李超，劉亞平

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮研究所，山西太原030031；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西太谷030801）

葡萄果粒橫徑與其電學(xué)參數(shù)的關(guān)系

李超1，劉亞平2

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮研究所，山西太原030031；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西太谷030801）

為研究葡萄電學(xué)參數(shù)隨果粒橫徑大小的變化規(guī)律以及電學(xué)參數(shù)與橫徑之間的相關(guān)性，以紅地球葡萄為試材，選取0.1，1，10，100 kHz和1 MHz等5個(gè)頻率，研究了果粒橫徑對(duì)其復(fù)阻抗相角、損耗角正切值、復(fù)阻抗、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻和電抗等電學(xué)參數(shù)的影響。結(jié)果表明，葡萄果粒電學(xué)參數(shù)之間有較高的相關(guān)性；在較低頻率0.1，1.0 kHz下，損耗角正切值和復(fù)阻抗相角與果粒橫徑大小之間有較高的相關(guān)性，達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；復(fù)阻抗、并聯(lián)等效電感、并聯(lián)等效電阻和電抗間差異極顯著，與橫徑相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

紅地球葡萄；橫徑；電學(xué)參數(shù)

紅地球葡萄品質(zhì)優(yōu)良、肉質(zhì)脆硬、果粒較大、耐貯運(yùn)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主栽的鮮食品種之一。目前有關(guān)紅地球葡萄的研究報(bào)道主要集中在保鮮方法和采后生理上[1-2]，也有葡萄果粒電學(xué)特性的研究報(bào)道[3-5]，但是研究還不是很深入全面。

關(guān)于果粒大小對(duì)紅地球葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響已有研究，主要集中在使用生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)果粒形狀和品質(zhì)的研究上[6]，而關(guān)于果粒橫徑對(duì)其電學(xué)特性的影響未見報(bào)道。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者發(fā)現(xiàn)果實(shí)電學(xué)參數(shù)與品質(zhì)關(guān)系密切，而果實(shí)品質(zhì)可以通過對(duì)電學(xué)特性的無(wú)損檢測(cè)獲得[3]，因此，本研究以紅地球葡萄為試材，選取0.1，1，10，100 kHz和1 MHz等5個(gè)頻率，研究果粒橫徑大小對(duì)其復(fù)阻抗（Z）、損耗角正切值（tanδ）、導(dǎo)納（Y）、復(fù)阻抗相角（θ）、并聯(lián)等效電容（Cp）、并聯(lián)等效電感（Lp）、品質(zhì)因素（Q）、并聯(lián)等效電阻（Rp）、電抗（X）和電納（B）等電學(xué)指標(biāo)變化的影響，探討果粒橫徑大小與其品質(zhì)的關(guān)系，以期為葡萄果粒的無(wú)損檢測(cè)提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試品種為成熟的紅地球葡萄。

1.2 測(cè)試指標(biāo)及方法

1.2.1 葡萄果粒橫徑使用精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)定葡萄果粒橫徑，重復(fù)3次，取平均值。

1.2.2 電學(xué)參數(shù)葡萄果粒電學(xué)參數(shù)的測(cè)定采用接觸式無(wú)損傷檢測(cè)法。測(cè)試儀器為日本日置HIOKI公司產(chǎn)3532-50型LCR測(cè)量?jī)x，使用9140型4終端探頭，采用銅制的正方形平行平板電極，上下極板面積為36 cm2。測(cè)試溫度（20±1）℃，無(wú)風(fēng)室內(nèi)進(jìn)行，測(cè)試電壓1 V，夾持力保持1.8 N。測(cè)定時(shí)將果實(shí)的赤道面相對(duì)兩側(cè)與極板緊貼，極板通過導(dǎo)線與LCR測(cè)量?jī)x相連進(jìn)行電學(xué)參數(shù)測(cè)定。由LCR電橋儀直接測(cè)出兩極板之間果實(shí)的復(fù)阻抗（Z）、導(dǎo)納（Y）、復(fù)阻抗相角（θ）、并聯(lián)等效電容（Cp）、損耗角正切值（tanδ）、并聯(lián)等效電感（Lp）、品質(zhì)因素（Q）、并聯(lián)等效電阻（Rp）、電抗（X）和電納（B）等10個(gè)電學(xué)參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄果粒電學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)性分析

有研究表明[3]，在0.1～3 980 kHz頻率范圍內(nèi)，葡萄電學(xué)參數(shù)較佳的測(cè)試頻率為0.1 kHz，因此，本試驗(yàn)以0.1 kHz為例，研究了果粒橫徑（2.26 cm≤d≤2.61 cm）大小對(duì)其電學(xué)參數(shù)的影響。

