科普专栏 | 近红外光谱与水果的丰产和甘味
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关键词 | 近红外光谱 科普 无损检测 果品分级
共 2820 字 | 建议阅读时间 8 分钟
数百万年前，当我们的祖先第一次被枝头的硕果吸引，水果这种特殊的食物就一直伴随着我们走过整个人类史。今天中国变成了地球上最大的果园，但中国的水果产业离现代化仍有距离，只有通过科技进步，改良品质、提升采后管理，不断降低成本，才能满足人民的水果需要，让14 亿人民持续从水果中品尝幸福的味道。
为了满足消费者对水果的需求，一代代果农不断更新技术，进行精耕细作。近红外光谱技术是果农的好帮手，在现代化的果园中，不论是育种、种植、采收还是分选，都有它大展身手的机会。
# 果实的无损检测 #
优质的品种是保证水果产量和品质的先决条件，在进行品种选育时，新培育出的果实十分珍贵，传统的分析手段属于破损分析，会破坏来之不易的种子，因此不再适用。
近红外光谱技术可以实现对果实的无损检测 ，以此获取潜在新品种果实的重要性状指标， 协助选育优质品种 。
而且，近红外光谱技术 可 早期鉴别雌雄异株果树 （例如猕猴桃）的性别，这可用来合理搭配雌雄种植的比例，提高亩产率。
在水果生长过程中，也有着近红外光谱的用武之地。通过便携式仪器，果农可以及时 了解果实内部成分的动态变化趋势 ，结合农艺知识，协助肥水管控，为栽培管理提供科学依据。适时采收可以提高果实的优品率，实现提质增效。
▲ 便携式近红外光谱仪用于水果生长的长期监测
在水果采收阶段，利用手持式仪器，以周为间隔监测树上果实的指示性状变化， 可以确定最佳采收期 。
例如，芒果和牛油果的最佳采收期可以通过便携式近红外光谱检测设备来确定。
▲ 便携式近红外光谱仪用于牛油果干物质含量监测
最佳采收期预测（蓝点：成熟；黄点：近熟；红点：未熟）（右）
# 果树疾病早期快速诊断 #
柑橘因营养丰富，果肉酸甜适度，受到人们的喜欢。柑橘在田间生长发育和采后果实储运的过程中，其树体与果实遭受的最大病害为柑橘黄龙病，它严重降低了果实的产量和质量，重者甚至会导致树体死亡，俗称为柑橘“癌症”。
目前，柑橘黄龙病尚未有治愈办法，因此对柑橘黄龙病的监测和防控尤为关键，而监控前提则是能对该病进行早期快速诊断。传统的柑橘黄龙病检测方法都存在着各自的不足，尤其是不能满足果园大面积现场、快速、大批量的检测分析。我国科研人员在利用近红外光谱技术快速诊断柑橘黄龙病方面已经做了大量的工作，该技术 在 柑橘黄龙病的大规模、早期快 速检测 中将有很好的应用前景。
# 提高水果生产的现代化水平 #
水果产后阶段，更是近红外光谱技术大放异彩的时候。
智能分选 是水果采后的主要商品化处理技术，通过自动化的近红外光谱检测，实现基于 水果大小、重量、色泽、表面缺陷和口感等 综合素质的果品分级，满足消费者的差异化偏好和市场对水果品质多元化的需求，降低水果交易的不确定性，增加回购率，提升品牌价值。而且，通过水果市场的等级价格信息反馈引导生产要素的投入和配置， 提高水果生产的现代化水平，实现行业的增产和增收 。
▲ 近红外光谱可检测出各种隐形缺陷的苹果
▲ 多光谱成像技术对大桃常规缺陷的检测结果（PC 为主成分图像，RGB 为可见光成像）
由于品种、种植条件、管理水平等因素的影响，水果风味存在较大差异。例如富士苹果的白利糖度在7 度到19 度之间，通常差异在2 度以上，人的味蕾就能分辨出来。除了 糖度、酸度等 指标外，干物质含量也常常作为某些水果的分选标准。例如从2015 年开始，新西兰猕猴桃出口商便以 最低干物质含量 作为口感标准，通过近红外光谱分选设备挑选合格的果实用于出口。经过分选包装的猕猴桃平均价格约提高30%，显著提高了种植户的收益。
果蔬在采收、运送、仓储环节中容易受到一些轻微损害（如机械损伤、冻伤）和病菌侵染（如苹果霉心病、鸭梨黑心病等）。带有损害和病害的果蔬在缺陷形成早期很难被肉眼或传统机器视觉识别，随着时间的推移，这些缺陷会引起果蔬腐烂，还会感染其他正常果蔬，造成较大的经济损失。 近红外光能够无损穿透水果内部，快速检测水果内部隐性缺陷（褐变和霉变等） ，与多光谱成像技术和深度学习算法相结合，则能够满足水果外部缺陷检测的需求。
▲ 我国自行研制的柑橘在线分选装置
我国水果种植面积稳居世界前列，水果分选市场广阔，统计结果显示，我国分选装备需求达上万台，市场规模可达60 多亿元。近些年， 我国多家企业也研制出了具有自主知识产权的水果动态在线分选装备 ，不但能对水果的大小、重量、糖度、酸度、内部缺陷等指标进行同步检测，还能够实现自动上下料、自动包装等功能。近红外光谱分选技术的使用显著增强了区域特色农产品的精品化水平和市场竞争力， 实现水果种植业从“数量规模”向“品质效益”的转变。
▲ 我国自行研制的水果（左:苹果，右:西瓜）在线分选装置
怎么样，看完这篇科普，是不是对近红外光谱的应用大开眼界？酸甜可口的水果，从种植培育到生产上市，几乎每一步都有近红外光谱发挥作用的身影，现代科技就是如此神奇。
以上内容来自 《点亮我们生活的近红外光谱》
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本书特色
◎ 本书集 知识性、科学性、技术性、实用性和趣味性 于一体，深入浅出地阐述近红外光谱分析技术及其应用，专门绘制了50余幅引人入胜的插图，让读者在准确、快速理解近红外光谱精髓的同时，留下深刻难忘的印象。
◎ 为了给读者带来 唯美的阅读体验 ，本书每个章节都以文学佳句入手，将诗情画意与近红外光谱技术交融在一起， 文学、科学、工程技术 相互关联、相互依托，陶冶情操，开拓思路，有助于激发读者的科学创造力和灵感。
◎ 本书凝聚了国内近红外光谱领域 60余位专家的集体智慧 ，完整描述了近红外光谱的发展历史和应用图景，行云流水的文字中承载着科学的严谨和所有“近红外人”的情怀。
◎ 本书在场景化 介绍近红外光谱应用 的同时，还科普了农业、食品、制药、酿酒、石油化工等方面的知识，让读者能通过近红外光谱这个窗口，了解诸多与生活相关的科技内容。
点亮我们生活的近红外光谱
——近红外光谱分析在日常生活中的一天
图书信息简介
中国仪器仪表学会近红外光谱分会 组织编写
褚小立、 赵一霖、刘慧颖 编著
包锞炜、华俊、任敬波 绘图
责任编辑：傅聪智
书号：9787-122-40379-7
定价:98.00
出版时间：2022年02月
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内容来源 | 本书内文节选
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