成熟期庫爾勒香梨電學參數的變化規律

唐玉榮， 劉 揚， 蘭海鵬， 沈柳楊， 栗 文

(塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾 843300)

通信作者：劉 揚，碩士，講師，從事農產品加工與貯藏研究。Email：403622721@qq.com。

庫爾勒香梨品質優良，富含營養，深受廣大消費者青睞，是新疆特色水果。香梨具有香味濃郁、清甜爽口、維生素C含量高、皮薄汁豐、耐貯藏等特點，享有“中華蜜梨”“梨中珍品”的美譽[1-5]。經過長期發展，庫爾勒香梨生產已經成為香梨主產區的重要經濟支柱產業，是保證當地農民收入的優勢產品。然而，庫爾勒香梨的采收和分級主要依據果農經驗，難以定量分析香梨成熟度，人工分級方法效率低、準確性差[6-8]，嚴重影響果農切身利益和香梨自身價值。因此，需要建立科學的評價方法，以指導庫爾勒香梨品質檢測。

目前，無損檢測技術是水果品質檢測的一種應用方法。由于電學參數的測定具有快速、靈敏、操作方便等優點，基于電特性的無損檢測技術已成為研究水果品質檢測的重要手段[9-13]。庫爾勒香梨具有皮薄多汁的特點[14-15]，可為基于電學特性的無損檢測技術應用提供有利條件。但是有關庫爾勒香梨果實品質與電學參數關系的研究相對較少，香梨在成熟過程中電學特性的變化規律仍需深入研究。

本研究利用自制測量系統測量庫爾勒香梨電學參數，分析成熟期內果實理化指標的變化情況，研究不同采摘時間內果實電學參數隨頻率的變化規律，研究果實理化指標和電學參數的相關性，旨在為香梨成熟期的確定和香梨采收分級提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所選材料為庫爾勒香梨，于2015年9月中旬采摘于新疆維吾爾自治區阿拉爾市塔里木大學果園。該地區位于塔里木河河畔，是南疆地區優質庫爾勒香梨生產區。試驗所選香梨樣本大小基本一致，果實形狀規則、色澤均勻、成熟度基本相同，且無機械損傷和病蟲害。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 電學參數 用自制的電學參數測量系統來測量庫爾勒香梨的電學參數(圖1)。由于外界環境會對測量結果產生干擾，所以夾持裝置采用2個直徑為3.5 mm的銅質探頭，刺入香梨深度為15 mm，尖端為錐角45°，測量電極間距離為 35 mm。試驗過程中環境溫度控制為25 ℃，相對濕度控制為55%。結合所應用電橋測量儀的測量范圍，選取測量電學參數為并聯等效電容Cp，并聯等效電感Lp、并聯等效電阻Rp、復阻抗Z和耗散因數D；測試電壓為1 V；測試頻率分別為 0.1、0.316 2、1、3.162、10、31.62、100、316.2、1 000 kHz。每隔7 d進行1次電參數測定，每次測定設3個重復，每重復10個果實。

1.2.2 品質指標 香梨成熟期間理化指標測量試驗：在香梨成熟期內，每隔7 d測量1次香梨品質指標硬度和葉綠素含量。香梨采摘后立即進行電學參數測量，根據采摘時間變化處理試驗數據。

硬度測量：用數顯果實硬度計GY-4測量果實硬度。每次取20個香梨，在香梨赤道相對6個點，去皮后進行測量。用平均值表示香梨硬度，單位用kg/cm2表示。

葉綠素含量測量：利用丙酮比色法，參照黃金忠的方法[16]，單位用mg/100 g表示。

1.2.3 數據處理 數據處理：采用SPSS軟件和SigmaPlot軟件進行數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 不同采摘時間的庫爾勒香梨品質指標變化

果實的硬度和葉綠素含量是衡量庫爾勒香梨品質的重要指標。研究發現，香梨的硬度隨著采摘時間的延長而逐漸下降(圖2)。分析其原因，隨著采摘時間的延長，果實不斷趨向成熟發育；在成熟前，香梨細胞壁的主要成分是原果膠，呈不溶狀態，果肉質地較硬；隨著果實不斷成熟，原果膠由不溶狀態變為可溶狀態，細胞結構隨之破壞，導致果肉硬度迅速下降[17]。

