葡萄果粒横径与其电学参数的关系

李超，刘亚平

（1.山西省农业科学院农产品贮藏保鲜研究所，山西太原030031；2.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷030801）

葡萄果粒横径与其电学参数的关系

李超1，刘亚平2

（1.山西省农业科学院农产品贮藏保鲜研究所，山西太原030031；2.山西农业大学食品科学与工程学院，山西太谷030801）

为研究葡萄电学参数随果粒横径大小的变化规律以及电学参数与横径之间的相关性，以红地球葡萄为试材，选取0.1，1，10，100 kHz和1 MHz等5个频率，研究了果粒横径对其复阻抗相角、损耗角正切值、复阻抗、并联等效电感、并联等效电阻和电抗等电学参数的影响。结果表明，葡萄果粒电学参数之间有较高的相关性；在较低频率0.1，1.0 kHz下，损耗角正切值和复阻抗相角与果粒横径大小之间有较高的相关性，达到显著水平（P＜0.05）；复阻抗、并联等效电感、并联等效电阻和电抗间差异极显著，与横径相关性不显著（P＞0.05）。

红地球葡萄；横径；电学参数

红地球葡萄品质优良、肉质脆硬、果粒较大、耐贮运，是当前国内外主栽的鲜食品种之一。目前有关红地球葡萄的研究报道主要集中在保鲜方法和采后生理上[1-2]，也有葡萄果粒电学特性的研究报道[3-5]，但是研究还不是很深入全面。

关于果粒大小对红地球葡萄果实品质的影响已有研究，主要集中在使用生长调节剂对果粒形状和品质的研究上[6]，而关于果粒横径对其电学特性的影响未见报道。在前人研究的基础上，笔者发现果实电学参数与品质关系密切，而果实品质可以通过对电学特性的无损检测获得[3]，因此，本研究以红地球葡萄为试材，选取0.1，1，10，100 kHz和1 MHz等5个频率，研究果粒横径大小对其复阻抗（Z）、损耗角正切值（tanδ）、导纳（Y）、复阻抗相角（θ）、并联等效电容（Cp）、并联等效电感（Lp）、品质因素（Q）、并联等效电阻（Rp）、电抗（X）和电纳（B）等电学指标变化的影响，探讨果粒横径大小与其品质的关系，以期为葡萄果粒的无损检测提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试品种为成熟的红地球葡萄。

1.2 测试指标及方法

1.2.1 葡萄果粒横径使用精度为0.02 mm的游标卡尺测定葡萄果粒横径，重复3次，取平均值。

1.2.2 电学参数葡萄果粒电学参数的测定采用接触式无损伤检测法。测试仪器为日本日置HIOKI公司产3532-50型LCR测量仪，使用9140型4终端探头，采用铜制的正方形平行平板电极，上下极板面积为36 cm2。测试温度（20±1）℃，无风室内进行，测试电压1 V，夹持力保持1.8 N。测定时将果实的赤道面相对两侧与极板紧贴，极板通过导线与LCR测量仪相连进行电学参数测定。由LCR电桥仪直接测出两极板之间果实的复阻抗（Z）、导纳（Y）、复阻抗相角（θ）、并联等效电容（Cp）、损耗角正切值（tanδ）、并联等效电感（Lp）、品质因素（Q）、并联等效电阻（Rp）、电抗（X）和电纳（B）等10个电学参数。

1.3 数据处理

数据采用DPS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄果粒电学参数之间的相关性分析

有研究表明[3]，在0.1～3 980 kHz频率范围内，葡萄电学参数较佳的测试频率为0.1 kHz，因此，本试验以0.1 kHz为例，研究了果粒横径（2.26 cm≤d≤2.61 cm）大小对其电学参数的影响。

表1 0.1 kHz下葡萄果粒的电学参数

从表1，2可以看出，｜lg Z｜＝｜lg Y｜，lg Y和lg Z相关性极高（R＝-1.00），达到极显著水平（P＜0.01），所以，在后续研究中，只选择了lg Z进行讨论。同时，lg Cp与lg Lp相关性也达到了极显著水平（R＝-1，P＜0.01），而且lg B≈lg Y，lg B与lg Lp和lg Cp的相关性较高（R＝0.99，R＝-0.99，P＜0.01），依据文献[3]，选择lg Lp进行讨论。另外，Q除与θ，tanδ相关性较高外，与其他指标相关性较差，同时对数据进行对比分析发现，tanδ≈Q-1，所以，不对Q进行深入讨论。综上所述，本试验主要研究葡萄果粒横径对其Z，θ，tanδ，Lp，Rp和X的影响。

