于0.

4) 設(shè)置積分時間為100 ms設(shè)置平均次數(shù)為10，設(shè)置平滑度為7，其他參數(shù)設(shè)置默認，則相關(guān)參數(shù)設(shè)置完畢.

5) 關(guān)閉鹵鎢燈光源，存儲暗光譜，并扣除暗光譜.再打開鹵鎢燈光源，設(shè)置參考光譜圖標，測試反射率光譜，則系統(tǒng)光源準備妥當.

6) 鼠標點擊參考光譜圖標，為避免數(shù)據(jù)不準確，應(yīng)對光譜歸一化.實驗中應(yīng)耐心等待系統(tǒng)完成，直到反射率穩(wěn)定在1左右，可以保存當前光譜數(shù)據(jù).在實際實驗過程中，應(yīng)注意選取歸一化效果較好的時候，再完成亮光譜的數(shù)據(jù)存儲.

7) 完成試驗樣本的光譜測試后，使用糖度計，繼續(xù)測量并記錄樣本的含糖量數(shù)據(jù).

8) 擦除系統(tǒng)平臺上試驗樣本可能的殘留物質(zhì)，為繼續(xù)進行后續(xù)試驗作好準備.

9) 更換新的試驗樣本，按照上述實驗步驟重復(fù)完成試驗過程，將實驗數(shù)據(jù)按照試驗順序記錄和保存.

3 實驗結(jié)果分析

3.1 水果樣本的光譜分析情況

根據(jù)上述方式完成實驗過程，采集試驗樣本的光譜，分析同種樣本的光譜情況，得到實驗香蕉、鮮棗和蘋果樣本的光譜圖，如圖14所示，分析樣本波峰的峰值及其對應(yīng)的波長.由于在實驗光譜圖中，光譜兩端存在的噪聲信號干擾較多，因此在分析時集中選取900～2 500 nm之間的波段來進行光譜信息的分析.

由于試驗選取的香蕉、鮮棗和蘋果等水果，果體中水和糖分含量占很大比例.因此，3種水果波峰所對應(yīng)波長都比較相近.而對于相同水果樣本而言，其成分含量更是相似.所以，不同的香蕉、鮮棗、蘋果試驗樣本的個體光譜圖中，不僅波峰位置相近，光譜的波形也基本一致.如圖14所示，圖14(a)為新疆阿克蘇蘋果的分析光譜圖，圖14(b)為新疆鮮棗的分析光譜圖，圖14(c)為海南香蕉的分析光譜圖，圖中顯示值為測試樣本采集點測得值的均值.

在圖14中，光譜圖合頻近紅外譜帶位置位于2 000～2 500 nm處，一級倍頻位置在1 400～1 800 nm處，二級倍頻位置在900～1 200 nm處，三級、四級或更高級倍頻光譜，則位于光譜圖中780～900 nm處.

圖14 水果實驗樣本分析光譜圖Fig.14 The spectral analysis of fruit samples

結(jié)合圖14和表3，分析可得：1) 在實驗樣本的波峰中，1 010 nm、1 450 nm和1 940 nm附近為水吸收峰；香蕉、鮮棗和蘋果實驗樣本富含大分子糖類，這正是1 200 nm和2 300 nm附近處的吸收峰產(chǎn)生的原因，這也同時說明本實驗系統(tǒng)能夠有效檢測和反映出水果實驗樣本內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息；2) 比對鮮棗、香蕉和蘋果三種實驗水果樣本，它們在光譜圖中的波峰所對應(yīng)的波長相近；3) 對于不同的實驗樣本對象，雖然個體光譜圖有一定的差異性，但是總體而言，實驗樣本的波形總體相似，且相應(yīng)的波峰在光譜圖中的位置也基本一致.

表3 水果實驗樣本波長的波峰及其對應(yīng)的吸收度峰值Tab.3 Wave peaks of the experimental samples of fruits and their corresponding absorption peaks

3.2 水果樣本與其切片的光譜分析情況

為了分析實驗樣本和實驗樣本切片的光譜差異性，在研究試驗水果及其切片的實驗中，所有實驗過程均是在相同的環(huán)境條件下進行和完成的，并且實驗時光譜儀相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，也都是相同的.

以近紅外漫反射方式試驗采集水果樣本光譜的過程中，水果果皮的鏡面反射、果皮的透射和吸收作用等，會使檢測的結(jié)果包含一定的誤差，因而，水果果肉是反映水果內(nèi)部結(jié)構(gòu)光譜信息的主要部分[19].圖15(a)為實驗蘋果樣本與其切片的對比光譜分析圖；圖15(b)為實驗鮮棗樣本與其切片的光譜分析圖；圖15(c)為實驗香蕉樣本與其切片的光譜分析圖.圖15中呈現(xiàn)的顯示值均為測試樣本采集點測得值的均值.

