李子昂

摘要：測(cè)定不同糖度下蘋(píng)果的電學(xué)特性差異，推測(cè)糖度與其電學(xué)特性的相關(guān)性。結(jié)果表明：蘋(píng)果的電阻Rp值、介質(zhì)損耗因數(shù)D 值與糖度值具有一定的相關(guān)性，可以作為糖度比較的參考值；隨著蘋(píng)果糖度增大，其電阻Rp值減小，而其介質(zhì)損耗因數(shù)D值增大。

關(guān)鍵詞：電學(xué)特性；蘋(píng)果；糖度；相關(guān)性

中圖分類號(hào)：S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2019）01-0057-04

采收后的蘋(píng)果是有生命活動(dòng)的有機(jī)體，通過(guò)呼吸作用，其中的淀粉、糖和有機(jī)酸等呼吸底物被分解為CO2和水。水及其他物質(zhì)成分的變化導(dǎo)致果品內(nèi)部空間電荷分布的變化。生物電場(chǎng)的分布和強(qiáng)度在宏觀上影響果品的電學(xué)特性。因此，研究采后果品電特性對(duì)于以電信息判斷果品品質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。本課題對(duì)蘋(píng)果糖度的電學(xué)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期為蘋(píng)果品質(zhì)無(wú)損化檢測(cè)和分級(jí)制度提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選用山東煙臺(tái)富士蘋(píng)果，貯藏期約為10 d，同一批次、大小基本相同且無(wú)明顯缺陷。

1.2 儀器設(shè)備

極板材料選用醫(yī)用導(dǎo)電橡膠極板貼片；IM3570型日置阻抗分析儀：用于測(cè)量蘋(píng)果電學(xué)參數(shù)，對(duì)某個(gè)電學(xué)參數(shù)的固定頻率下的數(shù)據(jù)測(cè)量使用LCR測(cè)量模式；手持式0～20%糖度折射儀：用于測(cè)量糖度，由禹城市田園信科光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 試驗(yàn)指標(biāo) 并聯(lián)電阻（Rp）：試驗(yàn)中將蘋(píng)果模擬為電阻，投放到并聯(lián)模擬電路中測(cè)量其電阻值。并聯(lián)電容（Cp）：試驗(yàn)中將蘋(píng)果模擬為電容，投放到并聯(lián)模擬電路中測(cè)量其電容值。并聯(lián)電感（Lp）：試驗(yàn)中將蘋(píng)果模擬為電感，投放到并聯(lián)模擬電路中測(cè)量其電感值。介質(zhì)損耗因數(shù)（D）：所有并聯(lián)電路電阻介質(zhì)損耗的正切值。

1.3.2 試驗(yàn)條件 1） 電流頻率。使用醫(yī)用導(dǎo)電橡膠貼片，取蘋(píng)果直徑為極板間距，將蘋(píng)果置于1 V電壓條件下，采用不斷修改測(cè)量頻率上、下限的方式，逐步得出蘋(píng)果4個(gè)電學(xué)參數(shù)的敏感頻率范圍和穩(wěn)定頻率范圍（見(jiàn)表1）。

由于不同電學(xué)參數(shù)其選定的頻率范圍不一致，因此對(duì)每個(gè)參數(shù)都是圍繞其最優(yōu)頻率范圍按等間隔原則取4個(gè)試驗(yàn)頻率值，同時(shí)考慮到國(guó)家電網(wǎng)50 Hz頻率，所以每項(xiàng)都包含50 Hz頻率。試驗(yàn)設(shè)定的頻率見(jiàn)表2。

2） 蘋(píng)果的糖度。利用糖度儀進(jìn)行破壞性糖度測(cè)量。將蘋(píng)果洗滌干凈，用刀具切下部分果肉置于塑料容器中，用石塊將其碾碎，之后擠壓容器，將吸囊導(dǎo)管口置于果實(shí)汁液中，吸取果汁1～2滴（在吸取時(shí)應(yīng)注意避免果肉進(jìn)入吸囊中），置于糖度儀測(cè)量區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)蘋(píng)果讀數(shù)3次，取平均值，即得到每個(gè)蘋(píng)果的糖度。測(cè)量的6批次蘋(píng)果糖度如圖1所示。

