近红外光谱仪应用之水果品质检测

近红外光谱仪是基于近红外光谱区（780-2526nm）与有机分子中含氢官能团（如C-H、O-H、N-H等）振动的合频以及各级倍频的吸收特性来工作的。当近红外光照射到水果样品时，水果内部的基本成分（如可溶性有机酸、水分、糖分等）会吸收特定波长的近红外光，形成独特的光谱特征。通过分析这些光谱数据，可以获取水果内部的品质信息，如含糖量、酸度、水分含量等，从而实现对水果品质的无损检测。

不同成分的光谱特征峰具有唯一性，例如：

糖度：与果肉中葡萄糖、果糖的O-H键吸收峰强度相关；

酸度：受苹果酸、柠檬酸等有机酸的C-O键振动模式影响；

水分：与游离水和结合水的O-H伸缩振动密切相关。

通过采集水果表面反射或透射的近红外光谱，结合化学计量学算法（如偏最小二乘回归PLS、人工神经网络ANN等），可建立光谱数据与理化指标的定标模型，实现成分含量的快速反演。

近红外光谱仪能够在不破坏水果的情况下进行品质检测，保持了水果的完整性。这对于高品质、高价值水果的检测尤为重要，因为有损检测会降低水果的市场价值。此外，无损检测避免了样品制备过程中的复杂操作和可能引入的误差，简化了检测流程。

近红外光谱仪可以同时检测水果的多个品质指标。例如，它能够同时测量水果的糖度、酸度、水分含量、硬度等内部品质参数。这种多指标检测能力为全面评估水果品质提供了丰富的数据支持，有助于更准确地判断水果的整体品质。

近红外光谱仪能够提供精确且可靠的测量与控制效果，在复杂环境下亦能保持优异性能，为果品表面曲率、光照条件、温度波动等因素易干扰检测结果带来卓越的解决方案，有效提升生产效率与产品质量，降低运行成本。

近红外光谱仪的检测速度非常快，通常在几秒钟内即可完成一次测量。从扫描出具光谱图到结合化学计量学模型预测多种性质和组成，几分钟内就可以完成。这种快速检测能力大大提高了检测效率，适合大规模水果品质检测的应用场景，如在水果分选线上实时检测水果品质。

近红外光谱仪能够实现水果在生产线上的在线检测。可以实时监控水果品质的变化，及时发现品质问题，毫秒级响应并精准剔除瑕疵品。数据同步至云端实现动态监控，适配工厂分级、仓储抽验、物流复检等多环节，以高精度、高效率突破传统抽检局限，降低人工成本，保障全流程品控稳定性，助力企业降本增效与产品一致性提升。

近红外光谱仪是一种绿色分析技术。它不需要使用化学试剂，不会产生化学废料，对环境无污染。这符合现代社会对环保和可持续发展的要求，有助于减少水果产业对环境的影响。

糖度、酸度等成分检测：近红外光谱仪能够快速、无损地检测水果中的糖度、酸度、可溶性固形物含量等重要品质指标。

硬度检测：通过分析水果的近红外光谱，可以间接评估水果的硬度。这对于判断水果的成熟度和适宜的采摘时间具有重要意义。

近红外光谱技术可用于预测水果的成熟度，避免了传统方法中对水果进行破坏性采样的弊端。

近红外光谱仪能够识别不同品种水果的光谱特征差异，实现对水果品种的快速、准确区分。这对于水果市场的品种管理和消费者的选择具有重要意义。

近红外光谱仪结合其他技术，可以用于检测水果表面的缺陷，如病斑、机械损伤等。这有助于提高水果的外观品质和市场竞争力。

近红外光谱仪可以检测水果在储存和运输过程中的品质变化，如水分含量的减少、糖度的降低等，从而评估水果的新鲜度。这对于保证水果在到达消费者手中时仍保持良好的品质至关重要。

在水果采摘和分选生产线上，近红外光谱仪能够实现对水果品质的实时在线检测，并根据检测结果进行自动化分选。这不仅提高了分选效率，还减少了人工成本，确保了水果品质的一致性。

使用近红外光谱仪进行水果品质检测时，通常需要搭建一个包括光源、光纤、光谱仪和计算机等部件的检测系统。

光源：使用宽光谱光源，提供连续的光谱范围，确保测量结果的准确性。

光纤：使用1分2的反射光纤，用于传输光源信号及反射光信号。

光谱仪：根据需求光谱范围、分辨率和灵敏度要求等选择合适的光谱仪，采集反射光谱数据，并进行分析。

定制采样附件：用于固定光纤探头，满足不同样品的测量需求。

软件算法：利用计算机控制光谱仪采集光谱数据，并通过化学计量学软件对数据进行分析和处理，以得到水果品质的相关参数。

首先将光源与光纤连接，确保光源发出的光能够通过光纤传输到光谱仪；然后，将水果样品放置在测量位置，通过光纤将近红外光照射到水果表面，并收集反射或透射的光信号；最后，利用计算机控制光谱仪采集光谱数据，并通过化学计量学软件对数据进行分析和处理，以得到水果品质的相关参数。

在使用过程中，需要注意保持设备的稳定性和准确性，定期对光谱仪进行校准和维护，以确保检测结果的可靠性。同时，根据不同的水果种类和检测需求，可能需要优化测量参数和化学计量学模型，以提高检测精度和适应性。

图1 水果反射率测量搭建示意图

Peng Li等人使用由提供的近红外光谱仪结合广泛学习系统（BLS）模型和混合波长选择策略可以快速、无损、准确地检测枇杷的可溶性固形物含量（SSC），为预测水果中的SSC提供了一种可行的替代方案。

在线近红外光谱仪是一种用于实时监测和分析样品中化学成分的仪器。它利用近红外（NIR）光谱技术，通过测量物质在近红外波段的吸收和散射来获取有关样品组成的信息。这种技术在工业、农业、食品、制药等领域具有广泛的应用。

NIRPro是一款制冷型近红外光纤光谱仪，结构设计小巧；光谱范围可配置，分辨率高，最佳可达0.3 nm；杂散光低，~0.5％。光谱范围可调，支持900-1700 nm内多种配置。制冷温度可以达到-15℃。具备良好的光谱响应稳定性和重现性，适用于激光测量、近红外测量。

如海NIRMini高灵敏光谱仪机身结构设计小巧；光谱范围可配置，分辨率高，最佳可达 0.3nm；杂散光低，~0.5％。光谱范围可调，支持900-2500nm内多种配置。制冷温度可以达到-25℃。具备良好的光谱响应稳定性和重现性，适用于激光测量、近红外测量。