葡萄果粒橫徑與其電學參數的關系

李超，劉亞平

（1.山西省農業科學院農產品貯藏保鮮研究所，山西太原030031；2.山西農業大學食品科學與工程學院，山西太谷030801）

葡萄果粒橫徑與其電學參數的關系

李超1，劉亞平2

（1.山西省農業科學院農產品貯藏保鮮研究所，山西太原030031；2.山西農業大學食品科學與工程學院，山西太谷030801）

為研究葡萄電學參數隨果粒橫徑大小的變化規律以及電學參數與橫徑之間的相關性，以紅地球葡萄為試材，選取0.1，1，10，100 kHz和1 MHz等5個頻率，研究了果粒橫徑對其復阻抗相角、損耗角正切值、復阻抗、并聯等效電感、并聯等效電阻和電抗等電學參數的影響。結果表明，葡萄果粒電學參數之間有較高的相關性；在較低頻率0.1，1.0 kHz下，損耗角正切值和復阻抗相角與果粒橫徑大小之間有較高的相關性，達到顯著水平（P＜0.05）；復阻抗、并聯等效電感、并聯等效電阻和電抗間差異極顯著，與橫徑相關性不顯著（P＞0.05）。

紅地球葡萄；橫徑；電學參數

紅地球葡萄品質優良、肉質脆硬、果粒較大、耐貯運，是當前國內外主栽的鮮食品種之一。目前有關紅地球葡萄的研究報道主要集中在保鮮方法和采后生理上[1-2]，也有葡萄果粒電學特性的研究報道[3-5]，但是研究還不是很深入全面。

關于果粒大小對紅地球葡萄果實品質的影響已有研究，主要集中在使用生長調節劑對果粒形狀和品質的研究上[6]，而關于果粒橫徑對其電學特性的影響未見報道。在前人研究的基礎上，筆者發現果實電學參數與品質關系密切，而果實品質可以通過對電學特性的無損檢測獲得[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個頻率，研究果粒橫徑大小對其復阻抗（Z）、損耗角正切值（tanδ）、導納（Y）、復阻抗相角（θ）、并聯等效電容（Cp）、并聯等效電感（Lp）、品質因素（Q）、并聯等效電阻（Rp）、電抗（X）和電納（B）等電學指標變化的影響，探討果粒橫徑大小與其品質的關系，以期為葡萄果粒的無損檢測提供依據。

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 測試指標及方法

1.2.1 葡萄果粒橫徑使用精度為0.02 mm的游標卡尺測定葡萄果粒橫徑，重復3次，取平均值。

1.2.2 電學參數葡萄果粒電學參數的測定采用接觸式無損傷檢測法。測試儀器為日本日置HIOKI公司產3532-50型LCR測量儀，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。測試溫度（20±1）℃，無風室內進行，測試電壓1 V，夾持力保持1.8 N。測定時將果實的赤道面相對兩側與極板緊貼，極板通過導線與LCR測量儀相連進行電學參數測定。由LCR電橋儀直接測出兩極板之間果實的復阻抗（Z）、導納（Y）、復阻抗相角（θ）、并聯等效電容（Cp）、損耗角正切值（tanδ）、并聯等效電感（Lp）、品質因素（Q）、并聯等效電阻（Rp）、電抗（X）和電納（B）等10個電學參數。

1.3 數據處理

數據采用DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 葡萄果粒電學參數之間的相關性分析

有研究表明[3]，在0.1～3 980 kHz頻率范圍內，葡萄電學參數較佳的測試頻率為0.1 kHz，因此，本試驗以0.1 kHz為例，研究了果粒橫徑（2.26 cm≤d≤2.61 cm）大小對其電學參數的影響。

表1 0.1 kHz下葡萄果粒的電學參數

從表1，2可以看出，｜lg Z｜＝｜lg Y｜，lg Y和lg Z相關性極高（R＝-1.00），達到極顯著水平（P＜0.01），所以，在后續研究中，只選擇了lg Z進行討論。同時，lg Cp與lg Lp相關性也達到了極顯著水平（R＝-1，P＜0.01），而且lg B≈lg Y，lg B與lg Lp和lg Cp的相關性較高（R＝0.99，R＝-0.99，P＜0.01），依據文獻[3]，選擇lg Lp進行討論。另外，Q除與θ，tanδ相關性較高外，與其他指標相關性較差，同時對數據進行對比分析發現，tanδ≈Q-1，所以，不對Q進行深入討論。綜上所述，本試驗主要研究葡萄果粒橫徑對其Z，θ，tanδ，Lp，Rp和X的影響。

