無損檢測技術在水果品質測定中的應用
來源： 本站 類別：實用技術 更新時間：2010-06-17 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】
水果品質的主要評定指標通常包括糖度、酸度、成熟度、新鮮度、硬(ying)度(du)等(deng)多(duo)種(zhong)理(li)化(hua)指(zhi)標(biao)。傳(chuan)統(tong)的(de)水(shui)果(guo)品(pin)質(zhi)評(ping)定(ding)方(fang)法(fa)主(zhu)要(yao)是(shi)化(hua)學(xue)分(fen)析(xi)法(fa)，需(xu)要(yao)耗(hao)費(fei)相(xiang)當(dang)的(de)化(hua)學(xue)試(shi)劑(ji)，測(ce)試(shi)分(fen)析(xi)過(guo)程(cheng)煩(fan)瑣(suo)，速(su)度(du)慢(man)，通(tong)常(chang)用(yong)測(ce)定(ding)少(shao)量(liang)的(de)樣(yang)本(ben)來(lai)代(dai)替(ti)批(pi)次(ci)水(shui)果(guo)的(de)品(pin)質(zhi)，而(er)且(qie)測(ce)試(shi)時(shi)必(bi)須(xu)破(po)壞(huai)水(shui)果(guo)，在(zai)水(shui)果(guo)品(pin)質(zhi)分(fen)級(ji)中(zhong)實(shi)際(ji)意(yi)義(yi)不(bu)大(da)。近(jin)年(nian)來(lai)興(xing)起(qi)的(de)無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)法(fa)，依(yi)據(ju)水(shui)果(guo)物(wu)理(li)力(li)學(xue)、光學、電學、生物學特性，在不破壞水果本身鄧幹然( 中國熱帶農業科學院農業機械研究所)時測定了水果的相關理化指標，不需要化學試劑和煩瑣的分析過程，方法簡單、快kuai捷jie，測ce試shi數shu據ju準zhun確que性xing高gao，有you利li於yu實shi現xian果guo品pin內nei部bu品pin質zhi的de在zai線xian分fen級ji控kong製zhi，因yin此ci有you廣guang泛fan的de應ying用yong前qian景jing。水shui果guo品pin質zhi的de無wu損sun檢jian測ce法fa在zai國guo內nei外wai均jun有you相xiang當dang的de研yan究jiu，有you的de已yi得de到dao商shang業ye應ying用yong。本ben文wen將jiang介jie紹shao電dian特te性xing測ce試shi法fa、動態特性測試法、近紅外線測試法、聲學特性分析法等幾種水果無損檢測法的測試原理
推薦使用儀器：葉綠素計、SPAD502葉綠素儀。
1 電特性測試法
水果的生物組織內部存在大量帶電粒子形成的生物電場，水果在生長成熟、shousunjifubaibianzhiguochengzhongdeshengwuhuaxuefanyingjiangbansuiwuzhihenengliangdezhuanhuan，daozhishengwuzuzhineigeleihuaxuewuzhisuodaidianheliangjidianhedekongjianfenbudebianhua。shengwudianchangdefenbuheqiangdu，conghongguanshangyingxiangshuiguodediantexing。Thompson 等人研究了300～900 MHz 頻段內蘋果電特性的變化規律，發現蘋果電特性與其成熟度密切相關。Mclendon 等人發現在0.5～5 kHz頻段內梨的介電常數和損耗角正切隨頻率增長而呈減小趨勢。但隨著梨的逐漸成熟，兩者均逐漸增大。Nelson 等人在0.2～20 GHz 頻段內對多種水果進行了研究，結果表明所測試的水果的介電常數隨頻率的增加均穩定減小。加藤宏郎在10 Hz～13 MHz 頻段內對比分析了損壞水果與正常水果在電特性方麵的差異，結果表明損壞水果的串、bingliandengxiaodianzujizukangzaigaipinduanneidiyuzhengchangshuiguo，erchuanliandengxiaodianrongjisunhaoyinshuzhizebizhengchangshuiguoda，chuanliandengxiaodianzuyushuiguodexinxianduhuochengshuduxiangguan。
水果內部品質與宏觀電特性的關係如下：水果電特性的檢測方法有切片、突刺、接觸和非接觸等方法，前二種屬於有損檢測，後二種將被測水果直接放入平板電極間測定其電特性參數，屬於無損檢測。
水果電特性參數無損檢測的電路原理見圖1 。在給定的測量頻率ω下，將被測水果置於平行電極之間作為電容器的內部介質，正弦波發生器輸出的驅動電流I 流過由校準電阻R0和被檢測水果作為介質的電容器構成的串聯電路，通過2 個具有相同增益K的差分放大器的輸出電壓E1和E2，通過簡單的代數運算，得到水果的複阻抗為
