唐 燕，杜光源，张继澍,*

(1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学理学院，陕西 杨凌 712100)

损伤对猕猴桃果实电特性的影响

唐 燕1，杜光源2，张继澍1,*

(1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学理学院，陕西 杨凌 712100)

以猕猴桃品种“海沃德”果实为材料，采后果实经50cm高处自由落体碰伤处理，利用日置智能LCR测试仪测定了果实的6个电参数(复阻抗Z、并联等效电容Cp、并联等效电感Lp、损耗系数D、电导G、阻抗相角θ)在6个电场频率(100、158、251、398、631kHz和1MHz)条件下的变化，以及随着贮藏时间的延长各电参数的变化。结果表明：在(25±1)℃条件下，随着电激频率的增加，无论损伤果还是对照果，Z、Lp均呈逐渐减小的变化趋势，Cp、G呈逐渐增加的变化趋势，D呈现先上升后下降的变化趋势，θ呈现先下降后上升的变化趋势。损伤果采后Z在6个电激频率条件下都显著低于对照果，所以Z可作为区分其损伤与否的敏感电参数。在100kHz和251kHz两个电激频率条件下，损伤果采后D值显著高于对照果，所以在这两个特征频率条件下D可作为区分“海沃德”猕猴桃果实损伤与否的敏感电参数。

猕猴桃；损伤；电特性；敏感电参数

目前果蔬品种的分选识别基本上是基于计算机视觉的图像处理法，该方法费用较高。同计算机视觉方法相比，电特性检测法具有快速、投资费用低、易于实现在线测定的特点。国外从20世纪60年代开始，国内从20世纪90年代开始对果品电学特性进行了研究。在果品的电特性研究方面取得了一定的成果[1-3]。关于果品的成熟度和新鲜度对电特性影响的研究较多[4-8]。而关于果品损伤对电特性影响的研究较少。张立彬等[9]对秦冠苹果的电特性研究发现，在33～100kHz频率范围内，有腐烂或损伤的苹果的相对介电常数比完好的要大。郭文川等[10]研究了撞击和静压损伤对富士苹果的电参数影响，结果发现，两种损伤处理都会影响果实的电参数。国外目前尚未见到机械损伤对猕猴桃电学特性影响的研究报道。而且对于猕猴桃果实衰老过程中的参数动态变化规律尚缺乏足够了解。本实验选用“海沃德”猕猴桃果实为材料，进行50cm高度自由落下碰伤处理，测定采后贮藏阶段果实在(100、158、251、398、631kHz和1MHz)6个电场频率条件下6个电学参数(复阻抗Z、并联等效电容Cp、并联等效电感Lp、损耗系数D、电导G、阻抗相角θ)的变化，探讨利用正常果和碰伤果电参数的变化差异区分损伤果的可能性，为利用果实电特性实现损伤果的分选提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料及处理

材料为“海沃德”(Actinidia deliciosa cv. Hayward)猕猴桃。2008年10月2日采自陕西省杨凌农业高新技术示范区管理良好的果园，在生理成熟期采收，选取大小均匀，无病害的健康果实进行实验。

损伤处理是将猕猴桃果实置于50cm的高度处，使其自由跌落至水泥地面(损伤不至于出现裂果)。以不经跌落的果实作为对照组。经处理的果实与对照组一起贮存于室温(25±1)℃条件下。

1.2 测试系统组成

果实电学参数的测试系统由日本日置3532-50LCR测试仪和计算机组成，测试仪的可测试频率范围为42Hz～5MHz，实测电激频率为100、158、251、398、631kHz和1MHz。在线自动测量各电学参数。测试探头采用9140-4型终端探头，电极采用铜制正方形平行平板电极，上下极板边长均为6cm，极板间距可调。电压为1V的正弦波，极板夹持力为0.5N。电学参数的测试系统如图1所示。

图1 电学参数的测试系统Fig.1 Schematic diagram of a test system for electrical parameters

1.3 测试电路原理

分析果实电学特性时，可根据果实的组织结构和生理电学特征，建立LCR串联、并联等效电路模型。水果介电特性参数的无损检测的原理就是基于等效电路模型来实现的。在给定的测量频率下，将被检测水果置于电极之间作为电容器的内部介质，正弦波发生器输出的驱动电流I流过被检测水果作为介质的电容器构成电路后，经过代数运算，仪器可输出Z、Cp、Lp、G、D、θ等参数。各电参数的换算公式如下：

