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三維熒光光譜則是由激發(fā)波長(y 軸)—發(fā)射波長(x 軸)—熒光強度(z 軸) 三維坐標所表征的矩陣光譜（Excitation Emission Matrix Spectra，EEMs），光譜包含的光譜信息有激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、同步熒光光譜、線性同步熒光光譜、非線性同步熒光光譜等多種信息。三維熒光技術作為近年來興起的檢測技術，可以實現微量級甚至痕量級的定性及定量分析，并以其靈敏度高、特異性強而廣泛應用于眾多領域，如醫(yī)學、環(huán)境、化工、食品等領域。
河南科技大學食品與生物工程學院殷勇教授課題組從事食品、農產品品質無損智能檢測技術方面的研究工作，在本文中，課題組借助貯藏室氣氛的三維熒光信息，運用小波包分解方法選擇表征番茄品質變化的3D熒光光譜特征波長，嘗試根據特征波長確定番茄的腐敗基準，最后以特征波長作為不同貯藏日的光譜表征信息，并運用馬氏距離實現番茄腐敗的早期預警。結果表明，隨著貯藏時間的延長，對應馬氏距離變小，進而有效表征了番茄貯藏過程中的品質變化，并實現了腐敗預警。
結果分析
不同品種及產地番茄的品質存在差異，但番茄在貯藏期間通過呼吸作用交換到貯藏室氣氛中的物質（如醇、醛、酮類等揮發(fā)性物質）以及表面逸散到氣氛中的微生物與其品質變化往往是對應的。微生物和揮發(fā)性物質可產生熒光信息。
本文通過采集不同貯藏時間番茄貯藏室氣氛3D熒光光譜數據，經原始光譜數據去除瑞利散射、平滑和剔除無信息熒光背景區(qū)域處理，對每個激發(fā)波長對應發(fā)射光譜進行小波包分解，以最低頻段小波包能量占比進行特征激發(fā)波長初步篩選，再根據激發(fā)波長小波包能量變化優(yōu)選出15 個特征激發(fā)波長。然后，以尺度12 nm對特征激發(fā)波長下發(fā)射光譜進行波段劃分，在獲取波段小波包能量變化曲線峰值的前提下，選取5 個峰值波段中的發(fā)射波長作為特征發(fā)射波長。在此基礎上，根據不同貯藏日，運用特征激發(fā)波長對應能量值總和的變化與特征發(fā)射波長光譜表征能量值的聚類分析均可確定第5個貯藏日為番茄腐敗基準日。另外，根據腐敗基準前、后信息歐氏距離反選特征發(fā)射波長，進一步篩選出最優(yōu)波段對應發(fā)射波長作為終選特征發(fā)射波長。最后，將腐敗前各貯藏日與腐敗基準間的馬氏距離用于監(jiān)控貯藏過程中番茄品質變化及腐敗預警。
本文采用紫外增強型三維熒光光譜儀（光源為150 W紫外增強型連續(xù)氙燈，波長精準度為±1 nm，信噪比大于800∶1）由殷勇教授課題組實驗室自制，其激發(fā)光源、光譜儀等由卓立漢光儀器有限公司提供，并對系統(tǒng)搭建提供了必要的協(xié)助。
圖1 不同貯藏日特征激發(fā)波長-對應能量值的變化曲線
圖2 不同貯藏日特征激發(fā)波長下發(fā)射光譜波段對應的小波包能量變化曲線（劃分尺度12 nm）
圖3 不同貯藏日特征激發(fā)波長下發(fā)射光譜小波包分解最低頻段能量總和變化
圖4 不同貯藏日特征激發(fā)波長下發(fā)射光譜表征能量值的聚類分析
圖5 腐敗前各貯藏日與腐敗基準間的馬氏距離變化趨勢
文章信息
本文以“番茄貯藏氣氛3D熒光特征波長小波包選擇及腐敗預警方法” 為題，發(fā)表在食品科學期刊，河南科技大學李建盟同學為第一作者，殷勇教授為通訊作者。
產品信息
北京卓立漢光儀器有限公司自主研制開發(fā)的 “SmartFluo-Pro” 三維熒光光譜儀光學系統(tǒng)優(yōu)化設計，并采用攝譜儀作為數據采集裝置，具備了很高數據采集速度，相對于傳統(tǒng)設備，大部分樣品僅需幾分鐘內完成檢測；系統(tǒng)具備高系統(tǒng)重復性和穩(wěn)定性，可連續(xù)工作兩個月以上，滿足現場檢測的需求；系統(tǒng)具備高靈敏度，檢測項( 羅丹明6G) 達到0.1μg/L 以上，滿足部分痕量檢測需求。SmartFluo-Pro 三維熒光光譜儀可以實現寬光譜探測范圍和極速的三維熒光光譜掃描，可應用于物理、化學、生物學、醫(yī)學、環(huán)境學等各種科研及工業(yè)應用的熒光測量要求。
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