張曉榮 楊鵬 馬海軍

摘要電特性檢測(cè)技術(shù)作為一種果品無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，正引起越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。從果蔬介電特性影響因子和介電特性與水果品質(zhì)檢測(cè)2個(gè)方面對(duì)其研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，并對(duì)該技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用提出了一些建議。

關(guān)鍵詞水果； 電特性； 無(wú)損檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)S609.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）23-08002-02

基金項(xiàng)目寧夏自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（NZ12114）；2011年度寧夏高?？茖W(xué)研究項(xiàng)目；2012年度國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介張曉榮（1976-），女，陜西富平人，講師，在讀博士，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)研究。*通訊作者，副教授，博士，從事植物衰老和采后生理及果品無(wú)損傷檢測(cè)研究。

收稿日期20140703無(wú)損檢測(cè)技術(shù)（NDT）作為一門(mén)新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科，是指不損壞被檢測(cè)對(duì)象情況下， 運(yùn)用熱、聲、光、電、磁等物理學(xué)手段來(lái)檢測(cè)對(duì)象性質(zhì)和數(shù)量的變化。根據(jù)原理不同，可分為光學(xué)分析法、聲學(xué)分析法、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)法、電學(xué)分析法、電磁與射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)五大類(lèi)[1]。

電特性檢測(cè)技術(shù)是利用樣品在電場(chǎng)中電特性參數(shù)的變換來(lái)反映樣品的性質(zhì)。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(chǎng)，水果在生長(zhǎng)、成熟、受損及腐敗變質(zhì)過(guò)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(lèi)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(chǎng)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(guò)對(duì)水果電特性的無(wú)損檢測(cè)加以判別。

1水果介電特性影響因子研究進(jìn)展

利用農(nóng)產(chǎn)品的介電特性進(jìn)行快速檢測(cè)其品質(zhì)的研究已經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，而介電特性在果品的研究上，主要集中在果蔬介電特性影響因子和介電特性與水果品質(zhì)檢測(cè)2個(gè)方面。在果蔬介電特性影響因子研究方面，Nelson等通過(guò)對(duì)蘋(píng)果、香蕉和黃瓜等果蔬進(jìn)行研究后指出，果蔬的介電特性與頻率和成熟度有很大關(guān)系[2-3]。Ikediala等在蘋(píng)果上[4]、袁子惠等在芒果上[5]（RH=80%）也得出了相似的結(jié)論。此外，F(xiàn)unebo等研究表明，蘋(píng)果等果品和蔬菜的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因子受溫度和濕度等因素的影響（f=2.8 GHz）[6]。Martín等則指出，果實(shí)中水分的活力值對(duì)果實(shí)的介電參數(shù)也有影響[7]。

2水果介電特性與品質(zhì)檢測(cè)方面研究進(jìn)展

在介電特性與水果品質(zhì)檢測(cè)方面，學(xué)者們也進(jìn)行了探索。郭文川等在研究了測(cè)試信號(hào)的頻率和電壓對(duì)成熟期蘋(píng)果電參數(shù)的影響后指出，電參數(shù)可以反映蘋(píng)果內(nèi)部物質(zhì)成分的變化[8-9]。張立彬等研究也得出用相對(duì)介電常數(shù)判斷水果內(nèi)部品質(zhì)可行的結(jié)論[10]。胥芳等提出了基于電特性參數(shù)無(wú)損檢測(cè)的水果品質(zhì)自動(dòng)分選系統(tǒng)分類(lèi)閡值的確定方法[11]。在具體水果的檢測(cè)方面，Sosa等研究后指出，介電參數(shù)可以被用來(lái)選擇芒果的最適軟化期[12]。Castro等引入了介電成熟指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)蘋(píng)果的成熟度（T=30°C， f=500 MHz ～20 GHz）[13]。Soltani等指出，可以用介電參數(shù)判別香蕉成熟狀態(tài)[14]。在電參數(shù)與果實(shí)品質(zhì)相關(guān)性研究上，李英等指出，桃子的電特性與其含糖量和酸度之間的關(guān)系顯著（f=100 Hz）[15]。王穎等研究指出，在熱風(fēng)干燥過(guò)程中蘋(píng)果及蘋(píng)果與空氣混合物的介電常數(shù)與干燥特性指標(biāo)均顯著相關(guān)，且混合物介電常數(shù)與干燥特性指標(biāo)相關(guān)性更好[16]。劉亞平等研究指出，在較佳測(cè)試頻率0.1 kHz下，葡萄果實(shí)的電抗X與硬度、彈性、黏著性呈現(xiàn)顯著相關(guān)性（P<0.05），同時(shí)與咀嚼性達(dá)到較高相關(guān)性[17]。