式中虚数单位用j表示。

Cp=B/ω，B=X/R2+X2，ω=2πf

式中：ω为角频率；f为电场频率。

Lp=1/ωB，D=R/X=tanδ，G=R/R2+X2，θ=tan-1(X/R)。

1.4 电学指标的测定

测试前对每个果实都用记号笔做标记，以便于辨认。每次测定随机选处理和对照果各15个果实，每个果实重复测定3次。用日置3532-50型LCR对果实的电参数进行测定，每个果实测定时仪器设定的参数完全一致，并保证测试环境温度恒定，以减少实验误差。每2d测定果实复阻抗Z、并联等效电容Cp、并联等效电感Lp、损耗系数D、电导G、阻抗相角θ的变化。连续测定至第10天。此时损伤果已完全软化，失去食用价值。对照果硬度在4.8kg/cm2左右。

1.5 品质指标和丙二醛含量的测定

电参数测试结束的果实进行品质指标和丙二醛含量的测定。果实品质指标(硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量)的测定参照马书尚[11]的方法，丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[12]。

1.6 实验数据处理

实验数据采用SPSS统计软件处理，t检验法(α=0.05)对相关指标进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后复阻抗的影响

Z是指由电阻、电容和电感组成的生物体等效复合电路中电阻与电抗的总和。从图2可以看出，无论是对照果实还是损伤果实的Z值都随着频率的增加呈现下降的变化趋势。这是由细胞组织的不均匀引起的。细胞膜的电阻和电容量很大，使得在低频情况下电流只在细胞外液流过，因此，电阻非常大；随着频率增高，细胞膜和细胞壁间的电容量增大，细胞内液中也有电流流过，使电阻明显减小。

随着贮藏时间的延长，各频率下对照果的Z值变化趋势较一致，呈现下降的变化趋势。其中在251、631kHz、1MHz条件下，对照果Z值呈线性下降(达到显著水平) 趋势，其分别为0.966、0.906、0.960。损伤果在6个频率条件下Z值随贮藏时间延长总体也呈现下降的变化趋势，在各频率间Z值的变化幅度较大，都能较好的区分开。

在同一频率条件下，从处理后2d开始，损伤果的Z值都显著低于对照果(P＜0.05)。在各频率条件下，无论对照果还是损伤果之间的Z值差异都达到显著水平(P＜0.05)。

图2 贮藏期间猕猴桃果实复阻抗的变化曲线Fig.2 Change curves of complex impedance (Z) in kiwifruits at various frequencies during storage

2.2 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后并联等效电容的影响

图3 贮藏期间猕猴桃果实电容的变化曲线Fig.3 Change curves of parallel equivalent capacitance (Cp) in kiwifruits at various frequencies during storage

如图3所示，对照果和损伤果的Cp值随着频率的增加呈现增大的变化趋势，并且对照果和损伤果在各频率间的Cp值变化幅度不大，在各频率间果实Cp值并不像Z值那样能很好的区分。如在100kHz和158kHz之间无论是对照果之间、损伤果之间还是对照果与损伤果之间差异都未达到显著水平(P＞0.05)。

随着贮藏时间的延长，各频率条件下对照果的Cp值变化趋势并不完全一致，其中对照果在158、251kHz条件下的变化趋势一致，在398、631kHz、1MHz条件下的变化趋势相似。不论对照果还是损伤果，果实贮藏到10d时，其Cp值和初始值相比都有显著的上升(P ＜0.05)。

在100kHz条件下，损伤果的Cp值和对照果之间差异不显著(P＞0.05)。在其余频率条件下，损伤果在贮藏的2～6d都显著低于对照果(P＜0.05)，之后差异不显著(P＞0.05)。

2.3 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后并联等效电感的影响

图4 贮藏期间猕猴桃果实电感的变化曲线Fig.4 Change curves of parallel equivalent inductance (Lp) in kiwifruits at various frequencies during storage

由图4可见，无论是损伤果还是对照果，不同贮藏时间果实的Lp值变化规律与Z值变化相似，随频率增加而呈下降趋势。在各频率间Lp值的变化幅度较大，都能较好的区分开。

随着贮藏时间的延长，各频率条件下对照果的Cp值变化趋势基本呈线性下降，损伤果的变化趋势和对照果变化趋势不一致。无论是对照果还是处理果，贮藏10d时的Lp值和起始值相比，都有显著下降(P＜0.05)。

除了100kHz频率时，其他频率时损伤果的Lp值几乎都高于对照果。其中在398kHz和631kHz频率时，处理果Lp值在贮藏4d和6d显著高于对照果(P＜0.05)。

