库尔勒香梨果实品质的电学特性研究

唐玉荣，张 宏*，曹昕昕，兰海鹏，刘 扬，沈柳杨，栗 文

(1.塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300； 2.国网河南省电力公司信阳供电公司，河南 信阳 464000)

库尔勒香梨果实品质的电学特性研究

唐玉荣1，张 宏1*，曹昕昕2，兰海鹏1，刘 扬1，沈柳杨1，栗 文1

(1.塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300； 2.国网河南省电力公司信阳供电公司，河南 信阳 464000)

以库尔勒香梨为研究对象，在0.100 0～1 000.000 0 kHz频率内，采用自制电学特性测量系统测定了不同采摘时间内香梨成熟过程中的品质指标和电学特性，并对电学参数与香梨果实品质的相关性进行了分析。结果表明：随着采摘时间的增加，库尔勒香梨的硬度逐渐减小，可溶性固形物含量逐渐增加；在试验参数范围内，随着测试频率的增加，并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻不断减小，复阻抗相角不断增大，耗散因数先增加后减小。频率一定时，采摘时间对并联等效电容、并联等效电阻、耗散因数、复阻抗相角影响较大，对并联等效电感影响较小。在0.100 0 kHz频率条件下，复阻抗相角与香梨硬度和可溶性固形物含量无显著相关性，并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻、耗散因数与香梨硬度和可溶性固形物含量有显著或极显著相关性。

库尔勒香梨； 电学特性； 频率； 品质指标

库尔勒香梨是新疆主产的特色水果之一，果实大小适中，香味浓郁，皮薄汁丰，清甜爽口，维生素C含量丰富且耐贮藏[1-5]。其品质优良，营养丰富，深受国内外消费者喜爱。库尔勒香梨生产经过多年的发展，已形成了一定规模，不仅成为当地农村经济发展和提高农民收入的优势产品，而且也成为巴州地区经济可持续发展的主要支柱产业。然而，库尔勒香梨的采收分级依赖果农的经验，对果实成熟度的判定难以定量分析，人工分级的效率低、准确性差[6-8]。因此，探究有效的库尔勒香梨品质检测和分级方法尤为必要。

无损检测技术已经广泛应用在水果品质检测和采收分级上，基于电特性的无损检测技术应用已成为研究热点[9-13]。库尔勒香梨皮薄多汁的自身属性为基于电学特性的无损检测技术应用提供了很好的条件，可为香梨最佳采收期的确定和香梨分级提供新的方法和技术参考。但是库尔勒香梨果实品质与电学参数关系的研究相对较少。基于此，利用自制测量系统测量库尔勒香梨电学参数，以进行香梨品质的无损检测，分析不同采摘时间内库尔勒香梨品质指标和电学参数的变化规律，研究香梨品质指标和电学参数的相关性，旨在为香梨的品质检测和采收分级提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以塔里木大学果园内的库尔勒香梨为试验材料。塔里木大学果园位于新疆维吾尔自治区阿拉尔市、塔里木河河畔，是南疆地区优质库尔勒香梨生产区。整个试验期间选择形状规则、无病虫害、无机械损伤、色泽均匀、成熟度基本相同和果实大小基本一致的香梨为试验样品。

1.2 测定指标和方法

1.2.1 库尔勒香梨电学参数的测定 库尔勒香梨电学参数的测定采用自制的测量系统，如图1所示。为尽量减小外界环境对测量结果的干扰，夹持装置采用2个直径为3.5 mm的铜质探头，刺入香梨的深度为5 mm，尖端为锥角45°，测量电极间距离为35 mm。试验过程中控制环境温度为25 ℃，相对湿度为55%。结合所应用电桥测量仪的测量范围，选取测量电学参数为并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻、复阻抗相角和耗散因数；测试电压为1 V；测试频率分别为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 进行1次电参数测定，每次测定设3个重复，每重复10个果实。

1.2.2 库尔勒香梨成熟期间品质指标的测量 香梨采摘时间为2014年9月1—28日，每隔7 d采摘1次香梨，将采摘时间9月1日设为0 d，然后依次为7、14、21、28 d。每次采摘10个果实，采摘后测量每个香梨硬度和可溶性固形物含量，测量结果取平均值。采用数显果实硬度计GY-4测定果实硬度，取香梨果实赤道相对的6个点，去皮后进行测定并取平均值，单位为kg/cm2。用KRÜSS HR Series手持式糖度检测折光仪测定可溶性固形物含量。

图1 库尔勒香梨电学特性测量系统

1.3 数据处理

采用SigmaPlot软件和SPSS软件进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同采摘时间的库尔勒香梨品质指标的变化

果实的硬度和可溶性固形物含量是衡量库尔勒香梨品质的重要指标。从表1可以看出，随着采摘时间的延长，香梨的硬度逐渐下降。分析其原因，随着时间的延长，果实不断发育成熟；在成熟前，香梨细胞壁的主要成分是原果胶，呈不溶状态，果肉质地较硬；随着果实不断成熟，原果胶由不溶状态变为可溶状态，细胞结构随之破坏，导致果肉硬度迅速下降[14]。

