損傷對獼猴桃果實電特性的影響

唐 燕，杜光源，張繼澍,*

(1.西北農林科技大學生命科學學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學理學院，陜西 楊凌 712100)

損傷對獼猴桃果實電特性的影響

唐 燕1，杜光源2，張繼澍1,*

(1.西北農林科技大學生命科學學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學理學院，陜西 楊凌 712100)

以獼猴桃品種“海沃德”果實為材料，采后果實經50cm高處自由落體碰傷處理，利用日置智能LCR測試儀測定了果實的6個電參數(復阻抗Z、并聯等效電容Cp、并聯等效電感Lp、損耗系數D、電導G、阻抗相角θ)在6個電場頻率(100、158、251、398、631kHz和1MHz)條件下的變化，以及隨著貯藏時間的延長各電參數的變化。結果表明：在(25±1)℃條件下，隨著電激頻率的增加，無論損傷果還是對照果，Z、Lp均呈逐漸減小的變化趨勢，Cp、G呈逐漸增加的變化趨勢，D呈現先上升后下降的變化趨勢，θ呈現先下降后上升的變化趨勢。損傷果采后Z在6個電激頻率條件下都顯著低于對照果，所以Z可作為區分其損傷與否的敏感電參數。在100kHz和251kHz兩個電激頻率條件下，損傷果采后D值顯著高于對照果，所以在這兩個特征頻率條件下D可作為區分“海沃德”獼猴桃果實損傷與否的敏感電參數。

獼猴桃；損傷；電特性；敏感電參數

目前果蔬品種的分選識別基本上是基于計算機視覺的圖像處理法，該方法費用較高。同計算機視覺方法相比，電特性檢測法具有快速、投資費用低、易于實現在線測定的特點。國外從20世紀60年代開始，國內從20世紀90年代開始對果品電學特性進行了研究。在果品的電特性研究方面取得了一定的成果[1-3]。關于果品的成熟度和新鮮度對電特性影響的研究較多[4-8]。而關于果品損傷對電特性影響的研究較少。張立彬等[9]對秦冠蘋果的電特性研究發現，在33～100kHz頻率范圍內，有腐爛或損傷的蘋果的相對介電常數比完好的要大。郭文川等[10]研究了撞擊和靜壓損傷對富士蘋果的電參數影響，結果發現，兩種損傷處理都會影響果實的電參數。國外目前尚未見到機械損傷對獼猴桃電學特性影響的研究報道。而且對于獼猴桃果實衰老過程中的參數動態變化規律尚缺乏足夠了解。本實驗選用“海沃德”獼猴桃果實為材料，進行50cm高度自由落下碰傷處理，測定采后貯藏階段果實在(100、158、251、398、631kHz和1MHz)6個電場頻率條件下6個電學參數(復阻抗Z、并聯等效電容Cp、并聯等效電感Lp、損耗系數D、電導G、阻抗相角θ)的變化，探討利用正常果和碰傷果電參數的變化差異區分損傷果的可能性，為利用果實電特性實現損傷果的分選提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

材料為“海沃德”(Actinidia deliciosa cv. Hayward)獼猴桃。2008年10月2日采自陜西省楊凌農業高新技術示范區管理良好的果園，在生理成熟期采收，選取大小均勻，無病害的健康果實進行實驗。

損傷處理是將獼猴桃果實置于50cm的高度處，使其自由跌落至水泥地面(損傷不至于出現裂果)。以不經跌落的果實作為對照組。經處理的果實與對照組一起貯存于室溫(25±1)℃條件下。

1.2 測試系統組成

果實電學參數的測試系統由日本日置3532-50LCR測試儀和計算機組成，測試儀的可測試頻率范圍為42Hz～5MHz，實測電激頻率為100、158、251、398、631kHz和1MHz。在線自動測量各電學參數。測試探頭采用9140-4型終端探頭，電極采用銅制正方形平行平板電極，上下極板邊長均為6cm，極板間距可調。電壓為1V的正弦波，極板夾持力為0.5N。電學參數的測試系統如圖1所示。

圖1 電學參數的測試系統Fig.1 Schematic diagram of a test system for electrical parameters

1.3 測試電路原理

分析果實電學特性時，可根據果實的組織結構和生理電學特征，建立LCR串聯、并聯等效電路模型。水果介電特性參數的無損檢測的原理就是基于等效電路模型來實現的。在給定的測量頻率下，將被檢測水果置于電極之間作為電容器的內部介質，正弦波發生器輸出的驅動電流I流過被檢測水果作為介質的電容器構成電路后，經過代數運算，儀器可輸出Z、Cp、Lp、G、D、θ等參數。各電參數的換算公式如下：