式中：ω為角頻率, ω =2 π f ；f 為電場頻率；R s ，C s 為水果的串聯等效電阻和電容。隻要計算出E1、E2之比的實部和虛部，即可求出串聯等效電阻和串聯等效電容，進而求出並聯等效電阻、並bing聯lian等deng效xiao電dian容rong和he複fu介jie電dian常chang數shu。這zhe種zhong測ce量liang方fang法fa與yu外wai界jie溫wen度du和he水shui果guo的de外wai形xing尺chi寸cun有you重zhong要yao關guan係xi。在zai低di頻pin段duan水shui果guo的de電dian特te性xing受shou溫wen度du的de影ying響xiang更geng大da，隨sui著zhe溫wen度du的de升sheng高gao，阻zu抗kang將jiang逐zhu步bu減jian小xiao，頻pin率lv高gao於yu一yi定ding值zhi時shi，溫wen度du的de影ying響xiang將jiang變bian得de很hen小xiao; 一般說來，水果的尺寸越小，阻抗越大，在15 kHz 以下頻段，阻抗值差別較大，這是由於電極間距不變時，水果尺寸直接影響到電極間介質填充量。
水果內部品質與水果電特性參數之間的關係：在(zai)水(shui)果(guo)腐(fu)爛(lan)或(huo)有(you)損(sun)傷(shang)時(shi)，相(xiang)對(dui)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)將(jiang)會(hui)明(ming)顯(xian)上(shang)升(sheng)，原(yuan)因(yin)是(shi)水(shui)果(guo)腐(fu)爛(lan)後(hou)，細(xi)胞(bao)膜(mo)往(wang)往(wang)破(po)損(sun)，離(li)子(zi)通(tong)透(tou)性(xing)增(zeng)加(jia)，等(deng)效(xiao)阻(zu)抗(kang)減(jian)小(xiao)，同(tong)時(shi)膠(jiao)體(ti)結(jie)合(he)水(shui)變(bian)成(cheng)自(zi)由(you)水(shui)，自(zi)由(you)水(shui)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)遠(yuan)遠(yuan)大(da)於(yu)結(jie)合(he)水(shui)，導(dao)致(zhi)電(dian)容(rong)和(he)相(xiang)對(dui)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)增(zeng)大(da)；隨(sui)著(zhe)水(shui)果(guo)新(xin)鮮(xian)度(du)的(de)下(xia)降(jiang)，它(ta)的(de)自(zi)由(you)水(shui)隨(sui)呼(hu)吸(xi)作(zuo)用(yong)消(xiao)耗(hao)，有(you)機(ji)酸(suan)及(ji)原(yuan)果(guo)膠(jiao)的(de)含(han)量(liang)逐(zhu)漸(jian)減(jian)少(shao)，會(hui)導(dao)致(zhi)相(xiang)對(dui)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)減(jian)小(xiao)，等(deng)效(xiao)阻(zu)抗(kang)則(ze)趨(qu)於(yu)增(zeng)大(da)。
2 動態特性測試法
在不同預加載荷、激振功率、成熟程度等條件下，測定動態試驗的彈性模量和相位角。測試原理是正弦交變應力- 應(ying)變(bian)動(dong)態(tai)試(shi)驗(yan)作(zuo)軸(zhou)向(xiang)加(jia)載(zai)時(shi)，正(zheng)弦(xian)力(li)由(you)正(zheng)弦(xian)波(bo)發(fa)生(sheng)器(qi)經(jing)過(guo)放(fang)大(da)器(qi)後(hou)，由(you)電(dian)動(dong)式(shi)振(zhen)蕩(dang)器(qi)產(chan)生(sheng)，一(yi)個(ge)壓(ya)電(dian)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)固(gu)定(ding)到(dao)振(zhen)蕩(dang)器(qi)軸(zhou)上(shang)，樣(yang)品(pin)夾(jia)在(zai)兩(liang)個(ge)圓(yuan)盤(pan)之(zhi)間(jian)，一(yi)個(ge)圓(yuan)盤(pan)連(lian)接(jie)到(dao)振(zhen)動(dong)器(qi)上(shang)，另(ling)一(yi)個(ge)經(jing)動(dong)態(tai)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)剛(gang)性(xing)支(zhi)撐(cheng)之(zhi)間(jian)，以(yi)測(ce)定(ding)靜(jing)態(tai)預(yu)載(zai)荷(he)，加(jia)速(su)度(du)和(he)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)經(jing)放(fang)大(da)，通(tong)過(guo)水(shui)平(ping)和(he)垂(chui)直(zhi)通(tong)道(dao)輸(shu)入(ru)存(cun)儲(chu)示(shi)波(bo)器(qi)，通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)改(gai)變(bian)激(ji)振(zhen)功(gong)率(lv)（測定輸入激振器的功率獲得激振功率），見圖2 。
