采用低能量超聲技術對紅棗品質無損檢測及分級研究

鄭文軒+楊瑛+孔德國+張紅美

摘要：對紅棗進行無損檢測并分級有助于了解紅棗的品質和提高其商品價值，通過找出紅棗品質參數與聲學參數之間的關系，對紅棗品質進行評價并分級。結果表明，超聲波在紅棗中的傳播速度隨硬度和含水率的增大而增大，隨可溶性固形物含量和總含糖量的增加而減?。桓鶕t棗的含水率和總含糖量與超聲波聲速的關系，紅棗等級與超聲波聲速關系為超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至345 m/s之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s之間為三級果。

關鍵詞：紅棗；超聲技術；無損檢測；分級

中圖分類號： TS207.3；O657.5文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）02-0204-02

收稿日期：2013-06-19

基金項目：新疆生產建設兵團青年科技創新資金專項（編號：2012CB021）；塔里木大學校長基金（編號：TDZKSS201212）。

作者簡介：鄭文軒（1980—），男，河南內鄉人，碩士，講師，主要從事超聲處理技術、功率超聲應用等研究。E-mail：zwx8000200@163.com。

通信作者：楊瑛，副教授，主要從事超聲處理技術、功率超聲應用、聲學與信息工程材料及功能器件的研究。E-mail：tdyyy@sohu.com。紅棗性溫味甘，營養十分豐富，不僅是人們喜愛的果品，也是一味滋補脾胃、養血安神、治病強身的良藥。民間有“天天吃紅棗，一生不顯老”的說法。紅棗品種間在果實大小、形態、顏色等方面存在較大差異。即使同一品種的棗果，由于棗的花期持續1～2個月，在大小、顏色、成熟度等方面，也會有很大差異。通過分級，可以使棗果等級分明，規格一致，達到商品的標準化。此外，分級后便于棗果包裝、銷售、運輸和貯藏，提高經濟效益。而且通過分級剔出的殘次果、病蟲果，可就地進行加工處理，減少浪費，有利于棗果的綜合利用。

超聲波無損檢測技術具有潔凈衛生、成本低、無損傷、高效、檢測速度快等優點，該技術在食品檢測、化工、農業、醫藥臨床等領域具有廣闊的應用前景。早在20世紀40年代低能量超聲檢測技術就已應用于食品工業領域。Clark研究發現聲波通過西瓜的衰減時間和西瓜的硬度密切相關，聲波的衰減時間隨著西瓜成熟度的增加而延長[1]，麻建國等將超聲波技術應用在食品檢測中[2]；Armstrong等研究發現桃子的聲波響應特性與其硬度具有較高的相關性，相關系數為0745[3-8]；陳介余等研制了利用西瓜的聲波響應特性進行無損檢測的裝置，該裝置可以對西瓜的內部裂紋和成熟度等做出正確判斷[9]；丁英強用超聲波快速檢測牛奶成分[10]；張吟利用超聲波對畜禽骨密度進行檢測，并設計了檢測系統[11]。低能量超聲檢測技術通過低能量超聲與食品物料之間的相互作用來判斷食品的物理化學性質。眾多學者的大量研究結果為超聲無損檢測果品品質研究奠定了重要基礎。

本試驗以新疆干制駿棗為研究對象，根據紅棗采摘后硬度、固體可溶性物含量、總含糖量、含水率等理化參數，利用超聲技術開展新疆南疆紅棗快速無損檢測及分級方法研究，為紅棗內部品質因素檢測和分級提供新的方法和技術。

1材料與方法

1.1材料選擇

試驗樣品選用新疆生產建設兵團一師10團精品紅棗種植基地的駿棗。全部原料均選吊干棗，摘果時將紅棗果蒂一同摘下，同時避免碰傷與刮傷。測試樣本為經過初選過的果形飽滿、個大均勻、可食部分達到90%以上的棗果，剔除霉爛果、病果、蟲果。

1.2主要儀器

超聲波發生器，換能器，示波器，數據采集卡，聲速測定儀，計算機，溫度計，SD-302海爾冰柜，梅特勒EL204分析天平，多功能榨汁機，GY-4型果實硬度計，游標卡尺和糖度計等。超聲波無損檢測系統簡圖見圖1。

超聲波無損測量系統由以下部分構成：高功率-低頻率的超聲波脈沖發生-接收器，窄頻帶超聲波換能器、數據采集卡和分析系統。超聲波信號采集系統采用脈沖回波技術，使用距離可調的換能器發射和接收信號，接收的超聲信號經整形放大和A/D轉換后以文本的形式存放于計算機，利用MATLAB軟件分析數據信號。

