柿子果实品质无损检测技术研究进展

2020-12-19蒋宝

陕西农业科学 2020年5期

蒋宝

(渭南职业技术学院，陕西渭南 714026)

柿子(DiospyroskakiThunb.)是柿科柿属的浆果类水果。柿子原产地在中国，在我国的栽培已有上千年的历史。柿子分布广泛，世界柿生产国主要有中国、韩国、日本、巴西和意大利等国，其中中国柿产品产量最大，占世界总产量的60%以上。柿子的品种有1 000多种，主要分为甜柿和涩柿两类，前者成熟时已自然脱涩，后者则需要进行人工脱涩后方可食用，我国主要以涩柿品种为主。柿子营养价值很高，风味独特，具有很高的食用价值和药用价值。目前，就柿子产量而言，柿子属于我国六大水果(苹果、柑橘、香蕉、葡萄、梨和柿子)之一。柿子属于呼吸跃变型果实，在采后贮藏和运输过程中，柿子果实极易变软，发生衰老褐变，导致风味变劣，食用和商品价值大幅度降低，甚至丧失。目前，我国鲜柿采后品质检测和分级主要以传统的化学测试和机械(或人工)分级为主，存在破坏果实，浪费样本，分析的指标单一，检测程序繁琐、效率偏低等缺陷，无法满足大规模生产和市场需求。所以开展柿果品质的无损检测技术，将有助于进一步提高柿果的产品附加值，增强市场竞争力。

近年来，基于果蔬品质的电学特性[1～5]、光学特性[6～8]、电子鼻技术[9～12]、机器视觉技术[13～17]以及声波振动特性[18～20]等无损检测技术方面的研究日益增多。相对于传统的化学测试和机械(或人工)分级，果蔬品质的无损检测技术更加方便、快捷、省工和高效。通过检索近二十年来的研究文献，发现前人就柿果品质的电学特性和近红外光谱特性开展的相关研究最多，所以笔者主要围绕着柿子果实的电学特性和近红外光谱特性，综述了柿果实品质无损检测技术的研究进展，并展望了今后无损检测技术在柿子果实品质检测和质量分级等方面的发展趋势，旨在推动无损检测技术更好地应用于柿子果实的品质判定和质量分级，促进我国柿产业的健康、快速发展。

1 柿果采后生理生化变化

未成熟的柿子具有典型的涩味，这种涩味主要源于果实中含有的可溶性单宁。随着柿子的逐渐成熟，在相关酶的催化下，果实中的可溶性单宁转化为不溶性单宁，此时柿子的涩味消失。果实软化是柿子采后最显著的变化，通常在柿子脱涩后随即开始变软，这会给柿子的贮运带来不利的影响，故防止柿子果实软化成为柿子贮藏的关键。柿子属于高糖低酸类水果，含糖量在8.06%～19.47%，可滴定酸含量在0.07%～0.19%左右[21]。在贮藏过程中，果实的含糖量和含酸量均呈下降趋势，并且随贮藏期延长，糖度下降的速率加快。柿子属于呼吸跃变型果实，在贮藏过程中会出现呼吸跃变现象。果实在呼吸高峰过后即进入衰老阶段，此时其贮藏品质大大降低。

2 电学特性

2.1 电学特性分析技术

果实电学特性是指果实在外加电场作用下表现出来的导电性能、电穿透性质及介电性能等。目前，果实电学特性最常用的方法有终端开路同轴探头法、传输线法、探针刺入法和平行板电极法。其中同轴探头法通过探头与果实接触，可测定较宽的频率，是最简单的测定方法，但要求果实样品的厚度要大于1 cm，且需要有平的表面。相比之下，平行板电极法则将样品放在平行的极板之间，然后通过阻抗分析仪或LCR测试仪进行测定，这种方法测定精确度高、仪器价格便宜，但测定频率通常小于100 MHz。果实是含水率较高的样品，其含水量和水分状态是影响果实电学特性的主要因素[22～23]，此外，果实电学特性还与果实组成和结构[24]、果实温度[25]及电激励频率[26]等因素相关。