實驗時取果實對稱二側施加一定的預載荷/ 預載荷上下波動為+0.25 N，然(ran)後(hou)快(kuai)速(su)讀(du)取(qu)示(shi)波(bo)器(qi)顯(xian)示(shi)的(de)力(li)，加(jia)速(su)度(du)和(he)力(li)與(yu)加(jia)速(su)度(du)間(jian)相(xiang)位(wei)角(jiao)等(deng)信(xin)號(hao)並(bing)存(cun)儲(chu)，在(zai)一(yi)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)同(tong)批(pi)次(ci)實(shi)驗(yan)結(jie)束(shu)後(hou)，在(zai)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)讀(du)取(qu)平(ping)均(jun)值(zhi)和(he)標(biao)準(zhun)差(cha)值(zhi)。
3 近紅外線測試法
近紅外線波長為800～2 500 nm，近紅外線照射在果實上，果實中構成糖和酸的官能基（-OH，-CH2，- N H ）吸收與相應分子固有振動相一致的特定光線，近紅外分光法就是利用上述特性，從被吸收的光量非破壞檢測糖、酸、水(shui)分(fen)和(he)葉(ye)綠(lv)素(su)等(deng)成(cheng)分(fen)的(de)一(yi)種(zhong)技(ji)術(shu)。該(gai)方(fang)法(fa)僅(jin)在(zai)建(jian)立(li)標(biao)定(ding)線(xian)時(shi)破(po)壞(huai)果(guo)實(shi)測(ce)定(ding)其(qi)化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)，標(biao)定(ding)線(xian)作(zuo)成(cheng)後(hou)，隻(zhi)需(xu)測(ce)定(ding)樣(yang)品(pin)的(de)近(jin)紅(hong)外(wai)線(xian)分(fen)光(guang)頻(pin)譜(pu)，就(jiu)可(ke)得(de)到(dao)成(cheng)分(fen)的(de)預(yu)測(ce)值(zhi)，還(hai)能(neng)在(zai)瞬(shun)間(jian)同(tong)時(shi)測(ce)定(ding)多(duo)個(ge)成(cheng)分(fen)。
在zai線xian近jin紅hong外wai線xian內nei部bu品pin質zhi檢jian測ce技ji術shu分fen為wei反fan射she光guang式shi和he透tou過guo光guang式shi，透tou過guo光guang式shi又you分fen為wei不bu完wan全quan遮zhe光guang式shi和he完wan全quan遮zhe光guang式shi。反fan射she光guang式shi測ce定ding法fa是shi將jiang近jin紅hong外wai線xian照zhao射she在zai果guo實shi赤chi道dao附fu近jin部bu位wei，並bing測ce定ding經jing內nei部bu擴kuo散san之zhi後hou由you果guo實shi表biao麵mian反fan射she光guang線xian的de一yi種zhong方fang法fa，檢jian測ce原yuan理li如ru圖tu3 所示。輸送裝置將果實輸送到糖度檢測裝置處，照射在果實上的近紅外光線經果實反射後，由集光器聚集，然後經過分光器（濾波器），jinquchuyishibochangdejinhongwaixian。lvbohoudeguangxianyouguangdianyuanjianbianhuanchengdianxinhao，congerqiuchubutongbochangxiadefansheqiangdu，zaiyijushixianjianlideduoyuanhuiguitangdujijisuanmoxing（標定線）由反射強度推算出糖度。