1.3測定指標及方法

干棗原料洗凈晾干表面水分后，進行裝袋、冷藏。試驗時，將測試樣本隨機分成5組，每組20個，并將每一組紅棗樣本進行編號（N1-N20）。先進行超聲波聲速測定，然后采用破壞性試驗測定紅棗的理化指標，根據國家標準GB/T 5835—2009 對干制紅棗等級進行分級。

1.3.1硬度測定在每個果實胴體的赤道部位均勻地選擇5個點，將果實去皮后用GY-4型硬度計測果肉硬度，數據為多次測量的平均值。

1.3.2可溶性固形物含量的測定將測試過硬度的樣品用榨汁機榨汁，采用手持折光儀測清液的可溶性固形物含量，重復3次，取平均值。

1.3.3總含糖量按GB/T 10782—2006《蜜餞通則》中的方法測定總含糖量。

1.3.4含水率按GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測定》中蒸餾法的規定測定含水率。

1.3.5超聲波聲速測定利用超聲波聲速測定儀測定聲速，v=l/t，其中v為超聲波聲速，l為兩個換能器之間的距離，t為脈沖信號傳遞的時間。

2結果與分析

2.1超聲波聲速與紅棗硬度之間的關系

超聲波聲速與紅棗硬度呈正相關，r2=0.846 4（圖2），隨著紅棗硬度的增加，超聲波聲速逐漸增大。紅棗在儲存過程中水分丟失，紅棗密度減小，硬度減小，聲波衰減增大，傳播速度減小。

2.2超聲波聲速與紅棗總含糖量之間的關系

圖3顯示，超聲波聲速與總含糖量相關（r2=0.832 3），聲波傳播速度隨總含糖量的增加而逐漸減小。endprint

2.3超聲波聲速與紅棗可溶性固形物含量之間的關系

聲波傳播速度和紅棗可溶性固形物含量之間的關系如圖4所示，隨著紅棗的可溶性固形物含量逐漸增大，聲波傳播的速度逐漸減小。超聲波聲速與可溶性固形物含量相關，r2=0.873 4。

2.4超聲波聲速與紅棗含水率的關系

紅棗含水率是紅棗品質的一個重要指標，圖5顯示。隨著紅棗含水率的增加，聲波速度逐漸增大，r2=0.890 4。

2.5超聲波聲速與紅棗等級的關系

紅棗中的雜質和損傷、病變果都已先剔除，紅棗等級以總含糖量和含水率為指標對棗果進行分級。根據國家標準 GB/T 5835—2009，紅棗含水率不高于25%，總含糖量≥70%為一級果，65%≤總含糖量<70%為二級果，60%≤總含糖量<65%為三級果。超聲聲速與紅棗等級的關系如圖6所示。超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至345 m/s之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s之間為三級果。

3結論

紅棗的硬度、總含糖量、可溶性固形物含量和含水率是紅棗品質的重要參數，通過超聲波無損檢測技術，利用超聲波在紅棗中的傳播速度間接得到各項參數，進而得知紅棗的內部品質并對紅棗等級進行分級，具有重要的研究意義。本研究結果表明，超聲波在紅棗中的傳播速度隨硬度的增大而增大；隨總含糖量的增加而減小；隨可溶性固形物含量的增加而減

??；隨含水率的增加而增大。超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至 345 m/s 之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s為三級果。

參考文獻：

[1]Clark R L. An investigation of the acoustical properties of watermelon as related to maturity：ASAE Paper No.75-6004[R]. St. Joseph Ml：ASAE，1975.

[2]麻建國，周建軍. 超聲波技術在食品檢測中的應用[J]. 食品與發酵工業，1998，24（5）：54-60.

[3]Sarkar N，Wolfe R R. Potential of ultrasonic measurements in food quality evaluation[J]. Trans of the ASAE，1983，26（2）：624-629.

[4]watts K C，Russell L T. A review of techniques for detecting hollow heart in potatoes[J]. Canadian Agric Engineering，1985，27（2）：85-90.

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[8]Brusewitz M H，Mccollum T G. Internal variation in peach fruit firmness[J]. HortSci，1992，27（8）：903-905.

[9]陳介余，宮里滿. 利用聲波響應特性檢測農產品內部質量的研究：第l報[J]. 農業機械學會志，1993，55（3）：65-72.