表2 葡萄果粒電學參數的相關性

2.2 果粒橫徑（d）對復阻抗相角的影響

由圖1可知，當果粒橫徑（d）一定時，隨著測試頻率從0.1 kHz增加到100 kHz，復阻抗相角逐漸減小，但是到1 MHz時又有所增加，大于100 kHz下的數值。隨著果粒橫徑的增加，0.1 kHz頻率下復阻抗相角呈逐漸增加趨勢；隨著頻率增加，復阻抗相角增加趨勢漸緩。

復阻抗相角在0.1 kHz頻率與其他頻率下差異達極顯著（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，復阻抗相角在各頻率間的相關性較強，其中，0.1 kHz與1 kHz下復阻抗相角極顯著相關（R＝0.94，P＜0.01），1 kHz與10 kHz頻率間極顯著相關（R＝0.75，P＜0.01），10 kHz與100 kHz頻率間極顯著相關（R＝0.78，P＜0.01），10 kHz與1 MHz頻率間顯著相關（R＝0.58，P＜0.05），100 kHz與1 MHz頻率間極顯著相關（R＝0.88，P＜0.01）。同時，經過統計分析可知，復阻抗相角隨頻率的變化與果粒橫徑間相關性較強，其中，0.1 kHz頻率下復阻抗相角與葡萄果粒橫徑呈顯著相關（R＝0.68，P＜0.05），1 kHz頻率下復阻抗相角與葡萄果粒橫徑呈顯著相關（R＝0.67，P＜0.05）。

2.3 果粒橫徑對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增加趨勢；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，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，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值差異極顯著（P＜0.01），且隨著果粒橫徑的增加，頻率間呈現高相關性，其中0.1 kHz與1 kHz頻率間極顯著相關（R＝0.93，P＜0.01），1 kHz與10 kHz頻率間極顯著相關（R＝0.70，P＜0.01），10 kHz與100 kHz頻率間極顯著相關（R＝-0.76，P＜0.01），10 kHz與1 MHz頻率間顯著相關（R＝0.57，P＜0.05），100 kHz與1 MHz頻率間極顯著相關（R＝-0.87，P＜0.01）；同時，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性，其中，0.1 kHz頻率下損耗角正切值與果粒橫徑間呈顯著相關（R＝0.65，P＜0.05），1 kHz頻率下損耗角正切值與果粒橫徑間呈顯著相關（R＝0.63，P＜0.05）。

2.4 果粒橫徑對復阻抗和電感的影響

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

經統計分析可知，隨著果粒橫徑的增加，復阻抗值5個頻率間兩兩差異極顯著（P＜0.01），并且各頻率間相關性較高（R≥0.79），達到極顯著水平（P＜0.01）；電感值5個頻率間也兩兩差異極顯著（P＜0.01），各頻率間相關性達到了極顯著水平（R≥0.93，P＜0.01）。但是，5個頻率下復阻抗和電感的變化與果粒橫徑的變化相關性不顯著。

2.5 果粒橫徑對電抗的影響

電抗反映的是生物體等效復合電路中電容及電感對電流的阻礙作用。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與復阻抗和電感較為相似，當果粒橫徑為2.31 cm時，電抗出現最低值，只有0.1 kHz下例外，在葡萄果粒橫徑達2.61 cm時劇烈下降并低于2.31 cm處的數值。電抗在5個頻率下，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（R＝0.71，P＜0.01），與10，100 kHz顯著相關（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（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（R＝1.00，R＝0.99，P＜0.01），100 kHz與1 MHz頻率間極顯著相關（R＝0.99，P＜0.01）。同時電抗隨頻率的變化與葡萄果粒橫徑相關性不強，未達到顯著水平（P＞0.05）。

