易科泰高光谱成像技术应用于水果内外部品质研究

近日，北京易科泰生态技术有限公司为河北省农林科学研究院遗传生理研究所成功交付一套基于Specim高光谱成像技术的果品品质检测系统，该系统具备高分辨率、高信噪比、高帧频等特点，能够为研究人员提供高效的数据采集体验和高质量的数据成果。利用该系统对鸡爪病侵染的皇冠梨进行了高光谱数据采集与分析，可以看出400-1000nm范围内健康区域与受到侵染区域的反射光谱差异明显，可进一步精确提取鸡爪病侵染面积，进行皇冠梨外部品质鉴定。

图1：利用400-1000nm高光谱成像系统进行皇冠梨鸡爪病侵染情况分析；从左右分别为高光谱成像系统、健康区域与鸡爪病侵染区域反射光谱、RGB图像、鸡爪病侵染区域（红色）提取图

水果的外部美学外观和良好的内在品质对消费者来说都是关重要的，高光谱成像技术是光谱技术和成像技术的有机结合，在食品药品等领域的检测鉴定及质量评价中，使用该技术的效果要明显优于仅使用光谱信息或空间纹理信息的效果。并且高光谱成像技术具有快速、准确、无创、使用方便等优点，可以为水果外部及内部异质性检测、控制水果产品质量提供一种高效便捷的方法。

应用案例一：秋月梨果实品质检测

梨的石细胞是梨果实中所特有的，其存在明显影响梨果实品质。石细胞是由大量木质素和纤维素所组成的厚壁细胞，由近果皮部果肉近果心部逐渐增多，通过高光谱成像可呈现梨果中石细胞的分布以及不同组别之间的差异。如下右图，从左右依次为未施加营养素的秋月梨（对照组-1、2）以及施加营养素后的秋月梨（实验组-1、2）。在400-950nm范围四个梨之间的光谱曲线基本重合，在950-1720nm范围，对照组-2的光谱反射率值均高于另外三组。进一步分析发现，营养素的施加有效YZ了梨石细胞形成，对提升秋月梨的口感及品质有积极意义。

图2：右图中红色表示梨石细胞分布（易科泰光谱成像实验室供图）

应用案例二：苹果切片内部品质鉴定

苹果是水果市场上消费量ZD的农产品之一，但常规化学分析在确定单个水果组织水平发生的异质性时成本高昂且耗时，针对此现象，法国农业食品与环境研究院的学者们以苹果横向切片为研究对象，基于近红外高光谱成像技术，开发了一种新的leave-one-out PLS模型，并成功地用于描述每个苹果切片中干物质（DMC，R_cv² = 0.83，RPD = 2.39）和总糖（TSC，R_cv² = 0.81，RPD= 2.20）的分布。

图3：左图：ROI样品的测量值和全交叉验证，基于ROI平均光谱的(a)干物质含量(DMC)和(b)总糖含量(TSC)的leave-one-out PLS回归，(c)DMC和(d)TSC预测的特征波长；右图：基于ROI平均光谱开发的LOO-PLS模型预测的苹果片中总糖含量(TSC)的分布

这项研究展示了NIR高光谱数据对苹果干物质含量和总糖含量分布有良好的预测能力，与常规化学分析相比，该方法显示出水果取样简单、实验偏差小、模型开发效率高等优势，在更系统地评估水果变异性和异质性项目中具有巨大应用前景。

易科泰生态技术公司为食品、果蔬、药品检测鉴定等领域提供PhenoTron-HSI无损高光谱成像检测方案，并提供SpectrAPP^®光谱成像技术创新应用项目合作与技术服务。

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参考文献：Lan W , Jaillais B , Renard C , et al. A method using near infrared hyperspectral imaging to highlight the internal quality of apple fruit slices[J]. Postharvest Biology and Technology, 2021, 175(1):111497.