當(dāng)我們走進(jìn)水果店時，會發(fā)現(xiàn)同一種水果會分不同的價格售賣，而影響價格的主要原因是其品質(zhì)，這時我們就會產(chǎn)生疑問：什么樣的荔枝核小而甜？什么樣的西瓜皮薄瓤多脆又甜？
我們今天來分享一些關(guān)于：如何用科學(xué)的方法區(qū)分不同品質(zhì)的水果（當(dāng)然也能區(qū)分同一類水果的不同產(chǎn)地與品種）。隨著生活質(zhì)量提高和消費(fèi)水平的改變，消費(fèi)者對于水果品質(zhì)不同的需求也就促成了水果的銷售分級處理；利用非接觸式水果分選檢測技術(shù)，不斷細(xì)分果品，以便滿足不同消費(fèi)市場的需求。
一般來說，將其分為四類：大小、重量、外觀品質(zhì)（顏色、新鮮度）、內(nèi)部品質(zhì)。其中在內(nèi)部品質(zhì)分選中，主要判斷的指標(biāo)如下：
| 糖度 | 硬度 | 酸度 | 內(nèi)部缺陷 |
傳統(tǒng)的破壞性檢驗(yàn)方法不僅成本高，還會造成資源浪費(fèi)，因此光譜無損檢測的方法成為一大趨勢。
水果分選機(jī)因其具有檢測速度快、可同時檢測多種內(nèi)部成分等優(yōu)點(diǎn)，近年在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)檢測方面發(fā)展迅速。其基本原理是：當(dāng)用近紅外光照射水果時，不同的水果內(nèi)部成分對于不同波長的光學(xué)吸收和散射程度不同，而內(nèi)部光譜也會隨著水果內(nèi)部成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同而發(fā)生變化。利用這一特性，即可根據(jù)近紅外光譜特征分析水果中的主要成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
近紅外光譜屬于分子振動光譜的倍頻和主頻吸收光譜，主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，具有較強(qiáng)的穿透能力。近紅外光主要是對含氫基團(tuán)Ｘ－Ｈ（Ｘ＝Ｃ、Ｎ、Ｏ）振動的倍頻和合頻吸收，其中包含了大多數(shù)類型有機(jī)化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)的信息。由于不同的有機(jī)物含有不同的基團(tuán)，不同的基團(tuán)有不同的能級，不同的基團(tuán)和同一基團(tuán)在不同物理化學(xué)環(huán)境中對近紅外光的吸收波長都有明顯差別，且吸收系數(shù)小，發(fā)熱少，因此近紅外光譜可作為獲取信息的一種有效的載體。
近紅外光照射時，頻率相同的光線和基團(tuán)將發(fā)生共振現(xiàn)象，光的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子；而近紅外光的頻率和樣品的振動頻率不相同，該頻率的紅外光就不會被吸收。因此，選用連續(xù)改變頻率的近紅外光照射某樣品時，由于試樣對不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過試樣后的近紅外光線在某些波長范圍內(nèi)會變?nèi)?，透射出來的紅外光線就攜帶有機(jī)物組分和結(jié)構(gòu)的信息。通過檢測器分析透射或反射光線的光密度，就可以確定該組分的含量。
| 優(yōu)勢 | 劣勢 |
| 無損檢測分析技術(shù) | 不是一種直接測量樣品組份的分析測量方法，需要結(jié)合理化化學(xué)方法和建立模型算法。 |
| 可對待測樣品的多種組分含量同時測量 | 光譜數(shù)據(jù)受環(huán)境影響大 |
| 重現(xiàn)性好，受外界因素參數(shù)影響小 | 只能測定光線照射部分的成分 |
但是近紅外經(jīng)過兩百多年的發(fā)展與應(yīng)用開發(fā)，儀器的進(jìn)步與算法的革新，儀器制造商與科學(xué)家們已經(jīng)可以將越來越多的劣勢規(guī)避，從而更好地發(fā)揮了近紅外不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此也受到越來越多人的青睞。
主要過程：
光路模塊的光源對待測水果樣品進(jìn)行有效照射，通過光纖傳遞給光纖探頭，再將透過水果樣品的光譜信息進(jìn)行收集，并通過光纖傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊的光譜儀。通過微處理器進(jìn)行處理、計(jì)算和分析，從而完成對待測水果樣品糖度的預(yù)測，在顯示屏上獲取結(jié)果，實(shí)現(xiàn)水果糖度的無損檢測。
由于水果的尺寸大小、果肉薄厚，糖酸度高有低，且分布不均的情況，在光譜采集模塊中有多種方式：
（圖片摘自儀器信息網(wǎng)）
采集譜圖案例
臍橙原始光譜采集（可見+近紅外）
蘋果吸收光譜（可見+近紅外）
香蕉的不同反射光譜（近紅外）
并做歸一化平均
草莓反射光譜（可見+近紅外）
正常與不同腐變程度的蘋果透射光譜比較圖（可見+近紅外）
化學(xué)計(jì)量學(xué)建模
在完成光譜采集后，數(shù)據(jù)處理成為整個裝置的核心步驟。再建立準(zhǔn)確化學(xué)值與光譜信息之間的化學(xué)計(jì)量學(xué)模型?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)模型的建立主要包括兩個過程：校正和預(yù)測
① 光譜儀（近紅外系列光譜儀，可見-近紅外光譜儀）
② 光源（海洋光學(xué)提供集成和光路設(shè)計(jì)方案，解決客戶在光學(xué)部分的 擔(dān)憂；因集成到在線設(shè)備，我們推薦使用高度可集成化、高穩(wěn)定性的光源，以適應(yīng)在線設(shè)備的光路設(shè)計(jì)和長時間穩(wěn)定運(yùn)行。）
③ 光譜收集附件（可選配/定制/也可空間光耦合的光纖、準(zhǔn)直鏡附件，幫助客戶解決系統(tǒng)中光傳輸和耦合問題。）
① 光譜讀取軟件定制/二次開發(fā)（Omnidriver/Seabreeze）
② 近紅外光譜建模軟件（可根據(jù)需求選取不同建模軟件）
③ 數(shù)據(jù)傳輸與分選機(jī)制協(xié)議定制
針對不同的水果產(chǎn)線和分選機(jī)制，為客戶定制數(shù)據(jù)傳輸模塊及協(xié)議方式。由于通訊方式的差異及需求差異，我們還可以為客戶進(jìn)行光譜儀器協(xié)議、固件等開發(fā)，實(shí)現(xiàn)同樣光譜設(shè)備在不同應(yīng)用中發(fā)揮其不同長處。
① 觸發(fā)準(zhǔn)確性
在水果分選設(shè)備產(chǎn)線中，光纖光譜儀工作在外觸發(fā)模式，當(dāng)傳輸帶送入一個水果到測量位置，立即觸發(fā)光譜儀開始積分，積分時間100ms，因此對觸發(fā)的準(zhǔn)確性要求很高。而競爭對手的產(chǎn)品外觸發(fā)時間不準(zhǔn)確，如果產(chǎn)線使用的是高功率鹵鎢燈，多停留一段時間就有可能造成水果的熱損傷。
②量產(chǎn)能力
機(jī)器人自動校正并保證每臺設(shè)備的精準(zhǔn)校調(diào)，確保每條產(chǎn)線的分選標(biāo)準(zhǔn)一致。
③量身定制
在線系統(tǒng)中如果出現(xiàn)系統(tǒng)故障會影響整條產(chǎn)線的正常運(yùn)行，我們可為客戶定制系統(tǒng)運(yùn)行自測協(xié)議，減少人為檢驗(yàn)步驟，提高生產(chǎn)效率。