2.2 电学特性在柿果实品质检测中的应用

2.2.1 硬度与可溶性固形物硬度和可溶性固形物是前人在进行柿子果实无损检测时选用最多的2个理化指标。其中果实硬度是衡量柿果采后质量的重要指标，也是决定柿果贮运周期长短和商品价值高低的重要参数。通常认为当柿果硬度低于10 N(即1 kg·cm-2)时，柿果已不适合于商业化贮藏和销售[1]。邵晓蕾等[27]对陕西省富平尖柿的研究表明，当测试频率在398～1 000 kHz范围时，Z(复阻抗)、Lp(并联等效电感)和Cp(并联等效电容)与柿子果实硬度均显著性(或极显著性)相关；当测试频率在39.8～1 000 kHz范围时， Cp和G与柿子果实硬度均显著性(或极显著性)相关。王瑞庆[1]对陕西乾县火柿的研究表明，当测试频率在0.1～1 000 kHz范围时，Z和Lp与活柿果实硬度呈显著性相关，但Cp和G与火柿果实硬度相关性较差。可溶性固形物主要指果实中的可溶性糖，果实可溶性固形物含量高低通常能直接反映果实的成熟度。邵晓蕾等[27]对陕西省富平尖柿的研究表明，当测试频率在39.8～631 kHz范围时，Z、串联等效电阻(Rs)、Cp、Lp、损耗角(Deg)及电导率(σ)等6个电学参数均与尖柿果实的可溶性固形物含量呈显著性相关。王瑞庆等[1]对陕西乾县火柿电学特性的研究表明，Z和Lp与火柿果实的可溶性固形物含量的相关系数在0.679～0.787，而Cp和G与火柿果实的可溶性固形物含量的相关系数绝对值则低于0.603；此外，若将火柿进行1-MCP(1-甲基环丙烯)处理，则其果实电学参数与可溶性固形物含量的相关性更弱，这主要是由于经1-MCP处理的果实在贮藏期间可溶性固形物含量变化不明显所致，同时也说明可溶性固形物含量变化不是影响果实电学参数变化的唯一原因。

2.2.2 可滴定酸与单宁可滴定酸作为果实的基本理化指标之一，其含量高低能显著地影响柿子果实的感官质量。目前果实可滴定酸含量主要通过有损果实的指示剂法进行测定。邵晓蕾等[27]通过对陕西富平尖柿电学特性与可滴定酸含量关系的研究表明，当测试频率在100～1 000 kHz时，除σ外，电学参数Z、Rs、Cp、Lp及Deg等与尖柿果实的可滴定酸含量相关性较好。尖柿是涩柿的代表品种之一。由于尖柿中含有可溶性单宁，导致尖柿果实带有强烈的涩感。通过测定涩柿中可溶性单宁的含量，可以对涩柿的涩感程度作出准确的评价。邵晓蕾等[27]对陕西富平尖柿电学特性与可溶性单宁关系进行研究，结果表明，当测试频率在63.1～631 kHz时，尖柿果实的电学参数Z、Rs、Cp、Lp、Deg及σ等与其可溶性单宁含量相关系数在0.8以上。

2.2.3 其他为实现柿子果实成熟度的在线分级，张莉等[28]以陕西省乾县火柿果实的外观颜色(破色期、转色期、橙红期和红熟期)为依据，对4个成熟时期火柿的电学参数的变化规律进行研究，结果表明，在柿子果实成熟过程中，Z、Lp、Cp及σ发生了显著性变化；利用Z、Lp和Cp区分柿果实成熟度的适宜频率为251～398 kHz，利用σ判断柿果实成熟度的适宜频率为3.98 kHz和63.1 kHz。此外，王瑞庆等[29]对不同温度下柿果实电学参数变化情况的研究表明，当柿子果实温度从10 ℃升至40 ℃时，Z值下降了28%，Lp下降了30%，Cp升高了43%，所以温度对柿子果实电学参数测试值具有不同程度的影响。

3 近红外光谱

3.1 近红外光谱分析技术

近年来，近红外光谱检测技术已越来越多地应用于果实内部品质的检测、不同成熟度的检测[30～32]、品种[33～34]、贮藏期[34～35]、内部病害[36]、损伤[37]、货架期[38]、产地溯源[39]及果实表面农药种类的鉴别[40]等。相对于常规有损检测，近红外光谱检测技术在不需作任何预处理情况下便可获得样品内部深层信息，具有快速、简单、无损，适用于在线分析等优点。