2.6 果粒橫徑對并聯等效電阻的影響

從圖6可以看出，在頻率恒定時，葡萄果粒并聯等效電阻的變化隨著果粒橫徑的增加波動趨勢較大，在0.1，1，10 kHz下波動趨勢相似，100 kHz下呈直線型，而1 MHz下變化最為劇烈，且當葡萄果粒橫徑為2.56 cm時，1 MHz下并聯等效電阻出現了一個高峰值，達到4.20 Ω，比其在100 kHz下的并聯等效電阻數值高12%。

并聯等效電阻在5個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（R＝0.89，P＜0.01），0.1 kHz與10 kHz頻率間顯著相關（R＝0.63，P＜0.05），1 kHz與10 kHz頻率間極顯著相關（R＝0.89，P＜0.01），10 kHz與1 MHz頻率間顯著相關（R＝0.68，P＜0.05）。同時并聯等效電阻隨頻率的變化與果粒橫徑間相關性也不強，未達到顯著水平（P＞0.05）。

3 討論

3.1 葡萄果粒橫徑對其電學參數的影響

影響果實電學參數的因素很多，除了測試環境因素外，還與果實的自身因素有關，例如，病害[7]、貯藏時間[8]、損傷[5，8-9]、成熟度[10]，關于水果、蔬菜的外形尺寸對電學參數的研究已有報道。胥芳等[11]研究表明，水果個體的外形尺寸會對電特性參數的測試結果產生影響，分析認為這是由于電極間距不變時，水果尺寸直接影響到電極間介質充填量。張道德[12]研究發現，在3.5 MHz下，蘋果樣品的電容值隨著果實橫徑的增加呈上升趨勢，阻抗值呈下降趨勢，分析認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，是導致介電參數值出現如此變化的原因。胡芳[13]對甜柿不同發育天數下各電學參數與果實橫徑進行相關性分析，發現在0.1 kHz下，果實橫徑與Cp，電導（G），B和Y呈極顯著正相關，與R p，Lp，X和復阻抗Z呈極顯著負相關，而與θ，tanδ和Q因子無顯著相關性，這與本研究結論相反，原因可能是因為甜柿果實的成熟度不同造成的，而研究的葡萄果實具有相同的成熟度。

3.2 葡萄果粒橫徑對其品質的影響

葡萄果粒橫徑的大小和品質有著一定的關聯性[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性，在0.1，1kHz頻率下，θ，tanδ值與果粒橫徑呈顯著相關，在一定頻率范圍內，隨著果粒橫徑的增加，θ和tanδ呈逐漸增加趨勢；而果粒橫徑與lg Z，lg Lp，lg X，lg Rp之間相關性不顯著。研究發現[3]，在0.1 kHz下，Z，Lp，X，Rp與果實品質有較高的相關性，結合本研究發現，在0.1 kHz下，當2.28 cm≤d≤2.45 cm時，Z，Lp，X，Rp有較高的數值，果實品質較好；當d≥2.47 cm時，Z，Lp，X，Rp逐漸下降，預示著果實品質有所下降，因此，對于葡萄品質來說，并不是果粒越大品質就越佳，這也充分說明不能盲目使用葡萄膨大劑，否則增產很難增質。關于葡萄果粒橫徑與其電學參數以及品質的關系還有待進一步深入研究。

4 結論

本研究結果表明，在0.1 kHz頻率下，紅地球葡萄果粒電學參數之間存在較高的相關性。

果粒橫徑大小對紅地球葡萄電學參數有一定的影響，在頻率0.1，1 kHz下，損耗角正切值（tanδ）和復阻抗相角（θ）與果粒橫徑（d）有較高的相關性，達到顯著水平（P＜0.05）；在不同測試頻率下，復阻抗（Z）、并聯等效電感（Lp）、并聯等效電阻（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”國家科技支撐計劃項目（2012BAD38B09）；山西農業大學引進人才博士科研啟動項目（2013YJ33）；山西省農業科學院科技自主創新能力提升工程項目（2016ZZCX-16）

李超（1977-），男，山西汾陽人，助理研究員，主要從事農產品采后貯藏研究工作。