氯吡苯脲处理和质量损失对猕猴桃品质和电学特性的影响

李 琳，罗安伟*，苏 苗，李圆圆，白俊青，蔺志颖，宋俊奇，李 锐，方沂蒙

猕猴桃（Actinidia chinensis Planch）属藤本植物，其果实酸甜可口，营养丰富，深受人们喜爱，常温放置时，因其属于典型的呼吸跃变型果实而极易软化[1]。在猕猴桃软化过程中其内部品质、电学特性及质量均会发生变化。猕猴桃果实的VC含量、可溶性固形物含量（soluble solids content，SSC）、可滴定酸（titratable acid，TA）含量及硬度等指标可以评价其品质的优劣[2]，且与电学特性存在一定的关系。

氯吡苯脲（1-(2-chloropyridin-4-yl)-3-phenylurea，CPPU）又名氯吡脲、KT30S、膨大剂等，是一种细胞分裂素类的植物生长调节剂，具有增加单果质量、提高坐果率、诱导单性结实等作用[3]，近年来在葡萄[4]、猕猴桃[5-6]、枇杷[7]等水果生产中广泛应用。20世纪90年代起，CPPU开始应用于猕猴桃生产，在增大果实、提高产量等方面效果显著[8]。但CPPU的滥用不仅导致猕猴桃在采后贮藏过程中果实的软化和腐烂速率加快，烂果率上升，而且会削弱树势，影响来年结果[9-10]。国内外对于CPPU处理对猕猴桃成熟、贮藏过程中品质、营养物质含量的影响已有报道[5,11-13]，其一致表明CPPU（体积分数为0.1%的吡效隆）对猕猴桃品质产生负面影响。

水果作为由细胞组成的完整生物体，从微观结构看，其内部存在大量带电粒子形成的生物电场，它们在生长、成熟、受损以及腐烂变质过程中的生物化学反应始终伴随能量的转化和转移，导致生物组织内各类化学物质所带电荷量及电荷空间分布的变化，最终从宏观上表现为水果的电学特性改变。因此，可以通过对水果电特性的检测来判断其内部品质[14]。近年来国内外学者对灵武长枣、苹果、山竹、葡萄汁、香蕉、猕猴桃等的电学特性进行了相关研究[15-26]，结果表明可以通过电学特性检测实现对水果内部品质的无损检测。

猕猴桃软化过程中由于呼吸和蒸腾作用导致其质量改变，其中主要是含水量的变化。细胞内任何生化反应都以水为介质或者溶质来进行，含水量的变化必然对猕猴桃的电学特性产生影响。

本实验以‘秦美’、‘海沃德’两个品种猕猴桃为材料，研究质量损失和CPPU处理对猕猴桃电学特性以及整体品质变化的影响，以期建立电学参数与品质的相关性，为猕猴桃品质无损检测提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料为主栽品种‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃。

氢氧化钠、碘化钾、VC 广东光华科技股份有限公司；酚酞 天津市致远化学试剂有限公司；碘酸钾上海国药集团化学试剂有限公司；体积分数0.1%吡效隆（有效成分CPPU） 四川兰月科技公司。

1.2 仪器与设备

3532-50 LCR测试仪 日本日置公司；TA.XT PLUS/50物性测定仪 英国Stable Micro Systems公司；HC-3018R高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；PAL-1数显糖度计 日本爱宕公司；电子计数秤上海友声衡器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 实验设计

CPPU处理组猕猴桃在盛花期后28 d用20 mg/L CPPU溶液逐个浸蘸猕猴桃幼果，蘸果时间为3 s，对照组用清水浸蘸幼果3 s。两个品种的猕猴桃在SSC达6.0%～6.5%时采收，采收过程中要轻拿轻放，不能对猕猴桃果皮造成伤害，选取果形相近、无损伤的猕猴桃用于实验，剔除有伤、畸形、日灼、过大及过小果实。采收后于阴凉处放置24 h散去田间热入库，0 ℃冷库预冷24 h后库内用单层0.03 mm厚聚乙烯（polyethylene，PE）袋包装，每袋10 个果实，用橡皮筋扎口，袋内和环境相对湿度均为（95±1）%。0 ℃贮藏放置2 个月后，随机各取一批于（17±2）℃ PE袋内敞口放置，每袋10 个果实，环境相对湿度为（29±2）%。测定质量损失率和电学参数。