表1 0.1 kHz下葡萄果粒的電學(xué)參數(shù)

從表1，2可以看出，｜lg Z｜＝｜lg Y｜，lg Y和lg Z相關(guān)性極高（R＝-1.00），達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），所以，在后續(xù)研究中，只選擇了lg Z進(jìn)行討論。同時(shí)，lg Cp與lg Lp相關(guān)性也達(dá)到了極顯著水平（R＝-1，P＜0.01），而且lg B≈lg Y，lg B與lg Lp和lg Cp的相關(guān)性較高（R＝0.99，R＝-0.99，P＜0.01），依據(jù)文獻(xiàn)[3]，選擇lg Lp進(jìn)行討論。另外，Q除與θ，tanδ相關(guān)性較高外，與其他指標(biāo)相關(guān)性較差，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，tanδ≈Q-1，所以，不對(duì)Q進(jìn)行深入討論。綜上所述，本試驗(yàn)主要研究葡萄果粒橫徑對(duì)其Z，θ，tanδ，Lp，Rp和X的影響。

表2 葡萄果粒電學(xué)參數(shù)的相關(guān)性

2.2 果粒橫徑（d）對(duì)復(fù)阻抗相角的影響

由圖1可知，當(dāng)果粒橫徑（d）一定時(shí)，隨著測(cè)試頻率從0.1 kHz增加到100 kHz，復(fù)阻抗相角逐漸減小，但是到1 MHz時(shí)又有所增加，大于100 kHz下的數(shù)值。隨著果粒橫徑的增加，0.1 kHz頻率下復(fù)阻抗相角呈逐漸增加趨勢(shì)；隨著頻率增加，復(fù)阻抗相角增加趨勢(shì)漸緩。

復(fù)阻抗相角在0.1 kHz頻率與其他頻率下差異達(dá)極顯著（P＜0.01），100 kHz與1 MHz差異極顯著（P＜0.01），1 kHz與10 kHz差異顯著（P＜0.05），100 kHz與1 MHz下差異極顯著（P＜0.01）。

隨著果粒橫徑的增加，復(fù)阻抗相角在各頻率間的相關(guān)性較強(qiáng)，其中，0.1 kHz與1 kHz下復(fù)阻抗相角極顯著相關(guān)（R＝0.94，P＜0.01），1 kHz與10 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.75，P＜0.01），10 kHz與100 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.78，P＜0.01），10 kHz與1 MHz頻率間顯著相關(guān)（R＝0.58，P＜0.05），100 kHz與1 MHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.88，P＜0.01）。同時(shí)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析可知，復(fù)阻抗相角隨頻率的變化與果粒橫徑間相關(guān)性較強(qiáng)，其中，0.1 kHz頻率下復(fù)阻抗相角與葡萄果粒橫徑呈顯著相關(guān)（R＝0.68，P＜0.05），1 kHz頻率下復(fù)阻抗相角與葡萄果粒橫徑呈顯著相關(guān)（R＝0.67，P＜0.05）。

2.3 果粒橫徑對(duì)損耗角正切值的影響

由圖2可知，在0.1，1 kHz下，隨著果粒橫徑的增加，損耗角正切值呈波動(dòng)增加趨勢(shì)；在0.1 kHz下增加幅度最大，果粒橫徑從2.26 cm增加至2.61 cm時(shí)，是前者的7.27倍；隨著頻率的增加，損耗角正切值隨果粒橫徑的增加變化幅度逐漸減少，到100 kHz和1 MHz時(shí)，損耗角正切值隨果粒橫徑的增加變化幅度很小。

損耗角正切值在0.1 kHz頻率下與其他頻率下的數(shù)值差異極顯著（P＜0.01），且隨著果粒橫徑的增加，頻率間呈現(xiàn)高相關(guān)性，其中0.1 kHz與1 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.93，P＜0.01），1 kHz與10 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.70，P＜0.01），10 kHz與100 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝-0.76，P＜0.01），10 kHz與1 MHz頻率間顯著相關(guān)（R＝0.57，P＜0.05），100 kHz與1 MHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝-0.87，P＜0.01）；同時(shí)，損耗角正切值在各頻率下的變化與果粒橫徑也有較大的相關(guān)性，其中，0.1 kHz頻率下?lián)p耗角正切值與果粒橫徑間呈顯著相關(guān)（R＝0.65，P＜0.05），1 kHz頻率下?lián)p耗角正切值與果粒橫徑間呈顯著相關(guān)（R＝0.63，P＜0.05）。