近年來(lái)，在水果電學(xué)特性的研究方面，已由早先的對(duì)果實(shí)的研究深入到對(duì)果汁和干果的研究層次。Zhu等檢測(cè)了20～4 500 MHz，15～95 ℃下蘋(píng)果汁、梨汁、葡萄汁、橙汁和菠蘿汁的介電常數(shù)和損耗因子，指出上述果汁的介電常數(shù)隨頻率的增加而降低，損耗因子則呈波形變化規(guī)律[18]。Alfaif等研究了10～1 800 MHz，20～60 ℃下葡萄干、無(wú)花果、杏仁、海棗和西梅干的介電常數(shù)和損耗因子，指出被蟲(chóng)害侵染的干果其電參數(shù)比正常果要高[19]。Gao等則指出運(yùn)用電學(xué)參數(shù)檢測(cè)杏仁質(zhì)量的可行性[20]。筆者項(xiàng)目組應(yīng)用HIOKI353250型LCR測(cè)量?jī)x先后對(duì)番茄、火柿、“嘎拉”蘋(píng)果和紅巴梨等水果的電學(xué)特性開(kāi)展了大量的研究。項(xiàng)目申請(qǐng)者前期的研究結(jié)果表明，tanδ和ε′基本可以反映紅點(diǎn)病蘋(píng)果和正常水果的實(shí)際品質(zhì)，而電容可以反映虎皮病蘋(píng)果和正常水果的實(shí)際品質(zhì)[21-22]。從國(guó)內(nèi)外關(guān)于果實(shí)電特性的研究中可以得出，果實(shí)的電學(xué)特性除受到外界環(huán)境中的溫度和濕度的影響外，還與測(cè)定頻率、果實(shí)的成熟度及其含水量有很大的關(guān)系，而且它與果實(shí)的某些品質(zhì)指標(biāo)間確實(shí)存在著一定的關(guān)聯(lián)。

3展望

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，必將帶動(dòng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)由半自動(dòng)化向自動(dòng)化轉(zhuǎn)化、外部品質(zhì)向內(nèi)部品質(zhì)轉(zhuǎn)化、規(guī)格由文字化向數(shù)字化轉(zhuǎn)化、單項(xiàng)目檢測(cè)向綜合全方位檢測(cè)轉(zhuǎn)化，設(shè)備結(jié)構(gòu)則由復(fù)雜化向便攜化、數(shù)字化、智能化方向邁進(jìn)。在果品電特性檢測(cè)方面，今后應(yīng)結(jié)合不同果品的生理生化特性， 采用電學(xué)理論、熱學(xué)理論及力學(xué)理論進(jìn)行綜合研究， 力爭(zhēng)能尋找到不同果品電特性的共性， 建立果品電特性信息數(shù)據(jù)庫(kù)， 為果品電加工及品質(zhì)控制提供依據(jù)；另外，應(yīng)將電特性檢測(cè)技術(shù)引入到果品間的抗鹽、抗旱、抗病和抗蟲(chóng)等抗性生理方面，并在此基礎(chǔ)上建立一套植物電特性的抗性評(píng)判體系， 這也將成為植物抗性研究的一個(gè)重要方向[23]。第三，在果品的品種和種群之間開(kāi)展電特性差異研究，從而建立高精度識(shí)別模型，為今后果品品種之間的電特性辨識(shí)提供理論依據(jù)?？傊?，電特性檢測(cè)技術(shù)因其快速，靈敏，所需設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單且成本較低，數(shù)據(jù)的獲取和處理也比較容易，因此，其應(yīng)用前景非常廣闊。其在果品品質(zhì)檢測(cè)方面的應(yīng)用對(duì)提高我國(guó)果品的品質(zhì)，增強(qiáng)其參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有重要的理論意義和實(shí)際意義，并能創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘立剛，張縉，陸安祥，等.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（S2）：325-330.

[2] NELSON S O.Frequency and temperaturedependent permittivities of fresh fruits and vegetables from 0.01 to 1.8 GHz[J].Transactions of the ASAE，2003，46（2）：567-574.

[3] NELSON S O.Dielectric spectroscopy of fresh fruit and vegetable tissues from 10 to 1 800 MHz[J].Journal of Microwave Power & Electromagnetic Energy，2005，40（1）：31-47.

[4] IKEDIALA J N，TANG J，DRAKE S R，et al.Dielectric properties of apple cultivars and codling moth larvae[J].Transactions of the ASAE，2000，43（5）：1175-1184.

[5] 袁子惠，廖宇蘭.存儲(chǔ)時(shí)間與頻率對(duì)芒果介電特性影響的研究[J].熱帶農(nóng)業(yè)工程，2010，34（5）：1-4.