式中虛數單位用j表示。

Cp=B/ω，B=X/R2+X2，ω=2πf

式中：ω為角頻率；f為電場頻率。

Lp=1/ωB，D=R/X=tanδ，G=R/R2+X2，θ=tan-1(X/R)。

1.4 電學指標的測定

測試前對每個果實都用記號筆做標記，以便于辨認。每次測定隨機選處理和對照果各15個果實，每個果實重復測定3次。用日置3532-50型LCR對果實的電參數進行測定，每個果實測定時儀器設定的參數完全一致，并保證測試環境溫度恒定，以減少實驗誤差。每2d測定果實復阻抗Z、并聯等效電容Cp、并聯等效電感Lp、損耗系數D、電導G、阻抗相角θ的變化。連續測定至第10天。此時損傷果已完全軟化，失去食用價值。對照果硬度在4.8kg/cm2左右。

1.5 品質指標和丙二醛含量的測定

電參數測試結束的果實進行品質指標和丙二醛含量的測定。果實品質指標(硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量)的測定參照馬書尚[11]的方法，丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[12]。

1.6 實驗數據處理

實驗數據采用SPSS統計軟件處理，t檢驗法(α=0.05)對相關指標進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后復阻抗的影響

Z是指由電阻、電容和電感組成的生物體等效復合電路中電阻與電抗的總和。從圖2可以看出，無論是對照果實還是損傷果實的Z值都隨著頻率的增加呈現下降的變化趨勢。這是由細胞組織的不均勻引起的。細胞膜的電阻和電容量很大，使得在低頻情況下電流只在細胞外液流過，因此，電阻非常大；隨著頻率增高，細胞膜和細胞壁間的電容量增大，細胞內液中也有電流流過，使電阻明顯減小。

隨著貯藏時間的延長，各頻率下對照果的Z值變化趨勢較一致，呈現下降的變化趨勢。其中在251、631kHz、1MHz條件下，對照果Z值呈線性下降(達到顯著水平) 趨勢，其分別為0.966、0.906、0.960。損傷果在6個頻率條件下Z值隨貯藏時間延長總體也呈現下降的變化趨勢，在各頻率間Z值的變化幅度較大，都能較好的區分開。

在同一頻率條件下，從處理后2d開始，損傷果的Z值都顯著低于對照果(P＜0.05)。在各頻率條件下，無論對照果還是損傷果之間的Z值差異都達到顯著水平(P＜0.05)。

圖2 貯藏期間獼猴桃果實復阻抗的變化曲線Fig.2 Change curves of complex impedance (Z) in kiwifruits at various frequencies during storage

2.2 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后并聯等效電容的影響

圖3 貯藏期間獼猴桃果實電容的變化曲線Fig.3 Change curves of parallel equivalent capacitance (Cp) in kiwifruits at various frequencies during storage

如圖3所示，對照果和損傷果的Cp值隨著頻率的增加呈現增大的變化趨勢，并且對照果和損傷果在各頻率間的Cp值變化幅度不大，在各頻率間果實Cp值并不像Z值那樣能很好的區分。如在100kHz和158kHz之間無論是對照果之間、損傷果之間還是對照果與損傷果之間差異都未達到顯著水平(P＞0.05)。

隨著貯藏時間的延長，各頻率條件下對照果的Cp值變化趨勢并不完全一致，其中對照果在158、251kHz條件下的變化趨勢一致，在398、631kHz、1MHz條件下的變化趨勢相似。不論對照果還是損傷果，果實貯藏到10d時，其Cp值和初始值相比都有顯著的上升(P ＜0.05)。

在100kHz條件下，損傷果的Cp值和對照果之間差異不顯著(P＞0.05)。在其余頻率條件下，損傷果在貯藏的2～6d都顯著低于對照果(P＜0.05)，之后差異不顯著(P＞0.05)。

2.3 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后并聯等效電感的影響

圖4 貯藏期間獼猴桃果實電感的變化曲線Fig.4 Change curves of parallel equivalent inductance (Lp) in kiwifruits at various frequencies during storage

由圖4可見，無論是損傷果還是對照果，不同貯藏時間果實的Lp值變化規律與Z值變化相似，隨頻率增加而呈下降趨勢。在各頻率間Lp值的變化幅度較大，都能較好的區分開。

隨著貯藏時間的延長，各頻率條件下對照果的Cp值變化趨勢基本呈線性下降，損傷果的變化趨勢和對照果變化趨勢不一致。無論是對照果還是處理果，貯藏10d時的Lp值和起始值相比，都有顯著下降(P＜0.05)。

除了100kHz頻率時，其他頻率時損傷果的Lp值幾乎都高于對照果。其中在398kHz和631kHz頻率時，處理果Lp值在貯藏4d和6d顯著高于對照果(P＜0.05)。