2.4 果粒橫徑對(duì)復(fù)阻抗和電感的影響

從圖3，4可以看出，在葡萄果粒橫徑恒定時(shí)，隨著頻率的增加，其復(fù)阻抗和電感逐漸增加；而隨著葡萄果粒橫徑的增加，復(fù)阻抗和電感在0.1，1，10，100 kHz和1 MHz下變化趨勢(shì)基本相似；各頻率下，當(dāng)果粒橫徑從2.26 cm增加至2.29 cm時(shí)，復(fù)阻抗和電感值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)果粒橫徑為2.31 cm時(shí)，復(fù)阻抗和電感出現(xiàn)最低值，如0.1 kHz時(shí)，它們分別比果粒橫徑為2.29 cm時(shí)下降了11.97%和20.86%，隨著頻率的增加，這種下降幅度漸緩。當(dāng)果粒橫徑從2.31 cm增加至2.39 cm時(shí)，復(fù)阻抗和電感上升，其后，隨著果粒橫徑的逐漸增加，復(fù)阻抗和電感呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢(shì)，隨著頻率的增加，波動(dòng)變化趨勢(shì)漸緩。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知，隨著果粒橫徑的增加，復(fù)阻抗值5個(gè)頻率間兩兩差異極顯著（P＜0.01），并且各頻率間相關(guān)性較高（R≥0.79），達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）；電感值5個(gè)頻率間也兩兩差異極顯著（P＜0.01），各頻率間相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平（R≥0.93，P＜0.01）。但是，5個(gè)頻率下復(fù)阻抗和電感的變化與果粒橫徑的變化相關(guān)性不顯著。

2.5 果粒橫徑對(duì)電抗的影響

電抗反映的是生物體等效復(fù)合電路中電容及電感對(duì)電流的阻礙作用。從圖5可以看出，在一定頻率下，葡萄果粒電抗隨著其果粒橫徑的變化趨勢(shì)與復(fù)阻抗和電感較為相似，當(dāng)果粒橫徑為2.31 cm時(shí)，電抗出現(xiàn)最低值，只有0.1 kHz下例外，在葡萄果粒橫徑達(dá)2.61 cm時(shí)劇烈下降并低于2.31 cm處的數(shù)值。電抗在5個(gè)頻率下，兩兩之間差異極顯著（P＜0.01），其中0.1 kHz與1 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.71，P＜0.01），與10，100 kHz顯著相關(guān)（R＝0.56，R＝0.56，P＜0.05），1 kHz與10 kHz，100 kHz和1 MHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.97，R＝0.97，R＝0.95，P＜0.01），10 kHz與100 kHz，1 MHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝1.00，R＝0.99，P＜0.01），100 kHz與1 MHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.99，P＜0.01）。同時(shí)電抗隨頻率的變化與葡萄果粒橫徑相關(guān)性不強(qiáng)，未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。

2.6 果粒橫徑對(duì)并聯(lián)等效電阻的影響

從圖6可以看出，在頻率恒定時(shí)，葡萄果粒并聯(lián)等效電阻的變化隨著果粒橫徑的增加波動(dòng)趨勢(shì)較大，在0.1，1，10 kHz下波動(dòng)趨勢(shì)相似，100 kHz下呈直線型，而1 MHz下變化最為劇烈，且當(dāng)葡萄果粒橫徑為2.56 cm時(shí)，1 MHz下并聯(lián)等效電阻出現(xiàn)了一個(gè)高峰值，達(dá)到4.20 Ω，比其在100 kHz下的并聯(lián)等效電阻數(shù)值高12%。

并聯(lián)等效電阻在5個(gè)頻率間兩兩差異極顯著（P＜0.01），并且0.1 kHz與1 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.89，P＜0.01），0.1 kHz與10 kHz頻率間顯著相關(guān)（R＝0.63，P＜0.05），1 kHz與10 kHz頻率間極顯著相關(guān)（R＝0.89，P＜0.01），10 kHz與1 MHz頻率間顯著相關(guān)（R＝0.68，P＜0.05）。同時(shí)并聯(lián)等效電阻隨頻率的變化與果粒橫徑間相關(guān)性也不強(qiáng)，未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。