2 結(jié)果與分析

試驗(yàn)中，由于取蘋(píng)果直徑作為極板間距，不可能保證每次試驗(yàn)間距保持不變，為消除極板間距對(duì)Rp，Cp，Lp，D的直接影響，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用每項(xiàng)指標(biāo)的應(yīng)用值進(jìn)行結(jié)果分析。

應(yīng)用值=測(cè)量值×測(cè)量距離/5個(gè)蘋(píng)果測(cè)量值的平均值

2.1 并聯(lián)電阻Rp

利用Rp應(yīng)用值繪制掃描頻率與糖度間的散點(diǎn)圖（如圖2所示），由于100 Hz和100 kHz圖像與10 kHz變化規(guī)律一致，因此選取10 kHz進(jìn)行描述。

由圖2可以看出：各頻率下Rp值與糖度出現(xiàn)一定的相關(guān)性，糖度越低Rp值越大。因此，蘋(píng)果的Rp值可以作為糖度比較的參考值。

2.2 并聯(lián)電感Lp

對(duì)各頻率下測(cè)量結(jié)果采用消除極板間距差距方法修正Lp測(cè)量值后繪制散點(diǎn)圖（如圖3所示）。由于70 Hz變化規(guī)律與100 Hz一致，因此選取100 Hz進(jìn)行描述。

由圖3可以看出：各頻率下各點(diǎn)分布比較發(fā)散，同一糖度下其電感值Lp差異較大，說(shuō)明蘋(píng)果糖度與電感Lp值不相關(guān)。

2.3 介質(zhì)損耗因數(shù)D

利用D修正后的應(yīng)用值繪制散點(diǎn)圖（如圖4所示）。由于1 000 Hz和2 400 Hz圖像變化與500 Hz相同，因此選取500 Hz進(jìn)行描述。

由圖4可以看出：各頻率下介質(zhì)損耗因數(shù)D值與蘋(píng)果糖度均有相關(guān)性，糖度較高的蘋(píng)果其D值也大。

2.4 并聯(lián)電容Cp

利用Cp修正測(cè)量值繪制散點(diǎn)圖（如圖5所示）。

由圖5可以看出：各頻率下各點(diǎn)分布比較分散，說(shuō)明糖度與電容Cp值無(wú)顯著的相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

蘋(píng)果的電阻Rp值、介質(zhì)損耗因數(shù)D 值與糖度具有一定的相關(guān)性，可以作為糖度比較的參考值；隨著蘋(píng)果糖度增大，電阻Rp值減小，糖度較高的蘋(píng)果其介質(zhì)損耗因數(shù)D值也大。糖度—電感Lp散點(diǎn)圖和糖度—電容Cp圖中各點(diǎn)分布比較發(fā)散，都出現(xiàn)了不成規(guī)律的值，同一糖度下電感值Lp和電容Cp差異較大，說(shuō)明蘋(píng)果糖度與電感Lp、電容Cp不相關(guān)。

每個(gè)頻率對(duì)蘋(píng)果的糖度測(cè)量結(jié)果都有明顯影響，低頻時(shí)各值變化較大，在高頻中所有曲線都趨近于穩(wěn)定，說(shuō)明蘋(píng)果糖度檢測(cè)不適合用高頻電壓。

本試驗(yàn)中蘋(píng)果數(shù)量較少，導(dǎo)致糖度梯度過(guò)少。其原因是試驗(yàn)時(shí)間跨度較長(zhǎng)，蘋(píng)果儲(chǔ)存沒(méi)有采取保鮮措施，導(dǎo)致部分蘋(píng)果出現(xiàn)腐爛變質(zhì)情況，可用于試驗(yàn)的蘋(píng)果數(shù)量減少很多。另外，應(yīng)進(jìn)行同樣批次蘋(píng)果電學(xué)參數(shù)的驗(yàn)證試驗(yàn)，以驗(yàn)證本試驗(yàn)得到的結(jié)論。

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