葡萄品质无损评价技术和仪器研发(附件)
本研究利用最小二乘-支持向量机（LS-SVM）来作为预测葡萄中可溶性固形物的建模方法，为了验证统计学意义上两种仪器之间的差异，对预测集进行了Passing-Bablok回归，并根据其回归的斜率和截距值，将最佳模型的结果与两个近红外光谱仪的范围和手持糖度仪测得的参考值进行比较，经实验得出两种光谱仪均能对葡萄糖度达到较好的预测效果，但考虑“NIR2500”在使用时对温度要求较高及成本问题，选用“FX2000”来完成便携式葡萄糖度的预测设备，实验结果确定了测定葡萄可溶性固形物的最佳实验参数为光谱波段400-1100 nm，漫反射测定模式，积分时间4 ms。基于此参数设计开发了便携式葡萄专用可溶性固形物预测近红外设备。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1 光纤光谱仪 2
1.1 光纤光谱仪的原理 2
1.2 光谱仪的选择 2
1.2.1 材料与方法 2
1.2.2 实验结果及讨论 4
2 便携式葡萄专用可溶性固形物预测近红外设备的系统设计 4
2.1 硬件系统 4
2.1.1 光谱仪 5
2.1.2 光源 6
2.1.3 光纤 6
2.1.4 校正白板 6
2.1.5 Windows操作系统平板 7
2.2 软件系统开发 7
2.2.1 干涉图数据采集、光谱显示及数据处理分析 7
3 讨论 7
致谢 8
参考文献 8
葡萄品质无损评价技术和仪器研发
引言
果蔬内部品质检测的传统方法主要是通过抽样的方式来进行破坏性试验，其过程中任务量大，检测的经济成本高，同时也需要大量的实验来测量每种参数，这样的检测方法不能够满足果蔬快速分级分选的现实要求。同样，因为果蔬个体间存在着内在的生物变异性，破坏性抽样方法已经不能确保每个果品都能达到全球市场当今的高品质标准。现如今，越来越多的无损检测技术被应用于果蔬品质的检测中，其中，近红外光谱技术受到广泛的关注。
近红外光谱的光谱范围覆盖在780纳 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
米到2500纳米的波段范围。由于倍频峰和组合振动带与高度重叠和弱吸收频带具有一定的联系，近红外光谱十分复杂。尤其是，在近红外光谱范围内可以观察到CH、OH、NH、C=O的振动及一些其他键的的倍频峰和组合振动，使得可以测量不同的结构[1]。当放射线穿透样品时，放射线被反射，被分子键吸收或透射，导致光的能量变化，其同时又反射一些特征化学键，并因此反映被测产品的特性，因此近红外分析特别适合分析复杂样品的快速无损分析。
通过NIRS分析食品的典型程序可以归纳为五个步骤：（1）选择近红外光谱仪及相关配件进行检测；（2）选择代表性样品；（3）获取NIR数据并确定化学或物理参考；（4）建立和验证模型以及（5）预测未知样品的目标参数或表征测试样品的性质。
在整个过程中值得注意的是选择测量装置时，在不同的光谱范围中使用合适的穿透深度是非常重要的。在700到900nm范围内的光可以穿透达4mm的深度，并且在900到1900nm的范围内，苹果可以穿透到大约23mm的深度。由于短波长范围内的光具有更高的频率和更强的能量，所以与长波长范围中的光相比，更容易穿透物体。然而，对于其他厚皮果实，较厚的皮肤形成大的屏障，这限制了检测内部缺陷的可能性，并获得反射率或相互作用模式的高精度。
光源、取样器、分光器、检测器和计算机等5部分组成近红外光谱仪器。近红外光谱仪基于不同的分光方式一般可分为滤光片型、光栅色散型、傅立叶变换型（FT）和声光调谐型等几种；检测器一般可分为固定光路式和扫描式两类。
表1 近红外光谱仪比较
目前，被广泛使用的实验室级高精度设备作为市面上销售较多的光谱仪，其价格较高，体积较为庞大且对使用环境要求高[2]。近年来，光谱仪正处在不断改进的过程当中，微型的光谱仪因其具备体积小、重量轻、价格低和高性能等特点已成为快速分析研究的重点，对现代日用品、药品、食品等领域的快速检测提供了有力的支撑[3]。