3.2 近红外光谱在柿果实品质检测中的应用

3.2.1 色差柿子果皮色泽是果实重要的外观品质，它可以直观地反映果实的成熟和衰老情况。目前我国柿子果实分级主要依靠人的感官进行，带有很强的主观性，且缺乏准确性。为此，王丹[8]利用近红外无损检测技术分别对阳丰甜柿和磨盘柿(涩柿)果实色差建立模型，模型预测值与常规化学分析结果的相关性显著，所以近红外漫反射无损检测技术可以较好地预测柿果实的色差。果皮褐变是柿子采后贮藏期间其品质变化的直观反映。通过将柿子果皮颜色b*值不同，将柿子果皮褐变分为无褐变(45～60)、轻微褐变(40～45)、中度褐变(35～40)及严重褐变(20～35)。张鹏等[41]研究表明，利用近红外漫反射无损检测技术建立柿子果皮颜色b*值的定标模型预测性能较好，相关系数达到0.968。

3.2.2 硬度硬度是衡量柿子果实品质和耐贮性的重要指标，可以用来确定柿子果实的成熟度和采摘时间，并为制定柿子的贮藏、保鲜、包装及运输等方案提供重要依据[42]。传统检测柿子果实硬度的方法是采用果实硬度计、质构仪或以手捏的方式感知果实硬度情况，其中硬度计和质构仪法破坏了果实样品，且只能抽样检测，检测效率低；手捏方式获得的结果主观性太强，需要操作者有丰富的经验[42～43]。为克服传统检测方法存在的不足，王丹等[44]利用可见/近红外漫反射光谱检测甜柿果实的硬度，结果表明选用柿果皮脆性、果皮强度和果肉平均硬度作为柿果硬度评价方式，并对每种评价方式建立果实硬度定标模型，能获得较好的柿果实硬度预测结果。张鹏等[42]对磨盘柿进行可见/近红外漫反射光谱扫描分析，发现可见/近红外光谱可以作为快速无损技术来测定磨盘柿果实的硬度。此外，张金龙[38]利用高光谱成像技术对临汾襄汾扁柿的研究，也获得了相同的研究结论。

3.2.3 可溶性固形物可溶性固形物含量(SSC)是衡量柿子品质的重要指标之一，不同品种的柿子其SSC有所不同。张淑娟等[45]利用可见-近红外光谱技术分析“盖柿”、“牛心柿”和“红柿”等3个品种柿子的SSC，结果表明利用光谱分析获得的预测值与实测值的决定系数为0.99，故应用近红外-光谱技术结合主成分分析和神经网络算法检测柿子的SSC含量是可行的。魏萱等[46]和张金龙[38]利用近红外-高光谱成像技术分别对涩柿SSC进行预测，也获得了较好的效果。

3.2.4 单宁涩柿果实中的单宁可分为可溶性单宁和不溶性单宁2种，在可溶性单宁与己醛发生反应生成不溶性单宁后，涩柿达到脱涩的目的。在生产中通常把可溶性单宁含量作为判断涩柿脱涩程度的依据，而单宁含量测定的常规化学方法步骤复杂且耗时较长，所以开发出简易高效的检测涩柿单宁含量测定的新方法非常有必要。为此，王丹[47]利用近红外光谱检测涩柿中可溶性单宁的含量，结果表明单宁实测值与近红外光谱模型预测值的相关度为0.734，说明单宁的定标模型仅能进行粗略的定量分析。此外，张金龙[38]研究也表明，利用近红外光谱建立PCR模型能粗略对扁柿中可溶性单宁含量进行定量分析。

3.2.5 果肉浊度柿果肉浊度可以判断柿果肉的衰老褐变程度，反映柿果实的内在品质。通常随着柿果实贮藏时间的延长，果实衰老褐变加重，其果肉浊度相应增加。张鹏等[41]利用可见/ 近红外光谱法检测磨盘柿果肉浊度，发现应用PLS、一阶导处理和无散射处理建立磨盘柿果肉浊度的定标模型具有可行性，但由于预测值和实测值相关度较低，该方法仅可粗略地对柿果肉浊度进行定量分析。

3.2.6 其他为有效分辨柿子表面残留农药的种类，潘明康[40]利用高光谱分析仪对柿子表面残留的毒死蜱、哒螨灵以及嘧霉胺等三种农药进行鉴定。结果显示在特定波长范围内对柿果实进行图像扫描并建立模型，其农药分类验证和训练集预测正确率分别达到 66.67%和90.18%。此外，张鹏等[34]利用近红外漫反射光谱技术区分磨盘柿和阳丰甜柿2个品种，研究表明通过采用主成分分析法结合偏最小二乘法(PCA-PLS)建立的判别模型，能准确地区分上述2个柿子品种。