蘋果( 黃元帥) 貯藏過程中品質變化與介電特性及力學特性的相關性

李海峰， 張 燕， 賀曉光， 張海紅

( 寧夏大學農學院食品科學系，寧夏 銀川750021)

中國水果資源豐富、品種繁多，蘋果產量占水果總產量的25 %左右。然而由于絕大部分蘋果來源于不同的農戶，采摘及運輸過程中不同程度的損傷以及病蟲害等的影響，使蘋果品質差別很大，給蘋果的貯藏保鮮和分選加工帶來一系列問題［1］。因而如能在貯藏或加工前發現并剔除內部有缺陷的水果，既可減少損失，又能提高貯藏質量，做到優質優價。目前水果的品質主要以視覺和口感等感觀指標來評定［2］，主要成分的測定大都采用破壞性分析方法，無法迅速而準確地反映水果的內部品質。要進行蘋果品質的檢測與分級，必須首先了解與蘋果品質有關的物理機械特性以及這些特性與蘋果品質之間存在的有機聯系，本研究的目的就是尋找蘋果的品質與介電特性和力學特性之間的相關性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所選材料為果園采摘的黃元帥蘋果( Jabloň poma) 。選擇體形相對均勻一致、無損傷的八九成成熟度的果實，確保果實試驗前物理特性的初始狀態相對一致，降低果實之間個體差異對試驗結果的影響。將采摘的蘋果分別在2 種條件下貯藏，第1 組:常溫20 ℃左右貯藏;第2 組:用保鮮膜包裝的果實4 ℃下的冰柜內貯藏。選取150 個體形相對均勻一致的蘋果，將150 個蘋果按每75 個1 組，分為2 組，組編號1至2 號。每組中又分為每5 個一小組編為1 至15 號( 如第1 組編號為: 1－1，1－2，1－3 等) 。在不同貯藏條件下，每隔3 d 進行介電常數檢測、力學壓縮-穿刺測試、糖度以及水分的試驗，直至果實開始腐爛，為了比較客觀地評價蘋果的介電特性和力學特性隨貯藏時間的變化規律，本試驗以新鮮狀態( 即第1 次測定) 時的蘋果作為測定基準。

1.2 儀器與設備

HIOKI-3532-50 型LCR 測試儀由深圳實驗設備有限公司生產，TA-XT2i 質構分析儀由英國Stable Micro Systems 有限公司生產，冰柜由青島澳柯瑪集團公司生產，水分測定儀YLS16A 由上海婉源電子科技有限公司生產，MQK-10 手持式折光儀由上海實驗設備有限公司生產。

1.3 試驗方法

用LCR 電學測試系統獲取相關參數: 復阻抗( Z) 、損耗系數( D) 。

用質構儀的P/5 檢測探頭，進行壓縮-穿刺測試，測出質地特性參數: 果皮強度、果皮破裂距離、果皮脆性以及果瓤堅實度。

糖度和水分試驗: 切開蘋果取汁利用阿貝折光儀和水分測量儀測其糖度和水分。

2 結果

2.1 電壓及頻率對介電參數的影響

2.1.1 測量電壓對介電參數的影響及分析 從圖1 中可以看出，隨著測量電壓值變化，各介電參數值基本不發生變化，近似呈一條直線，因此，測量電壓對介電特性參數影響較小，且相對于復阻抗來說，Cs、D、Rs 數量級較小，與X 軸相接近。上述試驗結果顯示，0.25 ～1.50 V 均可做為測試電壓，本試驗選1.0 V 為測量電壓。

圖1 介電參數的電壓特性Fig.1 The voltage characteristic of dielectric parameters

2.1.2 測量頻率對介電參數的影響 由圖2 可以看出，蘋果的復阻抗隨測量頻率的增大而逐漸降低，在10 ～40 kHz 頻率范圍內變化較大，對測量數據產生較大影響，在80 ～100 kHz 范圍內變化較平緩，基本保證測量數據的穩定性，因此試驗選用測量頻率為90 kHz。