表2 葡萄果粒电学参数的相关性

2.2 果粒横径（d）对复阻抗相角的影响

由图1可知，当果粒横径（d）一定时，随着测试频率从0.1 kHz增加到100 kHz，复阻抗相角逐渐减小，但是到1 MHz时又有所增加，大于100 kHz下的数值。随着果粒横径的增加，0.1 kHz频率下复阻抗相角呈逐渐增加趋势；随着频率增加，复阻抗相角增加趋势渐缓。

复阻抗相角在0.1 kHz频率与其他频率下差异达极显著（P＜0.01），100 kHz与1 MHz差异极显著（P＜0.01），1 kHz与10 kHz差异显著（P＜0.05），100 kHz与1 MHz下差异极显著（P＜0.01）。

随着果粒横径的增加，复阻抗相角在各频率间的相关性较强，其中，0.1 kHz与1 kHz下复阻抗相角极显著相关（R＝0.94，P＜0.01），1 kHz与10 kHz频率间极显著相关（R＝0.75，P＜0.01），10 kHz与100 kHz频率间极显著相关（R＝0.78，P＜0.01），10 kHz与1 MHz频率间显著相关（R＝0.58，P＜0.05），100 kHz与1 MHz频率间极显著相关（R＝0.88，P＜0.01）。同时，经过统计分析可知，复阻抗相角随频率的变化与果粒横径间相关性较强，其中，0.1 kHz频率下复阻抗相角与葡萄果粒横径呈显著相关（R＝0.68，P＜0.05），1 kHz频率下复阻抗相角与葡萄果粒横径呈显著相关（R＝0.67，P＜0.05）。

2.3 果粒横径对损耗角正切值的影响

由图2可知，在0.1，1 kHz下，随着果粒横径的增加，损耗角正切值呈波动增加趋势；在0.1 kHz下增加幅度最大，果粒横径从2.26 cm增加至2.61 cm时，是前者的7.27倍；随着频率的增加，损耗角正切值随果粒横径的增加变化幅度逐渐减少，到100 kHz和1 MHz时，损耗角正切值随果粒横径的增加变化幅度很小。

损耗角正切值在0.1 kHz频率下与其他频率下的数值差异极显著（P＜0.01），且随着果粒横径的增加，频率间呈现高相关性，其中0.1 kHz与1 kHz频率间极显著相关（R＝0.93，P＜0.01），1 kHz与10 kHz频率间极显著相关（R＝0.70，P＜0.01），10 kHz与100 kHz频率间极显著相关（R＝-0.76，P＜0.01），10 kHz与1 MHz频率间显著相关（R＝0.57，P＜0.05），100 kHz与1 MHz频率间极显著相关（R＝-0.87，P＜0.01）；同时，损耗角正切值在各频率下的变化与果粒横径也有较大的相关性，其中，0.1 kHz频率下损耗角正切值与果粒横径间呈显著相关（R＝0.65，P＜0.05），1 kHz频率下损耗角正切值与果粒横径间呈显著相关（R＝0.63，P＜0.05）。

2.4 果粒横径对复阻抗和电感的影响

从图3，4可以看出，在葡萄果粒横径恒定时，随着频率的增加，其复阻抗和电感逐渐增加；而随着葡萄果粒横径的增加，复阻抗和电感在0.1，1，10，100 kHz和1 MHz下变化趋势基本相似；各频率下，当果粒横径从2.26 cm增加至2.29 cm时，复阻抗和电感值呈现逐渐增加的趋势，当果粒横径为2.31 cm时，复阻抗和电感出现最低值，如0.1 kHz时，它们分别比果粒横径为2.29 cm时下降了11.97%和20.86%，随着频率的增加，这种下降幅度渐缓。当果粒横径从2.31 cm增加至2.39 cm时，复阻抗和电感上升，其后，随着果粒横径的逐渐增加，复阻抗和电感呈现波动变化趋势，随着频率的增加，波动变化趋势渐缓。

经统计分析可知，随着果粒横径的增加，复阻抗值5个频率间两两差异极显著（P＜0.01），并且各频率间相关性较高（R≥0.79），达到极显著水平（P＜0.01）；电感值5个频率间也两两差异极显著（P＜0.01），各频率间相关性达到了极显著水平（R≥0.93，P＜0.01）。但是，5个频率下复阻抗和电感的变化与果粒横径的变化相关性不显著。

2.5 果粒横径对电抗的影响

电抗反映的是生物体等效复合电路中电容及电感对电流的阻碍作用。从图5可以看出，在一定频率下，葡萄果粒电抗随着其果粒横径的变化趋势与复阻抗和电感较为相似，当果粒横径为2.31 cm时，电抗出现最低值，只有0.1 kHz下例外，在葡萄果粒横径达2.61 cm时剧烈下降并低于2.31 cm处的数值。电抗在5个频率下，两两之间差异极显著（P＜0.01），其中0.1 kHz与1 kHz频率间极显著相关（R＝0.71，P＜0.01），与10，100 kHz显著相关（R＝0.56，R＝0.56，P＜0.05），1 kHz与10 kHz，100 kHz和1 MHz频率间极显著相关（R＝0.97，R＝0.97，R＝0.95，P＜0.01），10 kHz与100 kHz，1 MHz频率间极显著相关（R＝1.00，R＝0.99，P＜0.01），100 kHz与1 MHz频率间极显著相关（R＝0.99，P＜0.01）。同时电抗随频率的变化与葡萄果粒横径相关性不强，未达到显著水平（P＞0.05）。

