無損檢測在獼猴桃質地檢測中的應用

□ 魯佳琦 朱 琳 費承鑫 戢小宇 張 文 西南科技大學生命科學與工程學院

獼猴桃是水果中的“維生素C之王”，又稱奇異果、藤梨等，我國是獼猴桃的原產國之一，具有悠久的種植歷史[1]。質地是獼猴桃內部評價的重要指標，獼猴桃的質地與其果實的口感、成熟度等有著緊密的關系[2]，消費者在購買時也常通過獼猴桃的質地來主觀判斷獼猴桃內部品質的好壞。無損檢測技術的迅速發展，能提高水果質量檢測的效率，不破壞水果后續的銷售和食用，不產生不良影響，增加了果農的經濟效益。傳統的獼猴桃質地檢測是通過捏、破皮檢查等手段進行判斷，但預判結果不精確，同時還會破壞獼猴桃的原有狀態和化學性質。

1 獼猴桃質地無損檢測方法

1.1 基于計算機視覺無損檢測

利用特定編寫的計算機程序代替人的視覺對獼猴桃的顏色、性狀、大小、表面傷損等特征進行感知，捕獲圖像后進行識別和分析，從而作為獼猴桃分級分類的依據。計算機視覺無損檢測方法檢測迅速、精確度高、信息量大，可用于獼猴桃的顏色、形狀、表皮損傷等外觀特征的無損檢測。李倩倩采用形態學對獼猴桃表面損傷進行處理并基于BP（Back Propagation）神經網絡算法對獼猴桃進行分級分類，準確率為91.3%[3]。

1.2 基于介電特性無損檢測

獼猴桃內部含有大量帶電粒子，隨著生長、成熟、受損、腐敗等過程發展，獼猴桃內部也存在能量與物質的交換，從而導致內部電荷的所帶電量及空間分布發生改變，在宏觀上表現出不同的電特性[4]。與其他方法相比，介電特性無損檢測方法具有快速、靈敏、裝置簡單、易實現等優點，可應用于獼猴桃的機械損傷、新鮮度、質地等品質特征的識別。盧丹對獼猴桃介電特性特征頻率進行提取和數據降維時，發現建模效果較好的是遺傳算法，降維效果較好的是投影算法[5]。

1.3 基于聲學振動無損檢測

獼猴桃與檢測裝置接觸的過程中產生聲學振動信號，利用音頻采集器和數據分析器對數據進行收集和分析處理，可得到獼猴桃的質地與其聲學信號特征之間的關系。聲學振動方法具有操作便捷、速度快、裝置便于攜帶等優點[6]，可應用于獼猴桃的質地、內部缺陷、成熟度等品質無損檢測。陳翀構建聲學無損檢測平臺，利用獼猴桃聲學振動特性，結合硬度、內部品質指標構建預測模型[7]。

1.4 基于近紅外漫反射光譜技術無損檢測

可見光和中紅外之間是近紅外光譜，由于獼猴桃中含氫基團X-H（X=C、N、N），近紅外漫反射光譜技術可通過振動的倍頻和合頻吸收檢測出獼猴桃的成分或含量等屬性[8]。近紅外漫反射光譜無損檢測方法操作簡便、快速，已成功應用于獼猴桃的糖度、質地和含水量等方面的檢測。胡曉峰等人以浙江江山獼猴桃為研究對象，利用近紅外光譜技術和化學計量法進行獼猴桃的品質檢測和品質分級篩選，實現對其果實硬度、可溶性固形物含量（SSC）等快速無損檢測[9]。

1.5 基于高光譜圖像無損檢測

高光譜圖像是基于多個窄波段的影像數據處理技術，其將現代光譜技術和傳統成像技術相結合，探測目標的二維幾何空間和光譜信息，獲取圖像信息[10]。高光譜成像技術使檢測結果更加綜合、精確，可用于獼猴桃成熟度、質地、可溶性固形物、外表損傷、蟲蛀等內外部品質的無損檢測。霍迎秋等人利用高光譜圖像集合機器對空白獼猴桃和使用化學保鮮劑的獼猴桃樣品進行檢測研究，構建的模型平均正確識別率為100%[11]。

1.6 其他水果質地無損檢測方法

除上述的幾種無損檢測技術外，在水果質地無損檢測中還涉及到電子鼻技術、嗅覺可視化技術、X射線成像技術、葉綠素熒光法、紅外熱成像技術和核磁共振技術等，可無損檢測水果的成熟度、質地、蟲害、損傷程度、表面缺陷等。

2 獼猴桃質地無損檢測方法的展望

隨著計算機系統的不斷發展和人工智能的興起，農產品的無損檢測技術會越來越完善，檢測方法和檢測平臺也會隨著不同的檢測對象而增加，從采摘到銷售的過程中都可以進行農產品的無損檢測，發現劣質品及時剔除，進而保證農產品的品質。我國無損檢測技術起步較晚，很多還要借鑒國外先進的技術，目前基于不同原理的無損檢測也存在著不同的問題，優化無損檢測方法展望如下。

2.1 基于聲學特性無損檢測

基于聲學特性對農產品進行無損檢測是近幾年的熱點，目前已應用于獼猴桃、梨、哈密瓜、小麥和西瓜等農產品的檢測中，但多數僅局限于某一聲學特性對應農產品某一品質指標的關系，未有多種對應關系的研究。加強聲學特性對應多種農產品品質指標的研究，可提高無損檢測的準確度。

2.2 基于智能感官仿生技術無損檢測

智能感官仿生技術在近幾年發展迅速，在農業、食品和環境等行業中都有廣泛應用，使用電子鼻、計算機視覺等可提高檢測的準確度和效率，結合計算機系統和算法可以適用與不同品種和特征的農產品。目前已應用于棗干、蘋果、哈密瓜、獼猴桃、荔枝和香蕉等水果的無損檢測和分級分類中，有利于從源頭上減少果品的損耗，保證后期的質量。智能感官仿生技術最關鍵的是計算機系統的開發、傳感材料的穩定性和仿生器官的靈敏性，這是現代化水果智能感官仿生技術無損檢測的必經之路。