《Journal of Agriculture and Food Research》：A novel non-destructive framework for monitoring physiological integrity in persimmons using cold plasma and hyperspectral reflectance
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本研究评估了介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）冷等离子体（CP）处理（10、20及30分钟）对整果柿子在6?°C条件下贮藏60天期间生理特性的影响，同时结合高光谱成像（Hyperspectral Imaging,
本研究评估了介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）冷等离子体（CP）处理（10、20及30分钟）对整果柿子在6?°C条件下贮藏60天期间生理特性的影响，同时结合高光谱成像（Hyperspectral Imaging, HSI）进行非破坏性品质评价。结果表明，所有样品的硬度均随贮藏时间显著下降，且冷等离子体处理组与对照组之间无显著差异。相比之下，冷等离子体处理将电解质渗漏（Electrolyte Leakage, EL）降低约10%，表明其有效提高了细胞膜稳定性。维生素C含量在处理后15天显著增加，但在贮藏后期逐渐下降，至第60天时各处理间趋于一致。总可溶性固形物（Total Soluble Solids, TSS）从贮藏初期的23～24.2 °Brix上升至第60天的26～27.4 °Brix，其中等离子体处理组略高于对照组。高光谱成像（400～1000?nm）结合偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression, PLSR）与重构独立成分分析（Reconstruction Independent Component Analysis, RICA）确定了10个关键波长用于预测生理响应。回归模型对硬度和EL的预测准确性较高（R2?>?0.83），对TSS的预测准确性中等（R2?=?0.68）。在各项处理中，10分钟暴露组（P10）表现出最高的光谱反射率（AUC）及最低的EL值，显示其在维持品质属性方面的优越性。该研究验证了冷等离子体技术与高光谱成像的协同作用，提出了一种可全球推广的实时品质评价策略，有助于改善果实保鲜效果并减少食物浪费。
研究背景与意义
全球人口增长带来粮食安全和环境负担的双重挑战，采后损失约占人类消费食品总量的三分之一。柿子（Diospyros kakiL.）年产量超过400万吨，但因季节性集中上市和呼吸跃变型成熟特性，采后极易腐烂，导致每年5%～20%的产量被废弃，造成巨大的经济与环境损失。传统冷藏技术虽能延缓成熟，却易导致软化、褐变，限制货架期与远距离运输。化学保鲜剂因健康和环境风险受到限制，物理方法如气调包装、脉冲光、辐照及涂膜等虽有一定效果，但仍需更高效、绿色的替代技术。冷大气等离子体（Cold Plasma, CP）是一种非热物理处理技术，能通过活性氧氮物种（Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS）实现表面杀菌和酶失活，并具有诱导植物抗逆反应的潜力。高光谱成像（Hyperspectral Imaging, HSI）可在不破坏样品的前提下获取空间与光谱信息，广泛用于果实品质检测。然而，将CP与HSI结合并采用先进特征提取算法用于果实采后品质监测的研究尚属空白。该研究首次将介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge, DBD）冷等离子体处理与重构独立成分分析（Reconstruction Independent Component Analysis, RICA）增强的高光谱成像相结合，为采后管理提供了一种可持续的新型技术框架。研究成果发表于《Journal of Agriculture and Food Research》。
关键技术方法
研究人员选取伊朗法尔斯省产柿子，剔除瑕疵果并清洗，置于6?°C、相对湿度85%的黑暗环境中贮藏。采用DBD系统产生均匀冷等离子体，分别以10、20、30分钟处理整果，并以未处理组为对照。生理指标测定包括硬度（数字穿刺仪）、电解质渗漏（电导率法）、总可溶性固形物（折射仪）、维生素C（分光光度法）。高光谱成像系统在400～1000?nm范围采集光谱反射数据，结合PLSR与RICA筛选关键波长，并构建多项式回归模型预测品质参数。实验设计为完全随机裂区试验，主因子为CP处理时间，副因子为贮藏时间，统计分析采用SPSS软件。
研究结果
3.1 等离子体处理对生理特性的影响
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硬度：所有样品硬度随贮藏显著下降，CP处理对其影响有限，这可能与等离子体仅作用于果实表面、难以渗透至细胞壁降解酶活性部位有关。
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电解质渗漏（EL）：对照组EL最高，CP处理显著降低EL，表明膜稳定性增强，尤其在贮藏前30天效果明显。
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维生素C：处理后初期维生素C升高，可能源于抗氧化途径激活，随后逐步下降，至第60天时各处理差异消失。
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总可溶性固形物（TSS）：贮藏期内TSS总体上升，长期CP处理在贮藏末期略提高糖分积累，可能与RONS诱导的糖代谢变化有关。
3.2 贮藏期间的光谱反射特性
光谱反射率在640?nm附近最高，450～530?nm最低，800～850?nm亦较高。水分含量显著影响反射率，半果样品因切面湿度高导致光谱不稳定。全果样品中，P10处理的光谱反射率（AUC）多数时间点最高，表明该处理在维持生化与生理特性方面最优。
3.3 关键波长与建模结果
PLSR-RICA筛选出480、502、560、620、640、680、700、740、800及900?nm为关键波长。相关性分析显示，硬度和EL与多个波长显著相关，TSS和维生素C则主要与短波段相关。基于这些波长建立的二次回归模型对硬度和EL的预测R2?>?0.83，对TSS的R2?=?0.68，验证了HSI在非破坏性品质监测中的有效性。
讨论与结论
冷等离子体处理对硬度影响较小，但显著改善细胞膜稳定性，延缓电解质渗漏。维生素C呈先升后降趋势，TSS略有增加，尤其在处理时间较长时更为明显。高光谱成像结合RICA成功提取反映品质变化的关键波长，P10处理在光谱反射率和生理指标上表现最佳。研究指出，单一品种和未深入感官评价是当前局限，未来应扩展至更多水果种类并结合感官与营养品质分析。整体而言，CP与HSI的融合为采后品质实时监控提供了可行路径，有望推动绿色保鲜技术的工业化应用。