1.3.2 质量损失率测定

每个处理组猕猴桃30 个，室温（17±2）℃下放置，每天称质量，设定‘秦美’质量损失率达0、1%、3%、5%，‘海沃德’质量损失率达0、1%、3%、5%、7%时（实际质量损失率略有偏差，以每天的测定值与设定值最接近的质量损失率为准），测定其电学参数和品质指标。‘秦美’在质量损失率达5%时开始软烂，‘海沃德’在质量损失率达7%时开始软烂，结束指标测定。质量损失率以实际称量结果为准。

1.3.3 电学参数测定

实验采用平行板电极系统在线无损检测，使用3532-50 LCR测试仪，可测试频率范围为42 Hz～5 MHz，实际采用频率为0.1～3 980 kHz范围内的24 个频率点，电压为1 V的正弦波，极板夹持力为0.5 N[27]。在线自动测量各电学参数复阻抗（Z）、电抗（X）、损耗系数（D）、并联等效电阻（Rp）、并联等效电容（Cp）、并联等效电感（Lp）。测试探头采用9140型4终端探头，电极采用铜制正方形平行平板电极，上下极板边长均为6 cm，极板间距可调。

取室温（17±2）℃、相对湿度（29±2）%条件下每个处理组30 个猕猴桃，沿果实赤道上120°等距离测定3 次，测定Z、X、D、Rp、Cp、Lp的变化。

1.3.4 品质指标测定

果肉硬度采用TA.XT PLUS/50物性测定仪，在TPA模式下，随机取5 个猕猴桃果实，沿果实赤道上120°等距离取3 点，削去果实表皮，测定3 次。探头为P5，测试模式为Messure Force in Compression，参数设置为预压速率1.00 mm/s，下压速率5.00 mm/s，压后上行速率5.00 mm/s，两次压缩中间停顿5.00 s，探头直径为0.5 cm，硬度单位为kg/cm2。SSC采用糖度计测定；VC含量采用碘量法测定；TA质量分数采用酸碱滴定法测定[28]。

1.4 数据分析

采用SPSS 23.0软件进行聚类分析、主成分分析、相关分析、回归分析、标准化残差分析；采用Origin 2016软件作图。以P＜0.05表示显著相关，P＜0.01表示极显著相关。

2 结果与分析

2.1 CPPU处理和质量损失对猕猴桃品质的影响

室温存放过程中，对照组和CPPU处理组‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃果实硬度、VC含量、TA质量分数、SSC的变化见图1。

图1 质量损失率对猕猴桃果肉硬度（a）、VC含量（b）、TA质量分数（c）、SSC（d）的影响Fig. 1 Effect of mass loss on hardness (a), VC (b), TA (c) contents and SSC (d) of kiwifruits

如图1a～c所示，‘海沃德’猕猴桃果肉的硬度明显高于‘秦美’，而VC含量、TA质量分数明显低于‘秦美’；经20 mg/L CPPU处理过的‘海沃德’猕猴桃果肉硬度、VC含量、TA质量分数整体低于对照组，经20 mg/L CPPU处理过的‘秦美’猕猴桃果肉硬度、VC含量（质量损失率低于1%时）、TA质量分数均低于对照组，说明CPPU处理显著降低了猕猴桃果实品质。这与方学智等[6]研究的CPPU对美味猕猴桃影响的结果一致。室温贮藏过程中，随质量损失率的增加，‘海沃德’果肉硬度始终高于‘秦美’，但因VC含量、TA质量分数低而使果实风味相对寡淡。无论是否使用CPPU处理，‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃均随质量损失率的增加，其果肉硬度、VC含量和TA质量分数在质量损失率较低时呈逐渐降低趋势；‘秦美’在质量损失率达3%以上出现软烂，TA质量分数呈增加趋势，这主要是由失水引起的；‘海沃德’质量损失率达5%以上时CPPU处理组果实TA质量分数与‘秦美’呈相同的增加趋势，而对照组果实TA质量分数仍呈下降趋势，主要原因是CPPU处理果实的细胞结构更为疏松，质量损失中蒸腾失水所占比例更大，而对照组以有机酸等为底物的呼吸消耗引起的质量损失比例更大。

