果品品种差异对光学参数的影响研究

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我国幅员辽阔,果品品种繁多,即使同种果品却因品种不同导致果肉颜色、质地和风味等存在差异。现有研究表明,近红外光谱技术不仅能够无损检测釆后果品的内部品质,而且可无损识别果品品种。然而目前尚不清楚近红外光谱技术无损检测水果品种的机理。近红外光谱是光在水果组织传输中光子被吸收和散射的宏观表现,常用吸收系数(μa)和约化散射系数(μs’)描述生物组织对光的吸收和散射能力。为此,本文以4个品种的猕猴桃(‘海沃德’、‘徐香’、‘华优’和‘红阳’)、3个品种的桃(‘沙红’、‘乾州红’和‘北京八号’)和3个品种的梨(‘玉露香梨’、‘雪花梨’和‘库尔勒香梨’)为对象,采用单积分球技术测量采后常温贮藏期内所选果品在950-1650 nm内的近红外光学参数(μa和μs’),同时采用传统方法测量果品的主要内部品质,包括可溶性固形物含量(SSC)、含水率(MC)、硬度(FI)和颜色,并观察果肉组织的微观结构;分析不同品种间果品光学特性参数及内部品质和微观结构的差异,从内部品质和微观结构角度分析光学特性参数存在差异的原因;探析光学特性与内部品质之间的关系;建立基于光学参数谱预测果品品种的模型,为基于近红外光谱技术识别果品品种提供理论依据。主要研究内容和结论如下:(1)搭建了用于测量果品光学参数单积分球系统,并验证了该系统在950-1650 nm波段内的可靠性。结果表明,本研究所搭建的单积分球系统可准确地测量光学参数。(2)研究了猕猴桃品种差异对光学特性及其与内部品质关系的影响。结果表明,4种猕猴桃内部品质变化趋势一致,但其数值和随贮藏期变化速率因品种而异。在所研究的光谱范围内,4种猕猴桃的光学参数随波长的变化规律相同,即果肉的μa在985nm、1200 nm和1420 nm处存在吸收峰,而果皮μa在1450 nm处存在吸收峰。随着贮藏时间的延长,某一波长下光学参数的变化趋势存在一定差异。除‘徐香’猕猴桃果肉μa与内部品质相关性出现大的波动外,其余3种果肉μa与SSC呈正相关,与MC和FI呈负相关;4种猕猴桃果肉μs’与SSC呈负相关,与MC和FI呈正相关。(3)研究了桃品种差异对光学特性及其与内部品质关系的影响。结果说明,3种桃的SSC随储藏期延长逐渐增大,MC和FI随储藏期延长逐渐减小,但其数值和随贮藏期变化速率因品种而异。3种桃的果肉μa在980 nm、1195 nm和1420 nm处存在吸收峰,果皮μa在1450 nm处存在吸收峰,3种桃果肉和果皮μa随着波长的变化规律相同,而某一波长下光学参数随贮藏期的变化规律存在差异。在950-1350 nm波段内,3种桃果肉μa与SSC呈正相关,与MC和FI呈负相关;果肉μs’与SSC呈负相关,与MC和FI呈正相关,但相关系数有较大差异。3种桃中,‘沙红’桃光学参数与内部品质相关性最好。(4)研究了梨品种差异对光学特性及其与内部品质关系的影响。结果说明,3种梨的内部品质变化趋势一致,但其数值和随贮藏期变化速率因品种而异。3种梨果肉μa在985 nm、1200 nm和1425 nm处存在吸收峰。随着贮藏时间的延长,某一波长下光学参数的变化趋势存在一定差异。3种梨光学参数与内部品质相关性和相关系数值因品种而异。(5)基于3种光学参数谱(μa、μs’和μa+μs’)建立了预测猕猴桃、桃和梨品种的线性判别分析(LDA)模型。结果发现,基于μa谱所建的LDA模型具有最好的猕猴桃品种分类性能,基于μa+μs’谱的LDA模型具有最好识别桃和梨品种的能力,说明μa比μs’有更好的品种分类潜力。此外,选用合适的预处理方式可以有效提高LDA模型的分类准确率。本文的研究结果说明不同品种果品的理化特性和光学特性参数有一定差异,光学参数与果品内部品质的相关性也存在一定的品种差异;μa比μs’有更好的品种分类潜力。本研究为基于近红外光谱技术识别果品品种提供了理论依据。
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