基于电学特性的果实采后无损检测研究进展

蒋 宝

（渭南职业技术学院，陕西 渭南 714026）

中国是世界水果生产大国，我国加入WTO 之后，水果是最有希望参与国际竞争的农产品之一，但是我国水果采后的保鲜和流通技术却严重滞后，严重制约了我国水果产业的发展。水果采后保鲜是农业生产的延续，保持水果品质与鲜度是人们追求的重要目标之一，也是水果流通过程中必须解决的问题之一。长期以来，我国重视果品的品种选育、采后栽培和病虫害防治，却忽视采后处理，致使在采后流通过程中水果的损失相当严重，这不仅阻碍了农产品产业的持续发展，造成巨大经济损失，且不利于提高我国水果的国际竞争力。目前，减少水果流通过程中的损耗也是全世界农产品产业核心的问题之一。据报道，国外发达国家果蔬采后损耗占总量的15%～20%，我国由于未能解决果蔬分选、预冷、冷藏运输和保鲜等问题，每年使果蔬在采后流通中损失率为30%～40%，约800 亿元[1]。水果采后贮运过程中的机械损伤和贮运环境的刺激而引起耐贮性的下降是水果采后损耗的一个主要原因。果实贮运过程中商品性下降，还可导致水果有关代谢物质的改变。

许多水果在采后生命活动活跃，在贮藏期间常会发生剧烈的生物学和生理生化变化，并伴随各种物理变化的发生，如电学特性的变化[2]。果实的电学特性主要是指果实在外加电场的作用下产生的导电特性、介电特性，以及其他电磁和物理特性。水果作为生物体由生物组织构成，从微观结构角度观察，其内部存在大量带电粒子形成生物电场，水果在生长、成熟、受损及腐败变质过程中的生物化学反应将伴随物质和能量的转换，导致生物组织内各类化学物质所带电荷量及电荷的空间分布的变化，生物电场的分布和强度，从宏观上影响水果的电特性。因此，水果的内部品质可以通过对水果电特性的无损检测加以判别[3-4]。与其他无损检测手段相比，电参数的测定具有快速、灵敏、无污染、无伤害、便于操作等优点，近年来基于电特性的果实无损检测研究已成为研究热点。以果实损伤后发生的生理特性和贮藏品质变化为切入点，对损伤果电学特性的无损检测进行综述，以期为果实采后的无损检测技术提供研究依据和参考。

1 果实采后生理特性和贮藏品质对电学参数的影响

果实在采后贮藏期间，会发生一系列的生理生化变化，进而影响果实的营养品质，最终导致果实的贮藏品质发生变化。

1.1 果实采后生理特性对电学参数的影响

（1） 呼吸强度。果实在采后贮藏期间，呼吸作用便成为其新陈代谢的主导过程，所以对呼吸强度的测定便成为国内外学者评价果实贮藏期生理状态的首选指标。马雪莲[5]对常温贮藏条件时不同频率下灵武长枣电学参数与其呼吸强度变化的相关性进行分析，结果表明在1.995 kHz 时，复阻抗（Z）、并联等效电容（Cp） 和相对介电常数（ε'） 与呼吸强度变化存在显著相关性。

（2） 乙烯。乙烯是果实在贮藏过程中释放出来的气体，随着果实乙烯释放量的不断增加，果实逐渐衰老。马雪莲[5]对常温贮藏条件时不同频率下灵武长枣电学参数与其乙烯变化的相关性进行分析，结果表明在1.995 kHz 时，复阻抗（Z） 和并联等效电容（Cp） 与乙烯含量变化的相关系数分别为-0.991和0.911，均呈显著相关。

（3） 丙二醛。丙二醛（MDA） 含量的变化通常与相对电导率变化同步。因为随着果实细胞膜透性的破坏，果实组织的相对电导率上升，且由外向内，作为膜脂过氧化产物的MDA 含量也随之增加。马雪莲[5]对常温贮藏条件时不同频率下灵武长枣电学参数与其MDA 含量变化的相关性进行分析，结果表明在1.995 kHz 时，复阻抗（Z） 和介电损耗（ε"） 与MDA 含量变化存在极显著的关系，而其他5 个电学参数如并联等效电容（Cp）、并联等效电感（Lp） 和电抗（X） 等与灵武长枣的MDA 含量变化则无显著性关系。

（4） 酶系统。在植物细胞中，超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化物酶（POD） 和过氧化氢酶（CAT）等酶与果实衰老，以及减轻脂质氧化和维持细胞膜完整性密切相关[6-7]。植物在逆境或衰老过程中，组织内酶的活性会发生变化。马雪莲[5]在测定的7 个电学参数中，当测定频率为1.995 kHz 时，损耗角正切值（tan δ） 与CAT 活性的相关系数绝对值最高，达到0.871，其他6 个电学参数的相关系数绝对值均低于0.7；而当测定频率为19.951 kHz 时，损耗角正切值（tan δ） 与POD 活性的相关系数最高，达到0.876；对SOD 活性的研究表明，当测定频率为1.995 kHz 时，串联等效电容（Cs） 和介电损耗（ε"）与SOD 活性的相关性分别达到0.956 和0.932。

