庫爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)的電學(xué)特性研究

唐玉榮，張 宏*，曹昕昕，蘭海鵬，劉 揚(yáng)，沈柳楊，栗 文

(1.塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300； 2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信陽供電公司，河南 信陽 464000)

庫爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)的電學(xué)特性研究

唐玉榮1，張 宏1*，曹昕昕2，蘭海鵬1，劉 揚(yáng)1，沈柳楊1，栗 文1

(1.塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300； 2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信陽供電公司，河南 信陽 464000)

以庫爾勒香梨為研究對(duì)象，在0.100 0～1 000.000 0 kHz頻率內(nèi)，采用自制電學(xué)特性測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定了不同采摘時(shí)間內(nèi)香梨成熟過程中的品質(zhì)指標(biāo)和電學(xué)特性，并對(duì)電學(xué)參數(shù)與香梨果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：隨著采摘時(shí)間的增加，庫爾勒香梨的硬度逐漸減小，可溶性固形物含量逐漸增加；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)等效電阻不斷減小，復(fù)阻抗相角不斷增大，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、耗散因數(shù)、復(fù)阻抗相角影響較大，對(duì)并聯(lián)等效電感影響較小。在0.100 0 kHz頻率條件下，復(fù)阻抗相角與香梨硬度和可溶性固形物含量無顯著相關(guān)性，并聯(lián)等效電容、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻、耗散因數(shù)與香梨硬度和可溶性固形物含量有顯著或極顯著相關(guān)性。

庫爾勒香梨； 電學(xué)特性； 頻率； 品質(zhì)指標(biāo)

庫爾勒香梨是新疆主產(chǎn)的特色水果之一，果實(shí)大小適中，香味濃郁，皮薄汁豐，清甜爽口，維生素C含量豐富且耐貯藏[1-5]。其品質(zhì)優(yōu)良，營(yíng)養(yǎng)豐富，深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者喜愛。庫爾勒香梨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成了一定規(guī)模，不僅成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高農(nóng)民收入的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，而且也成為巴州地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要支柱產(chǎn)業(yè)。然而，庫爾勒香梨的采收分級(jí)依賴果農(nóng)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)果實(shí)成熟度的判定難以定量分析，人工分級(jí)的效率低、準(zhǔn)確性差[6-8]。因此，探究有效的庫爾勒香梨品質(zhì)檢測(cè)和分級(jí)方法尤為必要。

無損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在水果品質(zhì)檢測(cè)和采收分級(jí)上，基于電特性的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)[9-13]。庫爾勒香梨皮薄多汁的自身屬性為基于電學(xué)特性的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用提供了很好的條件，可為香梨最佳采收期的確定和香梨分級(jí)提供新的方法和技術(shù)參考。但是庫爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)與電學(xué)參數(shù)關(guān)系的研究相對(duì)較少?；诖耍米灾茰y(cè)量系統(tǒng)測(cè)量庫爾勒香梨電學(xué)參數(shù)，以進(jìn)行香梨品質(zhì)的無損檢測(cè)，分析不同采摘時(shí)間內(nèi)庫爾勒香梨品質(zhì)指標(biāo)和電學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，研究香梨品質(zhì)指標(biāo)和電學(xué)參數(shù)的相關(guān)性，旨在為香梨的品質(zhì)檢測(cè)和采收分級(jí)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以塔里木大學(xué)果園內(nèi)的庫爾勒香梨為試驗(yàn)材料。塔里木大學(xué)果園位于新疆維吾爾自治區(qū)阿拉爾市、塔里木河河畔，是南疆地區(qū)優(yōu)質(zhì)庫爾勒香梨生產(chǎn)區(qū)。整個(gè)試驗(yàn)期間選擇形狀規(guī)則、無病蟲害、無機(jī)械損傷、色澤均勻、成熟度基本相同和果實(shí)大小基本一致的香梨為試驗(yàn)樣品。

