基于结构高光谱成像的猕猴桃早期损伤检测与机理验证研究

为解决猕猴桃采后易损伤且早期难以肉眼识别的问题，研究人员开发了结构高光谱成像（S-HSI）技术，通过分析不同损伤时期的理化参数与光谱响应关联性，实现了早期损伤100%准确分类，并揭示了S-HSI检测的物理化学机制，为水果无损检测提供了新方法。

　　

猕猴桃因其营养丰富而广受欢迎，但采后操作易导致机械损伤，早期损伤因表皮褐色难以肉眼识别，不仅影响消费者购买意愿，还会加速健康果实腐败，造成经济损失。传统高光谱成像（HSI）技术因光穿透深度有限和表皮干扰，检测精度不足。近年来，结构光照（SI）技术通过调制光空间频率控制穿透深度，可增强内部组织信息提取能力。南京某研究团队结合两者优势，开发了结构高光谱成像（S-HSI）系统，旨在解决猕猴桃早期损伤检测难题。

研究采用"Zespri"猕猴桃样本，通过主成分分析（PCA）聚类定义早期损伤阶段（0/2/4天），对比HSI与S-HSI的光谱差异。结果显示，S-HSI光谱在损伤第4天出现显著峰谷特征，其构建的人工神经网络（ANN）模型分类准确率达100%，较HSI提升19.16%。研究还发现S-HSI与理化参数（如硬度、可溶性固形物）相关性比HSI高27.15%，揭示了光谱响应与细胞损伤、酶活性变化的关联机制。

关键技术方法
研究使用自研S-HSI系统采集样本光谱数据，通过PCA聚类确定损伤程度分级标准，采用ANN等四种判别模型进行损伤分类，并测定硬度、可溶性固形物等理化参数，最后通过多变量相关性分析阐明检测机制。

研究结果

1. Kiwifruit samples collection
   选取360个无缺陷猕猴桃样本，分为健康组与损伤组，通过冲击实验模拟采后损伤，在26°C下存储观察不同时间点变化。

2. Changes in appearance and physicochemical parameters
   损伤初期（0-4天）外观无明显变化，但内部组织出现细胞壁破裂和酶活性升高，第6-8天表皮亮度显著下降，硬度降低23.5%，可溶性固形物上升34.2%。

3. Conclusion
   S-HSI通过增强的光谱对比度成功识别早期损伤，其检测精度显著优于传统HSI，且与理化指标变化高度相关，证实该技术可深度解析水果损伤的生理生化机制。

意义与展望
该研究首次将S-HSI应用于猕猴桃早期损伤检测，不仅提供了一种高精度无损检测方法，还通过光谱-理化关联分析阐明了机械损伤引发的代谢通路变化。成果发表于《Food Control》，为水果采后品质监控提供了新工具，未来可推广至其他表皮干扰严重的水果检测。研究受国家自然科学基金（32472432）和江苏省研究生创新计划（KYCX25_1796）支持。