可见近红外光谱仪助力葡萄成熟度及品质检测

图2 巨玫瑰葡萄

图3 巨玫瑰葡萄植株

  葡萄园随机选取两行葡萄植株作为固定采样点。采样时兼顾果穗上中下及阴阳面，利用五点取样法从每穗采集无损伤和病害的葡萄颗粒。采样周期从葡萄转色期至成熟期。每隔3～5d进行1次采样，每次采集 280 ～ 320 粒葡萄，并按照颜色和硬度进行分组，40 粒为一组，分为7～8组。采样周期内共采集24批试验样品，共计178组，每个样品测定20颗巨玫瑰果粒的光谱信息，并将相应的20颗巨玫瑰果粒－40℃冷冻保存进行后续理化值测定。

图4 光谱采集系统

  如图所示，为减少杂散光干扰，光谱采集在暗室中进行，以白板为背景放置葡萄样本。采集系统由卤素灯、光纤探头、光纤光谱仪、标准漫反射白板及样本组成。其中卤素灯光源、暗室、光纤探头共同构成手柄灯光谱采集模块，末端通过光纤和光谱仪连接。光谱仪使用奥谱天成（Optosky）的ATP3030高分辨率型微型光纤光谱仪，积分时间1ms，分辨率0.5nm，光谱范围200-1100nm。

  首先通过光谱采集模块对准标准漫反射白板，采集其反射光谱作为标准参考数据，再将单粒葡萄样本放在漫反射白板上并置于手柄灯暗室内，搭配软件反射率测量模块，最终获得该样本反射光谱。此外，测量过程沿葡萄样本赤道以120°间隔测量3次取平均值作为最终光谱数据。

图5 成熟期葡萄反射率曲线

  为消除光谱仪及外界因素影响，去除前端部分光谱波段，选择波长范围 400～1100 nm进行后续建模分析。

  在原始光谱中葡萄样品的可见-近红外光谱虽存在重叠和交叉的情况，但整体上变化趋势基本一致。在光谱范围500～720nm内，光谱曲线存在一定的差异性，原因可能在于葡萄成熟品质不同致使其果皮颜色存在差异，进而影响光谱的吸收。光谱曲线在波长720nm附近存在明显的吸收峰，分析其原因可能与胡萝卜素、叶绿素的吸收有关。在光谱范围850～920nm内，光谱曲线出现吸收带，其原因可能与酚类和花青素、纤维素和蔗糖等的吸收有关。此外，光谱曲线在1000～1050nm范围内出现吸收带，可能与水和维生素等成分有关。

  光谱测量结束后，将葡萄样品置于－40℃的低温条件下冷冻保存，待分离葡萄皮、籽，经磨粉、超声处理、离心、上清液提取后，进行总酚和单宁含量测定。

图6 总酚标准曲线

  总酚是葡萄皮、籽提取物中主要的酚类物质，采用Folin－Ciocalteu方法测定并进行适当修改。使用没食子酸标准曲线（mg /g没食子酸当量）表征总酚含量。

图7 丹宁标准曲线

  采用甲基纤维素沉淀法测定单宁含量，并根据校准曲线，以mg /g的儿茶素当量表征单宁含量。