蘋(píng)果( 黃元帥) 貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化與介電特性及力學(xué)特性的相關(guān)性

李海峰， 張 燕， 賀曉光， 張海紅

( 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，寧夏 銀川750021)

中國(guó)水果資源豐富、品種繁多，蘋(píng)果產(chǎn)量占水果總產(chǎn)量的25 %左右。然而由于絕大部分蘋(píng)果來(lái)源于不同的農(nóng)戶，采摘及運(yùn)輸過(guò)程中不同程度的損傷以及病蟲(chóng)害等的影響，使蘋(píng)果品質(zhì)差別很大，給蘋(píng)果的貯藏保鮮和分選加工帶來(lái)一系列問(wèn)題［1］。因而如能在貯藏或加工前發(fā)現(xiàn)并剔除內(nèi)部有缺陷的水果，既可減少損失，又能提高貯藏質(zhì)量，做到優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。目前水果的品質(zhì)主要以視覺(jué)和口感等感觀指標(biāo)來(lái)評(píng)定［2］，主要成分的測(cè)定大都采用破壞性分析方法，無(wú)法迅速而準(zhǔn)確地反映水果的內(nèi)部品質(zhì)。要進(jìn)行蘋(píng)果品質(zhì)的檢測(cè)與分級(jí)，必須首先了解與蘋(píng)果品質(zhì)有關(guān)的物理機(jī)械特性以及這些特性與蘋(píng)果品質(zhì)之間存在的有機(jī)聯(lián)系，本研究的目的就是尋找蘋(píng)果的品質(zhì)與介電特性和力學(xué)特性之間的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所選材料為果園采摘的黃元帥蘋(píng)果( Jabloň poma) 。選擇體形相對(duì)均勻一致、無(wú)損傷的八九成成熟度的果實(shí)，確保果實(shí)試驗(yàn)前物理特性的初始狀態(tài)相對(duì)一致，降低果實(shí)之間個(gè)體差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。將采摘的蘋(píng)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(shí)4 ℃下的冰柜內(nèi)貯藏。選取150 個(gè)體形相對(duì)均勻一致的蘋(píng)果，將150 個(gè)蘋(píng)果按每75 個(gè)1 組，分為2 組，組編號(hào)1至2 號(hào)。每組中又分為每5 個(gè)一小組編為1 至15 號(hào)( 如第1 組編號(hào)為: 1－1，1－2，1－3 等) 。在不同貯藏條件下，每隔3 d 進(jìn)行介電常數(shù)檢測(cè)、力學(xué)壓縮-穿刺測(cè)試、糖度以及水分的試驗(yàn)，直至果實(shí)開(kāi)始腐爛，為了比較客觀地評(píng)價(jià)蘋(píng)果的介電特性和力學(xué)特性隨貯藏時(shí)間的變化規(guī)律，本試驗(yàn)以新鮮狀態(tài)( 即第1 次測(cè)定) 時(shí)的蘋(píng)果作為測(cè)定基準(zhǔn)。

1.2 儀器與設(shè)備

HIOKI-3532-50 型LCR 測(cè)試儀由深圳實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，TA-XT2i 質(zhì)構(gòu)分析儀由英國(guó)Stable Micro Systems 有限公司生產(chǎn)，冰柜由青島澳柯瑪集團(tuán)公司生產(chǎn)，水分測(cè)定儀YLS16A 由上海婉源電子科技有限公司生產(chǎn)，MQK-10 手持式折光儀由上海實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

用LCR 電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)獲取相關(guān)參數(shù): 復(fù)阻抗( Z) 、損耗系數(shù)( D) 。

用質(zhì)構(gòu)儀的P/5 檢測(cè)探頭，進(jìn)行壓縮-穿刺測(cè)試，測(cè)出質(zhì)地特性參數(shù): 果皮強(qiáng)度、果皮破裂距離、果皮脆性以及果瓤堅(jiān)實(shí)度。

糖度和水分試驗(yàn): 切開(kāi)蘋(píng)果取汁利用阿貝折光儀和水分測(cè)量?jī)x測(cè)其糖度和水分。

2 結(jié)果

2.1 電壓及頻率對(duì)介電參數(shù)的影響

2.1.1 測(cè)量電壓對(duì)介電參數(shù)的影響及分析 從圖1 中可以看出，隨著測(cè)量電壓值變化，各介電參數(shù)值基本不發(fā)生變化，近似呈一條直線，因此，測(cè)量電壓對(duì)介電特性參數(shù)影響較小，且相對(duì)于復(fù)阻抗來(lái)說(shuō)，Cs、D、Rs 數(shù)量級(jí)較小，與X 軸相接近。上述試驗(yàn)結(jié)果顯示，0.25 ～1.50 V 均可做為測(cè)試電壓，本試驗(yàn)選1.0 V 為測(cè)量電壓。