图1d中‘秦美’SSC随质量损失率增大先升高后降低，这是由于贮藏前期淀粉转化为可溶性糖补充呼吸消耗导致SSC升高，后期随着呼吸消耗增大，转化的可溶性糖不足以补充呼吸消耗导致SSC降低；质量损失率小于3%时，CPPU处理后的‘秦美’猕猴桃SSC高于对照组，这与郭叶等[29]的报道结果一致。‘海沃德’SSC随质量损失率增大而升高，但经CPPU处理后的猕猴桃SSC低于对照组，且变化速率明显大于对照组，这与Cruz-Castillo等[30]报道的结果不相符，可能是因为‘海沃德’生理代谢相对衰弱，物质消耗慢，而贮藏中失水引起的SSC增加大于消耗的SSC，故而使SSC呈上升趋势。

综上所述，质量损失会导致‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃品质下降；CPPU处理也会导致果实品质下降，且CPPU处理对品质的影响更显著。

2.2 聚类分析

聚类分析是将样品按照品质特性相似程度逐渐聚合在一起，相似度最大的优先聚合在一起，最终按照类别的综合性质多个品种聚合，从而完成聚类分析的过程[31]。将猕猴桃样品按照表1进行编号。依据理化品质对质量损失率不同的18 个样品采用离差平方和法（Ward法）进行个案系统聚类分析，结果如图2所示。

表1 猕猴桃样品编号Table 1 Numbering of kiwifruit samples

图2 猕猴桃品质聚类分析Fig. 2 Cluster analysis of kiwifruit quality

系统聚类可依据品质指标简单地将18 个猕猴桃样品进行区分，如图2所示，猕猴桃样品可分为‘秦美’、‘海沃德’两个大类群，说明两个猕猴桃品种品质差异较明显。在第1类群中，对照组和处理组‘秦美’质量损失率在2%以下的4 个样品1、2、5、6被归为一个二级类群，质量损失率高于2%的样品4、8、7、3归为一个二级类群，可见质量损失率对‘秦美’猕猴桃品质有较大影响。在第2类群中，对照组‘海沃德’质量损失率5%以下的4 个样品10、11、9、12被归为一个二级类群，经CPPU处理的所有样品和质量损失率最高的对照组‘海沃德’样品14、15、16、17、18和13归为一个二级类群，表明相对于质量损失率而言CPPU处理对‘海沃德’的品质影响更大。

2.3 CPPU对猕猴桃电学特性的影响

对不同频率下电参数与品质参数相关性进行主成分分析，综合相关指数的正号和负号是数据标准化过程中产生的，代表综合评价得分大小；其大小反映了频率间各品质指标与6 个电参数综合相关性的相对程度。综合相关指数高则综合相关程度高；反之，综合相关程度低。综合相关指数为正，表示该频率下该品质指标与6 个电参数综合相关性处于平均水平之上（各品质指标在各频率上综合得分之和为“0”）；综合相关指数为负，表示该频率下该品质指标与6 个电参数综合相关性处于平均水平之下。综合相关指数排名最高的频率为筛选出的特征频率。

表2 不同频率下对照组和处理组‘秦美’电参数与品质参数综合相关指数Table 2 Correlation coefficients between electrical parameters and quality parameters of ‘Qinmei’ kiwifruits from control and treatment groups at different frequencies

如表2所示，对照组‘秦美’在2 510 kHz下综合相关指数排名最高，故对照组‘秦美’的特征频率为2 510 kHz。处理组‘秦美’在3 980 kHz下综合相关指数排名最高，故处理组‘秦美’的特征频率为3 980 kHz。

