基于有效積溫的庫爾勒香梨成熟模型研究

蘭海鵬　劉揚　何詠梅等

摘要：為了應用數學的方法來闡明庫爾勒香梨成熟規律，建立庫爾勒香梨成熟模型，以阿克蘇地區庫爾勒香梨為研究對象，選取對實際生產加工影響較為顯著的果實硬度和可溶性固形物含量（SSC）為研究指標，采集成熟過程中二者的變化數據，應用Excel軟件、SigmaPlot 軟件和Matlab軟件對變化規律進行分析并建立數學模型。結果表明，庫爾勒香梨成熟過程主要在花期后有效積溫3 000～3 843 ℃階段進行，并且在該階段內存在一加速階段。所建立數學模型可以對該種變化規律進行精確的數學描述，研究結果可為水果的成熟建模提供參考。

關鍵詞：庫爾勒香梨；有效積溫；成熟模型；果實硬度；可溶性固形物含量

中圖分類號： S661.201文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0234-03

收稿日期：2014-10-30

基金項目：國家自然科學基金青年基金（編號：31201364）；塔里木大學校長基金碩士項目（編號：TDZKSS201213）。

作者簡介：蘭海鵬（1982—），男，黑龍江巴彥人，碩士，講師，主要從事農產品加工與貯藏研究。E-mail：lanhaipeng@126.com。

通信作者：賈富國，博士，教授，主要從事農產品加工與貯藏研究。E-mail：jfg204@163.com。庫爾勒香梨香味濃郁、皮薄、肉細、汁多甜酥、清爽可口，是新疆特色林果。在香梨的采收環節，因尚無可依據的成熟度劃分的量化標準，依據果農的種植經驗判定成熟度和采摘時間是目前香梨采收的主要方式，無法將香梨的成熟度、營養品質與生產加工方式有效結合，對果農的切身經濟利益和果品自身的營養價值造成了不良影響[1-3]。在香梨生長和成熟過程中，花粉在氣溫低于10 ℃時幾乎不萌芽，因此有效積溫（≥10 ℃）對香梨的成熟影響顯著，以香梨生長的有效積溫為基礎，應用具體的方程量化香梨的成熟度，并預測香梨的物性參數變化是解決該問題的有效途徑。

在果品成熟規律研究方面，國內外學者的相關研究涉及較多品種，如柑橘、蘋果、油桃、西瓜、煙葉、桃子、杏等農業物料[4-7]，對本研究具有指導意義。但因水果成熟度一直無法通過定量的方式進行具體衡量，致使成熟度應用主要為根據顏色、質量、氣味等指標進行定性描述，如農業部農產品加工局、農業部規劃設計研究院、國家農產品保鮮工程技術中心于2014年1月發布的農產品產地初加工技術操作規程規定擬長期貯藏的梨采收成熟度的確定，多數品種應在8～9成熟時采收。80%的果實達到種子變褐，果皮黃中帶綠時即是8～9成熟[8-10]。各研究關于成熟度方面的研究報道均不夠嚴謹，應用判斷難度較大，尚需進一步完善。

本研究以成熟期庫爾勒香梨為研究對象，研究成熟過程中果實硬度和可溶性固形物含量的變化規律，并建立香梨成熟的數學模型，旨在為香梨成熟規律研究和成熟度的評價提供參考，具有十分重要的理論和實踐意義。

1材料與方法

1.1試驗材料

香梨樣品：試驗用香梨樣品采摘于塔里木大學校園內的香梨園中，樹齡12年。采摘時間為2014年8月10日至2014年9月31日，樣品香梨特征為形狀規則、無機械損傷、無病蟲害。

1.2試驗方法

香梨成熟期間理化指標測量：香梨采摘后直接測量各參數，依據時間記錄數據后對照有效積溫的變化處理試驗數據。

有效積溫數據：來自新疆阿拉爾市氣象臺。

硬度測量：用數顯果實硬度計GY-4配合硬度計臺測定果實硬度。每次取10個果實，在果實赤道相對的6個點，去皮后進行測量。試驗結果取平均值，單位用 kg/cm2表示。

可溶性固形物測量：用KRSS HR Series手持式糖度檢測折光儀測定。每次測定取10個果實，去核后取汁測定，用均值表示香梨可溶性固形物含量，單位用%表示。

數據處理：采用SigmaPlot軟件、Excel軟件和Matlab軟件進行數據處理。

1.3儀器與設備

手持式糖度檢測折光儀（HR18-01型，德國 KRSS牌 HR Series）；游標卡尺（0.02 mm，桂林量具刃具廠）；數顯果實硬度計（GY-4，配合自制硬度檢測試驗臺使用，北京陽光億事達貿易有限公司）等。

2結果與分析

2.1基于理化指標的成熟度建模

針對于果實硬度、可溶性固形物含量的變化規律，應用 SigmaPlot 軟件進行擬合分析，擬合圖見圖1。

通過擬合分析發現，果實硬度、可溶性固形物含量的變化規律的擬合方程均可以應用方程（1）的形式表達，只是針對不同的參數，方程的系數有所差異，擬合精度見表1，擬合系數見表2。

2.2硬度擬合分析數據

本研究所建立的數學模型可以用來描述庫爾勒香梨成熟過程中某些理化指標的變化規律，包括增函數和減函數2類，且每一個系數對庫爾勒香梨的成熟規律均存在顯著影響，為了對系數的物理意義進行描述，通過Matlab軟件對模型進行了分析。

第1類為增函數類型，此時b<0。由圖2可知，模型系數a的變化決定了庫爾勒香梨的初始硬度值，隨著a值逐漸增大，果實硬度的初始值逐漸增大，故定義模型中a為因子穩定常數，反映某因子變化的初始狀態。隨著b值逐漸減小，成熟速度逐漸增大，定義b為成熟動力學常數，反映某因子變化的成熟動力。y0為某因子變化的初始值，反映某因子隨有效積溫變化的固有屬性。x0點為模型的拐點，即為某因子變化速率突變積溫，反映某因子變化速率突變時的積溫值。第2類為減函數類型，此時b>0。由圖3可知，此時a值反映某因子的終了狀態，b、x0、y0的實際物理意義并不發生變化。

因此，針對不同生長環境下的庫爾勒香梨，只要標定不同的模型系數，即可通過模型反映出該環境下庫爾勒香梨的生長狀態，同時也可根據不同生長環境下的系數來預測該環境下庫爾香梨的生長狀態，指導香梨的生產加工。

3結論

庫爾勒香梨成熟過程主要在有效積溫3 000～3 843 ℃階段進行，該階段果實硬度變化范圍4.23～8.51 kg/cm2、可溶性固形物含量變化范圍11.02%～11.49%；隨著成熟的深入，果實硬度逐漸減小、可溶性固形物含量逐漸增加。

庫爾勒香梨成熟過程可用數學模型來描述，并可以通過模型系數對庫爾勒香梨的成熟規律進行預測，且在該階段內存在一加速階段。所建立數學模型可以對該種變化規律進行精確的數學描述，該模型可為水果的成熟規律建模研究提供參考。

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