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

2.1.2 測(cè)量頻率對(duì)介電參數(shù)的影響 由圖2 可以看出，蘋(píng)果的復(fù)阻抗隨測(cè)量頻率的增大而逐漸降低，在10 ～40 kHz 頻率范圍內(nèi)變化較大，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響，在80 ～100 kHz 范圍內(nèi)變化較平緩，基本保證測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，因此試驗(yàn)選用測(cè)量頻率為90 kHz。

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

2.2 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化

隨著貯藏期的延長(zhǎng)，蘋(píng)果的品質(zhì)不斷發(fā)生變化，由圖3 可以看出隨著貯藏天數(shù)的增加蘋(píng)果糖度不斷升高，水分下降，而4 ℃冷藏下的蘋(píng)果較常溫下貯藏的蘋(píng)果品質(zhì)變化緩慢。

2.3 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中介電參數(shù)的變化

介電常數(shù)隨貯藏天數(shù)變化趨勢(shì)如圖4 所示。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，損耗系數(shù)呈下降趨勢(shì)，可能是隨著貯藏期的延長(zhǎng)果實(shí)中所含的自由水分隨呼吸作用消耗，淀粉、有機(jī)酸、維生素等含量逐漸減少，從而導(dǎo)致蘋(píng)果中損耗系數(shù)下降。

圖3 糖度隨貯藏天數(shù)變化趨勢(shì)Fig.3 Changes of sugar content during storage

圖4 損耗系數(shù)隨貯藏天數(shù)變化趨勢(shì)Fig.4 Changes of loss coefficient during storage

2.4 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中介電參數(shù)與內(nèi)部品質(zhì)的相關(guān)性

2.4.1 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中介電參數(shù)與水分含量的相關(guān)性 樣品的水分含量與介電參數(shù)相關(guān)性曲線如圖5、圖6 所示。

由圖5、圖6 可以看出，蘋(píng)果在貯藏期中其內(nèi)部水分含量與復(fù)阻抗、損耗系數(shù)表現(xiàn)了明顯的相關(guān)性，其相關(guān)性決定系數(shù)分別為0.911 1和0.750 1。

2.4.2 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中介電參數(shù)與糖度的相關(guān)性 蘋(píng)果含糖量與復(fù)阻抗和損耗系數(shù)之間的關(guān)系如圖7、圖8 所示。

從圖7、圖8 可以看出，糖度與復(fù)阻抗相關(guān)的決定系數(shù)為0.959 3，糖度與損耗系數(shù)相關(guān)的決定系數(shù)為0.749 8，復(fù)阻抗與糖度有明顯的相關(guān)性。

2.5 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中力學(xué)參數(shù)的變化

圖5 復(fù)阻抗隨水分變化趨勢(shì)Fig.5 The complex impedance changing with moisture content

圖6 損耗系數(shù)隨水分變化趨勢(shì)Fig.6 Loss coefficient changing with moisture content

圖7 復(fù)阻抗隨糖度變化趨勢(shì)Fig.7 The complex impedance changing with sugar content

圖9 是典型蘋(píng)果穿刺時(shí)的力-時(shí)間( F-T) 曲線。當(dāng)破裂距離達(dá)到B 所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值時(shí)，蘋(píng)果外果皮被刺破，力急劇下降，此時(shí)B 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值就是所測(cè)得的果皮強(qiáng)度［3］，對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)就是果皮的破裂距離，A 與B 兩點(diǎn)的斜率值就是所測(cè)的果皮脆性，最后探頭進(jìn)入果實(shí)瓤部分，CD 段力的平均值即果實(shí)堅(jiān)實(shí)度［4］。

圖8 損耗系數(shù)隨糖度變化趨勢(shì)Fig.8 Loss coefficient changing with sugar content

圖9 蘋(píng)果穿刺壓縮試驗(yàn)質(zhì)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(shí)間的延長(zhǎng)，常溫下貯藏的蘋(píng)果表皮強(qiáng)度、表皮脆性明顯下降，在溫度為4 ℃冷藏條件下貯藏的蘋(píng)果表皮強(qiáng)度、表皮脆性相對(duì)常溫貯藏下力學(xué)指標(biāo)變化明顯要小?？赡芤?yàn)樘O(píng)果對(duì)貯藏溫度敏感，溫度越高，呼吸消耗越大，后熟過(guò)程也越強(qiáng)烈，果皮強(qiáng)度、果皮脆性下降［5］。而冷藏能降低呼吸強(qiáng)度，延緩果實(shí)的軟化進(jìn)程，減少果瓤褐變，抑制微生物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而延長(zhǎng)了蘋(píng)果的貯藏時(shí)間。

