基于電學(xué)特性的果實(shí)采后無損檢測研究進(jìn)展

蔣 寶

（渭南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714026）

中國是世界水果生產(chǎn)大國，我國加入WTO 之后，水果是最有希望參與國際競爭的農(nóng)產(chǎn)品之一，但是我國水果采后的保鮮和流通技術(shù)卻嚴(yán)重滯后，嚴(yán)重制約了我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。水果采后保鮮是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的延續(xù)，保持水果品質(zhì)與鮮度是人們追求的重要目標(biāo)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(dāng)嚴(yán)重，這不僅阻礙了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，造成巨大經(jīng)濟(jì)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(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)核心的問題之一。據(jù)報(bào)道，國外發(fā)達(dá)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(yù)冷、冷藏運(yùn)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(yùn)過程中的機(jī)械損傷和貯運(yùn)環(huán)境的刺激而引起耐貯性的下降是水果采后損耗的一個(gè)主要原因。果實(shí)貯運(yùn)過程中商品性下降，還可導(dǎo)致水果有關(guān)代謝物質(zhì)的改變。

許多水果在采后生命活動(dòng)活躍，在貯藏期間常會發(fā)生劇烈的生物學(xué)和生理生化變化，并伴隨各種物理變化的發(fā)生，如電學(xué)特性的變化[2]。果實(shí)的電學(xué)特性主要是指果實(shí)在外加電場的作用下產(chǎn)生的導(dǎo)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(gòu)成，從微觀結(jié)構(gòu)角度觀察，其內(nèi)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(zhì)過程中的生物化學(xué)反應(yīng)將伴隨物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致生物組織內(nèi)各類化學(xué)物質(zhì)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(qiáng)度，從宏觀上影響水果的電特性。因此，水果的內(nèi)部品質(zhì)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(shù)的測定具有快速、靈敏、無污染、無傷害、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，近年來基于電特性的果實(shí)無損檢測研究已成為研究熱點(diǎn)。以果實(shí)損傷后發(fā)生的生理特性和貯藏品質(zhì)變化為切入點(diǎn)，對損傷果電學(xué)特性的無損檢測進(jìn)行綜述，以期為果實(shí)采后的無損檢測技術(shù)提供研究依據(jù)和參考。

1 果實(shí)采后生理特性和貯藏品質(zhì)對電學(xué)參數(shù)的影響

果實(shí)在采后貯藏期間，會發(fā)生一系列的生理生化變化，進(jìn)而影響果實(shí)的營養(yǎng)品質(zhì)，最終導(dǎo)致果實(shí)的貯藏品質(zhì)發(fā)生變化。

1.1 果實(shí)采后生理特性對電學(xué)參數(shù)的影響

（1） 呼吸強(qiáng)度。果實(shí)在采后貯藏期間，呼吸作用便成為其新陳代謝的主導(dǎo)過程，所以對呼吸強(qiáng)度的測定便成為國內(nèi)外學(xué)者評價(jià)果實(shí)貯藏期生理狀態(tài)的首選指標(biāo)。馬雪蓮[5]對常溫貯藏條件時(shí)不同頻率下靈武長棗電學(xué)參數(shù)與其呼吸強(qiáng)度變化的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明在1.995 kHz 時(shí)，復(fù)阻抗（Z）、并聯(lián)等效電容（Cp） 和相對介電常數(shù)（ε'） 與呼吸強(qiáng)度變化存在顯著相關(guān)性。

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

（3） 丙二醛。丙二醛（MDA） 含量的變化通常與相對電導(dǎo)率變化同步。因?yàn)殡S著果實(shí)細(xì)胞膜透性的破壞，果實(shí)組織的相對電導(dǎo)率上升，且由外向內(nèi)，作為膜脂過氧化產(chǎn)物的MDA 含量也隨之增加。馬雪蓮[5]對常溫貯藏條件時(shí)不同頻率下靈武長棗電學(xué)參數(shù)與其MDA 含量變化的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明在1.995 kHz 時(shí)，復(fù)阻抗（Z） 和介電損耗（ε"） 與MDA 含量變化存在極顯著的關(guān)系，而其他5 個(gè)電學(xué)參數(shù)如并聯(lián)等效電容（Cp）、并聯(lián)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(guān)系。

（4） 酶系統(tǒng)。在植物細(xì)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(shí)衰老，以及減輕脂質(zhì)氧化和維持細(xì)胞膜完整性密切相關(guān)[6-7]。植物在逆境或衰老過程中，組織內(nèi)酶的活性會發(fā)生變化。馬雪蓮[5]在測定的7 個(gè)電學(xué)參數(shù)中，當(dāng)測定頻率為1.995 kHz 時(shí)，損耗角正切值（tan δ） 與CAT 活性的相關(guān)系數(shù)絕對值最高，達(dá)到0.871，其他6 個(gè)電學(xué)參數(shù)的相關(guān)系數(shù)絕對值均低于0.7；而當(dāng)測定頻率為19.951 kHz 時(shí)，損耗角正切值（tan δ） 與POD 活性的相關(guān)系數(shù)最高，達(dá)到0.876；對SOD 活性的研究表明，當(dāng)測定頻率為1.995 kHz 時(shí)，串聯(lián)等效電容（Cs） 和介電損耗（ε"）與SOD 活性的相關(guān)性分別達(dá)到0.956 和0.932。