圖2 復阻抗(Z)隨頻率變化趨勢Fig.2 The complex impedance Z changing with frequency

2.2 蘋果貯藏過程中品質變化

隨著貯藏期的延長，蘋果的品質不斷發生變化，由圖3 可以看出隨著貯藏天數的增加蘋果糖度不斷升高，水分下降，而4 ℃冷藏下的蘋果較常溫下貯藏的蘋果品質變化緩慢。

2.3 蘋果貯藏過程中介電參數的變化

介電常數隨貯藏天數變化趨勢如圖4 所示。隨著貯藏時間的延長，損耗系數呈下降趨勢，可能是隨著貯藏期的延長果實中所含的自由水分隨呼吸作用消耗，淀粉、有機酸、維生素等含量逐漸減少，從而導致蘋果中損耗系數下降。

圖3 糖度隨貯藏天數變化趨勢Fig.3 Changes of sugar content during storage

圖4 損耗系數隨貯藏天數變化趨勢Fig.4 Changes of loss coefficient during storage

2.4 蘋果貯藏過程中介電參數與內部品質的相關性

2.4.1 蘋果貯藏過程中介電參數與水分含量的相關性 樣品的水分含量與介電參數相關性曲線如圖5、圖6 所示。

由圖5、圖6 可以看出，蘋果在貯藏期中其內部水分含量與復阻抗、損耗系數表現了明顯的相關性，其相關性決定系數分別為0.911 1和0.750 1。

2.4.2 蘋果貯藏過程中介電參數與糖度的相關性 蘋果含糖量與復阻抗和損耗系數之間的關系如圖7、圖8 所示。

從圖7、圖8 可以看出，糖度與復阻抗相關的決定系數為0.959 3，糖度與損耗系數相關的決定系數為0.749 8，復阻抗與糖度有明顯的相關性。

2.5 蘋果貯藏過程中力學參數的變化

圖5 復阻抗隨水分變化趨勢Fig.5 The complex impedance changing with moisture content

圖6 損耗系數隨水分變化趨勢Fig.6 Loss coefficient changing with moisture content

圖7 復阻抗隨糖度變化趨勢Fig.7 The complex impedance changing with sugar content

圖9 是典型蘋果穿刺時的力-時間( F-T) 曲線。當破裂距離達到B 所對應的橫坐標值時，蘋果外果皮被刺破，力急劇下降，此時B 點對應的縱坐標值就是所測得的果皮強度［3］，對應的橫坐標就是果皮的破裂距離，A 與B 兩點的斜率值就是所測的果皮脆性，最后探頭進入果實瓤部分，CD 段力的平均值即果實堅實度［4］。

圖8 損耗系數隨糖度變化趨勢Fig.8 Loss coefficient changing with sugar content

圖9 蘋果穿刺壓縮試驗質地特征曲線Fig.9 Texture character curve of apple in puncture and compression test

由圖10 和圖11 可以看出，隨著貯藏時間的延長，常溫下貯藏的蘋果表皮強度、表皮脆性明顯下降，在溫度為4 ℃冷藏條件下貯藏的蘋果表皮強度、表皮脆性相對常溫貯藏下力學指標變化明顯要小。可能因為蘋果對貯藏溫度敏感，溫度越高，呼吸消耗越大，后熟過程也越強烈，果皮強度、果皮脆性下降［5］。而冷藏能降低呼吸強度，延緩果實的軟化進程，減少果瓤褐變，抑制微生物的生長發育，從而延長了蘋果的貯藏時間。

