CN104833780A - 一种基于乙醇传感器预测草莓品质等级的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于乙醇传感器预测4℃贮藏条件下草莓品质等级的方法，属于农产品采后质量控制领域。该方法利用乙醇传感器提取未知样品气味信息，通过分析草莓品质败坏过程中挥发性乙醇浓度和腐烂指数之间的关系，并建立了基于乙醇浓度预测草莓腐烂指数的模型，测试者将提取的气味信息带入模型，可得出未知样品的腐烂指数，并可根据未知样品的腐烂指数判断样品的品质等级，做出对应的样品处理。本方法可应用于无损快速检测草莓品质，同时也为其它果蔬品质的无损快速检测提供了指导。
Description
技术领域：
本发明涉及一种基于乙醇传感器检测草莓品质等级的方法，属于农产品采后质量控制领域，特指基于乙醇传感器技术，通过对4℃贮藏条件下草莓气味的提取和分析，判别其品质等级。
背景技术：
草莓是一种非呼吸跃变型果实，属于蔷薇科，草莓属。草莓含水量较高，皮薄肉嫩，采后极易失水皱缩，衰老变质，且易受病原菌侵染和机械损伤而腐烂，从而失去商品价值，限制了货架期。且在贮藏早期，经常出现个别果实腐烂而其他果实完好的现象，若此时能及时发现，剔除腐败果，可有效避免其他果实被感染，延长草莓的贮藏时间，大大降低损失。
目前针对草莓品质的检测技术已经有了快速的发展，但绝大部分都是破坏性检测，操作繁琐，且成本高。因此，非常有必要研究草莓的品质指标和无损检测参数的关系，建立基于无损检测技术的草莓品质评价体系。
电子鼻作为无损检测的一种重要手段，具有客观、准确、快捷地评价气味，重复性好的特点，已广泛用于农畜产品的品质检测和分级，但仪器一般从国外引进，传感器需要定期更换，成本高；且多个传感器同时采集样品信息，数据量大，结果分析繁琐。
因此，建立一种操作简便、低成本、快捷的无损检测方法是目前本领域科研工作者需要解决的技术问题。本发明基于前期电子鼻检测草莓采后品质的分析结果，选定了一种国产乙醇传感器，标定后提取草莓气味，建立了基于乙醇气味预测草莓品质等级的模型，并对模型进行了验证，预测效果良好效果。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于乙醇传感器实时监测水果品质的无损检测方法，该方法通过提取草莓样品的气味来判断草莓的品质等级，具有操作快速简便，实用性强等特点，大大提高了检测速度且降低了检测成本。
为解决上述问题，本发明通过前期电子鼻检测水果品质结果，提供了一种基于乙醇传感器预测草莓品质等级的方法，具体步骤包括：(一)待测草莓预处理；(二)乙醇传感器标定；(三)乙醇传感器提取待测草莓气味参数；(四)将气味参数带入基于乙醇浓度预测草莓腐烂指数的模型，得出待测草莓的腐烂指数；(五)判断未知样品的品质等级。
1)所述步骤一，其特征在于将草莓样品用带气孔的聚乙烯保鲜盒按照大于100g/L的质量体积比包装，将气孔用保鲜膜封住，4℃贮藏。
2)所述步骤二，其特征在于，草莓采摘当天，4℃贮藏2h后，将用保鲜膜封住的保鲜盒气孔打开，将乙醇传感器探头插入保鲜盒气孔，把此时测定的乙醇浓度标定为0ppm。操作过程无需将草莓从冰箱里拿出，提取完气味后把保鲜盒上的气孔重新封好。
3)所述步骤三，其特征在于用校准好的乙醇传感器提取4℃贮藏条件下未知样品的挥发性乙醇浓度，具体操作方法按步骤二进行。
4)所述步骤四，其特征在于，建立基于乙醇浓度预测草莓腐烂指数的回归模型，该模型为：
y＝a*x2+b*x+c
其中，y为未知样品腐烂指数(％)，x为未知样品乙醇浓度(ppm)，a、b、c为系数。预测时，将未知样品的乙醇浓度带入x，即得出该样品预测的腐烂指数。
5)所述步骤五，其特征在于，根据此标准划分未知草莓样品的品质等级，腐烂指数小于等于0，将未知样品划分为一级品；腐烂指数大于0小于等于3，划分为二级品；腐烂指数大于3小于等于5，划分为三级品；腐烂指数大于5小于等于10，划分为四级品；腐烂指数大于10，划分为腐败级。
附图说明：
图1：基于乙醇浓度预测草莓腐烂指数的模型
图2：模型验证图
具体实施方式：
本发明的目的是提供一种基于乙醇传感器预测草莓采后品质变化的方法，该方法可以通过草莓采后气味的变化来判别其品质，操作简便，后续数据处理简单易行，具有很强的实用性。
为了使本技术领域人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
1、试验材料
实验材料为八成熟的“红颜”草莓。于2014年4月9日采自南京锁石村草莓园，选择大小基本一致、着色均匀，无表面损伤的草莓。运回实验室后每250g草莓封装在1L带有气孔的保鲜盒内(PE材料)为一个样本，共设30个样本，把每个保鲜盒的气孔用保鲜膜密封后，4℃冰箱内贮存。每隔两天测定每个样本乙醇浓度和腐烂指数，测至15d(共测定6次，180个样本)，随机抽取每次所测样本的20个用于建模(共120个)，剩余10个用于验证(共60个)。
2、试验仪器