1.2 果實(shí)采后貯藏品質(zhì)對電學(xué)參數(shù)的影響

（1） 硬度。硬度是評價(jià)果實(shí)貯藏品質(zhì)最重要的指標(biāo)之一，也是目前國內(nèi)外學(xué)者對果實(shí)進(jìn)行電學(xué)特性研究的最常用指標(biāo)。果實(shí)硬度可與果實(shí)含水量、色度等指標(biāo)一起用來衡量采收果實(shí)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(shù)和胞外電阻率與果實(shí)硬度均呈顯著相關(guān)性。安慧珍等人[9]對秦冠蘋果的研究顯示串聯(lián)等效電阻（RS） 復(fù)阻抗（Z） 能反映果實(shí)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(shí)硬度呈顯著的相關(guān)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(xué)特性的研究也顯示，電學(xué)參數(shù)與果實(shí)硬度顯著相關(guān)。所以在選定的測試頻率和電壓下，電學(xué)參數(shù)可以在一定程度下反映果實(shí)的硬度變化，從而進(jìn)一步預(yù)測果實(shí)的新鮮度。

（2） 可溶性固形物和可滴定酸?？扇苄怨绦挝锸枪麑?shí)中一種主要的營養(yǎng)物質(zhì)，其含量是評價(jià)果實(shí)成熟和衰老的重要指標(biāo)?？偹岷磕苡绊懝麑?shí)的口感。通常把固酸比值作為衡量果實(shí)品質(zhì)的重要手段之一。可溶性固形物和可滴定酸也是學(xué)者進(jìn)行果實(shí)電學(xué)特性研究的首選指標(biāo)。唐玉榮等人[11]對庫爾勒香梨的研究表明，并聯(lián)等效電容（Cp）、并聯(lián)等效電感（Lp）、并聯(lián)等效電阻（Ω）、耗散因數(shù)與果實(shí)的可溶性固形物含量有顯著或極顯著的相關(guān)性。屠鵬等人[8]對蘋果的研究顯示，相對介電常數(shù)（ε'） 和胞外電阻與果實(shí)可溶性固形物和可滴定酸含量間顯著相關(guān)。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(xué)特性的研究也顯示，部分電學(xué)參數(shù)與果實(shí)可溶性固形物或可滴定酸含量顯著相關(guān)。所以，這些電學(xué)參數(shù)可用于快速檢測果實(shí)貯藏過程中的品質(zhì)變化。

（3） 褐變。通常蘋果中的酚類物質(zhì)會在氧化酶催化作用下逐步轉(zhuǎn)化成醌，果實(shí)進(jìn)而發(fā)生褐變。屠鵬等人[8]的研究表明，隨著鮮切蘋果放置時(shí)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(shù)（ε'） 和胞外電阻率極顯著相關(guān)。所以，這些電學(xué)參數(shù)可用于反映果實(shí)貯藏過程中的褐變程度。

（4） 含水量。果實(shí)采后含水量是果實(shí)貯藏期間新鮮度的直接反映。通常隨著果實(shí)貯藏時(shí)間的延長，果實(shí)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(dǎo)致其相對介電常數(shù)（ε'） 的降低。屠鵬等人[8]的研究顯示，果實(shí)貯藏過程中水分含量的變化與相對介電常數(shù)（ε'） 和復(fù)阻抗（Z） 顯著相關(guān)，所以可以選用上述2 個(gè)電學(xué)參數(shù)來預(yù)測果實(shí)的水分含量，從而實(shí)現(xiàn)果實(shí)新鮮度的無損檢測。

（5） VC。VC 又稱抗壞血酸，它是果實(shí)中重要的營養(yǎng)物質(zhì)[16]。黃良妹等人[13]對蘋果的研究表明，果實(shí)在貯藏過程中其VC 含量變化趨勢與其復(fù)阻抗（Z）、相對介電常數(shù)（ε'）、導(dǎo)納（Y）、并聯(lián)等效電感（Lp）等10 個(gè)電學(xué)參數(shù)呈極顯著的相關(guān)性。周世平[12]對靈武長棗的研究顯示，復(fù)阻抗（Z） 和并聯(lián)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(shí)新鮮度的直觀反映。通常選用CIE 表色系統(tǒng)進(jìn)行色澤評價(jià)。在CIE 表色系統(tǒng)中，a*代表紅色和綠色相比的程度，a*越大表明果實(shí)越紅；b*代表黃色和藍(lán)色相比的程度，b*越大表明果實(shí)越黃。貯藏后期，蘋果由紅色逐漸變暗變黃，表現(xiàn)為a*變小，b*增大，后者與相對介電常數(shù)（ε'） 和復(fù)阻抗（Z） 顯著相關(guān)，所以可以通過相對介電常數(shù)和復(fù)阻抗來預(yù)測蘋果色度的變化，從而實(shí)現(xiàn)果品的無損檢測[9]。

2 結(jié)語

過去20 年，國內(nèi)外學(xué)者就電學(xué)參數(shù)與果實(shí)品質(zhì)關(guān)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(nèi)容，主要集中在：①現(xiàn)有研究主要集中在果實(shí)品質(zhì)變化對電學(xué)參數(shù)的影響，以及兩者間的相關(guān)性方面，而對影響機(jī)理的研究應(yīng)是日后研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一；②為了加強(qiáng)電學(xué)參數(shù)檢測結(jié)果的可追溯性和便于不同研究者彼此間比較研究結(jié)果，應(yīng)該進(jìn)一步提高檢測手段和分析技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備及選取的電學(xué)參數(shù)均存在不同程度的差異，應(yīng)針對同一類果品建立一套統(tǒng)一的電子參數(shù)判別體系，并加快建立果品電特性信息數(shù)據(jù)庫。