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新鲜蔬菜中含有丰富的营养物质，是人们日常饮食中不可或缺的一部分，以生菜为例，其中富含甘露醇等对人体有益的成分，常食用具有镇痛催眠、促进血液循环等功效。但蔬菜属于易腐农产品，采摘后蔬菜随着贮藏时间延长，受到气体、湿度、温度、微生物以及机械伤害的影响，内部会发生生理变化。细胞中的叶绿素被分解，叶片逐渐发黄、衰老劣变；叶片进行蒸腾作用失水，致使组织细胞萎蔫，失去新鲜饱满状态和脆嫩的品质，导致食用价值降低造成经济损失。因此，实现蔬菜新鲜度的准确实时检测，对预防贮运过程蔬菜品质劣变具有重要意义。
吉林农业大学信息技术学院的李陈孝、任 圆、徐艳蕾*等设计了一种新型的自由空间微波反射测定系统，并非消除空间波的叠加，而是建立一种基于空间行驻波参数的蔬菜含水率及贮藏时间预测方法。以生菜、油麦菜为研究对象，分析蔬菜在室温贮藏过程中，微波自由空间行驻波的驻波比及波腹点坐标的变化，通过多元线性回归分析建立反演方程，实现蔬菜含水率及贮藏时间的准确、实时、无损检测。此方法只需单一的微波测定天线探头，适用于食品贮运、蔬菜商超、智能家电等行业领域的蔬菜品质检测。
1、贮藏过程中蔬菜外观及含水率的变化
蔬菜外观变化
以生菜为例，如图5所示，第1～2天生菜颜色鲜绿、形态良好、质地饱满，第3～4天颜色较绿、形态较好、开始出现软化和微黄现象，第5～6天无光泽、叶边卷曲、严重软化和发黄，出现局部腐烂情况。
蔬菜含水率的变化
对新鲜生菜、油麦菜进行连续6 d实验，最终生菜含水率变化范围为86.89%～93.46%、油麦菜含水率变化范围为82.71%～92.47%，共获得207 组数据。如图6所示，在含水率测定范围内，含水率与贮藏时间呈明显负相关。第1～3天蔬菜含水率下降趋势较缓慢，第4～6天蔬菜水分散失速度加快、含水率变化曲线下降明显。由此可知贮藏时间对蔬菜水分的散失速率有显著影响。
2、蔬菜含水率对行驻波驻波比及波腹点坐标的影响分析
如图7所示，为含水率89%的生菜样品及含水率89.52%的生菜样品的行驻波电场。Vmax1、Vmax2为不同含水率样本波腹点电压最大值，电压最大值随含水率降低而减小。Vmin1、Vmin2为不同含水率样本获取的电压最小值，电压最小值随含水率降低而增大。Sc=Vmax/Vmin，Ym为最大电压Vmax对应的天线坐标。随着含水率的增加，空间行驻波产生明显的相位后移，说明微波在样品中的穿透深度与含水率直接相关。
如图8所示，含水率测定区间在86.89%～93.46%内，Sc与Ym随着含水率的增大而增大。Sc和Ym与蔬菜含水率在数值上单值对应，均为正相关。数据的拟合分析在Origin 2018中实现，含水率与驻波比的线性拟合方程为M＝0.130Sc-10.259，拟合优度R2为0.937。含水率与波腹点坐标的线性拟合方程为M＝1.578Ym-127.486，拟合优度R2为0.977。
3、蔬菜贮藏时间对空间行驻波的影响分析
如图9所示，黑色虚线部分为不同贮藏时间下形成的空间行驻波投影。在实验进行的6 d内，随着贮藏时间的延长，行驻波的幅值明显减小，同时波腹点坐标逐渐左移。
如图10所示，以油麦菜为例，贮藏时间与Sc和Ym具有良好的线性关系，Sc与Ym随着贮藏时间的延长而减小，均为负相关。贮藏时间与驻波比的线性拟合方程为T＝-0.118Sc＋2.241，拟合优度R2为0.942。贮藏时间与波腹点坐标的线性拟合方程为T＝-0.365Ym＋11.507，拟合优度R2为0.922。
4、多元关系与误差分析
基于以上分析，蔬菜驻波比和波腹点坐标随含水率及贮藏时间变化趋势一致。因此，可以通过建立双参数方程进一步确定蔬菜含水率和贮藏时间。蔬菜样本的三维变化关系如图11所示。
在此基础上，建立包含Sc和Ym的多元方程，Sc和Ym均随含水率M和贮藏时间T线性变化。因此假设校准方程如下：
式中：a、b、c、d、e、f均为方程系数。
通过对实验数据进行统计分析，确定校准系数，得到校准方程。预测模型以函数拟合优度（R2）、均方根误差（RMSE）作为评价标准，其中R2越接近1，RMSE越小，模型精度越高。统计结果见表1、2。对于生菜和油麦菜，含水率和贮藏时间预测方程拟合优度均大于0.95。
测定精度是表示系统预测性能的重要特征参数之一，本研究利用独立测定未参与建模的69 组数据作为验证集，以进一步评估方程性能。预测标准误差（SEP）按式（13）计算：
式中：N为样本数量；Δmi为第i个样本预测值和由标准方法确定的值之间的差值，。
计算结果表明， 校准 方程（11）、 （12）预测生菜、油麦菜含水率的SEP值分别为0.310%和0.641%，预测生菜、油麦菜贮藏时间的SEP值分别为0.173 d和0.285 d。 含水率、贮藏时间预测值与真实值曲线如图12所示。 该模型预测精度较高，具有良好的稳定性和重 复性。 基于以上分析，确定方程（11）、（12）为最终蔬菜新鲜度预测方程，可实现蔬菜新鲜度快速无损检测。
结论
结果表明：对于含水率为86.89%～93.46%、82.71%～92.47%，贮藏时间0～6 d内的生菜、油麦菜，含水率预测模型的拟合优度为0.979和0.959，RMSE为0.310%和0.595%，SEP为0.310%和0.641%；贮藏时间预测模型的拟合优度为0.992和0.951，RMSE为0.158 d和0.353 d，SEP为0.173 d和0.285 d。模型预测精度较高。
1.
通信作者简介
徐艳蕾，女，1979年10月出生，中共党员，博士生导师。吉林农业大学信息技术学院教授，电子信息专业学科带头人。近年来主要从事数字图像处理，机器学习及农业信息化智能化方面的研究工作。国家自然科学基金项目会评专家，教育部学位中心通讯评议专家，长春市农业信息化理事、中国农机学会青年委员。主持多项国家及省级科研项目，在国内外重要学术刊物上发表学术论文40余篇。
2.
第一作者简介
李陈孝，男，1987年3月出生，中共党员，博士，讲师，硕士生导师。现任吉林农业大学信息技术学院院长助理、电子系党支部书记。主要研究方向为微波无损检测技术在农业领域的应用，主持或参与国家级省部级科研项目5项，以第一作者或通讯作者发表SCI、EI高水平研究论文10余篇，授权国家发明专利4项、实用新型专利2项；指导学生竞赛获国家级省部级奖项5项。
本文《基于微波空间反射法的蔬菜含水率及贮藏时间无损检测》来源于《食品科学》2023年44卷4期265-271页，作者：李陈孝，任圆，赵晨宇，何贤，于小庭，徐艳蕾。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20220329-354。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
图片来源于文章原文及摄图网。
为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展方向，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业发展快速踏入新里程。
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124
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