乙醇传感器(量程：0-100ppm，精度：＜±2％(F.S)，最小读数：0.01ppm)，LW203型电子天平(量程：0-500g，分辨率：0.01g)。
3、试验方法和步骤
1)传感器零点标定
草莓采摘当天，按要求包装，4℃贮藏2h后，将用保鲜膜封住的保鲜盒气孔打开，将乙醇传感器探头插入保鲜盒气孔，把此时测定的乙醇浓度标定为0ppm。操作过程无需将草莓从冰箱里拿出，提取完气味后把保鲜盒上的气孔重新封好。
2)气味采集
每隔两天用乙醇传感器测定每个样本乙醇浓度，及分别在草莓贮藏的第0天、第3天、第6天、第9天、第12天、第15天提取每个样本的气味信息。操作方法：打开封保鲜盒气孔的保鲜膜，将乙醇传感器探头插入保鲜盒气孔测定乙醇浓度，仪器会自动记录每次测量的最大值。试验参数如下：流速500mL/min，测定时间60s，洗气时间120s，取每次测量的最大值用于分析。操作过程无需将草莓从冰箱里拿出，提取完气味后把保鲜盒上的气孔重新封好。
3)腐烂指数测定
测定乙醇浓度的同时，统计每个样本的腐烂指数，以表面出现水渍状病斑作为腐烂的判别依据，计算公式如下：
腐烂指数＝∑(腐烂级别×该级果实数量)/(最高腐烂级别×总果实数量)×100％
式中，腐烂级别的划分为：按果实腐烂面积大小将果实划分为5级：0级为无腐烂；1级为腐烂面积小于果实面积的1/4；2级为腐烂面积占果实面积的1/4～1/3；3级为腐烂面积占果实面积的1/3～1/2；4级表示腐烂面积大于果实面积的1/2。
4)乙醇传感器响应信号处理
把草莓腐烂指数看做因变量，乙醇浓度看做自变量，利用SPSS18的曲线回归分析，选择95％的置信区间，建立了基于乙醇浓度预测草莓草莓腐烂指数的回归模型，如图1所示，该模型关系式为：
y＝-0.5502*x2+3.4768*x-0.3684
模型R2为0.9111，Sig.为0.000，说明所建模型具有统计学意义，可以用于预测草莓腐烂指数。将未知样品所检测到的挥发性乙醇浓度代替x带入上式，即可预测该样品的腐烂指数。
5)模型验证
为了验证模型的准确性，将剩余60个样本的乙醇浓度代替x带入上式，所得结果如图2所示，R2为0.9395，Sig.为0.000，RMSEP(预测均方根误差)为0.214，说明所建模型能很好的预测草莓的腐烂指数。
6)未知样品品质等级的判断
根据前期研究将草莓划分为五个品质等级，腐烂指数小于等于0，将未知样品划分为一级品；腐烂指数大于0小于等于3，划分为二级品(此时样品一般有1～2个果出现小斑点)；腐烂指数大于3小于等于5，划分为三级品(此时样品一般有2～3个果出现斑点)；腐烂指数大于5小于等于10，划分为四级品(此时样品有多个果出现斑点，或大或小，但仍可从样品中找出未腐败的果)；腐烂指数大于10，划分为腐败级(此时样品中出现腐烂严重的果实，及时有个别果完好，但也被感染了大量腐败菌)。
Claims (1)
1.一种基于乙醇传感器预测草莓品质等级的方法，其特征在于按照如下步骤进行：(一)待测草莓包装预处理；(二)乙醇传感器标定；(三)乙醇传感器提取待测草莓气味参数；(四)将气味参数带入基于乙醇浓度预测草莓腐烂指数的模型，得出待测草莓的腐烂指数；(五)判断未知样品的品质等级。
1)所述步骤一，其特征在于将草莓样品用带气孔的聚乙烯保鲜盒按照大于100g/L的质量体积比包装，将气孔用保鲜膜封住，4℃贮藏。
2)所述步骤二，其特征在于，草莓采摘当天，4℃冰箱贮减2h后，将用保鲜膜封住的保鲜盒气孔打开，将乙醇传感器探头插入保鲜盒气孔，把此时测定的乙醇浓度标定为0ppm。操作过程无需将草莓从冰箱里拿出，提取完气味后把保鲜盒上的气孔重新封好。
3)所述步骤三，其特征在于用校准好的乙醇传感器提取4℃贮藏条件(冰箱、冰柜或冷藏车)下未知样品的挥发性乙醇浓度，具体操作方法按步骤二进行。
4)所述步骤三，其特征在于待测草莓腐烂指数预测过程根据所建的基于乙醇浓度预测草莓腐烂指数的回归模型，该模型为：
y＝a*x2+b*x+c
其中，y为未知样品腐烂指数(％)，x为未知样品乙醇浓度(ppm)，a、b、c为系数。预测时，将未知样品的乙醇浓度带入x，即得出该样品预测的腐烂指数。
对于不同采收时期、不同品种的草莓，判别模型的系数可能有所不同，需通过实验确定，当样品为八成熟的“红颜”草莓时，公式系数为a＝0.5502、b＝3.4768、c＝-0.3684。
5)所述步骤五，其特征在于，根据腐烂指数划分未知草莓样品的品质等级。
腐烂指数＝∑(腐烂级别×该级果实数量)/(最高腐烂级别×总果实数量)×100％
式中，腐烂级别的划分为：按果实腐烂面积大小将果实划分为5级：0级为无腐烂；1级为腐烂面积小于果实面积的1/4；2级为腐烂面积占果实面积的1/4～1/3；3级为腐烂面积占果实面积的1/3～1/2；4级表示腐烂面积大于果实面积的1/2。腐烂指数小于等于0，将未知样品划分为一级品；腐烂指数大于0小于等于3，划分为二级品；腐烂指数大于3小于等于5，划分为三级品；腐烂指数大于5小于等于10，划分为四级品；腐烂指数大于10，划分为腐败级。
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