香梨的葉綠素含量隨著采摘時間的延長逐漸降低(圖3)。分析其原因，果實發育初期，葉綠素合成不斷加強，含量逐漸增加，當達到一定峰值后，其含量迅速下降，此時庫爾勒香梨進入成熟期，直到果實完全成熟。進入成熟期的果實葉綠體崩解，葉綠素含量隨著成熟時間增加逐漸減少，但葉綠體崩解之后類胡蘿卜素依然存在于有色衰老組織及成熟果皮中，外在現象表征為香梨顏色由綠色向黃綠，局部暗紅轉變[18-20]。

2.2 不同采摘時間的庫爾勒香梨電學參數變化

2.2.1 并聯等效電容Cp隨著測試頻率不斷增加，Cp值呈現不斷減小的趨勢(圖4)。當頻率一定時，采摘時間越長，Cp值就越大，表明采摘時間對并聯等效電容有較大影響。

2.2.2 并聯等效電感Lp隨著測試頻率的增加，Lp值不斷減小，最后不再發生變化(圖5)。在同一頻率下，隨著采摘時間的延長Lp值基本相同，采摘時間對并聯等效電感幾乎沒有影響。

2.2.3 并聯等效電阻Rp隨著頻率值的增加，Rp值不斷減小。當頻率增加到100 kHz以上時，Rp值基本不發生變化(圖6)。在同一頻率下，Rp值隨采摘時間的延長而減小。在頻率0.1～100 kHz下，采摘時間對并聯等效電阻影響較大，頻率為100 kHz以上時，采摘時間對并聯等效電阻幾乎沒有影響。

2.2.4 復阻抗Z隨著頻率值的提高，Z值不斷減小(圖7)。在頻率一定時，隨著采摘時間增大復阻抗值越小，但復阻抗值變化不大，表明香梨復阻抗值受頻率的影響遠大于采摘時間影響。

2.2.5 耗散因數D隨著測試的增加，耗散因數值先快速增加，達到峰值后呈現不斷下降的趨勢(圖8)。當頻率一定時，采摘時間越長，耗散因數D值就越小，采摘時間對耗散因數值影響較大。

2.3 庫爾勒香梨電學參數與品質指標的相關性分析

為了分析庫爾勒香梨各個電學參數與品質指標的相關性，以1 kHz頻率下的電學參數作為參考，采用SPSS軟件對香梨電參數和品質指標硬度和葉綠素含量進行了相關性分析(表1)。研究發現，1 kHz頻率下庫爾勒香梨硬度與復阻抗Z呈極顯著正相關，相關系數為0.974**。硬度與并聯等效電阻Rp呈顯著正相關，相關系數為0.948*。硬度與損耗因數D呈極顯著負相關，相關系數為-0.975**。硬度與并聯等效電容Cp和并聯等效電感Lp呈顯著負相關，相關系數為 -0.946*和-0.908*(表1)。此外，1 kHz頻率下庫爾勒香梨葉綠素含量與并聯等效電容Cp和并聯等效電阻Rp呈極顯著正相關，相關系數分別為0.964**和0.985**。葉綠素含量與復阻抗Z呈顯著正相關，相關系數為0.941*。葉綠素含量與并聯等效電感Lp和損耗因數D呈顯著負相關，相關系數分別為-0.95*和-0.897*(表1)。

表1 1 kHz頻率下庫爾勒香梨電學參數與品質指標的相關系數

注：“**”表示在0.01水平上顯著相關，“*”表示在0.05水平上顯著相關。

3 結論

本研究結果表明，隨著采摘時間的延長，庫爾勒香梨的硬度逐漸減小，葉綠素含量逐漸減小。在試驗參數范圍內，隨著測試頻率的增加，并聯等效電容、并聯等效電感、并聯等效電阻和復阻抗不斷減小，耗散因數先增加后減小。頻率一定時，采摘時間對并聯等效電容、并聯等效電阻和耗散因數影響較大，對并聯等效電感和復阻抗影響較小。在1 kHz頻率下，并聯等效電容、并聯等效電感、并聯等效電阻、復阻抗和耗散因數與香梨硬度和葉綠素含量均有顯著相關性。研究結果可為庫爾勒香梨電學特性的品質檢測研究提供理論依據。

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