基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法。采集不同成熟期的‘富士’苹果样品；获得各成熟期样品的淀粉碘染色指数；采集样品的光谱数据、硬度值和可溶性固形物含量值；计算样品的Streif指数；对样品光谱数据/Streif指数数据进行数据预处理，同时对光谱有效波段进行优化筛选，基于优化结果建立偏最小二乘回归预测模型；将待测样品的光谱数据输入到预测模型，获得待测样品的Streif指数。本发明专利技术方法能够为适时采收提供科学的、快捷的判断标准，为中国‘富士’苹果的标准化生产提供技术支撑。

Nondestructive testing method of Fuji Apple maturity based on Streif index

The invention discloses a Fuji Apple maturity detection method based on Streif index. Samples of'Fuji'apples at different ripening stages were collected; starch iodine staining index of samples at different ripening stages was obtained; spectral data, hardness value and soluble solids content of samples were collected; Streif index of samples was calculated; spectral data / Streif index data of samples were pre-processed, and spectral effective band was advanced. Based on the optimized results, the partial least squares regression prediction model was established, and the Streif index of the sample was obtained by inputting the spectral data of the sample into the prediction model. The method of the invention can provide scientific and fast judgment standard for timely harvesting and technical support for the standardized production of Fuji apple in China.

【技术实现步骤摘要】
基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法
本专利技术涉及农产品无损检测
的一种苹果成熟度无损检测方法，具体涉及一种基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法。
技术介绍
中国果品产业正处于供给侧结构性矛盾阶段，一方面低质果品供应过剩，另一方面高质量果品供不应求。提高果实品质需要从包括育种，栽培技术及采后管理等多方面入手。其中，推广适时采收是现阶段改善中国果品品质的一条有效途径。当前，中国水果市场产品品质控制体系还不完善，不少产区为提早上市卖高价钱，大量采收未熟果，导致果实采收过早，果实糖分积累少，达不到应有的品质和风味。与中国的现状不同，在美欧日本等果业发达国家，多年来，果实采收一直严格按照成熟度分区、分时进行，因而能够有效保证果实的风味品质。适时采收的关键是确定适宜的采收成熟度。中国果业标准化生产程度低，采收日期仍然沿用传统的日历日期来确定。但是，由于果实成熟度受温度、光照等多种因素影响，年度及地区间变化较大，因此简单依靠日历日期确定采收期的方法并不科学。目前，在欧美、日本等果业发达国家普遍采用淀粉碘染色指数(G.Blanpied，K.Silsby.Predictingharvestdatewindowsforapples.CornellCooperativeExtension，1992，221)或Streif指数(J.Streif.DeroptimaleErnteterminbeimApfel.I.undReife.Gartenbauwissenschaft，1983，48:154-159)作为苹果成熟度检测指标，用于适时采收。淀粉碘染色利用苹果成熟过程中淀粉逐渐水解为糖的现象判断果实成熟度，这种水解首先发生在果心区域，随着果实的成熟，水解逐渐向外扩展。因此，观察果实切面的淀粉碘染色图谱，并将其与标准染色图谱相比较，能用于确定果实成熟度及适宜采收期。Streif指数综合了淀粉碘染色指数、可溶性固形物含量及硬度三项指标，被认为是能够更加综合地反映苹果成熟状态的指标，在德国、比利时、匈牙利、波兰、荷兰等欧洲国家，Streif指数被广泛用于指导苹果的适时采收。近年来，这一方法在中国的一些大型标准化果园中也已开始推广使用。但是，由于需要对多项指标进行检测，且需破坏样品进行碘染色处理，仍较费时费力。近年来，随着近红外光谱技术的迅速发展，其在果实品质检测上的优越性，即快速，无损，及无需样品前期处理的便利性，得到越来越多的关注及认可。基于近红外光谱技术的苹果糖度、硬度等无损检测方法已陆续得到应用，但针对Streif指数的无损检测仍处于研究阶段，仅见少量相关报道。Peirs等(2001)利用可见近红外光谱(380-2000nm)预测苹果的适时采收期，结果显示，近红外光谱能够较好预测“距最佳采收期的天数”，但对生产中常用的成熟度指标Streif指数的预测效果较差(A.Peirs，J.Lammertyn，K.Oomsetal.PredictionoftheoptimalpickingdateofdifferentapplecultivarsbymeansofVIS/NIR-spectroscopy.PostharvestBiologyandTechnology，2001，21:189-199)。Peirs等(2005)验证了近红外光谱(380-2000nm)能较好地反映苹果的生理成熟状态和呼吸成熟状态，但依然未获得理想的Streif预测结果(A.Peirs，A.Schenk，B.EffectofnaturalvariabilityamongapplesontheaccuracyofVIS-NIRcalibrationmodelsforoptimalharvestdatepredictions.PostharvestBiologyandTechnology，2005，35:1-13)。可以看出，基于近红外光谱技术的Streif指数无损检测具有可行性，但不易获得较好的streif指数预测效果。此外，现有的少量研究报道均以欧美主栽品种，如‘伊思达’、‘布瑞本’等为对象。由于成熟度是反映果实生理状态的综合性指标，气候环境、栽培条件及品种不同，成熟度的判断标准不尽相同，因此，以成熟度为检测目标的近红外光谱检测方法在不同地域及品种间不具有普适性。针对中国的栽培条件及品种，缺少了针对性适合的检测方式和检测模型，还缺少了针对苹果特殊品种优化措施来提高其检测准确性。
技术实现思路
鉴于上述现有技术发展情况，本专利技术的目的在于提供一种适合中国主栽品种的苹果成熟度无损检测方法，满足实际应用需求。为达到上述目的，本专利技术以中国栽培面积最大(占中国苹果栽培面积的60％)的品种‘富士’为针对对象，提供一种基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法，针对中国‘富士’苹果特殊建立了较高预测精度的检测模型，提高了中国‘富士’苹果的检测准确性。本专利技术所采用的技术方案是包括以下步骤：S1，采集不同成熟期的‘富士’苹果样品，作为已知样品；S2，通过果实切面染色及参比标准染色图谱，获得各成熟期样品的淀粉染色指数；S3，针对每个样品，采用漫反射(Interactance)方式采集样品赤道上等间距的n个采集点处的近红外光谱数据，取n个采集点处的光谱平均值作为该样品的光谱数据；S4，针对每个样品，进行果肉硬度和可溶性固形物含量的测定，获得该样品的硬度值和可溶性固形物含量值；S5，针对每个样品，根据该样品成熟期所对应的淀粉碘染色指数、硬度值和可溶性固形物含量值计算该样品的Streif指数；Streif指数用于表征成熟度；S6，对光谱数据及Streif指数数据进行数据预处理，在有效波段范围内建立专用于Streif指数预测的偏最小二乘回归预测模型；S7，针对‘富士’苹果待测样品，重复上述步骤S3获得待测样品的光谱数据，将待测样品的光谱数据输入到偏最小二乘回归预测模型，获得待测样品的Streif指数，进而表征出成熟度，实现成熟度检测。所述步骤S2中，针对各成熟期的样品，从该成熟期的所有样品中随机抽取10个样品进行淀粉碘染色，并将淀粉碘染色图与标准染色图相对比，读取染色级数，然后通过以下公式计算得出各成熟期样品的淀粉碘染色指数：淀粉碘染色指数＝(Σ(染色级数*该级样品数))/样品总数。淀粉碘染色利用苹果成熟过程中淀粉逐渐水解为糖的现象判断果实成熟度，这种水解首先发生在果心区域，随着果实的成熟，水解逐渐向外扩展。因此，观察果实切面的淀粉碘染色图谱，并将其与标准染色图谱相比较，能用于辅助确定果实成熟度。所述步骤S3中，近红外光谱数据采用漫反射方式采集，这主要是考虑到苹果成熟度的无损检测需求常发生在果园，而适合于便携式近红外光谱仪的采光方式通常是漫反射(Interactance)这种结构。所述步骤S3和S4中，采集点n可以取2。所述步骤S4中，针对每个样品，在与步骤S3相同的n个采集点处分别进行果肉硬度和可溶性固形物含量的测定，分别取n个采集点的果肉硬度平均值和可溶性固形物含量平均值作为该样品的硬度值和可溶性固形物含量值。所述步骤S5中，Strerif指数采用以下公式计算：Strerif指数＝硬度值/(可溶性固形物含量值*淀粉碘染色指数)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法，包括以下步骤：S1，采集不同成熟期的‘富士’苹果样品；S2，通过果实切面染色及参比标准染色图谱，获得各成熟期样品的淀粉染色指数；S3，针对每个样品，在样品赤道上等间距的n个采集点处采集近红外光谱数据，取n个采集点处的近红外光谱平均值作为该样品的光谱数据；S4，针对每个样品，进行果肉硬度和可溶性固形物含量的测定，获得该样品的硬度值和可溶性固形物含量值；S5，针对每个样品，根据该样品成熟期所对应的淀粉碘染色指数、硬度值和可溶性固形物含量值计算该样品的Streif指数；S6，将各个样品所获得的光谱数据/Streif指数数据进行数据预处理，在特定有效波段范围内采用偏最小二乘回归法建立专用于Streif指数预测的预测模型；S7，针对‘富士’苹果待测样品，重复上述步骤S3获得待测样品的光谱数据，将待测样品的光谱数据输入到预测模型，获得待测样品的Streif指数。