2.4 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后电导的影响

电导指导电能力，对于某一种导体而言电导指允许电流通过它的容易性的量度，是电阻的倒数，G能反映电介质传输电流能力的强弱。随着频率的增加，无论是对照果还是损伤果其电导总体呈上升的变化趋势。除了631kHz、1MHz条件下，其余频率之间G值都能很好的区分(图5)。

随着贮藏时间的延长，在各频率条件下，损伤果G值变化趋势和对照果在后期有所不同，损伤果G值在后期呈明显的上升趋势。在果实贮藏的第10天，损伤果的G值明显高于对照果，而且此阶段果实的G值显著高于起始值(P＜0.05)。在各频率条件下，损伤果G值在处理后第6天都低于对照果，但都未达到显著水平。

图5 贮藏期间猕猴桃果实电导的变化曲线Fig.5 Change curves of conductance (G) in kiwifruits at various frequencies during storage

2.5 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后损耗系数的影响

损耗系数是指生物材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。损耗系数随频率的变化呈非线性关系(图6)。损耗系数随着频率的增大呈现先上升后下降的变化趋势。

果实D值随贮藏时间延长总体呈上升的变化趋势，100kHz和158kHz条件下，损伤果D值随贮藏时间延长呈线性上升变化趋势，其R2分别为0.937、0.953。其余线性相关性较差。

在100、158、251、398kHz频率条件下，损伤果的D值都高于对照果。其中在100kHz、251kHz频率条件下，从处理第2～10天，损伤果都显著高于对照果(P＜0.05)。在158kHz频率条件下，损伤果D值在处理2、4、10d都显著高于对照果。在651kHz和1MHz频率条件下，损伤果和对照果之间差异不显著(P＞0.05)。

图6 贮藏期间猕猴桃果实损耗系数的变化曲线Fig.6 Change curves of loss coefficient (D) in kiwifruits at various frequencies during storage

2.6 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后阻抗相角的影响

由图7可见，对照果随着频率的增加，θ呈先下降后有所回升的变化趋势。θ的变化幅度不大，各频率之间的θ不能很好的加以区分。对照果在各频率下的变化趋势较一致，但和损伤果之间的变化趋势有很大的不同。在同一频率下，损伤果和对照果之间的差异不显著(P＞0.05)。

2.7 损伤对“海沃德”猕猴桃果实采后品质和丙二醛含量的影响

图8 损伤对猕猴桃果实硬度和可溶性固形物含量的影响Fig.8 Effect of damage on the firmness and total soluble solids in kiwifruits

图9 损伤对猕猴桃果实可滴定酸和丙二醛含量的影响Fig.9 Effect of damage on the contents of titratable acids and malondialdehyde in kiwifruits

果肉的硬度能反映果实的质地。硬度直接与细胞壁与其周围结构的成分有关，果实成熟期间细胞壁物质的分解是硬度下降的主要原因。如图8所示，损伤果硬度下降速度明显快于对照果，果实从处理第2天开始，硬度值都显著低于对照果(P＜0.05)。果实的可溶性固形物含量和可滴定酸含量是检验果实风味的重要参数。无论是对照果还是损伤果，果实可溶性固形物和可滴定酸含量变化趋势一致(图8、9)，但差异并不显著，说明50cm跌伤处理对果实的风味没有显著影响。随伤害时间的延长，损伤果的丙二醛含量上升的很快，在贮藏的4～10d，损伤果的丙二醛含量显著高于对照果(P＜0.05)，说明处理果细胞膜破坏程度较对照果严重。

3 讨 论

通过实验结果可以看出，在6个电激测试频率(100kHz～1MHz)条件下，果实Z值和Lp值在各频率之间都能区分开。其他电参数不能很好的区分。检测频率对猕猴桃采后电参数有明显的影响。随着测试频率的增加，猕猴桃果实的Z值、Lp值均逐渐下降，G呈逐渐增加变化趋势。这与西红柿[13-14]和红巴梨[15]的测定结果一致。随着测试频率的增加，猕猴桃果实Cp呈上升的变化趋势，这与“嘎拉”苹果[16]果实在0.1～100kHz处理时的研究结果相反。这可能是由于电激频率范围不同表现有异所致。

影响果实电参数的因素很多，除受测试信号的频率影响外，果实的新鲜度也对电参数有影响。随着货架期的延长，猕猴桃果实Z值、Lp值呈下降变化，这和巴梨[15]的测定结果相似。而在苹果的衰老过程中，阻抗呈现相反变化趋势[4]。这可能是因为苹果和猕猴桃两类果实在结构上、成熟过程中成分变化有差异有关。猕猴桃果肉容易软化，果肉趋于可融状；而苹果成熟后细胞结构相对完整，果实保持清脆品质，同时贮藏过程中水分散失，可能导致阻抗呈现增大趋势。