圖15中可見無論是蘋果、鮮棗和香蕉樣本，實驗樣本與其切片的光譜圖走勢大致相同，并且，光譜圖的波峰也都在同一波段內(nèi)；但是，樣本切片的光譜圖中，波峰更加顯著，并且樣本切片的吸收度明顯高于整個實驗樣本.因此，由實驗樣本切片反映出的內(nèi)部信息，相對于整個實驗樣本而言，更為豐富，更加全面.但是，實驗樣本切片必然會破壞實驗樣本，導(dǎo)致實驗樣本失去整體外觀特性.

圖15中同時可見，采用近紅外漫反射檢測方法，對于整體實驗樣本而言，既可以有效實現(xiàn)對水果內(nèi)部含糖量等品質(zhì)因素信息的非接觸性探測，又不損傷和破壞實驗樣本對象的外觀.因此，在保證實驗樣本的整體性的前提下，近紅外漫反射檢測法實現(xiàn)了實驗水果內(nèi)部含糖量等品質(zhì)因素的無損檢測.這對于典型經(jīng)濟性水果而言，既保持嬌嫩外表，又同時維持高價值內(nèi)部品質(zhì)，具有更大的實用價值和現(xiàn)實意義.

圖15 水果實驗樣本(Intact-實線)及其切片(Slice-虛線)的光譜圖Fig.15 The fruit experimental samples (Intact-solid line) and section (Slice-dotted line) spectra

3.3 水果樣本1周變化的光譜分析情況

果實的成熟是個比較復(fù)雜的生理過程，其中主要的過程是呼吸躍變[16].某些肉質(zhì)果實從生長停止，到開始進入衰老之間的時期，其呼吸速率的突然升高，這就是呼吸躍變.由于呼吸作用，在水果的成熟過程中，果實中的物質(zhì)成分及其含量，也隨之會發(fā)生相應(yīng)變化.植物生理學(xué)家和農(nóng)林學(xué)家們，通過研究呼吸躍變，把果實分為躍變型果實和非躍變型果實.研究表明，香蕉具有呼吸躍變，為躍變型果實；而鮮棗則無呼吸躍變，是非躍變型果實[20].

在1周的時間內(nèi)，鮮棗和香蕉實驗樣本的光譜變化圖，如圖16所示，其中，圖16(a)所示為鮮棗樣本的光譜變化，圖16(b)所示為香蕉樣本的光譜變化.

從圖16可以看出，對于鮮棗實驗樣本而言，每天的光譜圖都存在一定的差異性，雖然每天的光譜變化相對比較微小，但是在一周時間內(nèi)，前幾天的波峰明顯稍低，而后幾天的波峰明顯相對稍高.而香蕉實驗樣本光譜的變化則較為顯著，光譜變化每天的差異，明顯比鮮棗實驗樣本大很多.隨著實驗時間的延續(xù)，香蕉實驗樣本的吸收度總體走向，呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，并在第3天達到最大值.

圖16 鮮棗和香蕉實驗樣本一周內(nèi)的光譜變化圖Fig.16 The spectrum changes of fresh jujube and banana experimental samples within one week

躍變型果實的呼吸頻率較高，水果成熟的過程，耗時相對更短.所以，躍變型果實的含糖量和水分變化，自然會比非躍變型果實更快.水果本身的特性，必然出現(xiàn)圖16所顯示的結(jié)果，即：躍變型果實的吸收度波動明顯，而非躍變型果實的吸收度，則波動并不明顯.

綜上，以海南香蕉為例的躍變型果實樣本，對與以新疆鮮棗為例的相對非躍變型果實樣本而言，在果實的存放期，光譜波動更大，并且吸收度呈現(xiàn)出先升高后降低的總體趨勢.而對于非躍變型果實，在短期內(nèi)(實驗周期為7 d)的光譜變化，則并不明顯.所以，在實際生活生產(chǎn)中，運輸和存儲躍變型果實，需要注意放置時間不宜過長.同時，建議不同成熟度的果品最好分開放置，以免相互產(chǎn)生影響.并且，為了避免互相影響，非躍變型果實與躍變型果實最好不要一同運輸和存儲，應(yīng)該分開置放.

