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河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院殷勇教授課題組從事食品、農產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損智能檢測技術(shù)方面的研究工作，在本文中，課題組借助貯藏室氣氛的三維熒光信息，運用小波包分解方法選擇表征番茄品質(zhì)變化的3D熒光光譜特征波長(cháng)，嘗試根據特征波長(cháng)確定番茄的腐敗基準，最后以特征波長(cháng)作為不同貯藏日的光譜表征信息，并運用馬氏距離實(shí)現番茄腐敗的早期預警。結果表明，隨著(zhù)貯藏時(shí)間的延長(cháng)，對應馬氏距離變小，進(jìn)而有效表征了番茄貯藏過(guò)程中的品質(zhì)變化，并實(shí)現了腐敗預警。

結果分析

不同品種及產(chǎn)地番茄的品質(zhì)存在差異，但番茄在貯藏期間通過(guò)呼吸作用交換到貯藏室氣氛中的物質(zhì)（如醇、醛、酮類(lèi)等揮發(fā)性物質(zhì)）以及表面逸散到氣氛中的微生物與其品質(zhì)變化往往是對應的。微生物和揮發(fā)性物質(zhì)可產(chǎn)生熒光信息。

本文通過(guò)采集不同貯藏時(shí)間番茄貯藏室氣氛3D熒光光譜數據，經(jīng)原始光譜數據去除瑞利散射、平滑和剔除無(wú)信息熒光背景區域處理，對每個(gè)激發(fā)波長(cháng)對應發(fā)射光譜進(jìn)行小波包分解，以最低頻段小波包能量占比進(jìn)行特征激發(fā)波長(cháng)初步篩選，再根據激發(fā)波長(cháng)小波包能量變化優(yōu)選出15 個(gè)特征激發(fā)波長(cháng)。然后，以尺度12 nm對特征激發(fā)波長(cháng)下發(fā)射光譜進(jìn)行波段劃分，在獲取波段小波包能量變化曲線(xiàn)峰值的前提下，選取5 個(gè)峰值波段中的發(fā)射波長(cháng)作為特征發(fā)射波長(cháng)。在此基礎上，根據不同貯藏日，運用特征激發(fā)波長(cháng)對應能量值總和的變化與特征發(fā)射波長(cháng)光譜表征能量值的聚類(lèi)分析均可確定第5個(gè)貯藏日為番茄腐敗基準日。另外，根據腐敗基準前、后信息歐氏距離反選特征發(fā)射波長(cháng)，進(jìn)一步篩選出最優(yōu)波段對應發(fā)射波長(cháng)作為終選特征發(fā)射波長(cháng)。最后，將腐敗前各貯藏日與腐敗基準間的馬氏距離用于監控貯藏過(guò)程中番茄品質(zhì)變化及腐敗預警。

本文采用紫外增強型三維熒光光譜儀（光源為150 W紫外增強型連續氙燈，波長(cháng)精準度為±1 nm，信噪比大于800∶1）由殷勇教授課題組實(shí)驗室自制，其激發(fā)光源、光譜儀等由卓立漢光儀器有限公司提供，并對系統搭建提供了必要的協(xié)助。

圖1 不同貯藏日特征激發(fā)波長(cháng)-對應能量值的變化曲線(xiàn)

圖2  不同貯藏日特征激發(fā)波長(cháng)下發(fā)射光譜波段對應的小波包能量變化曲線(xiàn)（劃分尺度12 nm）

圖3  不同貯藏日特征激發(fā)波長(cháng)下發(fā)射光譜小波包分解最低頻段能量總和變化

圖4 不同貯藏日特征激發(fā)波長(cháng)下發(fā)射光譜表征能量值的聚類(lèi)分析

圖5 腐敗前各貯藏日與腐敗基準間的馬氏距離變化趨勢

文章信息

本文以“番茄貯藏氣氛3D熒光特征波長(cháng)小波包選擇及腐敗預警方法” 為題，發(fā)表在食品科學(xué)期刊，河南科技大學(xué)李建盟同學(xué)為第一作者，殷勇教授為通訊作者。

產(chǎn)品信息

北京卓立漢光儀器有限公司自主研制開(kāi)發(fā)的 “SmartFluo-Pro” 三維熒光光譜儀光學(xué)系統優(yōu)化設計，并采用攝譜儀作為數據采集裝置，具備了很高數據采集速度，相對于傳統設備，大部分樣品僅需幾分鐘內完成檢測；系統具備高系統重復性和穩定性，可連續工作兩個(gè)月以上，滿(mǎn)足現場(chǎng)檢測的需求；系統具備高靈敏度，檢測項( 羅丹明6G) 達到0.1μg/L 以上，滿(mǎn)足部分痕量檢測需求。SmartFluo-Pro 三維熒光光譜儀可以實(shí)現寬光譜探測范圍和極速的三維熒光光譜掃描，可應用于物理、化學(xué)、生物學(xué)、醫學(xué)、環(huán)境學(xué)等各種科研及工業(yè)應用的熒光測量要求。

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