蘋果糖度與其電學參數相關性試驗研究

李子昂

摘要：測定不同糖度下蘋果的電學特性差異，推測糖度與其電學特性的相關性。結果表明：蘋果的電阻Rp值、介質損耗因數D 值與糖度值具有一定的相關性，可以作為糖度比較的參考值；隨著蘋果糖度增大，其電阻Rp值減小，而其介質損耗因數D值增大。

關鍵詞：電學特性；蘋果；糖度；相關性

中圖分類號：S661.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2019）01-0057-04

采收后的蘋果是有生命活動的有機體，通過呼吸作用，其中的淀粉、糖和有機酸等呼吸底物被分解為CO2和水。水及其他物質成分的變化導致果品內部空間電荷分布的變化。生物電場的分布和強度在宏觀上影響果品的電學特性。因此，研究采后果品電特性對于以電信息判斷果品品質具有重要的指導意義。本課題對蘋果糖度的電學特性進行試驗研究，以期為蘋果品質無損化檢測和分級制度提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用山東煙臺富士蘋果，貯藏期約為10 d，同一批次、大小基本相同且無明顯缺陷。

1.2 儀器設備

極板材料選用醫用導電橡膠極板貼片；IM3570型日置阻抗分析儀：用于測量蘋果電學參數，對某個電學參數的固定頻率下的數據測量使用LCR測量模式；手持式0～20%糖度折射儀：用于測量糖度，由禹城市田園信科光學儀器有限公司生產。

1.3 試驗過程

1.3.1 試驗指標 并聯電阻（Rp）：試驗中將蘋果模擬為電阻，投放到并聯模擬電路中測量其電阻值。并聯電容（Cp）：試驗中將蘋果模擬為電容，投放到并聯模擬電路中測量其電容值。并聯電感（Lp）：試驗中將蘋果模擬為電感，投放到并聯模擬電路中測量其電感值。介質損耗因數（D）：所有并聯電路電阻介質損耗的正切值。

1.3.2 試驗條件 1） 電流頻率。使用醫用導電橡膠貼片，取蘋果直徑為極板間距，將蘋果置于1 V電壓條件下，采用不斷修改測量頻率上、下限的方式，逐步得出蘋果4個電學參數的敏感頻率范圍和穩定頻率范圍（見表1）。

由于不同電學參數其選定的頻率范圍不一致，因此對每個參數都是圍繞其最優頻率范圍按等間隔原則取4個試驗頻率值，同時考慮到國家電網50 Hz頻率，所以每項都包含50 Hz頻率。試驗設定的頻率見表2。

2） 蘋果的糖度。利用糖度儀進行破壞性糖度測量。將蘋果洗滌干凈，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，將吸囊導管口置于果實汁液中，吸取果汁1～2滴（在吸取時應注意避免果肉進入吸囊中），置于糖度儀測量區域進行測量。每個蘋果讀數3次，取平均值，即得到每個蘋果的糖度。測量的6批次蘋果糖度如圖1所示。

2 結果與分析

試驗中，由于取蘋果直徑作為極板間距，不可能保證每次試驗間距保持不變，為消除極板間距對Rp，Cp，Lp，D的直接影響，對測量數據進行處理，用每項指標的應用值進行結果分析。

應用值=測量值×測量距離/5個蘋果測量值的平均值

2.1 并聯電阻Rp

利用Rp應用值繪制掃描頻率與糖度間的散點圖（如圖2所示），由于100 Hz和100 kHz圖像與10 kHz變化規律一致，因此選取10 kHz進行描述。

由圖2可以看出：各頻率下Rp值與糖度出現一定的相關性，糖度越低Rp值越大。因此，蘋果的Rp值可以作為糖度比較的參考值。

2.2 并聯電感Lp

對各頻率下測量結果采用消除極板間距差距方法修正Lp測量值后繪制散點圖（如圖3所示）。由于70 Hz變化規律與100 Hz一致，因此選取100 Hz進行描述。

由圖3可以看出：各頻率下各點分布比較發散，同一糖度下其電感值Lp差異較大，說明蘋果糖度與電感Lp值不相關。

2.3 介質損耗因數D

利用D修正后的應用值繪制散點圖（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進行描述。

由圖4可以看出：各頻率下介質損耗因數D值與蘋果糖度均有相關性，糖度較高的蘋果其D值也大。

2.4 并聯電容Cp

利用Cp修正測量值繪制散點圖（如圖5所示）。

由圖5可以看出：各頻率下各點分布比較分散，說明糖度與電容Cp值無顯著的相關性。

3 結論與討論

蘋果的電阻Rp值、介質損耗因數D 值與糖度具有一定的相關性，可以作為糖度比較的參考值；隨著蘋果糖度增大，電阻Rp值減小，糖度較高的蘋果其介質損耗因數D值也大。糖度—電感Lp散點圖和糖度—電容Cp圖中各點分布比較發散，都出現了不成規律的值，同一糖度下電感值Lp和電容Cp差異較大，說明蘋果糖度與電感Lp、電容Cp不相關。

每個頻率對蘋果的糖度測量結果都有明顯影響，低頻時各值變化較大，在高頻中所有曲線都趨近于穩定，說明蘋果糖度檢測不適合用高頻電壓。

本試驗中蘋果數量較少，導致糖度梯度過少。其原因是試驗時間跨度較長，蘋果儲存沒有采取保鮮措施，導致部分蘋果出現腐爛變質情況，可用于試驗的蘋果數量減少很多。另外，應進行同樣批次蘋果電學參數的驗證試驗，以驗證本試驗得到的結論。

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