韓東海教授：用光譜技術(shù)給水果做“體檢”
　“像過安檢系統(tǒng)一樣簡單，蘋果在運(yùn)送的過程中，體積、密度等數(shù)據(jù)就被檢測出來了，非常節(jié)省時(shí)間，且適用于流水線作業(yè)。”中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授韓東海率領(lǐng)的一個(gè)課題組近幾年作了一項(xiàng)有意思的研究，很貼近市場需求。
　　這項(xiàng)水果質(zhì)量快速無損檢測技術(shù)為沉悶的基礎(chǔ)研究帶來了一絲新意。該課題于2006年獲得國家自然科學(xué)基金支持。研究人員以可見/近紅外光譜和X射線成像技術(shù)為手段，圍繞蘋果內(nèi)外部品質(zhì)檢測相關(guān)的信息進(jìn)行了應(yīng)用基礎(chǔ)研究，并在研發(fā)過程中，自己組建了成套的儀器設(shè)備。
　　將可見/近紅外光譜和X射線成像技術(shù)用于水果檢測的理念國外已有，此次韓東海等研究人員采取了一些改進(jìn)手段，在研究中特別增加了采用透射結(jié)合漫反射技術(shù)同時(shí)檢測蘋果水心病和糖度的探索性研究。結(jié)果表明，該項(xiàng)新技術(shù)具有良好效果、其亮點(diǎn)是：具有較明朗的應(yīng)用前景，為蘋果產(chǎn)后分選、貯藏提供理論依據(jù)，在減少貯藏?fù)p失、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高附加值方面意義重大。
　　我國是世界*水果生產(chǎn)大國，其中蘋果和鴨梨是zui主要的品種，但每年出口量卻較少，其中蘋果的出口量僅占總產(chǎn)量的2.1%。制約我國水果出口的一個(gè)重要原因，是國內(nèi)對(duì)水果的分選檢測能力弱、速度慢、試驗(yàn)環(huán)境條件差，分選技術(shù)水平達(dá)不到市場的要求。目前，我國水果銷售質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水果外觀品質(zhì)的規(guī)定較多，對(duì)其內(nèi)在品質(zhì)只有硬度和可溶性固形物兩項(xiàng)指標(biāo)，而對(duì)那些外觀不可見但卻顯著影響水果內(nèi)在品質(zhì)的指標(biāo)，如蘋果水心病、霉心病、內(nèi)部褐變以及鴨梨黑心病等，還沒有列入水果產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。為加強(qiáng)我國水果在市場上的競爭力，滿足出口果品的質(zhì)量分級(jí)要求，必須將水果內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)列入到產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。檢測蘋果水心病和內(nèi)部褐變以及檢測鴨梨黑心病，就是反映水果產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)的重要指標(biāo)。
　　由于產(chǎn)生蘋果水心病、內(nèi)部褐變以及鴨梨黑心病的病果與正常果在外觀上沒有區(qū)別，過去對(duì)病果內(nèi)在品質(zhì)的檢驗(yàn)方法只能通過觀察隨機(jī)樣品的切片來進(jìn)行，但這種方法屬于破壞性抽樣檢測的方法，不但浪費(fèi)極大，而且對(duì)出口產(chǎn)品分級(jí)毫無意義。因此，必須采用非破壞性的無損傷檢測方法對(duì)水果內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)，才能適應(yīng)市場的要求。
　　水果果實(shí)具有一定的光學(xué)特性，這些光學(xué)特性是基于光譜范圍的紫外光（UV）、可見光、近紅外光（NIR）的多光或單光的放射、透射、吸收或散射體現(xiàn)的。水果內(nèi)部質(zhì)量的光學(xué)指數(shù)，是所基于的水果內(nèi)部質(zhì)量特征與光譜響應(yīng)的相關(guān)性的表征，這些相關(guān)性通常是指色素和化學(xué)成分。研究表明，從正常蘋果與水心病蘋果的透射光譜圖可以比較出，蘋果的光密度隨水心病的嚴(yán)重程度逐漸減少，根據(jù)蘋果光譜能量差值，可以直觀地看出水心病果與正常果的差異。用透射結(jié)合漫透射技術(shù)同時(shí)檢測蘋果水心病和糖度的探索性的研究更具意義。
　　該課題組的研究涉及蘋果體積的X射線圖像法無損在線測定，模型計(jì)算體積與真實(shí)體積的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9203；蘋果水心病、腐心病的可見/近紅外能量光譜的識(shí)別技術(shù)，*模型總判別率為98.1%，直接采用能量光譜建立判別模型，簡化數(shù)據(jù)處理提高速度。“X射線可以對(duì)水果內(nèi)部密度進(jìn)行檢測，和人體透視原理一樣，水心部分和正常果肉部分密度是有差異的。X射線成像看上去是平面圖像，但實(shí)際上是三維圖像，涵蓋了深度信息。”韓東海解釋，檢測所需的X射線很弱、時(shí)間短，并且低于規(guī)定的輻射量標(biāo)準(zhǔn)，因此，水果可以安全食用。
　　可見/近紅外能量光譜則是根據(jù)光能損耗反饋來判定果實(shí)內(nèi)部信息。這就像果實(shí)內(nèi)部是一群深睡的分子，光能透入水果后，分子吸收能量蘇醒活躍起來，100%的光能射入，被分子吸收一部分，反射回來后就會(huì)有損耗，根據(jù)損耗不同，可以判斷不同的內(nèi)部機(jī)理。
　　研究組提出，可見/近紅外透射光譜技術(shù)檢測果實(shí)病變具有較好效果，近紅外漫反射技術(shù)則對(duì)檢測糖度具有優(yōu)勢?？蒲腥藛T用被測蘋果病變部位的體積與完整蘋果近似體積的比值作為蜜果蜜指數(shù)，對(duì)所述蜜指數(shù)的范圍值進(jìn)行劃分，根據(jù)蜜指數(shù)落入的范圍值確定被測蘋果的蜜果級(jí)別。這一方法可以*我國無損傷分級(jí)蜜果的空白。
　　“現(xiàn)在我們有了一個(gè)新的想法，研發(fā)一個(gè)近紅外能量光譜便攜式儀器。我們的設(shè)想，是可以將其背在肩上，對(duì)還在樹上的未成年水果的‘健康狀態(tài)’，進(jìn)行跟蹤。比如在采摘季節(jié)臨近時(shí)，可以每周檢測一次，在一片區(qū)域分東南西北方位定位好一定數(shù)量的果樹，給它們建立一個(gè)健康卡，在檢測中發(fā)現(xiàn)哪棵樹上的果實(shí)偏小或者糖度偏低，就可以考慮采取給它單獨(dú)補(bǔ)充營養(yǎng)等措施。這將在生長過程中就對(duì)水果質(zhì)量進(jìn)行控制，降低果農(nóng)的風(fēng)險(xiǎn)，減少損失。”韓東海對(duì)自己的研究充滿自信，他希望這一技術(shù)更進(jìn)一步貼近社會(huì)生產(chǎn)需求。