1.2 果实采后贮藏品质对电学参数的影响

（1） 硬度。硬度是评价果实贮藏品质最重要的指标之一，也是目前国内外学者对果实进行电学特性研究的最常用指标。果实硬度可与果实含水量、色度等指标一起用来衡量采收果实的新鲜度。屠鹏等人[8]对富士苹果的研究表明，相对介电常数和胞外电阻率与果实硬度均呈显著相关性。安慧珍等人[9]对秦冠苹果的研究显示串联等效电阻（RS） 复阻抗（Z） 能反映果实的硬度变化。此外，刘亚平等人[10]对葡萄的研究表明，电抗（X） 与果实硬度呈显著的相关性。唐玉荣等人[11]对库尔勒香梨和周世平[12]对灵武长枣的电学特性的研究也显示，电学参数与果实硬度显著相关。所以在选定的测试频率和电压下，电学参数可以在一定程度下反映果实的硬度变化，从而进一步预测果实的新鲜度。

（2） 可溶性固形物和可滴定酸。可溶性固形物是果实中一种主要的营养物质，其含量是评价果实成熟和衰老的重要指标。总酸含量能影响果实的口感。通常把固酸比值作为衡量果实品质的重要手段之一。可溶性固形物和可滴定酸也是学者进行果实电学特性研究的首选指标。唐玉荣等人[11]对库尔勒香梨的研究表明，并联等效电容（Cp）、并联等效电感（Lp）、并联等效电阻（Ω）、耗散因数与果实的可溶性固形物含量有显著或极显著的相关性。屠鹏等人[8]对苹果的研究显示，相对介电常数（ε'） 和胞外电阻与果实可溶性固形物和可滴定酸含量间显著相关。此外，周世平[12]对灵武长枣和黄良妹等人[13]对苹果和袁子惠等人[14]对芒果电学特性的研究也显示，部分电学参数与果实可溶性固形物或可滴定酸含量显著相关。所以，这些电学参数可用于快速检测果实贮藏过程中的品质变化。

（3） 褐变。通常苹果中的酚类物质会在氧化酶催化作用下逐步转化成醌，果实进而发生褐变。屠鹏等人[8]的研究表明，随着鲜切苹果放置时间的延长，苹果块褐变度明显增加，且褐变度的变化与相对介电常数（ε'） 和胞外电阻率极显著相关。所以，这些电学参数可用于反映果实贮藏过程中的褐变程度。

（4） 含水量。果实采后含水量是果实贮藏期间新鲜度的直接反映。通常随着果实贮藏时间的延长，果实水分含量逐渐降低。Feng H 等人[15]研究表明，苹果含水率的减小导致其相对介电常数（ε'） 的降低。屠鹏等人[8]的研究显示，果实贮藏过程中水分含量的变化与相对介电常数（ε'） 和复阻抗（Z） 显著相关，所以可以选用上述2 个电学参数来预测果实的水分含量，从而实现果实新鲜度的无损检测。

（5） VC。VC 又称抗坏血酸，它是果实中重要的营养物质[16]。黄良妹等人[13]对苹果的研究表明，果实在贮藏过程中其VC 含量变化趋势与其复阻抗（Z）、相对介电常数（ε'）、导纳（Y）、并联等效电感（Lp）等10 个电学参数呈极显著的相关性。周世平[12]对灵武长枣的研究显示，复阻抗（Z） 和并联等效电感（Lp） 可以较好反映长枣采后贮藏过程中VC 的变化。

（6） 色度。果肉色度是果实新鲜度的直观反映。通常选用CIE 表色系统进行色泽评价。在CIE 表色系统中，a*代表红色和绿色相比的程度，a*越大表明果实越红；b*代表黄色和蓝色相比的程度，b*越大表明果实越黄。贮藏后期，苹果由红色逐渐变暗变黄，表现为a*变小，b*增大，后者与相对介电常数（ε'） 和复阻抗（Z） 显著相关，所以可以通过相对介电常数和复阻抗来预测苹果色度的变化，从而实现果品的无损检测[9]。

2 结语

过去20 年，国内外学者就电学参数与果实品质关系的研究取得了一定的成果，但是还存在一些尚待研究的内容，主要集中在：①现有研究主要集中在果实品质变化对电学参数的影响，以及两者间的相关性方面，而对影响机理的研究应是日后研究的重点内容之一；②为了加强电学参数检测结果的可追溯性和便于不同研究者彼此间比较研究结果，应该进一步提高检测手段和分析技术的标准化程度；③在果品的电特性检测方面，目前不同研究者选用的检测设备及选取的电学参数均存在不同程度的差异，应针对同一类果品建立一套统一的电子参数判别体系，并加快建立果品电特性信息数据库。