不完全遮光式透過光測定法測試原理如圖4 所示。近紅外線A 照射在果實表麵上，透過果實內部的擴散光B 由(you)設(she)置(zhi)在(zai)另(ling)一(yi)側(ce)的(de)感(gan)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)。該(gai)方(fang)法(fa)是(shi)反(fan)射(she)式(shi)的(de)改(gai)進(jin)，由(you)於(yu)照(zhao)射(she)光(guang)和(he)感(gan)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)置(zhi)在(zai)果(guo)實(shi)的(de)兩(liang)側(ce)，減(jian)少(shao)了(le)表(biao)麵(mian)反(fan)射(she)光(guang)對(dui)感(gan)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)影(ying)響(xiang)。工(gong)作(zuo)時(shi)，照(zhao)射(she)光(guang)連(lian)續(xu)定(ding)常(chang)照(zhao)射(she)，位(wei)於(yu)光(guang)軸(zhou)上(shang)的(de)感(gan)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)用(yong)電(dian)子(zi)快(kuai)門(men)控(kong)製(zhi)，僅(jin)當(dang)果(guo)實(shi)在(zai)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)時(shi)才(cai)檢(jian)測(ce)。前(qian)部(bu)設(she)置(zhi)有(you)果(guo)徑(jing)檢(jian)測(ce)傳(chuan)感(gan)器(qi)，果(guo)實(shi)經(jing)過(guo)其(qi)間(jian)時(shi)遮(zhe)斷(duan)光(guang)源(yuan)，根(gen)據(ju)前(qian)部(bu)開(kai)始(shi)遮(zhe)光(guang)和(he)後(hou)部(bu)結(jie)束(shu)遮(zhe)光(guang)的(de)時(shi)間(jian)差(cha)求(qiu)出(chu)果(guo)徑(jing)，並(bing)判(pan)斷(duan)出(chu)果(guo)實(shi)的(de)中(zhong)心(xin)，計(ji)算(suan)機(ji)以(yi)該(gai)中(zhong)心(xin)位(wei)置(zhi)為(wei)基(ji)準(zhun)，確(que)定(ding)開(kai)始(shi)、結束測定時刻，在該時間間隔內進行數次頻譜測定，然後用平均值進行內部品質分析。
完全遮光式透過光測定法測試原理如圖5 所suo示shi，兩liang組zu呈cheng水shui平ping圓yuan弧hu狀zhuang排pai列lie的de光guang源yuan位wei於yu輸shu送song裝zhuang置zhi的de上shang方fang，且qie對dui稱cheng排pai列lie在zai輸shu送song裝zhuang置zhi的de兩liang側ce，水shui果guo由you人ren工gong放fang在zai輸shu送song裝zhuang置zhi的de果guo鬥dou上shang。果guo鬥dou中zhong部bu有you垂chui直zhi通tong孔kong，與yu水shui果guo接jie觸chu的de表biao麵mian內nei側ce為wei海hai綿mian材cai料liao，可ke使shi水shui果guo表biao麵mian與yu果guo鬥dou緊jin密mi貼tie合he；touguoguangcedingbufenweiyushusongzhuangzhidexiafang。shuiguosuishusongzhuangzhiyundongdaocedingzhuangzhishi，shuiguozhouweichengyuanhuzhuangpailiedeguangxianjunyundizhaoshezaishuiguobiaomian，touguoshuiguoneibudetouguoguang，jingguodouzhongbutongkongyouganguangchuanganqijiance。
4 聲學特性分析法
水果的聲學特性是指水果在聲波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰(shuai)減(jian)係(xi)數(shu)和(he)傳(chuan)播(bo)速(su)度(du)及(ji)其(qi)本(ben)身(shen)的(de)聲(sheng)阻(zu)抗(kang)與(yu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)等(deng)，它(ta)們(men)反(fan)映(ying)了(le)聲(sheng)波(bo)與(yu)水(shui)果(guo)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)的(de)基(ji)本(ben)規(gui)律(lv)，故(gu)根(gen)據(ju)水(shui)果(guo)的(de)聲(sheng)學(xue)特(te)性(xing)即(ji)可(ke)判(pan)斷(duan)水(shui)果(guo)的(de)品(pin)質(zhi)。Stone ML 利用聲脈衝阻抗技術對田間西瓜成熟度進行無損測定，並對脈衝反應的頻率範圍參數和單個西瓜的糖分、果肉顏色、硬度和質量進行了比較。