1.2 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.2.1 庫爾勒香梨電學(xué)參數(shù)的測(cè)定 庫爾勒香梨電學(xué)參數(shù)的測(cè)定采用自制的測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示。為盡量減小外界環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，夾持裝置采用2個(gè)直徑為3.5 mm的銅質(zhì)探頭，刺入香梨的深度為5 mm，尖端為錐角45°，測(cè)量電極間距離為35 mm。試驗(yàn)過程中控制環(huán)境溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為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、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻、復(fù)阻抗相角和耗散因數(shù)；測(cè)試電壓為1 V；測(cè)試頻率分別為0.100 0、0.316 2、1.000 0、3.162 0、10.000 0、31.620 0、100.000 0、316.200 0、1 000.000 0 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 庫爾勒香梨成熟期間品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)量 香梨采摘時(shí)間為2014年9月1—28日，每隔7 d采摘1次香梨，將采摘時(shí)間9月1日設(shè)為0 d，然后依次為7、14、21、28 d。每次采摘10個(gè)果實(shí)，采摘后測(cè)量每個(gè)香梨硬度和可溶性固形物含量，測(cè)量結(jié)果取平均值。采用數(shù)顯果實(shí)硬度計(jì)GY-4測(cè)定果實(shí)硬度，取香梨果實(shí)赤道相對(duì)的6個(gè)點(diǎn)，去皮后進(jìn)行測(cè)定并取平均值，單位為kg/cm2。用KRüSS HR Series手持式糖度檢測(cè)折光儀測(cè)定可溶性固形物含量。

圖1 庫爾勒香梨電學(xué)特性測(cè)量系統(tǒng)

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SigmaPlot軟件和SPSS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)間的庫爾勒香梨品質(zhì)指標(biāo)的變化

果實(shí)的硬度和可溶性固形物含量是衡量庫爾勒香梨品質(zhì)的重要指標(biāo)。從表1可以看出，隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)，香梨的硬度逐漸下降。分析其原因，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，果實(shí)不斷發(fā)育成熟；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[14]。

從表1還可以看出，香梨的可溶性固形物含量隨著采摘時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加。分析其原因，在果實(shí)發(fā)育的初期和中期，庫爾勒香梨輸入的光合作用產(chǎn)物運(yùn)輸?shù)焦麑?shí)內(nèi)部，光合作用產(chǎn)物不斷轉(zhuǎn)化成淀粉，直到果實(shí)發(fā)育成熟期最終轉(zhuǎn)化為糖類[15-16]。所以在香梨的成熟期內(nèi)，果實(shí)可溶性固形物含量逐漸增加。

表1 成熟期庫爾勒香梨品質(zhì)指標(biāo)的變化

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

2.2.1 并聯(lián)等效電容 從圖2可以看出，隨著測(cè)試頻率的增加，并聯(lián)等效電容不斷減小。頻率相同時(shí)，采摘時(shí)間越長(zhǎng)，并聯(lián)等效電容就越大。在0.100 0 kHz頻率條件下，采摘時(shí)間分別為0、7、14、21、28 d時(shí)，庫爾勒香梨的并聯(lián)等效電容分別為57.36、72.00、93.72、110.39、137.39 pF，9月28日(28 d)采摘的果實(shí)并聯(lián)等效電容是9月1日(0 d)的2.4倍。

圖2 不同采摘時(shí)間和頻率下香梨果實(shí)并聯(lián)等效電容的變化

2.2.2 并聯(lián)等效電感 從圖3可以看出，隨著測(cè)試頻率值的增加，并聯(lián)等效電感不斷減小。在同一頻率下，隨著采摘時(shí)間的變化并聯(lián)等效電感基本相同。表明在測(cè)試頻率范圍內(nèi)，采摘時(shí)間對(duì)并聯(lián)等效電感幾乎沒有影響。

圖3 不同采摘時(shí)間和頻率下香梨果實(shí)并聯(lián)等效電感的變化

2.2.3 并聯(lián)等效電阻 從圖4可以看出，隨著測(cè)試頻率的增加，并聯(lián)等效電阻不斷減小，當(dāng)頻率增加到100.000 0 kHz時(shí)，并聯(lián)等效電阻變化較小。在同一頻率下，并聯(lián)等效電阻隨采摘時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。在0.100 0 kHz頻率條件下，9月1日采摘庫爾勒香梨的并聯(lián)等效電阻是9月28日的3.3倍。

圖4 不同采摘時(shí)間和頻率下香梨果實(shí)并聯(lián)等效電阻的變化

2.2.4 復(fù)阻抗相角 從圖5可以看出，隨著測(cè)試頻率的提高，復(fù)阻抗相角先緩慢增長(zhǎng)，頻率增加到31.620 0 kHz后，復(fù)阻抗相角增長(zhǎng)速度加快。在測(cè)試頻率范圍內(nèi)，同一頻率下隨采摘時(shí)間的延長(zhǎng)復(fù)阻抗相角不斷減小。

圖5 不同采摘時(shí)間和頻率下香梨果實(shí)復(fù)阻抗相角的變化

2.2.5 耗散因數(shù) 從圖6可以看出，隨著頻率值的提高，耗散因數(shù)先不斷增加，當(dāng)頻率增加到10.000 0 kHz時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)頻率相同時(shí)，采摘時(shí)間越長(zhǎng)，耗散因數(shù)就越小。

