一種快速無損確定蘋果收獲期的光譜檢測方法

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一種快速無損確定蘋果收獲期的光譜檢測方法

背景介紹

為(wei) 了使蘋果早上市賣高價(jia) ，將未成熟的蘋果過早提前采摘，會(hui) 嚴(yan) 重影響蘋果的產(chan) 量和質量，降低蘋果的貯藏性能。要增加果農(nong) 的生產(chan) 效益，必須提前采收蘋果。適期采摘是保證蘋果優(you) 質高產(chan) ，提高果品貯藏力的重要環節。

圖1.不同成熟度，不同品種的蘋果

蘋果適期采收，分期采收，是提高蘋果內(nei) 在品質，外觀品質和貯藏性的有效措施。判斷果實成熟與(yu) 否和確定采收期的方法很多，傳(chuan) 統的辦法主要是根據果品重量，果皮底色，果肉硬度，計算果實從(cong) 盛花後到果實成熟的生長天數，果實的呼吸躍變期發生時間，果實澱粉含量，氣候條件，品種等因素來判斷采收期。

論述

我們(men) 講述的是一種能夠在果園中使用光學和無損測量來確定收獲日期的方法。以前的光學方法可以測定果皮色素的變化以及糖含量和幹物質含量。Streif指數所依據的強度指數無法在果園中使用光學方法進行非破壞性測定。因此，應通過光的散射特性找到確定成熟度的進一步措施。基於(yu) 這些特性，可以獲得有關(guan) 細胞結構的知識，這反過來又是保質期的影響因素。德國博登湖水果生產(chan) 發展中心（KOB，Kompetenzzentrum Obstbau-Bodensee）將使用光譜儀(yi) 測量 Elstar（伊思達）、Gala（嘎啦） 和 Jonagold （喬(qiao) 納金）品種的蘋果。

圖2.快速無損檢測方法獲取蘋果zui佳采摘時間(初代原型機)

在 Streif 指數中，可溶性幹物質（糖）（以 °Brix 為(wei) 單位）、果肉的硬度（以 kg/cm² 為(wei) 單位）以及澱粉降解程度均采用 1 至 10 的評分標準來確定。根據計算出的指數（硬度/（糖度 x 強度）），指定了特定品種的收獲窗口。該數據是在多年的研究工作中憑經驗收集的。

自 2016 年以來，KOB 一直致力於(yu) 各種項目（Big Apple 和 Melon 項目），尋找新的收獲確定方法，使果實保持完整。用於(yu) 水果的光學手持式測量設備已經上市，可以提供蘋果皮zui初幾毫米的數據。 根據設備類型的不同，收集的數據量存在很大差異，例如在處理幹擾性環境光方麵。 有些設備可以計算陽光的影響。 光譜儀(yi) 數據用於(yu) 計算果皮顏色（綠色、黃色和紅色色素）的信息，並使用特殊模型計算水果的糖含量或幹物質含量的信息。 然而，僅(jin) 憑這些數據無法確定收獲日期。因此，在“Big Apple”項目中，可以從(cong) 已經商用的光譜儀(yi) 設備收集的數據與(yu) 影響儲(chu) 存壽命的其他已知因素的數據相結合，並結合起來形成對zui佳收獲日期的預測。 這些包括，例如，水果掛，葉果比、鈣施肥和上一收獲日期。

由於(yu) 每年的種植條件差異很大（主要是由於(yu) 天氣），因此模型需要不斷收集更多的數據，以便能夠開發強大的預測工具。 此外，光學數據也存在較大的年度波動。 例如：葉綠素值與(yu) 基本顏色相關(guan) ，可以作為(wei) zui佳收獲日期的指標。 然而，我們(men) 每年在zui佳收獲日期用光譜儀(yi) 測量不同的值。 因此，葉綠素值目前不能作為(wei) 確定收獲的唯yi參數

新型的光譜檢測儀(yi) 器

 Melon 項目的目標是開發一種光譜儀(yi) ，為(wei) 確定zui佳收獲日期提供新的見解。 與(yu) 德國INSION国产黄色在线观看以及其他研究機構合作，從(cong) 頭開始開發了光譜儀(yi) 並進行了測試。 為(wei) 此，製造了不同類型的外殼，並在智能手機上編寫(xie) 了數據分析軟件。 為(wei) 了能夠檢查所收集數據的質量，鑄造了模型（具有確定光學特性的半球），並用其進行了參考測量。 光源是光譜儀(yi) 的心髒。 為(wei) 此，新開發的 LED 被安裝在一個(ge) 環中。 所開發的光譜儀(yi) （參見圖3）不僅(jin) 能夠確定光的反射，還能夠在第二光源的幫助下確定散射（參見圖4）。

圖3.手持式光譜儀(yi)

圖4.快速無損檢測方法獲取蘋果zui佳采摘時間

光譜儀(yi) 在現場測試中進行了測試，水果也在另外兩(liang) 個(ge) 光學傳(chuan) 感器實驗室裝置上進行了測試。 該項目的目的是開發一種實用且廉價(jia) 的現場測量設備，該設備還可以檢測蘋果的散射特性。

圖5. 光線（黑色箭頭）照射到蘋果時產(chan) 生的效果示意圖。雖然小部分已經在表麵反射，但大部分光線可以深入到牙髓中。 在那裏它被分散幾次（即改變其方向）並重新出現，相應地減弱，偏移到照射點。 根據光的波長（顏色），部分光被蘋果吸收。 發射光的光學測量可以識別顏料，或者通過附加模型確定可溶性固體(ti) 。 這些照片顯示了光線如何通過蘋果中的點光源傳(chuan) 播（左側(ce) 沒有外部光源，右側(ce) 有額外的外部光源）

該試驗於(yu) 2018年至2020年在Gala、Elstar、Jonagold和Braeburn品種上進行，以便在一個(ge) 時間內(nei) 覆蓋從(cong) 早到晚的整個(ge) 收獲期。生長季節覆蓋晚熟品種。 同時，KOB 使用常規實驗室方法確定了收獲的Streif指數，並與(yu) 我們(men) 自己的經驗值進行比較，以確定長期儲(chu) 存的zui佳收獲時間。

在對新型光譜儀(yi) 原型機的研究中發現，從(cong) 蘋果到收獲期間，散射係數逐漸減小，並且存在品種差異。 該項目的進一步結果必須在後續測試中進行檢查。 目前，現有的數據和分析技術不足以借助新開發的光譜儀(yi) 來預測zui佳收獲日期。 然而，KOB 已大大擴展了該国产成人在线观看免费网站的專(zhuan) 業(ye) 知識，並且通過正在進行的工作，有可能小規模且非破壞性地預測收獲日期。

核心光譜模塊

該光譜儀(yi) 器采用了德國Insion国产黄色在线观看的UV VIS SENS係列光譜儀(yi) ，具有靈敏度高，成本低，穩定性高和台間差小等特點，適合大批量手持式光譜儀(yi) 采用。

圖6. UV VIS SENS S 光譜儀(yi) 模塊（德國INSION国产黄色在线观看）

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