从表1还可以看出，香梨的可溶性固形物含量随着采摘时间的延长逐渐增加。分析其原因，在果实发育的初期和中期，库尔勒香梨输入的光合作用产物运输到果实内部，光合作用产物不断转化成淀粉，直到果实发育成熟期最终转化为糖类[15-16]。所以在香梨的成熟期内，果实可溶性固形物含量逐渐增加。

表1 成熟期库尔勒香梨品质指标的变化

2.2 不同采摘时间的库尔勒香梨电学参数的变化

2.2.1 并联等效电容 从图2可以看出，随着测试频率的增加，并联等效电容不断减小。频率相同时，采摘时间越长，并联等效电容就越大。在0.100 0 kHz频率条件下，采摘时间分别为0、7、14、21、28 d时，库尔勒香梨的并联等效电容分别为57.36、72.00、93.72、110.39、137.39 pF，9月28日(28 d)采摘的果实并联等效电容是9月1日(0 d)的2.4倍。

图2 不同采摘时间和频率下香梨果实并联等效电容的变化

2.2.2 并联等效电感 从图3可以看出，随着测试频率值的增加，并联等效电感不断减小。在同一频率下，随着采摘时间的变化并联等效电感基本相同。表明在测试频率范围内，采摘时间对并联等效电感几乎没有影响。

图3 不同采摘时间和频率下香梨果实并联等效电感的变化

2.2.3 并联等效电阻 从图4可以看出，随着测试频率的增加，并联等效电阻不断减小，当频率增加到100.000 0 kHz时，并联等效电阻变化较小。在同一频率下，并联等效电阻随采摘时间的延长而减小。在0.100 0 kHz频率条件下，9月1日采摘库尔勒香梨的并联等效电阻是9月28日的3.3倍。

图4 不同采摘时间和频率下香梨果实并联等效电阻的变化

2.2.4 复阻抗相角 从图5可以看出，随着测试频率的提高，复阻抗相角先缓慢增长，频率增加到31.620 0 kHz后，复阻抗相角增长速度加快。在测试频率范围内，同一频率下随采摘时间的延长复阻抗相角不断减小。

图5 不同采摘时间和频率下香梨果实复阻抗相角的变化

2.2.5 耗散因数 从图6可以看出，随着频率值的提高，耗散因数先不断增加，当频率增加到10.000 0 kHz时呈现下降趋势。当频率相同时，采摘时间越长，耗散因数就越小。

图6 不同采摘时间和频率下香梨果实耗散因数的变化

2.3 库尔勒香梨电学参数与品质指标的相关性分析

为了分析库尔勒香梨各个电学参数与品质指标的相关性，以0.100 0 kHz频率条件下的电学参数作为参考，采用SPSS软件对香梨电参数与硬度和可溶性固形物含量进行相关性分析，结果见表2。

表2 0.100 0 kHz频率下库尔勒香梨电学参数与品质指标的相关系数

注：*、**分别表示达0.05、0.01显著水平。

从表2可以看出，在0.100 0 kHz频率条件下，库尔勒香梨硬度与并联等效电容和耗散因数均呈极显著负相关，相关系数分别为-0.960**和-0.991**。并联等效电阻与硬度呈极显著正相关，相关系数为0.985**。硬度与并联等效电感呈显著负相关，相关系数为-0.888*。复阻抗相角与硬度无显著相关性。

从表2还可以看出，0.100 0 kHz频率条件下，库尔勒香梨可溶性固形物含量与并联等效电容和耗散因数呈极显著正相关，相关系数分别为0.969**和0.994**。并联等效电阻与可溶性固形物含量呈极显著负相关，相关系数为-0.990**。可溶性固形物含量与并联等效电感呈显著正相关，相关系数为0.930*。复阻抗相角与可溶性固形物含量无显著相关性。

3 结论

本研究结果表明，随着采摘时间的增加，库尔勒香梨的硬度逐渐减小，可溶性固形物含量逐渐增加。测试频率大小对采摘时间内库尔勒香梨的电学参数有显著影响。在试验参数范围内，随着测试频率的增加，并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻不断减小，复阻抗相角不断增加，耗散因数呈现先增加后减小的趋势。在频率一定时，采摘时间对并联等效电容、并联等效电阻、耗散因数、复阻抗相角均有较大影响，对并联等效电感影响较小。在0.100 0 kHz频率条件下，复阻抗相角与香梨硬度和可溶性固形物含量无显著相关性，并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻、耗散因数与香梨硬度和可溶性固形物含量有显著或极显著相关性。研究结果可为基于库尔勒香梨电学特性的无损检测研究提供理论依据。

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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

国家自然科学基金项目(31160196)；新疆兵团工业科技攻关计划项目(2014BA014)；国家青年基金项目(31201364)

唐玉荣(1982-)，女，黑龙江巴彦人，实验师，在读硕士研究生，研究方向：自动化。E-mail:hxtxylove@126.com

*通讯作者：张 宏(1975-)，男，内蒙古武川人，副教授，主要从事农业机械化电气化研究。E-mail：zhghog@163.com

S661.2

A

1004-3268(2017)03-0148-04