在(zai)葡萄(tao)栽培與(yu)釀(niang)酒工業中，可溶(rong)性固形物總含量（Total Soluble Solids, TSS）是衡量果實成熟度和品(pin)質(zhi)的(de)關(guan)鍵(jian)指標。不同品(pin)種(zhong)的(de)葡萄(tao)因其(qi)遺傳特性和生長(chang)環境的(de)差異，其(qi)TSS含量存在(zai)顯(xian)著(zhu)變(bian)化。準確估算各品(pin)種(zhong)葡萄(tao)的(de)TSS含量，對于預測酒的(de)品(pin)質(zhi)、調整釀(niang)造工藝以(yi)及確定最佳采收時機均具有重(zhong)要意義。
那(nei)么(me)，如何能(neng)夠準確估算葡萄的TSS含量(liang)呢？跟隨小編(bian)，一(yi)起來看看下(xia)面這篇論文給出(chu)了(le)怎樣(yang)的答(da)案。
摘要 ·?ABSTRACT
可(ke)溶性固(gu)形(xing)物總(zong)含(han)(han)量(liang)（TSS）是(shi)決定葡(pu)萄(tao)(tao)最(zui)佳(jia)成熟度的關(guan)鍵變(bian)量(liang)之一(yi)。在這項(xiang)工作中，基(ji)于漫(man)(man)反射光譜測(ce)量(liang)，開發了(le)偏最(zui)小二乘(cheng)（PLS）回(hui)歸(gui)(gui)模(mo)(mo)型，用(yong)于估(gu)算(suan)Godello、Verdejo（白(bai)葡(pu)萄(tao)(tao)）、Mencía 和(he)Tempranillo（紅(hong)(hong)葡(pu)萄(tao)(tao)）等葡(pu)萄(tao)(tao)品種(zhong)(zhong)的TSS含(han)(han)量(liang)。為了(le)確(que)定TSS預(yu)測(ce)的最(zui)適合光譜范(fan)(fan)圍(wei)，對四(si)個數(shu)據集進行了(le)回(hui)歸(gui)(gui)模(mo)(mo)型的校準(zhun)，其中包括(kuo)(kuo)以下光譜范(fan)(fan)圍(wei)：400–700 nm（可(ke)見光）、701–1000 nm（近紅(hong)(hong)外(wai)）、1001–2500 nm（短波紅(hong)(hong)外(wai)）和(he)400–2500 nm（全(quan)光譜范(fan)(fan)圍(wei)）。我(wo)們還測(ce)試了(le)標準(zhun)正態(tai)變(bian)量(liang)變(bian)換技術。使(shi)用(yong)留(liu)一(yi)交叉(cha)驗證(zheng)評估(gu)了(le)回(hui)歸(gui)(gui)模(mo)(mo)型，評估(gu)指標包括(kuo)(kuo)均方根誤差(cha)（RMSE）、決定系數(shu)（R2）、性能(neng)與偏差(cha)比（RPD）和(he)因(yin)子(zi)數(shu)（F）。紅(hong)(hong)葡(pu)萄(tao)(tao)品種(zhong)(zhong)的回(hui)歸(gui)(gui)模(mo)(mo)型通常比白(bai)葡(pu)萄(tao)(tao)品種(zhong)(zhong)的模(mo)(mo)型更(geng)準(zhun)確(que)。最(zui)佳(jia)的回(hui)歸(gui)(gui)模(mo)(mo)型是(shi)針對Mencía（紅(hong)(hong)葡(pu)萄(tao)(tao)）得(de)到(dao)的：R2 = 0.72，RMSE = 0.55 °Brix，RPD = 1.87，因(yin)子(zi)數(shu) n = 7。對于白(bai)葡(pu)萄(tao)(tao)，Godello取得(de)了(le)最(zui)佳(jia)結果(guo)：R2 = 0.75，RMSE = 0.98 °Brix，RPD = 1.97，因(yin)子(zi)數(shu) n = 7。所使(shi)用(yong)的方法和(he)得(de)到(dao)的結果(guo)表明，可(ke)以使(shi)用(yong)漫(man)(man)反射光譜和(he)將(jiang)反射值用(yong)作預(yu)測(ce)變(bian)量(liang)的回(hui)歸(gui)(gui)模(mo)(mo)型來估(gu)算(suan)葡(pu)萄(tao)(tao)中的TSS含(han)(han)量(liang)。
結(jie)果 ·?RESULT
葡萄的反射率是使用ASD FieldSpec 4 地物(wu)光譜儀進行測量，該(gai)儀器可檢測350–2500 nm光譜(pu)范圍內的反射率。葡萄樣品(pin)（每(mei)個(ge)葡萄品(pin)種60個(ge)樣品(pin)，每(mei)個(ge)樣品(pin)有100顆漿(jiang)果(guo)）散布在黑色容器芯中（17 × 17 cm）。從4個(ge)不同(tong)的數據(ju)中獲取了100顆漿(jiang)果(guo)的反射數據(ju)（在每(mei)次測量之前將樣品(pin)順時針旋轉90°）。然后對反射數據(ju)進行預處理(li)，得到4次數據(ju)的平均值。