[10]丁英強. 超聲波牛奶成份快速檢測方法及儀器研究[D]. 天津：天津大學，2005.

[11]張吟. 超聲波畜禽骨密度檢測系統設計[D]. 長沙：湖南大學，2007.endprint

2.3超聲波聲速與紅棗可溶性固形物含量之間的關系

聲波傳播速度和紅棗可溶性固形物含量之間的關系如圖4所示，隨著紅棗的可溶性固形物含量逐漸增大，聲波傳播的速度逐漸減小。超聲波聲速與可溶性固形物含量相關，r2=0.873 4。

2.4超聲波聲速與紅棗含水率的關系

紅棗含水率是紅棗品質的一個重要指標，圖5顯示。隨著紅棗含水率的增加，聲波速度逐漸增大，r2=0.890 4。

2.5超聲波聲速與紅棗等級的關系

紅棗中的雜質和損傷、病變果都已先剔除，紅棗等級以總含糖量和含水率為指標對棗果進行分級。根據國家標準 GB/T 5835—2009，紅棗含水率不高于25%，總含糖量≥70%為一級果，65%≤總含糖量<70%為二級果，60%≤總含糖量<65%為三級果。超聲聲速與紅棗等級的關系如圖6所示。超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至345 m/s之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s之間為三級果。

3結論

紅棗的硬度、總含糖量、可溶性固形物含量和含水率是紅棗品質的重要參數，通過超聲波無損檢測技術，利用超聲波在紅棗中的傳播速度間接得到各項參數，進而得知紅棗的內部品質并對紅棗等級進行分級，具有重要的研究意義。本研究結果表明，超聲波在紅棗中的傳播速度隨硬度的增大而增大；隨總含糖量的增加而減?。浑S可溶性固形物含量的增加而減

??；隨含水率的增加而增大。超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至 345 m/s 之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s為三級果。

參考文獻：

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[10]丁英強. 超聲波牛奶成份快速檢測方法及儀器研究[D]. 天津：天津大學，2005.

[11]張吟. 超聲波畜禽骨密度檢測系統設計[D]. 長沙：湖南大學，2007.endprint

2.3超聲波聲速與紅棗可溶性固形物含量之間的關系

聲波傳播速度和紅棗可溶性固形物含量之間的關系如圖4所示，隨著紅棗的可溶性固形物含量逐漸增大，聲波傳播的速度逐漸減小。超聲波聲速與可溶性固形物含量相關，r2=0.873 4。

2.4超聲波聲速與紅棗含水率的關系

紅棗含水率是紅棗品質的一個重要指標，圖5顯示。隨著紅棗含水率的增加，聲波速度逐漸增大，r2=0.890 4。

2.5超聲波聲速與紅棗等級的關系

紅棗中的雜質和損傷、病變果都已先剔除，紅棗等級以總含糖量和含水率為指標對棗果進行分級。根據國家標準 GB/T 5835—2009，紅棗含水率不高于25%，總含糖量≥70%為一級果，65%≤總含糖量<70%為二級果，60%≤總含糖量<65%為三級果。超聲聲速與紅棗等級的關系如圖6所示。超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至345 m/s之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s之間為三級果。

3結論

紅棗的硬度、總含糖量、可溶性固形物含量和含水率是紅棗品質的重要參數，通過超聲波無損檢測技術，利用超聲波在紅棗中的傳播速度間接得到各項參數，進而得知紅棗的內部品質并對紅棗等級進行分級，具有重要的研究意義。本研究結果表明，超聲波在紅棗中的傳播速度隨硬度的增大而增大；隨總含糖量的增加而減小；隨可溶性固形物含量的增加而減

小；隨含水率的增加而增大。超聲波在紅棗中的傳播速度在330 m/s以下，其紅棗為一級果，傳播速度在330 m/s至 345 m/s 之間紅棗為二級果；傳播速度在345 m/s至361 m/s為三級果。

參考文獻：

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[5]Stone L M，Armstrong P R，Chen D D，et al.Peach firmness prediction by multiple location impulse testing[J]. Trans of the ASAE，1998，41：115-119.

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[9]陳介余，宮里滿. 利用聲波響應特性檢測農產品內部質量的研究：第l報[J]. 農業機械學會志，1993，55（3）：65-72.

[10]丁英強. 超聲波牛奶成份快速檢測方法及儀器研究[D]. 天津：天津大學，2005.

[11]張吟. 超聲波畜禽骨密度檢測系統設計[D]. 長沙：湖南大學，2007.endprint