2.4 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后電導的影響

電導指導電能力，對于某一種導體而言電導指允許電流通過它的容易性的量度，是電阻的倒數，G能反映電介質傳輸電流能力的強弱。隨著頻率的增加，無論是對照果還是損傷果其電導總體呈上升的變化趨勢。除了631kHz、1MHz條件下，其余頻率之間G值都能很好的區分(圖5)。

隨著貯藏時間的延長，在各頻率條件下，損傷果G值變化趨勢和對照果在后期有所不同，損傷果G值在后期呈明顯的上升趨勢。在果實貯藏的第10天，損傷果的G值明顯高于對照果，而且此階段果實的G值顯著高于起始值(P＜0.05)。在各頻率條件下，損傷果G值在處理后第6天都低于對照果，但都未達到顯著水平。

圖5 貯藏期間獼猴桃果實電導的變化曲線Fig.5 Change curves of conductance (G) in kiwifruits at various frequencies during storage

2.5 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后損耗系數的影響

損耗系數是指生物材料在電場作用下，由于介質電導和介質極化的滯后效應，在其內部引起的能量損耗。損耗系數隨頻率的變化呈非線性關系(圖6)。損耗系數隨著頻率的增大呈現先上升后下降的變化趨勢。

果實D值隨貯藏時間延長總體呈上升的變化趨勢，100kHz和158kHz條件下，損傷果D值隨貯藏時間延長呈線性上升變化趨勢，其R2分別為0.937、0.953。其余線性相關性較差。

在100、158、251、398kHz頻率條件下，損傷果的D值都高于對照果。其中在100kHz、251kHz頻率條件下，從處理第2～10天，損傷果都顯著高于對照果(P＜0.05)。在158kHz頻率條件下，損傷果D值在處理2、4、10d都顯著高于對照果。在651kHz和1MHz頻率條件下，損傷果和對照果之間差異不顯著(P＞0.05)。

圖6 貯藏期間獼猴桃果實損耗系數的變化曲線Fig.6 Change curves of loss coefficient (D) in kiwifruits at various frequencies during storage

2.6 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后阻抗相角的影響

由圖7可見，對照果隨著頻率的增加，θ呈先下降后有所回升的變化趨勢。θ的變化幅度不大，各頻率之間的θ不能很好的加以區分。對照果在各頻率下的變化趨勢較一致，但和損傷果之間的變化趨勢有很大的不同。在同一頻率下，損傷果和對照果之間的差異不顯著(P＞0.05)。

2.7 損傷對“海沃德”獼猴桃果實采后品質和丙二醛含量的影響

圖8 損傷對獼猴桃果實硬度和可溶性固形物含量的影響Fig.8 Effect of damage on the firmness and total soluble solids in kiwifruits

圖9 損傷對獼猴桃果實可滴定酸和丙二醛含量的影響Fig.9 Effect of damage on the contents of titratable acids and malondialdehyde in kiwifruits

果肉的硬度能反映果實的質地。硬度直接與細胞壁與其周圍結構的成分有關，果實成熟期間細胞壁物質的分解是硬度下降的主要原因。如圖8所示，損傷果硬度下降速度明顯快于對照果，果實從處理第2天開始，硬度值都顯著低于對照果(P＜0.05)。果實的可溶性固形物含量和可滴定酸含量是檢驗果實風味的重要參數。無論是對照果還是損傷果，果實可溶性固形物和可滴定酸含量變化趨勢一致(圖8、9)，但差異并不顯著，說明50cm跌傷處理對果實的風味沒有顯著影響。隨傷害時間的延長，損傷果的丙二醛含量上升的很快，在貯藏的4～10d，損傷果的丙二醛含量顯著高于對照果(P＜0.05)，說明處理果細胞膜破壞程度較對照果嚴重。

3 討 論

通過實驗結果可以看出，在6個電激測試頻率(100kHz～1MHz)條件下，果實Z值和Lp值在各頻率之間都能區分開。其他電參數不能很好的區分。檢測頻率對獼猴桃采后電參數有明顯的影響。隨著測試頻率的增加，獼猴桃果實的Z值、Lp值均逐漸下降，G呈逐漸增加變化趨勢。這與西紅柿[13-14]和紅巴梨[15]的測定結果一致。隨著測試頻率的增加，獼猴桃果實Cp呈上升的變化趨勢，這與“嘎拉”蘋果[16]果實在0.1～100kHz處理時的研究結果相反。這可能是由于電激頻率范圍不同表現有異所致。

影響果實電參數的因素很多，除受測試信號的頻率影響外，果實的新鮮度也對電參數有影響。隨著貨架期的延長，獼猴桃果實Z值、Lp值呈下降變化，這和巴梨[15]的測定結果相似。而在蘋果的衰老過程中，阻抗呈現相反變化趨勢[4]。這可能是因為蘋果和獼猴桃兩類果實在結構上、成熟過程中成分變化有差異有關。獼猴桃果肉容易軟化，果肉趨于可融狀；而蘋果成熟后細胞結構相對完整，果實保持清脆品質，同時貯藏過程中水分散失，可能導致阻抗呈現增大趨勢。