对鲜食葡萄而言，葡萄中的可溶性固形物含量是其重要品质之一。pH值和SSC的预测模型采用VISNIR光谱技术建立良好，并不由样品年份、品种和地区所影响，主要受分析物浓度的影响。
Ruben[4]等首次完成利用手持式近红外设备对田间整穗葡萄的糖度检测试验，结果证实了便携式近红外设备对田间葡萄穗品质检测的可行性。基于小型光纤近红外光谱仪的便携式专用设备是现今开发的热点，本文主要研究了以光纤近红外技术为基础的便携式葡萄专用可溶性固形物预测设备的开发。
1 光纤光谱仪
1.1 光纤光谱仪的原理
光纤光谱仪因为光纤具有便捷的特点，又可以将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析，同时还能够非常灵活地进行光谱采集系统的搭建，由此光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，更重要的是测量系统的模块化和灵活性是光纤光谱仪的主要优势所在。光纤光谱仪的基本结构包括光栅、狭缝和探测器。
光谱仪的功能性的好坏主要取决于这些部件之间是否进行了精确组合与校准，理论上在光纤光谱仪在校准之后，这些配件都不能发生任何的变动。
微型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用来进行在线分析。并且，基于本研究中低成本的通用探测器的使用，光谱仪的成本被大大降低，由此整个测量系统的造价也被降低。
1.2 光谱仪的选择
1.2.1 材料与方法
在实验过程中，使用两个品种的葡萄分别为：美人指 （Vitis vinifera L. cv. Minicure Finger）和白玉霓（Vitis vinifera L. cv. Ugni Blanc），在南京八卦洲葡萄园（32° 09′ 59.75′′ N; 118° 49′ 29.82′′ E, 南京, 中国）分别收集每个葡萄品种的270个浆果作为样品。每个品种的葡萄取45串并且在每串的顶部、中部和底部随机挑选6颗葡萄。抽样过程的时间至少持续一个月，并且每个样品需在每个抽样日的8：0010：00之间收集。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
1 光纤光谱仪 2
1.1 光纤光谱仪的原理 2
1.2 光谱仪的选择 2
1.2.1 材料与方法 2
1.2.2 实验结果及讨论 4
2 便携式葡萄专用可溶性固形物预测近红外设备的系统设计 4
2.1 硬件系统 4
2.1.1 光谱仪 5
2.1.2 光源 6
2.1.3 光纤 6
2.1.4 校正白板 6
2.1.5 Windows操作系统平板 7
2.2 软件系统开发 7
2.2.1 干涉图数据采集、光谱显示及数据处理分析 7
3 讨论 7
致谢 8
参考文献 8
葡萄品质无损评价技术和仪器研发
引言
果蔬内部品质检测的传统方法主要是通过抽样的方式来进行破坏性试验，其过程中任务量大，检测的经济成本高，同时也需要大量的实验来测量每种参数，这样的检测方法不能够满足果蔬快速分级分选的现实要求。同样，因为果蔬个体间存在着内在的生物变异性，破坏性抽样方法已经不能确保每个果品都能达到全球市场当今的高品质标准。现如今，越来越多的无损检测技术被应用于果蔬品质的检测中，其中，近红外光谱技术受到广泛的关注。
近红外光谱的光谱范围覆盖在780纳 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