圖1. 利用ASD地物光譜儀獲取光譜數據的流程
圖(tu)(tu)2展示了四(si)種(zhong)葡(pu)萄(tao)品種(zhong)的(de)(de)平均反(fan)射值范(fan)(fan)圍以(yi)及原(yuan)始數據（圖(tu)(tu)2a）和(he)SNV轉(zhuan)換數據（圖(tu)(tu)2b）的(de)(de)TSS反(fan)射值。在(zai)圖(tu)(tu)2a中，紅葡(pu)萄(tao)品種(zhong)（Mencía和(he)Tempranillo）具有非常(chang)相似的(de)(de)光(guang)(guang)譜特(te)征(zheng)(zheng)。雖然在(zai)可(ke)見(jian)光(guang)(guang)范(fan)(fan)圍內的(de)(de)反(fan)射值相似，但從(cong)(cong)波(bo)(bo)長675 nm處可(ke)以(yi)看出一些差(cha)異，最(zui)(zui)大和(he)最(zui)(zui)小反(fan)射值分別約為895 nm和(he)1080 nm，以(yi)及675 nm和(he)960 nm。白葡(pu)萄(tao)（Godello和(he)Verdejo）的(de)(de)光(guang)(guang)譜特(te)征(zheng)(zheng)與紅葡(pu)萄(tao)不同，但彼此非常(chang)相似。Godello和(he)Verdejo在(zai)可(ke)見(jian)光(guang)(guang)-近紅外范(fan)(fan)圍的(de)(de)570 nm、830 nm和(he)890 nm處具有最(zui)(zui)高的(de)(de)反(fan)射值。在(zai)這個范(fan)(fan)圍內，反(fan)射值呈現(xian)輕微差(cha)異，盡管它們具有相同的(de)(de)光(guang)(guang)譜特(te)征(zheng)(zheng)。從(cong)(cong)波(bo)(bo)長1160 nm開始，四(si)種(zhong)葡(pu)萄(tao)品種(zhong)的(de)(de)反(fan)射值是相同的(de)(de)。
圖2 四種葡萄品種（Mencía、Godello、Tempranillo和Verdejo）采樣漿果的平均光譜范圍圖3 Godello、Mencía、Tempranillo和Verdejo葡萄品種在使用原始數據（實線）和SNV轉換數據（虛線）進行PLS回歸時加權回歸系數在全光譜范圍內的分布。對四個品種的釀酒特性進行了交叉驗證。黑線表示零相關性，并為了清晰呈現而偏移了3.0單位圖4 利用原始光譜反射數據進行每個波長的簡單線性相關性葡萄糖度（TSS）相關圖。圖5 利用原始（a–d）和SNV轉換（e–h）反射數據進行的偏最小二乘回歸（PLS）的均方根誤差（RMSE）值。所有圖應用相同的顏色刻度（請參閱右側圖例）。
結論 ·?CONCLUSION
采(cai)用漫反(fan)射光譜(pu)測量(liang)方法，利用偏最(zui)小二乘（PLS）回歸模(mo)型(xing)估計了(le)四種葡萄品種（Godello、Verdejo、Mencía和Tempranillo）的總(zong)可溶性(xing)固形物（TSS）含(han)量(liang)。基(ji)于所獲得的結果(guo)，紅葡萄品種的TSS含(han)量(liang)估算(suan)最(zui)佳，特(te)別是(shi)Mencía。
用于TSS預(yu)測的(de)(de)(de)最(zui)適(shi)宜光(guang)譜(pu)范(fan)圍是(shi)近(jin)紅外(wai)（NIR）范(fan)圍（701–1000 nm）。在此光(guang)譜(pu)范(fan)圍內(nei)獲得了(le)最(zui)高的(de)(de)(de)R2和RPD值(zhi)，以及最(zui)低(di)的(de)(de)(de)RMSE和F值(zhi)。在所(suo)有光(guang)譜(pu)范(fan)圍內(nei)，對數(shu)據進(jin)行SNV轉換(huan)進(jin)一步改善了(le)模型的(de)(de)(de)評(ping)估指標結果。
用于(yu)估(gu)算TSS的(de)最(zui)佳(jia)變量(liang)（圖5）分別位于(yu)860 nm處(chu)，波(bo)長(chang)201 nm的(de)Godello；883 nm處(chu)，波(bo)長(chang)232 nm的(de)Mencía；916 nm處(chu)，波(bo)長(chang)230 nm的(de)Tempranillo；以(yi)及1055 nm處(chu)，波(bo)長(chang)230 nm的(de)Verdejo。這些最(zui)佳(jia)點呈現出最(zui)低的(de)RMSE值。
研究表明，通過光譜(pu)測量(liang)的反(fan)射值(zhi)，可以迅速、非侵入(ru)性地(di)進(jin)行現場測量(liang)，從(cong)而估算TSS含量(liang)。
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