圖6 不同采摘時(shí)間和頻率下香梨果實(shí)耗散因數(shù)的變化

2.3 庫爾勒香梨電學(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0.100 0 kHz頻率條件下的電學(xué)參數(shù)作為參考，采用SPSS軟件對(duì)香梨電參數(shù)與硬度和可溶性固形物含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。

表2 0.100 0 kHz頻率下庫爾勒香梨電學(xué)參數(shù)與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

注：*、**分別表示達(dá)0.05、0.01顯著水平。

從表2可以看出，在0.100 0 kHz頻率條件下，庫爾勒香梨硬度與并聯(lián)等效電容和耗散因數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.960**和-0.991**。并聯(lián)等效電阻與硬度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.985**。硬度與并聯(lián)等效電感呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.888*。復(fù)阻抗相角與硬度無顯著相關(guān)性。

從表2還可以看出，0.100 0 kHz頻率條件下，庫爾勒香梨可溶性固形物含量與并聯(lián)等效電容和耗散因數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.969**和0.994**。并聯(lián)等效電阻與可溶性固形物含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.990**?？扇苄怨绦挝锖颗c并聯(lián)等效電感呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.930*。復(fù)阻抗相角與可溶性固形物含量無顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，隨著采摘時(shí)間的增加，庫爾勒香梨的硬度逐漸減小，可溶性固形物含量逐漸增加。測(cè)試頻率大小對(duì)采摘時(shí)間內(nèi)庫爾勒香梨的電學(xué)參數(shù)有顯著影響。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)等效電阻不斷減小，復(fù)阻抗相角不斷增加，耗散因數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。在頻率一定時(shí)，采摘時(shí)間對(duì)并聯(lián)等效電容、并聯(lián)等效電阻、耗散因數(shù)、復(fù)阻抗相角均有較大影響，對(duì)并聯(lián)等效電感影響較小。在0.100 0 kHz頻率條件下，復(fù)阻抗相角與香梨硬度和可溶性固形物含量無顯著相關(guān)性，并聯(lián)等效電容、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻、耗散因數(shù)與香梨硬度和可溶性固形物含量有顯著或極顯著相關(guān)性。研究結(jié)果可為基于庫爾勒香梨電學(xué)特性的無損檢測(cè)研究提供理論依據(jù)。

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Study on Electric Properties of Korla Pear Quality

TANG Yurong1,ZHANG Hong1*,CAO Xinxin2,LAN Haipeng1,LIU Yang1,SHEN Liuyang1,LI Wen1

(1.College of Mechanic and Electrical Engineering,Tarim University,Alar 843300,China; 2.Xinyang Power Supply Company of State Grid Henan Electric Power Company,Xinyang 464000,China)

With Karla pear as research material,electrical properties and fruit quality characters during ripening process were studied in different picking time with the home-made electrical parameters detection system in the range of 0.100 0—1 000.000 0 kHz,and the relationship between electric parameters and fruit quality was also studied.The results showed that with increasing of picking time,fruit firmness was gradually decreased,and soluble solids content was gradually increased.In the measurement within the parameters range,with increasing of frequency,parallel equivalent capacitance,parallel equivalent inductance,parallel equivalent resistance were all decreased,complex impedance angle was increased,and loss coefficient first increased and then decreased.When the frequency was constant,picking time had greater effect on parallel equivalent capacitance,parallel equivalent resistance,loss coefficient and complex impedance angle,and it had lower effect on parallel equivalent inductance.At 0.100 0 kHz of testing frequency,complex impedance angle was non-significantly correlated with fruit firmness and soluble solids content,parallel equivalent capacitance,but parallel equivalent inductance,parallel equivalent resistance and loss coefficient were significantly correlated with fruit firmness and soluble solids content.

Korla pear; electric properties; frequency; quality characters

2016-11-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160196)；新疆兵團(tuán)工業(yè)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2014BA014)；國(guó)家青年基金項(xiàng)目(31201364)

唐玉榮(1982-)，女，黑龍江巴彥人，實(shí)驗(yàn)師，在讀碩士研究生，研究方向：自動(dòng)化。E-mail:hxtxylove@126.com

*通訊作者：張 宏(1975-)，男，內(nèi)蒙古武川人，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化電氣化研究。E-mail：zhghog@163.com

S661.2

A

1004-3268(2017)03-0148-04