Duprat F 等人把聲波脈衝響應技術檢測了生長中的梨在收獲前後硬度的變化，建立了梨硬度變換的一級模型。Mizrath dengrenbachaoshengbojishuyingyongyuelidewusunpinzhijiancezhong，bingzaichaoshengbocanshuheelidechengshuduzhijianjianlileguanxi，haiyongchaoshengboduimangguojinxingfeipohuaixingshiyan，jiangchaoshengbodetanzhenyuguopijiechu，celiangmangguoguorouzhongchaoshengbodeshuaijian，jianlilechaoshengboshuaijianyuyingduzhijishenglixuezhibiaozhijiandefangcheng。
5 水果無損檢測的應用前景探討
woguoshishuiguoshengchanhexiaofeidaguo，danrenjunzhanyouliangrengchuyuyigejiaodideshuiping。suizherenminshenghuoshuipingdebuduantigao，duishuiguodexuqiuliangzairiyijiada，duishuiguodepinzhiyetichulegenggaodeyaoqiu，renmenxuanzeshuiguoyezhujiancongyiwangdecaishichang、街頭小販轉移到大超市，未進行良好包裝、分(fen)級(ji)的(de)水(shui)果(guo)已(yi)很(hen)難(nan)登(deng)上(shang)超(chao)市(shi)的(de)大(da)雅(ya)之(zhi)堂(tang)獲(huo)得(de)較(jiao)高(gao)的(de)售(shou)價(jia)，因(yin)此(ci)水(shui)果(guo)的(de)分(fen)級(ji)是(shi)市(shi)場(chang)發(fa)展(zhan)的(de)必(bi)然(ran)要(yao)求(qiu)。但(dan)傳(chuan)統(tong)的(de)人(ren)工(gong)分(fen)級(ji)除(chu)了(le)工(gong)效(xiao)低(di)外(wai)，還(hai)受(shou)操(cao)作(zuo)者(zhe)人(ren)為(wei)因(yin)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)，分(fen)級(ji)難(nan)以(yi)做(zuo)到(dao)規(gui)範(fan)準(zhun)確(que)，而(er)且(qie)分(fen)級(ji)的(de)依(yi)據(ju)隻(zhi)能(neng)是(shi)水(shui)果(guo)的(de)外(wai)觀(guan)，對(dui)水(shui)果(guo)內(nei)部(bu)損(sun)傷(shang)和(he)內(nei)部(bu)質(zhi)量(liang)指(zhi)標(biao)無(wu)法(fa)進(jin)行(xing)識(shi)別(bie)，實(shi)際(ji)上(shang)沒(mei)有(you)達(da)到(dao)分(fen)級(ji)的(de)根(gen)本(ben)意(yi)義(yi)―分fen級ji應ying該gai首shou先xian是shi從cong水shui果guo內nei部bu品pin質zhi考kao慮lv。化hua學xue分fen析xi法fa的de缺que陷xian也ye是shi非fei常chang明ming顯xian的de，它ta除chu了le效xiao率lv低di和he過guo程cheng複fu雜za外wai，還hai代dai價jia高gao昂ang，因yin此ci它ta隻zhi能neng更geng具ju實shi驗yan室shi意yi義yi而er非fei商shang業ye上shang的de廣guang泛fan應ying用yong。既ji然ran這zhe兩liang個ge方fang法fa都dou不bu適shi宜yi，而er水shui果guo又you必bi須xu分fen級ji，我wo們men可ke以yi預yu料liao在zai不bu久jiu的de將jiang來lai，水shui果guo的de無wu損sun檢jian測ce技ji術shu一yi定ding能neng得de到dao廣guang泛fan應ying用yong。
【中國糧油儀器網】部bu分fen文wen章zhang轉zhuan載zai自zi其qi它ta媒mei體ti，轉zhuan載zai目mu的de在zai於yu傳chuan遞di更geng多duo信xin息xi，並bing不bu代dai表biao本ben網wang讚zan同tong其qi觀guan點dian和he對dui其qi真zhen實shi性xing負fu責ze，且qie不bu承cheng擔dan此ci類lei作zuo品pin侵qin權quan行xing為wei的de直zhi接jie責ze任ren及ji連lian帶dai責ze任ren。如ru其qi他ta媒mei體ti、網站或個人從本網下載使用，自負版權等法律責任。如涉及作品內容、版權和其它問題，請在30日內與本網聯係。
最近更新儀器
推薦儀器
相關新聞
熱門產品