对于猕猴桃来说，损伤处理是一种强烈的外界刺激。通过实验结果可以看出，该刺激对猕猴桃的影响能够从其宏观电参数上表现出来。通过对6个电参数的比较分析，发现电参数Z值对损伤处理反应最灵敏。加藤宏朗等[17]在10Hz～13MHz的频率范围内，对损坏和正常水果的介电特性进行了对比测试，结果显示损坏水果阻抗低于正常水果，本研究结果与其一致。胥芳等[18]分析了苹果和梨腐烂或有损伤时等效阻抗减少和相对介电常数会明显上升的原因，认为水果腐烂后，细胞膜往往破损，离子通透性增加，等效阻抗减少，同时胶体结合水变成自由水，自由水的介电常数远远大于结合水，导致等效电容和相对介电常数的增加。本实验发现果实经损伤处理后，果实的Cp对损伤的响应不是很灵敏，可能与损伤的程度不同有关。

猕猴桃果实不耐贮藏，采后果实硬度下降较快，成熟衰老过程比较迅速。本实验结果显示，损伤处理明显促进果实的软化，说明处理大大缩短了果实的货架期寿命，这和李正国等[19]在猕猴桃和Miller等[20]在黄瓜方面的研究结论一致。Miller等[20]认为软化是损伤处理引起有关降解细胞壁酶活性的增加和刺激乙烯生成增加的结果。丙二醛作为膜过氧化的产物，对细胞膜结构有很大的影响，反映膜受伤害的程度。本实验发现，损伤处理使丙二醛含量增加，说明损伤引起细胞膜脂的过氧化、加速衰老，破坏细胞膜结构的完整性。

4 结 论

本实验研究了100、158、 251、 398、 631kHz和1MHz 6个频率，测试电压为1V条件下，“海沃德”猕猴桃果实随着处理时间的延长，果实6个电参数的变化情况。研究结果表明：随着频率的增加，猕猴桃果实Z值、Lp值均呈逐渐减小的变化趋势，Cp、G呈逐渐增加的变化趋势，D呈现先上升后下降的变化趋势，θ呈现先下降后上升的变化趋势。随着贮藏时间的延长，损伤处理能引起电参数发生变化，但不改变果实电参数的总体变化趋势。6个电参数中，电参数Z对损伤的响应最灵敏，其次是电参数D，其余电参数对损伤与否没有明显的区分能力，即响应灵敏度差。果实硬度和可滴定酸含量的变化和Z和Lp的变化呈正相关，和Cp的变化呈负相关。果实可溶性固形物的变化和Z值、Lp值的变化呈负相关，和Cp的变化呈正相关，说明生理参数和电参数之间具有一定的相关关系。

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Effect of Damage on Dielectric Properties of Kiwifruits

TANG Yan1，DU Guang-yuan2，ZHANG Ji-shu1,*
(1. College of Life Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China；2. College of Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

In this experiment, the post-harvest fruits of kiwifruitwere selected to create a damage model through free-fall movement from a height of 50 cm. An intelligent LCR Hioki tester was used to determine changes in 6 electrical parameters of fruits such as complex impedance (Z), parallel equivalent capacitance (Cp), parallel equivalent inductance (Lp), loss coefficient (D), conductance (G) and impedance phase angle (θ) at electric shock frequencies of 100, 158, 251, 398, 631 kHz and 1000 kHz with the extension of storage time. Results indicated that both damaged and control fruits presented a decrease trend of Z and Lp, an increase trend of Cp and G, an initial increase and then final decrease of D, and an initial decrease and then final increase of θ as electric shock frequency increased at (25 ± 1) ℃. The complex impedance Z at 6 selected electric shock frequencies in damaged fruits was much lower than that in undamaged fruits. Therefore, the parameter can distinguish damaged and healthy fruits as a sensitive electrical parameter. Meanwhile, a significant difference in loss coefficient D between impaired and healthy fruits was determined at electric frequencies of 100 kHz and 251 kHz. As a result, both fruit impedance Z and loss coefficient D can be chosen as an electronic indicator for kiwifruit impairment.

kiwifruit；damage；electric property；sensitive electrical parameter

S183

A

1002-6630(2011)05-0006-06

2010-07-20

国家自然科学基金项目(30471001)

唐燕(1977—)，女，讲师，博士研究生，主要从事果实采后生理及无损检测研究。

E-mail：tangyanyan418@163.com

*通信作者：张继澍(1941—)，男，教授，本科，主要从事采后果实衰老机理及其调控研究。

E-mail：jishu@nwsuaf.edu.cn