[6] FUNEBO T，OHLSSON T.Dielectric properties of fruits and vegetables as a function of temperature and moisture content[J].Journal of Microwave Power and Electro Magnetic Energy，1999，34（1）：42-54.

[7] MARTNESPARZA M E，MARTNEZNAVARRETE N，CHIRALT A，et al.Dielectric behavior of apple（var.Granny Smith） at different moisture contents effect of vacuum impregnation[J].Journal of Food Engineering，2006，77：51-56.

[8] 郭文川，朱新華，鄒養(yǎng)軍.蘋(píng)果果實(shí)成熟期間電特性的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（11）：264-268.

[9] GUO W C，NELSON S O，TRABELSI S，et al.10～1800 MHz dielectric properties of fresh apples during storage[J].Journal of Food Engineering，2007，83：562-569.

[10] 張立彬，胥芳，賈燦純，等.蘋(píng)果內(nèi)部品質(zhì)的電特性無(wú)損檢測(cè)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16（3）：104-106.

[11] 胥芳，計(jì)時(shí)鳴，張立彬，等.水果電特性的無(wú)損檢測(cè)在水果分選中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002，33（2）：53-56.

[12] SOSA M M E，TIWARI G，WANG S，et al.Dielectric heating as a potential postharvest treatment of disinfesting mangoes，Part I：Relation between dielectric properties and ripening[J].Biosystems Engineering，2009，103：297-303.

[13] CASTRO G M，F(xiàn)ITO P J，CHENOLL C，et al.Development of a dielectric spectroscopy technique for the determination of apple（Granny Smith） maturity[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies，2010，11：749-754.

[14] SOLTANI M，ALIMARDANI R，OMID M.Evaluating banana ripening status from measuring dielectric properties[J].Journal of Food Engineering，2011，105：625-631.

[15] 李英，宋景玲，韓秋燕.桃子電特性與內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)關(guān)系的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007（8）：123-124.

[16] 王穎，郭玉明.蘋(píng)果介電常數(shù)與干燥特性相關(guān)性研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（S1）：182-185.

[17] 劉亞平，劉興華，李紅波.葡萄冷藏中電學(xué)參數(shù)與質(zhì)地特性變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（10）：343-348.

[18] ZHU X H，GUO W CH，WU X L.Frequencyand temperaturedependent dielectric properties of fruit juices associated with pasteurization by dielectric heating[J].Journal of Food Engineering，2012，109：258-266.

[19] ALFAIFI B，WANG S J，TANG J M，et al.Radio frequency disinfestation treatments for dried fruit：Dielectric properties[J].LWTFood Science and Technology，2013，50：746-754.

[20] GAO M，TANG J，JOHNSON J A，et al.Dielectric properties of ground almond shells in the development of radio frequency and microwave pasteurization[J].Journal of Food Engineering，2012，112：282-287.

[21] 馬海軍，宋長(zhǎng)冰，張繼澎，等.電激勵(lì)信號(hào)頻率對(duì)紅點(diǎn)病病果采后電學(xué)特性的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40（10）：97-101.

[22] 馬海軍，馮美，張繼澍.100Hz-3.98 MHz下蘋(píng)果虎皮病果實(shí)電特性研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（11）：105-109.

[23] 楊升，張華新，張麗.植物耐鹽生理生化指標(biāo)及耐鹽植物篩選綜述[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，25（3）：59-65.

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[3] 張勤，陳衛(wèi)軍.靈武市長(zhǎng)棗產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與對(duì)策[J].寧夏林業(yè)通訊，2008（4）：25-27.

[4] 楊雯.紅棗粉加工工藝及穩(wěn)定性研究[D].西安：陜西科技大學(xué)，2012.

[5] 天津科技大學(xué)干酪科學(xué)與工程研究室.再制奶酪的配料與加工[J].乳品加工，2012（12）：138-147.

[6] 陳苓，劉會(huì)平.天然奶酪對(duì)再制奶酪理化性質(zhì)的影響[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2012（11）：33-35.

[7] 李德海，孫常雁，孫莉婕，等. 松仁奶酪生產(chǎn)工藝及其感官評(píng)定研究[J].食品科學(xué)，2009（2）：50-53.

[8] 徐海祥，施帥.魔芋再制奶酪的研制[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2011（7）：102-104.

[9] 楊永龍， 張杰，宗學(xué)醒，等. 核桃再制奶酪生產(chǎn)工藝研究[J].食品科技，2010，35（12）：64-67.

[10] 陳苓，劉會(huì)平.不同乳化鹽對(duì)Mozzarella再制干酪結(jié)構(gòu)的影響[J].食品科學(xué)，2013（15）：104-108.