成熟期庫(kù)爾勒香梨電學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律

唐玉榮， 劉 揚(yáng)， 蘭海鵬， 沈柳楊， 栗 文

(塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

通信作者：劉 揚(yáng)，碩士，講師，從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究。Email：403622721@qq.com。

庫(kù)爾勒香梨品質(zhì)優(yōu)良，富含營(yíng)養(yǎng)，深受廣大消費(fèi)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(diǎn)，享有“中華蜜梨”“梨中珍品”的美譽(yù)[1-5]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，庫(kù)爾勒香梨生產(chǎn)已經(jīng)成為香梨主產(chǎn)區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，是保證當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品。然而，庫(kù)爾勒香梨的采收和分級(jí)主要依據(jù)果農(nóng)經(jīng)驗(yàn)，難以定量分析香梨成熟度，人工分級(jí)方法效率低、準(zhǔn)確性差[6-8]，嚴(yán)重影響果農(nóng)切身利益和香梨自身價(jià)值。因此，需要建立科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，以指導(dǎo)庫(kù)爾勒香梨品質(zhì)檢測(cè)。

目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是水果品質(zhì)檢測(cè)的一種應(yīng)用方法。由于電學(xué)參數(shù)的測(cè)定具有快速、靈敏、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，基于電特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已成為研究水果品質(zhì)檢測(cè)的重要手段[9-13]。庫(kù)爾勒香梨具有皮薄多汁的特點(diǎn)[14-15]，可為基于電學(xué)特性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用提供有利條件。但是有關(guān)庫(kù)爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)與電學(xué)參數(shù)關(guān)系的研究相對(duì)較少，香梨在成熟過(guò)程中電學(xué)特性的變化規(guī)律仍需深入研究。

本研究利用自制測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量庫(kù)爾勒香梨電學(xué)參數(shù)，分析成熟期內(nèi)果實(shí)理化指標(biāo)的變化情況，研究不同采摘時(shí)間內(nèi)果實(shí)電學(xué)參數(shù)隨頻率的變化規(guī)律，研究果實(shí)理化指標(biāo)和電學(xué)參數(shù)的相關(guān)性，旨在為香梨成熟期的確定和香梨采收分級(jí)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所選材料為庫(kù)爾勒香梨，于2015年9月中旬采摘于新疆維吾爾自治區(qū)阿拉爾市塔里木大學(xué)果園。該地區(qū)位于塔里木河河畔，是南疆地區(qū)優(yōu)質(zhì)庫(kù)爾勒香梨生產(chǎn)區(qū)。試驗(yàn)所選香梨樣本大小基本一致，果實(shí)形狀規(guī)則、色澤均勻、成熟度基本相同，且無(wú)機(jī)械損傷和病蟲(chóng)害。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 電學(xué)參數(shù) 用自制的電學(xué)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)測(cè)量庫(kù)爾勒香梨的電學(xué)參數(shù)(圖1)。由于外界環(huán)境會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾，所以?shī)A持裝置采用2個(gè)直徑為3.5 mm的銅質(zhì)探頭，刺入香梨深度為15 mm，尖端為錐角45°，測(cè)量電極間距離為 35 mm。試驗(yàn)過(guò)程中環(huán)境溫度控制為25 ℃，相對(duì)濕度控制為55%。結(jié)合所應(yīng)用電橋測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍，選取測(cè)量電學(xué)參數(shù)為并聯(lián)等效電容Cp，并聯(lián)等效電感Lp、并聯(lián)等效電阻Rp、復(fù)阻抗Z和耗散因數(shù)D；測(cè)試電壓為1 V；測(cè)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(jìn)行1次電參數(shù)測(cè)定，每次測(cè)定設(shè)3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)10個(gè)果實(shí)。

1.2.2 品質(zhì)指標(biāo) 香梨成熟期間理化指標(biāo)測(cè)量試驗(yàn)：在香梨成熟期內(nèi)，每隔7 d測(cè)量1次香梨品質(zhì)指標(biāo)硬度和葉綠素含量。香梨采摘后立即進(jìn)行電學(xué)參數(shù)測(cè)量，根據(jù)采摘時(shí)間變化處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

硬度測(cè)量：用數(shù)顯果實(shí)硬度計(jì)GY-4測(cè)量果實(shí)硬度。每次取20個(gè)香梨，在香梨赤道相對(duì)6個(gè)點(diǎn)，去皮后進(jìn)行測(cè)量。用平均值表示香梨硬度，單位用kg/cm2表示。

葉綠素含量測(cè)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(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理：采用SPSS軟件和SigmaPlot軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同采摘時(shí)間的庫(kù)爾勒香梨品質(zhì)指標(biāo)變化