對于獼猴桃來說，損傷處理是一種強烈的外界刺激。通過實驗結果可以看出，該刺激對獼猴桃的影響能夠從其宏觀電參數上表現出來。通過對6個電參數的比較分析，發現電參數Z值對損傷處理反應最靈敏。加藤宏朗等[17]在10Hz～13MHz的頻率范圍內，對損壞和正常水果的介電特性進行了對比測試，結果顯示損壞水果阻抗低于正常水果，本研究結果與其一致。胥芳等[18]分析了蘋果和梨腐爛或有損傷時等效阻抗減少和相對介電常數會明顯上升的原因，認為水果腐爛后，細胞膜往往破損，離子通透性增加，等效阻抗減少，同時膠體結合水變成自由水，自由水的介電常數遠遠大于結合水，導致等效電容和相對介電常數的增加。本實驗發現果實經損傷處理后，果實的Cp對損傷的響應不是很靈敏，可能與損傷的程度不同有關。

獼猴桃果實不耐貯藏，采后果實硬度下降較快，成熟衰老過程比較迅速。本實驗結果顯示，損傷處理明顯促進果實的軟化，說明處理大大縮短了果實的貨架期壽命，這和李正國等[19]在獼猴桃和Miller等[20]在黃瓜方面的研究結論一致。Miller等[20]認為軟化是損傷處理引起有關降解細胞壁酶活性的增加和刺激乙烯生成增加的結果。丙二醛作為膜過氧化的產物，對細胞膜結構有很大的影響，反映膜受傷害的程度。本實驗發現，損傷處理使丙二醛含量增加，說明損傷引起細胞膜脂的過氧化、加速衰老，破壞細胞膜結構的完整性。

4 結 論

本實驗研究了100、158、 251、 398、 631kHz和1MHz 6個頻率，測試電壓為1V條件下，“海沃德”獼猴桃果實隨著處理時間的延長，果實6個電參數的變化情況。研究結果表明：隨著頻率的增加，獼猴桃果實Z值、Lp值均呈逐漸減小的變化趨勢，Cp、G呈逐漸增加的變化趨勢，D呈現先上升后下降的變化趨勢，θ呈現先下降后上升的變化趨勢。隨著貯藏時間的延長，損傷處理能引起電參數發生變化，但不改變果實電參數的總體變化趨勢。6個電參數中，電參數Z對損傷的響應最靈敏，其次是電參數D，其余電參數對損傷與否沒有明顯的區分能力，即響應靈敏度差。果實硬度和可滴定酸含量的變化和Z和Lp的變化呈正相關，和Cp的變化呈負相關。果實可溶性固形物的變化和Z值、Lp值的變化呈負相關，和Cp的變化呈正相關，說明生理參數和電參數之間具有一定的相關關系。

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Effect of Damage on Dielectric Properties of Kiwifruits

TANG Yan1，DU Guang-yuan2，ZHANG Ji-shu1,*
(1. College of Life Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China；2. College of Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

In this experiment, the post-harvest fruits of kiwifruitwere selected to create a damage model through free-fall movement from a height of 50 cm. An intelligent LCR Hioki tester was used to determine changes in 6 electrical parameters of fruits such as complex impedance (Z), parallel equivalent capacitance (Cp), parallel equivalent inductance (Lp), loss coefficient (D), conductance (G) and impedance phase angle (θ) at electric shock frequencies of 100, 158, 251, 398, 631 kHz and 1000 kHz with the extension of storage time. Results indicated that both damaged and control fruits presented a decrease trend of Z and Lp, an increase trend of Cp and G, an initial increase and then final decrease of D, and an initial decrease and then final increase of θ as electric shock frequency increased at (25 ± 1) ℃. The complex impedance Z at 6 selected electric shock frequencies in damaged fruits was much lower than that in undamaged fruits. Therefore, the parameter can distinguish damaged and healthy fruits as a sensitive electrical parameter. Meanwhile, a significant difference in loss coefficient D between impaired and healthy fruits was determined at electric frequencies of 100 kHz and 251 kHz. As a result, both fruit impedance Z and loss coefficient D can be chosen as an electronic indicator for kiwifruit impairment.

kiwifruit；damage；electric property；sensitive electrical parameter

S183

A

1002-6630(2011)05-0006-06

2010-07-20

國家自然科學基金項目(30471001)

唐燕(1977—)，女，講師，博士研究生，主要從事果實采后生理及無損檢測研究。

E-mail：tangyanyan418@163.com

*通信作者：張繼澍(1941—)，男，教授，本科，主要從事采后果實衰老機理及其調控研究。

E-mail：jishu@nwsuaf.edu.cn