2.6 果粒横径对并联等效电阻的影响

从图6可以看出，在频率恒定时，葡萄果粒并联等效电阻的变化随着果粒横径的增加波动趋势较大，在0.1，1，10 kHz下波动趋势相似，100 kHz下呈直线型，而1 MHz下变化最为剧烈，且当葡萄果粒横径为2.56 cm时，1 MHz下并联等效电阻出现了一个高峰值，达到4.20 Ω，比其在100 kHz下的并联等效电阻数值高12%。

并联等效电阻在5个频率间两两差异极显著（P＜0.01），并且0.1 kHz与1 kHz频率间极显著相关（R＝0.89，P＜0.01），0.1 kHz与10 kHz频率间显著相关（R＝0.63，P＜0.05），1 kHz与10 kHz频率间极显著相关（R＝0.89，P＜0.01），10 kHz与1 MHz频率间显著相关（R＝0.68，P＜0.05）。同时并联等效电阻随频率的变化与果粒横径间相关性也不强，未达到显著水平（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 葡萄果粒横径对其电学参数的影响

影响果实电学参数的因素很多，除了测试环境因素外，还与果实的自身因素有关，例如，病害[7]、贮藏时间[8]、损伤[5，8-9]、成熟度[10]，关于水果、蔬菜的外形尺寸对电学参数的研究已有报道。胥芳等[11]研究表明，水果个体的外形尺寸会对电特性参数的测试结果产生影响，分析认为这是由于电极间距不变时，水果尺寸直接影响到电极间介质充填量。张道德[12]研究发现，在3.5 MHz下，苹果样品的电容值随着果实横径的增加呈上升趋势，阻抗值呈下降趋势，分析认为随着苹果横径的增加，样品在极板间空间所占比例有所增加，是导致介电参数值出现如此变化的原因。胡芳[13]对甜柿不同发育天数下各电学参数与果实横径进行相关性分析，发现在0.1 kHz下，果实横径与Cp，电导（G），B和Y呈极显著正相关，与R p，Lp，X和复阻抗Z呈极显著负相关，而与θ，tanδ和Q因子无显著相关性，这与本研究结论相反，原因可能是因为甜柿果实的成熟度不同造成的，而研究的葡萄果实具有相同的成熟度。

3.2 葡萄果粒横径对其品质的影响

葡萄果粒横径的大小和品质有着一定的关联性[14]。本研究表明，tanδ和θ在各频率下的变化与果粒横径有较大的相关性，在0.1，1kHz频率下，θ，tanδ值与果粒横径呈显著相关，在一定频率范围内，随着果粒横径的增加，θ和tanδ呈逐渐增加趋势；而果粒横径与lg Z，lg Lp，lg X，lg Rp之间相关性不显著。研究发现[3]，在0.1 kHz下，Z，Lp，X，Rp与果实品质有较高的相关性，结合本研究发现，在0.1 kHz下，当2.28 cm≤d≤2.45 cm时，Z，Lp，X，Rp有较高的数值，果实品质较好；当d≥2.47 cm时，Z，Lp，X，Rp逐渐下降，预示着果实品质有所下降，因此，对于葡萄品质来说，并不是果粒越大品质就越佳，这也充分说明不能盲目使用葡萄膨大剂，否则增产很难增质。关于葡萄果粒横径与其电学参数以及品质的关系还有待进一步深入研究。

4 结论

本研究结果表明，在0.1 kHz频率下，红地球葡萄果粒电学参数之间存在较高的相关性。

果粒横径大小对红地球葡萄电学参数有一定的影响，在频率0.1，1 kHz下，损耗角正切值（tanδ）和复阻抗相角（θ）与果粒横径（d）有较高的相关性，达到显著水平（P＜0.05）；在不同测试频率下，复阻抗（Z）、并联等效电感（Lp）、并联等效电阻（Rp）和电抗（X）差异极显著（P＜0.01），但是与果粒横径相关性不显著（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”国家科技支撑计划项目（2012BAD38B09）；山西农业大学引进人才博士科研启动项目（2013YJ33）；山西省农业科学院科技自主创新能力提升工程项目（2016ZZCX-16）

李超（1977-），男，山西汾阳人，助理研究员，主要从事农产品采后贮藏研究工作。