4 研究結(jié)論

本文以新疆阿克蘇蘋果、海南香蕉和新疆鮮棗為實驗對象和樣本，采用了近紅外漫反射檢測法，設(shè)計完成了水果含糖量的近紅外檢測實驗系統(tǒng)，研究了同種實驗樣本的不同實驗個體的具體光譜情況，并進一步研究了同種實驗對象的整體樣本和切片樣本的光譜異同.同時，還分別以新疆鮮棗和海南香蕉為實驗樣本對象，研究和比較了在一周時間內(nèi)，躍變型果實和非躍變型果實的詳細光譜圖區(qū)別.詳細的研究內(nèi)容和具體結(jié)論如下.

1) 采用了近紅外漫反射檢測法，完成了水果含糖量的近紅外檢測實驗系統(tǒng)設(shè)計，選擇了合適的實驗設(shè)備和器件，搭建和實現(xiàn)了實驗測試平臺；

2) 根據(jù)實驗水果自身特點，選擇合適的光譜采集方式，設(shè)計了實驗樣本的數(shù)據(jù)采集點.考慮到香蕉樣本縱向尺寸較大，標記實驗香蕉上可將香蕉樣本均分成6等份的5個點，作為數(shù)據(jù)采集點；考慮到鮮棗樣本體積較小，間隔約120°依次標記沿著實驗鮮棗赤道的3點，作為數(shù)據(jù)采集點；考慮到蘋果樣本的體積較大，標記蘋果樣本中心軸點，并對稱標記中心圓對稱四點，共同作為數(shù)據(jù)采集點.經(jīng)試驗驗證，這種數(shù)據(jù)采集點選擇方法，有效消除了因光譜采集位置不同而可能產(chǎn)生的試驗誤差，使得實驗測量過程采集的數(shù)據(jù)更為準確；

3) 以新疆阿克蘇蘋果、海南香蕉和新疆鮮棗為試驗研究對象，對同種實驗樣本，詳細研究和分析了其不同實驗個體的具體光譜數(shù)據(jù)，以及整體樣本和切片樣本的光譜圖情況.實驗結(jié)果表明：實驗所得數(shù)據(jù)和結(jié)果，能完整反應(yīng)樣本水果對象的內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息；新疆阿克蘇蘋果、海南香蕉和新疆鮮棗三種實驗樣本光譜圖波峰所對應(yīng)的波長近似；不同的實驗樣本個體光譜圖雖有差異，但總體光譜圖波形相似，光譜圖波峰位置也基本一致；同時，幾種實驗水果內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似，因此實測的光譜圖波形和變化趨勢相似，即所以多種水果可由一個試驗方法來進行檢測和研究分析；

4) 相對于整個實驗樣本而言，由實驗樣本切片反映出的水果內(nèi)部信息，更為豐富和全面.但是，實驗樣本切片必然會破壞實驗樣本，導(dǎo)致實驗樣本失去整體外觀特性.采用近紅外漫反射檢測方法，對于整體實驗樣本而言，既可以有效實現(xiàn)對水果內(nèi)部含糖量等品質(zhì)因素信息的非接觸性探測，又不損傷和破壞實驗樣本對象的外觀.因此，在保證實驗樣本的整體性的前提下，近紅外漫反射檢測法實現(xiàn)了實驗水果內(nèi)部含糖量等品質(zhì)因素的無損檢測.這對于典型經(jīng)濟性水果而言，既保持嬌嫩外表，又同時維持高價值內(nèi)部品質(zhì)，具有更大的實用價值和現(xiàn)實意義.

5) 以香蕉和鮮棗為研究對象，分析在一周時間內(nèi)，分析和比較躍變型果實和非躍變型果實的光譜變化.實驗結(jié)果表明：以海南香蕉為例的躍變型果實樣本，對與以新疆鮮棗為例的相對非躍變型果實樣本而言，果實存放期的光譜波動會更大，并且吸收度變化趨勢先升高后降低.而對于非躍變型果實，在短期內(nèi)(實驗周期為7 d)的光譜變化，則并不明顯.所以，在實際生活生產(chǎn)中，運輸和存儲躍變型果實，需要注意放置時間不宜過長.同時，建議不同成熟度的果品最好分開放置，以免相互產(chǎn)生影響.而且，為了避免互相影響，非躍變型果實與躍變型果實最好不要一同運輸和存儲，應(yīng)該分開置放.并且，躍變型果實的運輸和存儲的放置時間不宜過長，不同成熟度最好分開放置，以免相互不同成熟度躍變型果實之間相互作用，造成總體批次水果品質(zhì)下降等不利影響.