3 討論

3.1 葡萄果粒橫徑對(duì)其電學(xué)參數(shù)的影響

影響果實(shí)電學(xué)參數(shù)的因素很多，除了測(cè)試環(huán)境因素外，還與果實(shí)的自身因素有關(guān)，例如，病害[7]、貯藏時(shí)間[8]、損傷[5，8-9]、成熟度[10]，關(guān)于水果、蔬菜的外形尺寸對(duì)電學(xué)參數(shù)的研究已有報(bào)道。胥芳等[11]研究表明，水果個(gè)體的外形尺寸會(huì)對(duì)電特性參數(shù)的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，分析認(rèn)為這是由于電極間距不變時(shí)，水果尺寸直接影響到電極間介質(zhì)充填量。張道德[12]研究發(fā)現(xiàn)，在3.5 MHz下，蘋果樣品的電容值隨著果實(shí)橫徑的增加呈上升趨勢(shì)，阻抗值呈下降趨勢(shì)，分析認(rèn)為隨著蘋果橫徑的增加，樣品在極板間空間所占比例有所增加，是導(dǎo)致介電參數(shù)值出現(xiàn)如此變化的原因。胡芳[13]對(duì)甜柿不同發(fā)育天數(shù)下各電學(xué)參數(shù)與果實(shí)橫徑進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)在0.1 kHz下，果實(shí)橫徑與Cp，電導(dǎo)（G），B和Y呈極顯著正相關(guān)，與R p，Lp，X和復(fù)阻抗Z呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與θ，tanδ和Q因子無(wú)顯著相關(guān)性，這與本研究結(jié)論相反，原因可能是因?yàn)樘鹗凉麑?shí)的成熟度不同造成的，而研究的葡萄果實(shí)具有相同的成熟度。

3.2 葡萄果粒橫徑對(duì)其品質(zhì)的影響

葡萄果粒橫徑的大小和品質(zhì)有著一定的關(guān)聯(lián)性[14]。本研究表明，tanδ和θ在各頻率下的變化與果粒橫徑有較大的相關(guān)性，在0.1，1kHz頻率下，θ，tanδ值與果粒橫徑呈顯著相關(guān)，在一定頻率范圍內(nèi)，隨著果粒橫徑的增加，θ和tanδ呈逐漸增加趨勢(shì)；而果粒橫徑與lg Z，lg Lp，lg X，lg Rp之間相關(guān)性不顯著。研究發(fā)現(xiàn)[3]，在0.1 kHz下，Z，Lp，X，Rp與果實(shí)品質(zhì)有較高的相關(guān)性，結(jié)合本研究發(fā)現(xiàn)，在0.1 kHz下，當(dāng)2.28 cm≤d≤2.45 cm時(shí)，Z，Lp，X，Rp有較高的數(shù)值，果實(shí)品質(zhì)較好；當(dāng)d≥2.47 cm時(shí)，Z，Lp，X，Rp逐漸下降，預(yù)示著果實(shí)品質(zhì)有所下降，因此，對(duì)于葡萄品質(zhì)來(lái)說，并不是果粒越大品質(zhì)就越佳，這也充分說明不能盲目使用葡萄膨大劑，否則增產(chǎn)很難增質(zhì)。關(guān)于葡萄果粒橫徑與其電學(xué)參數(shù)以及品質(zhì)的關(guān)系還有待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在0.1 kHz頻率下，紅地球葡萄果粒電學(xué)參數(shù)之間存在較高的相關(guān)性。

果粒橫徑大小對(duì)紅地球葡萄電學(xué)參數(shù)有一定的影響，在頻率0.1，1 kHz下，損耗角正切值（tanδ）和復(fù)阻抗相角（θ）與果粒橫徑（d）有較高的相關(guān)性，達(dá)到顯著水平（P＜0.05）；在不同測(cè)試頻率下，復(fù)阻抗（Z）、并聯(lián)等效電感（Lp）、并聯(lián)等效電阻（Rp）和電抗（X）差異極顯著（P＜0.01），但是與果粒橫徑相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

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Relationship between Transverse Diameter of Grape Fruit and Its Electrical Parameters

LI Chao1，LIUYaping2
（1.Institute ofAgricultural Product Storage and Fresh Keeping，Shanxi Academy ofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；2.College ofFood Science and Engineering，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

To study the effect oftransverse diameter on electrical parameters ofred globe grape,some electrical parameters such as impendence phase angle,the loss tangent,impendance,inductance,resistance and reactance were measured at 0.1,1,10,100 kHz and 1 MHz by using LCR electronic measure instrument.The results showed that there were high correlations among electrical parameters.At low frequency of 0.1 kHz and 1 kHz,impendence phase angle and the loss tangent of grape were significantly correlated with transverse diameter（P＜0.05）,however there were no significant correlations between impendance,inductance,resistance,reactance and transverse diameter（P＞0.05）.At the same time,impendance,inductance,resistance and reactance all had significant differences（P＜0.01）.

red globe grape;transverse diameter;electrical parameters

S663.1

：A

：1002-2481（2017）07-1091-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.12

2017-04-17

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD38B09）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)人才博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目（2013YJ33）；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技自主創(chuàng)新能力提升工程項(xiàng)目（2016ZZCX-16）

李超（1977-），男，山西汾陽(yáng)人，助理研究員，主要從事農(nóng)產(chǎn)品采后貯藏研究工作。