基于電學特性的果實采后無損檢測研究進展

蔣 寶

（渭南職業技術學院，陜西 渭南 714026）

中國是世界水果生產大國，我國加入WTO 之后，水果是最有希望參與國際競爭的農產品之一，但是我國水果采后的保鮮和流通技術卻嚴重滯后，嚴重制約了我國水果產業的發展。水果采后保鮮是農業生產的延續，保持水果品質與鮮度是人們追求的重要目標之一，也是水果流通過程中必須解決的問題之一。長期以來，我國重視果品的品種選育、采后栽培和病蟲害防治，卻忽視采后處理，致使在采后流通過程中水果的損失相當嚴重，這不僅阻礙了農產品產業的持續發展，造成巨大經濟損失，且不利于提高我國水果的國際競爭力。目前，減少水果流通過程中的損耗也是全世界農產品產業核心的問題之一。據報道，國外發達國家果蔬采后損耗占總量的15%～20%，我國由于未能解決果蔬分選、預冷、冷藏運輸和保鮮等問題，每年使果蔬在采后流通中損失率為30%～40%，約800 億元[1]。水果采后貯運過程中的機械損傷和貯運環境的刺激而引起耐貯性的下降是水果采后損耗的一個主要原因。果實貯運過程中商品性下降，還可導致水果有關代謝物質的改變。

許多水果在采后生命活動活躍，在貯藏期間常會發生劇烈的生物學和生理生化變化，并伴隨各種物理變化的發生，如電學特性的變化[2]。果實的電學特性主要是指果實在外加電場的作用下產生的導電特性、介電特性，以及其他電磁和物理特性。水果作為生物體由生物組織構成，從微觀結構角度觀察，其內部存在大量帶電粒子形成生物電場，水果在生長、成熟、受損及腐敗變質過程中的生物化學反應將伴隨物質和能量的轉換，導致生物組織內各類化學物質所帶電荷量及電荷的空間分布的變化，生物電場的分布和強度，從宏觀上影響水果的電特性。因此，水果的內部品質可以通過對水果電特性的無損檢測加以判別[3-4]。與其他無損檢測手段相比，電參數的測定具有快速、靈敏、無污染、無傷害、便于操作等優點，近年來基于電特性的果實無損檢測研究已成為研究熱點。以果實損傷后發生的生理特性和貯藏品質變化為切入點，對損傷果電學特性的無損檢測進行綜述，以期為果實采后的無損檢測技術提供研究依據和參考。

1 果實采后生理特性和貯藏品質對電學參數的影響

果實在采后貯藏期間，會發生一系列的生理生化變化，進而影響果實的營養品質，最終導致果實的貯藏品質發生變化。

1.1 果實采后生理特性對電學參數的影響

（1） 呼吸強度。果實在采后貯藏期間，呼吸作用便成為其新陳代謝的主導過程，所以對呼吸強度的測定便成為國內外學者評價果實貯藏期生理狀態的首選指標。馬雪蓮[5]對常溫貯藏條件時不同頻率下靈武長棗電學參數與其呼吸強度變化的相關性進行分析，結果表明在1.995 kHz 時，復阻抗（Z）、并聯等效電容（Cp） 和相對介電常數（ε'） 與呼吸強度變化存在顯著相關性。

（2） 乙烯。乙烯是果實在貯藏過程中釋放出來的氣體，隨著果實乙烯釋放量的不斷增加，果實逐漸衰老。馬雪蓮[5]對常溫貯藏條件時不同頻率下靈武長棗電學參數與其乙烯變化的相關性進行分析，結果表明在1.995 kHz 時，復阻抗（Z） 和并聯等效電容（Cp） 與乙烯含量變化的相關系數分別為-0.991和0.911，均呈顯著相關。

（3） 丙二醛。丙二醛（MDA） 含量的變化通常與相對電導率變化同步。因為隨著果實細胞膜透性的破壞，果實組織的相對電導率上升，且由外向內，作為膜脂過氧化產物的MDA 含量也隨之增加。馬雪蓮[5]對常溫貯藏條件時不同頻率下靈武長棗電學參數與其MDA 含量變化的相關性進行分析，結果表明在1.995 kHz 時，復阻抗（Z） 和介電損耗（ε"） 與MDA 含量變化存在極顯著的關系，而其他5 個電學參數如并聯等效電容（Cp）、并聯等效電感（Lp） 和電抗（X） 等與靈武長棗的MDA 含量變化則無顯著性關系。

（4） 酶系統。在植物細胞中，超氧化物岐化酶（SOD）、過氧化物酶（POD） 和過氧化氫酶（CAT）等酶與果實衰老，以及減輕脂質氧化和維持細胞膜完整性密切相關[6-7]。植物在逆境或衰老過程中，組織內酶的活性會發生變化。馬雪蓮[5]在測定的7 個電學參數中，當測定頻率為1.995 kHz 時，損耗角正切值（tan δ） 與CAT 活性的相關系數絕對值最高，達到0.871，其他6 個電學參數的相關系數絕對值均低于0.7；而當測定頻率為19.951 kHz 時，損耗角正切值（tan δ） 與POD 活性的相關系數最高，達到0.876；對SOD 活性的研究表明，當測定頻率為1.995 kHz 時，串聯等效電容（Cs） 和介電損耗（ε"）與SOD 活性的相關性分別達到0.956 和0.932。