在特征频率2 510 kHz下，对照组‘秦美’品质参数和电参数的相关分析结果显示，果实VC含量和果肉硬度与Z、Lp、X达5%显著水平。将品质参数与其特征频率下相关性最强的电参数Lp进行多元逐步回归，得到相应回归方程：VC含量＝1.58×106×Lp－19.013（R＝0.956 6，R2＝0.915 1，P＝0.043 3＜0.05）；硬度＝1.47×105×Lp－10.021（R＝0.953 7，R2＝0.909 5，P＝0.046 3＜0.05）。

通过标准化残差分析VC含量、硬度的残差值均在（－2，2）区间内，说明特征频率下用Lp可预测果实VC含量和果肉硬度。Lp可作为对照组‘秦美’常温质量损失过程中电特性检测的敏感电参数。

在特征频率3 980 kHz下，处理组‘秦美’品质参数和电参数的相关分析结果显示，果实VC含量与Lp达5%显著水平，将两者进行多元回归，得到回归方程：VC含量＝5.55×106×Lp－55.97（R＝0.958 5，R2＝0.918 6，P＝0.041 5＜0.05）。

通过标准化残差分析VC含量的残差值均在（－2，2）区间内，说明特征频率下用Lp可预测果实VC含量。Lp可作为处理组‘秦美’常温质量损失过程中电特性检测的敏感电参数。

比较对照组和处理组‘秦美’电特性检测敏感电参数，可用Lp建立的回归方程反映果实VC含量的变化，从而筛选出‘秦美’猕猴桃经CPPU处理的样品，可实现基于VC含量与电参数Lp关系的在线无损检测。

表3 不同频率下对照组和处理组‘海沃德’电参数与品质参数综合相关指数Table 3 Correlation coefficients between electrical parameters and quality parameters of ‘Hayward’ kiwifruits from control and treatment groups at different frequencies

如表3所示，对照组‘海沃德’在631 kHz下的综合相关指数排名最高，故对照组‘海沃德’的特征频率为631 kHz。处理组‘海沃德’在251 kHz下的综合相关指数排名最高，故处理组‘海沃德’的特征频率为251 kHz。

在特征频率631 kHz下，对照组‘海沃德’品质参数和电参数的相关分析结果显示：果实VC含量与Z、Lp、X达5%显著水平以上；SSC与Z、Lp达1%极显著水平，与Rp、X达5%显著水平；TA质量分数与Z、Lp、X达1%极显著水平；果肉硬度与Z、Lp、X达1%极显著水平。将各品质参数与其特征频率下相关性最强的电参数进行多元逐步回归，分别得到相应回归方程：VC含量＝1.5×105×Lp－169.564（R＝0.915，R2＝0.837 3，P＝0.029 4＜0.05）；SSC＝－0.001 3×X+21.058 7（R＝0.978 9，R2＝0.958 2，P＝0.003 7＜0.01）；TA质量分数＝1.25×10－4×Z+0.513（R＝0.971，R2＝0.942 8，P＝0.005 9＜0.01）；硬度＝2.729×104×Lp－36.619 8（R＝0.972 7，R2＝0.946 1，P＝0.005 4＜0.01）。

通过标准化残差分析所有指标残差值均在（－2，2）区间内，说明特征频率下用Lp可预测果实VC含量和果肉硬度，X可预测SSC，Z可预测TA质量分数。Lp、X、Z可作为对照组‘海沃德’常温质量损失过程中电特性检测的敏感电参数。

在特征频率251 kHz下，处理组‘海沃德’品质参数和电参数的相关分析结果显示：VC含量与Z、Lp、X达5%显著水平以上；SSC与Z、Lp、X达5%显著水平。硬度与Z、Lp、X达1%极显著水平。将品质参数与其特征频率下相关性最强的电参数进行多元逐步回归，分别得到相应回归方程：VC含量＝7.588×103×Lp－31.313 7（R＝0.913 8，R2＝0.835，P＝0.03＜0.05）；SSC＝－663.841×Lp+17.048 1（R＝0.950 6，R2＝0.903 7，P＝0.013＜0.05）；硬度＝2.43×103×Lp－17.61（R＝0.990 1，R2＝0.980 4，P＝0.001＜0.01）。