米到2500纳米的波段范围。由于倍频峰和组合振动带与高度重叠和弱吸收频带具有一定的联系，近红外光谱十分复杂。尤其是，在近红外光谱范围内可以观察到CH、OH、NH、C=O的振动及一些其他键的的倍频峰和组合振动，使得可以测量不同的结构[1]。当放射线穿透样品时，放射线被反射，被分子键吸收或透射，导致光的能量变化，其同时又反射一些特征化学键，并因此反映被测产品的特性，因此近红外分析特别适合分析复杂样品的快速无损分析。
通过NIRS分析食品的典型程序可以归纳为五个步骤：（1）选择近红外光谱仪及相关配件进行检测；（2）选择代表性样品；（3）获取NIR数据并确定化学或物理参考；（4）建立和验证模型以及（5）预测未知样品的目标参数或表征测试样品的性质。
在整个过程中值得注意的是选择测量装置时，在不同的光谱范围中使用合适的穿透深度是非常重要的。在700到900nm范围内的光可以穿透达4mm的深度，并且在900到1900nm的范围内，苹果可以穿透到大约23mm的深度。由于短波长范围内的光具有更高的频率和更强的能量，所以与长波长范围中的光相比，更容易穿透物体。然而，对于其他厚皮果实，较厚的皮肤形成大的屏障，这限制了检测内部缺陷的可能性，并获得反射率或相互作用模式的高精度。
光源、取样器、分光器、检测器和计算机等5部分组成近红外光谱仪器。近红外光谱仪基于不同的分光方式一般可分为滤光片型、光栅色散型、傅立叶变换型（FT）和声光调谐型等几种；检测器一般可分为固定光路式和扫描式两类。
表1 近红外光谱仪比较
目前，被广泛使用的实验室级高精度设备作为市面上销售较多的光谱仪，其价格较高，体积较为庞大且对使用环境要求高[2]。近年来，光谱仪正处在不断改进的过程当中，微型的光谱仪因其具备体积小、重量轻、价格低和高性能等特点已成为快速分析研究的重点，对现代日用品、药品、食品等领域的快速检测提供了有力的支撑[3]。
对鲜食葡萄而言，葡萄中的可溶性固形物含量是其重要品质之一。pH值和SSC的预测模型采用VISNIR光谱技术建立良好，并不由样品年份、品种和地区所影响，主要受分析物浓度的影响。
Ruben[4]等首次完成利用手持式近红外设备对田间整穗葡萄的糖度检测试验，结果证实了便携式近红外设备对田间葡萄穗品质检测的可行性。基于小型光纤近红外光谱仪的便携式专用设备是现今开发的热点，本文主要研究了以光纤近红外技术为基础的便携式葡萄专用可溶性固形物预测设备的开发。
1 光纤光谱仪
1.1 光纤光谱仪的原理
光纤光谱仪因为光纤具有便捷的特点，又可以将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析，同时还能够非常灵活地进行光谱采集系统的搭建，由此光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件，更重要的是测量系统的模块化和灵活性是光纤光谱仪的主要优势所在。光纤光谱仪的基本结构包括光栅、狭缝和探测器。
光谱仪的功能性的好坏主要取决于这些部件之间是否进行了精确组合与校准，理论上在光纤光谱仪在校准之后，这些配件都不能发生任何的变动。
微型光纤光谱仪的测量速度非常快，可以用来进行在线分析。并且，基于本研究中低成本的通用探测器的使用，光谱仪的成本被大大降低，由此整个测量系统的造价也被降低。
1.2 光谱仪的选择
1.2.1 材料与方法
在实验过程中，使用两个品种的葡萄分别为：美人指 （Vitis vinifera L. cv. Minicure Finger）和白玉霓（Vitis vinifera L. cv. Ugni Blanc），在南京八卦洲葡萄园（32° 09′ 59.75′′ N; 118° 49′ 29.82′′ E, 南京, 中国）分别收集每个葡萄品种的270个浆果作为样品。每个品种的葡萄取45串并且在每串的顶部、中部和底部随机挑选6颗葡萄。抽样过程的时间至少持续一个月，并且每个样品需在每个抽样日的8：0010：00之间收集。
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