1.2 果實采后貯藏品質對電學參數的影響

（1） 硬度。硬度是評價果實貯藏品質最重要的指標之一，也是目前國內外學者對果實進行電學特性研究的最常用指標。果實硬度可與果實含水量、色度等指標一起用來衡量采收果實的新鮮度。屠鵬等人[8]對富士蘋果的研究表明，相對介電常數和胞外電阻率與果實硬度均呈顯著相關性。安慧珍等人[9]對秦冠蘋果的研究顯示串聯等效電阻（RS） 復阻抗（Z） 能反映果實的硬度變化。此外，劉亞平等人[10]對葡萄的研究表明，電抗（X） 與果實硬度呈顯著的相關性。唐玉榮等人[11]對庫爾勒香梨和周世平[12]對靈武長棗的電學特性的研究也顯示，電學參數與果實硬度顯著相關。所以在選定的測試頻率和電壓下，電學參數可以在一定程度下反映果實的硬度變化，從而進一步預測果實的新鮮度。

（2） 可溶性固形物和可滴定酸。可溶性固形物是果實中一種主要的營養物質，其含量是評價果實成熟和衰老的重要指標?？偹岷磕苡绊懝麑嵉目诟?。通常把固酸比值作為衡量果實品質的重要手段之一?？扇苄怨绦挝锖涂傻味ㄋ嵋彩菍W者進行果實電學特性研究的首選指標。唐玉榮等人[11]對庫爾勒香梨的研究表明，并聯等效電容（Cp）、并聯等效電感（Lp）、并聯等效電阻（Ω）、耗散因數與果實的可溶性固形物含量有顯著或極顯著的相關性。屠鵬等人[8]對蘋果的研究顯示，相對介電常數（ε'） 和胞外電阻與果實可溶性固形物和可滴定酸含量間顯著相關。此外，周世平[12]對靈武長棗和黃良妹等人[13]對蘋果和袁子惠等人[14]對芒果電學特性的研究也顯示，部分電學參數與果實可溶性固形物或可滴定酸含量顯著相關。所以，這些電學參數可用于快速檢測果實貯藏過程中的品質變化。

（3） 褐變。通常蘋果中的酚類物質會在氧化酶催化作用下逐步轉化成醌，果實進而發生褐變。屠鵬等人[8]的研究表明，隨著鮮切蘋果放置時間的延長，蘋果塊褐變度明顯增加，且褐變度的變化與相對介電常數（ε'） 和胞外電阻率極顯著相關。所以，這些電學參數可用于反映果實貯藏過程中的褐變程度。

（4） 含水量。果實采后含水量是果實貯藏期間新鮮度的直接反映。通常隨著果實貯藏時間的延長，果實水分含量逐漸降低。Feng H 等人[15]研究表明，蘋果含水率的減小導致其相對介電常數（ε'） 的降低。屠鵬等人[8]的研究顯示，果實貯藏過程中水分含量的變化與相對介電常數（ε'） 和復阻抗（Z） 顯著相關，所以可以選用上述2 個電學參數來預測果實的水分含量，從而實現果實新鮮度的無損檢測。

（5） VC。VC 又稱抗壞血酸，它是果實中重要的營養物質[16]。黃良妹等人[13]對蘋果的研究表明，果實在貯藏過程中其VC 含量變化趨勢與其復阻抗（Z）、相對介電常數（ε'）、導納（Y）、并聯等效電感（Lp）等10 個電學參數呈極顯著的相關性。周世平[12]對靈武長棗的研究顯示，復阻抗（Z） 和并聯等效電感（Lp） 可以較好反映長棗采后貯藏過程中VC 的變化。

（6） 色度。果肉色度是果實新鮮度的直觀反映。通常選用CIE 表色系統進行色澤評價。在CIE 表色系統中，a*代表紅色和綠色相比的程度，a*越大表明果實越紅；b*代表黃色和藍色相比的程度，b*越大表明果實越黃。貯藏后期，蘋果由紅色逐漸變暗變黃，表現為a*變小，b*增大，后者與相對介電常數（ε'） 和復阻抗（Z） 顯著相關，所以可以通過相對介電常數和復阻抗來預測蘋果色度的變化，從而實現果品的無損檢測[9]。

2 結語

過去20 年，國內外學者就電學參數與果實品質關系的研究取得了一定的成果，但是還存在一些尚待研究的內容，主要集中在：①現有研究主要集中在果實品質變化對電學參數的影響，以及兩者間的相關性方面，而對影響機理的研究應是日后研究的重點內容之一；②為了加強電學參數檢測結果的可追溯性和便于不同研究者彼此間比較研究結果，應該進一步提高檢測手段和分析技術的標準化程度；③在果品的電特性檢測方面，目前不同研究者選用的檢測設備及選取的電學參數均存在不同程度的差異，應針對同一類果品建立一套統一的電子參數判別體系，并加快建立果品電特性信息數據庫。