通过标准化残差分析所有指标残差值均在（－2，2）区间内，说明特征频率下用Lp可预测果实VC含量、SSC、果肉硬度。Lp可作为处理组‘海沃德’常温质量损失过程中电特性检测的敏感电参数。

比较对照组和处理组‘海沃德’电特性检测敏感电参数，可用Lp建立的回归方程反映果实VC含量、果肉硬度的变化，从而筛选出‘海沃德’猕猴桃经CPPU处理的样品，同样可实现基于果实VC含量与电参数Lp关系的在线无损检测。

2.4 质量损失率对猕猴桃电学特性的影响

对不同频率下的电参数和质量损失率进行主成分分析，综合相关指数最高的频率为筛选出的特征频率。

表4 不同频率下对照组‘秦美’、对照组‘海沃德’电参数与质量损失率综合相关指数Table 4 Correlation coefficients of electrical parameters and quality parameters of ‘Qinmei’ and ‘Hayward’ kiwifruits from control group at different frequencies

如表4所示，对照组‘秦美’、对照组‘海沃德’最高综合相关指数均出现在0.1 kHz，故二者特征频率均为0.1 kHz。但在特征频率下对照组‘秦美’、对照组‘海沃德’电参数与质量损失率相关性并不显著。因此无法筛选出敏感电参数，建立数学模型。

3 讨 论

猕猴桃在常温贮藏过程中，随着质量损失率的增加，‘秦美’果肉硬度下降，SSC先升高后下降，VC含量、TA含量质量分数先下降后升高；‘海沃德’果肉硬度、VC含量、TA质量分数下降，SSC升高。经CPPU处理后的猕猴桃，‘秦美’TA质量分数显著低于对照组；‘海沃德’VC含量、TA质量分数、SSC均显著低于对照组。综合而言贮藏过程中质量损失率的增加和CPPU处理都会导致猕猴桃品质下降。质量损失对‘秦美’猕猴桃品质的影响更大，而CPPU处理对‘海沃德’猕猴桃品质的影响更大。

在选定的24 个频率中，对照组‘秦美’、处理组‘秦美’、对照组‘海沃德’、处理组‘海沃德’4 个样品常温质量损失过程中电学特性检测的特征频率分别为2 510、3 980、631、251 kHz。特征频率下用Lp可预测对照组‘秦美’果实VC含量和果肉硬度；Lp可预测处理组‘秦美’果实VC含量；对于对照组‘海沃德’果实，Lp可预测VC含量和果肉硬度，X可预测SSC，Z可预测TA质量分数；Lp可预测处理组‘海沃德’果实VC含量、SSC和果肉硬度。分别比较‘秦美’、‘海沃德’特征频率下的敏感电参数，可用Lp建立的回归方程反映4 组果实VC含量的变化。测定同一批‘秦美’或‘海沃德’猕猴桃在其特征频率下的Lp值，根据回归方程计算出相对应的VC含量。对于新鲜度较高的‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃，VC含量分别以130、65 mg/100 g为基准，低于此标准认为是经过CPPU处理的；对于新鲜度一般的‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃，分别以120、50 mg/100 g为基准，低于此标准认为是经过CPPU处理的；对于新鲜度较差的‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃，分别以105、30 mg/100 g为基准，低于此标准认为是经过CPPU处理的。在特征频率0.1 kHz下未筛选出可以表征质量损失率的敏感电参数，因此无法建立数学模型实现猕猴桃新鲜度的无损检测。

经CPPU处理的‘秦美’、‘海沃德’猕猴桃可用基于电参数并联等效电感Lp与果实VC含量的回归方程实现无损检测，从而将CPPU处理过的猕猴桃挑选出来，该方法在实际生产中具有应用前景。