果實(shí)的硬度和葉綠素含量是衡量庫(kù)爾勒香梨品質(zhì)的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，香梨的硬度隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降(圖2)。分析其原因，隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)，果實(shí)不斷趨向成熟發(fā)育；在成熟前，香梨細(xì)胞壁的主要成分是原果膠，呈不溶狀態(tài)，果肉質(zhì)地較硬；隨著果實(shí)不斷成熟，原果膠由不溶狀態(tài)變?yōu)榭扇軤顟B(tài)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)隨之破壞，導(dǎo)致果肉硬度迅速下降[17]。

香梨的葉綠素含量隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低(圖3)。分析其原因，果實(shí)發(fā)育初期，葉綠素合成不斷加強(qiáng)，含量逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定峰值后，其含量迅速下降，此時(shí)庫(kù)爾勒香梨進(jìn)入成熟期，直到果實(shí)完全成熟。進(jìn)入成熟期的果實(shí)葉綠體崩解，葉綠素含量隨著成熟時(shí)間增加逐漸減少，但葉綠體崩解之后類(lèi)胡蘿卜素依然存在于有色衰老組織及成熟果皮中，外在現(xiàn)象表征為香梨顏色由綠色向黃綠，局部暗紅轉(zhuǎn)變[18-20]。

2.2 不同采摘時(shí)間的庫(kù)爾勒香梨電學(xué)參數(shù)變化

2.2.1 并聯(lián)等效電容Cp隨著測(cè)試頻率不斷增加，Cp值呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)(圖4)。當(dāng)頻率一定時(shí)，采摘時(shí)間越長(zhǎng)，Cp值就越大，表明采摘時(shí)間對(duì)并聯(lián)等效電容有較大影響。

2.2.2 并聯(lián)等效電感Lp隨著測(cè)試頻率的增加，Lp值不斷減小，最后不再發(fā)生變化(圖5)。在同一頻率下，隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)Lp值基本相同，采摘時(shí)間對(duì)并聯(lián)等效電感幾乎沒(méi)有影響。

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

2.2.4 復(fù)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(shí)，隨著采摘時(shí)間增大復(fù)阻抗值越小，但復(fù)阻抗值變化不大，表明香梨復(fù)阻抗值受頻率的影響遠(yuǎn)大于采摘時(shí)間影響。

2.2.5 耗散因數(shù)D隨著測(cè)試的增加，耗散因數(shù)值先快速增加，達(dá)到峰值后呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)(圖8)。當(dāng)頻率一定時(shí)，采摘時(shí)間越長(zhǎng)，耗散因數(shù)D值就越小，采摘時(shí)間對(duì)耗散因數(shù)值影響較大。

2.3 庫(kù)爾勒香梨電學(xué)參數(shù)與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

為了分析庫(kù)爾勒香梨各個(gè)電學(xué)參數(shù)與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性，以1 kHz頻率下的電學(xué)參數(shù)作為參考，采用SPSS軟件對(duì)香梨電參數(shù)和品質(zhì)指標(biāo)硬度和葉綠素含量進(jìn)行了相關(guān)性分析(表1)。研究發(fā)現(xiàn)，1 kHz頻率下庫(kù)爾勒香梨硬度與復(fù)阻抗Z呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.974**。硬度與并聯(lián)等效電阻Rp呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.948*。硬度與損耗因數(shù)D呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.975**。硬度與并聯(lián)等效電容Cp和并聯(lián)等效電感Lp呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 -0.946*和-0.908*(表1)。此外，1 kHz頻率下庫(kù)爾勒香梨葉綠素含量與并聯(lián)等效電容Cp和并聯(lián)等效電阻Rp呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.964**和0.985**。葉綠素含量與復(fù)阻抗Z呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.941*。葉綠素含量與并聯(lián)等效電感Lp和損耗因數(shù)D呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.95*和-0.897*(表1)。

表1 1 kHz頻率下庫(kù)爾勒香梨電學(xué)參數(shù)與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

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

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)，庫(kù)爾勒香梨的硬度逐漸減小，葉綠素含量逐漸減小。在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，隨著測(cè)試頻率的增加，并聯(lián)等效電容、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻和復(fù)阻抗不斷減小，耗散因數(shù)先增加后減小。頻率一定時(shí)，采摘時(shí)間對(duì)并聯(lián)等效電容、并聯(lián)等效電阻和耗散因數(shù)影響較大，對(duì)并聯(lián)等效電感和復(fù)阻抗影響較小。在1 kHz頻率下，并聯(lián)等效電容、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻、復(fù)阻抗和耗散因數(shù)與香梨硬度和葉綠素含量均有顯著相關(guān)性。研究結(jié)果可為庫(kù)爾勒香梨電學(xué)特性的品質(zhì)檢測(cè)研究提供理論依據(jù)。

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