圖10 果皮強(qiáng)度隨貯藏天數(shù)變化趨勢(shì)Fig.10 Changes of peel strength during storage

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

2.6 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中力學(xué)參數(shù)與內(nèi)部品質(zhì)的相關(guān)性

2.6.1 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中力學(xué)參數(shù)與水分含量的相關(guān)性 建立樣品的水分含量與力學(xué)參數(shù)相關(guān)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(qiáng)度相關(guān)性的決定系數(shù)為0.901 6，水分與果皮脆度相關(guān)性的決定系數(shù)為0.863 5。則果皮強(qiáng)度、果皮脆度均與水分含量有明顯的相關(guān)性，由此可知蘋(píng)果隨著貯藏期的延長(zhǎng)水分減少，而水分的減少會(huì)影響蘋(píng)果力學(xué)的各項(xiàng)指標(biāo)［6］，從而使果皮強(qiáng)度降低，果皮脆度降低。

圖12 果皮強(qiáng)度與水分含量的相關(guān)性Fig.12 The correlation between peel strength and moisture content

2.6.2 蘋(píng)果貯藏過(guò)程中力學(xué)參數(shù)與糖度的相關(guān)性 糖度的大小直接影響著蘋(píng)果的品質(zhì)和口感，樣品的糖度與力學(xué)參數(shù)相關(guān)性曲線如圖14、圖15 所示。

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

如圖14 和圖15 所示，利用Excel 對(duì)曲線進(jìn)行二次方程擬合，糖度與果皮強(qiáng)度相關(guān)性的決定系數(shù)為0.927 3，糖度與果皮脆度相關(guān)性的決定系數(shù)為0.870 8。則果皮強(qiáng)度、果皮脆度均與糖度有明顯的相關(guān)性，由此可知蘋(píng)果隨著貯藏期的延長(zhǎng)水分含量減少，而糖度的升高會(huì)影響蘋(píng)果力學(xué)的各項(xiàng)指標(biāo)，從而使果皮強(qiáng)度和果皮脆度都降低。

圖14 果皮強(qiáng)度與糖度的相關(guān)性Fig.14 The correlation between peel strength and sugar content

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

3 討論

依據(jù)介電常數(shù)檢測(cè)原理，得出試驗(yàn)的最佳測(cè)量電壓為1.0 V，最佳測(cè)試頻率為90 kHZ;隨著貯藏期的延長(zhǎng)，蘋(píng)果的內(nèi)部品質(zhì)發(fā)生變化，其水分含量呈下降趨勢(shì)，糖度呈上升趨勢(shì); 隨著貯藏期的延長(zhǎng)，蘋(píng)果的復(fù)阻抗有下降的趨勢(shì)，其中復(fù)阻抗與水分含量的決定系數(shù)達(dá)到了0.911 1，與糖度的相關(guān)性決定系數(shù)為0.959 3，達(dá)到顯著相關(guān)。依據(jù)該方法可以實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果在貯藏過(guò)程中品質(zhì)變化的無(wú)損檢測(cè)。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，果皮強(qiáng)度與水分、糖度的決定系數(shù)達(dá)到0.901 6、0.927 3，相關(guān)性顯著。果皮強(qiáng)度、果皮脆性可作為蘋(píng)果品質(zhì)變化的重要力學(xué)指標(biāo)。

本試驗(yàn)揭示蘋(píng)果貯藏過(guò)程中理化指標(biāo)與介電參數(shù)和力學(xué)特性之間的關(guān)系，為蘋(píng)果的貯藏保鮮甚至無(wú)損檢測(cè)和分級(jí)提供科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)，具有重要的理論意義和創(chuàng)新性。同時(shí)把物性研究與果品貯藏保鮮相聯(lián)系，具有重要的實(shí)際意義。

蘋(píng)果的成熟、衰老過(guò)程要進(jìn)行呼吸作用，使其內(nèi)部的成分發(fā)生變化，從而引起介電參數(shù)及力學(xué)參數(shù)的變化。本試驗(yàn)已經(jīng)證明蘋(píng)果介電參數(shù)與貯藏時(shí)間、內(nèi)部品質(zhì)及力學(xué)品質(zhì)存在相關(guān)性，下一步將重點(diǎn)探索建立基于介電特性的蘋(píng)果內(nèi)、外部品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)模型。

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