激光技术助力测量软果成熟

在农业生产中，果农可以通过一些机械方法测量水果的硬度，间接得知水果的成熟度。但是，这样的测量方法并不适用于软质水果。现在，日本芝浦工业大学的科学家已经开发出了一种新型软果成熟度的识别装置，它是通过激光诱导等离子体产生的冲击波来测量水果硬度，因此是一种非接触式、非破坏性的水果成熟度识别方法，特别适用于芒果等软质水果的收获采摘。

对于从事水果种植工作的人来说，及时采摘非常重要，因为这样做既可以保证水果的品质最佳又可以避免浪费，有助于达到产值的最大化。针对水果成熟度的检测，目前已经开发了许多评估技术方法，每种技术依据适用果品的不同都各有优缺点。

尽管已有生化和光学的成熟度测量方法，但是机械方法仍然是现在最为广泛的检测方法。这些方法是通过测量水果的硬度，间接评估其成熟度。从原理上讲，就是通过一些器械比如锤子、摆锤或扬声器对水果施加机械能，再观测水果表面产生的振动，对其硬度进行量化。但是，这样的机械方法显然不适用于软果，因此较软的水果很容易被接触式的测量装置破坏。

芝浦工业大学的科学家在《食品》期刊上发表的论文中，阐述了一种新型的利用激光诱导等离子体（LIP）来测量软果硬度的方法，从而解决了软果成熟度识别的难题。这项工作是先前的利用等离子体量化硬质水果硬度的后续研究。

等离子体是类似于气态的物质状态，只是其中大多数粒子都带有电荷。将高强度的激光束聚焦于很小的体积范围内，就能在空气中诱导产生这种高能态。由于此时产生的等离子体“气泡”是不稳定的，它会迅速膨胀，以超声波速度发出冲击波。

芝浦工业大学的Naoki Hosoya教授及其同事组成的研究小组正是利用这一原理，成功通过等离子体冲击波在苹果表面激发一种名为0S2的振动模式。因为是研究球形表面上的振动模式，这种振动模式也被形象得称为“足球振动模式”。之后，研究小组验证了0S2振动模式的频率是与水果硬度相关的。

然而，软质水果的表面不会表现出0S2振动模式，因此科学家不得不研究用瑞利波（Rayleigh waves）取代0S2振动模式。瑞利波只发生在物体表面，而不深入其内部。科学家使用肯特芒果，LIP的发生装置，以及商用的激光测振仪，证实了瑞利波的传播速度与芒果的硬度直接相关。由于瑞利波的传播速度会随着芒果存储时间的增加而显着降低，因此可以作为评估芒果成熟度的可靠方法。

随着研究的不断深入，科学家还找到了测量芒果成熟度的最佳区域。芒果以及与之类似的软质水果，其内部通常都有大颗的果核，这不利于振动波速度的测量。Hosoy教授解释说：“我们的实验结果表明，沿着芒果‘赤道’比沿着‘子午线’方向的瑞利波，能更为准确地评估其硬度。”实验还表明，水果果肉中的空洞或腐烂会极大影响测量结果。因此，Hosoya教授补充道，他们将继续深入研究，以找到用这种新型方法测量芒果硬度的最佳区域。

简而言之，芝浦工业大学的研究团队设计了一种新型的、用以评估软质水果成熟度的方法。Hosoya教授指出：“我们提出的方法，适用于芒果以及与之类似的软质水果的非接触式、非破坏性硬度测量。因为这样的软质水果表面不会表现出0S2振动模式，也不能用传统的机械接触方式测量其硬度。”希望这种新型的水果成熟度评估方法能够得到进一步完善，使之更加可靠易行。有朝一日，这种方法得以推广，及时采摘将不再难，果品新鲜也会更有保障。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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