圖10 果皮強度隨貯藏天數變化趨勢Fig.10 Changes of peel strength during storage

圖11 果皮脆度隨貯藏天數變化趨勢Fig.11 Changes of peel fragility during storage

2.6 蘋果貯藏過程中力學參數與內部品質的相關性

2.6.1 蘋果貯藏過程中力學參數與水分含量的相關性 建立樣品的水分含量與力學參數相關性曲線如圖12、圖13 所示。

由圖12 和圖13 可知，水分含量與果皮強度相關性的決定系數為0.901 6，水分與果皮脆度相關性的決定系數為0.863 5。則果皮強度、果皮脆度均與水分含量有明顯的相關性，由此可知蘋果隨著貯藏期的延長水分減少，而水分的減少會影響蘋果力學的各項指標［6］，從而使果皮強度降低，果皮脆度降低。

圖12 果皮強度與水分含量的相關性Fig.12 The correlation between peel strength and moisture content

2.6.2 蘋果貯藏過程中力學參數與糖度的相關性 糖度的大小直接影響著蘋果的品質和口感，樣品的糖度與力學參數相關性曲線如圖14、圖15 所示。

圖13 果皮脆度與水分含量的相關性Fig.13 The correlation between peel fragility and moisture content

如圖14 和圖15 所示，利用Excel 對曲線進行二次方程擬合，糖度與果皮強度相關性的決定系數為0.927 3，糖度與果皮脆度相關性的決定系數為0.870 8。則果皮強度、果皮脆度均與糖度有明顯的相關性，由此可知蘋果隨著貯藏期的延長水分含量減少，而糖度的升高會影響蘋果力學的各項指標，從而使果皮強度和果皮脆度都降低。

圖14 果皮強度與糖度的相關性Fig.14 The correlation between peel strength and sugar content

圖15 果皮脆度與糖度的相關性Fig.15 The correlation between peel fragility and sugar content

3 討論

依據介電常數檢測原理，得出試驗的最佳測量電壓為1.0 V，最佳測試頻率為90 kHZ;隨著貯藏期的延長，蘋果的內部品質發生變化，其水分含量呈下降趨勢，糖度呈上升趨勢; 隨著貯藏期的延長，蘋果的復阻抗有下降的趨勢，其中復阻抗與水分含量的決定系數達到了0.911 1，與糖度的相關性決定系數為0.959 3，達到顯著相關。依據該方法可以實現蘋果在貯藏過程中品質變化的無損檢測。隨著貯藏時間的延長，果皮強度與水分、糖度的決定系數達到0.901 6、0.927 3，相關性顯著。果皮強度、果皮脆性可作為蘋果品質變化的重要力學指標。

本試驗揭示蘋果貯藏過程中理化指標與介電參數和力學特性之間的關系，為蘋果的貯藏保鮮甚至無損檢測和分級提供科學、客觀的評價，具有重要的理論意義和創新性。同時把物性研究與果品貯藏保鮮相聯系，具有重要的實際意義。

蘋果的成熟、衰老過程要進行呼吸作用，使其內部的成分發生變化，從而引起介電參數及力學參數的變化。本試驗已經證明蘋果介電參數與貯藏時間、內部品質及力學品質存在相關性，下一步將重點探索建立基于介電特性的蘋果內、外部品質無損檢測模型。

［1］ 柯大觀，張立彬，胥 芳，等.基于介電特性的水果無損檢測系統研究［J］.浙江工業大學學報，2002，30(5) :446-450.

［2］ 郭文川，郭康權，王乃信.電激勵信號的頻率和電壓對果品電特性的影響［J］.農業工程學報，2004，20(2) :62-65.

［3］ 李里特.食品物性學［M］. 北京: 中國農業出版社，2004:283-290.

［4］ 曾一凡，劉春生，孫旭東，等. 可見/近紅外光譜技術無損檢測果實堅實度的研究［J］.農業工程學報，2008，24(5) :250-252.

［5］ 李 賽，賀曉光. 同貯藏條件下小玲西瓜果實品質力學特性的比較研究［J］.新疆農業大學學報，2011，34(1) :36-39.

［6］ 陳克克. 水果介電特性與其品質關系的研究［D］. 楊凌: 西北農林科技大學，2009.