【技术特征摘要】
1.一种基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法，包括以下步骤：S1，采集不同成熟期的‘富士’苹果样品；S2，通过果实切面染色及参比标准染色图谱，获得各成熟期样品的淀粉染色指数；S3，针对每个样品，在样品赤道上等间距的n个采集点处采集近红外光谱数据，取n个采集点处的近红外光谱平均值作为该样品的光谱数据；S4，针对每个样品，进行果肉硬度和可溶性固形物含量的测定，获得该样品的硬度值和可溶性固形物含量值；S5，针对每个样品，根据该样品成熟期所对应的淀粉碘染色指数、硬度值和可溶性固形物含量值计算该样品的Streif指数；S6，将各个样品所获得的光谱数据/Streif指数数据进行数据预处理，在特定有效波段范围内采用偏最小二乘回归法建立专用于Streif指数预测的预测模型；S7，针对‘富士’苹果待测样品，重复上述步骤S3获得待测样品的光谱数据，将待测样品的光谱数据输入到预测模型，获得待测样品的Streif指数。2.如权利要求1所述的一种基于Streif指数的‘富士’苹果成熟度无损检测方法，其特征在于：所述步骤S6中，光谱数据采用标准正态...

【专利技术属性】
技术研发人员：应义斌，罗璇，容典，饶秀勤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33