苹果糖度与其电学参数相关性试验研究

李子昂

摘要：测定不同糖度下苹果的电学特性差异，推测糖度与其电学特性的相关性。结果表明：苹果的电阻Rp值、介质损耗因数D 值与糖度值具有一定的相关性，可以作为糖度比较的参考值；随着苹果糖度增大，其电阻Rp值减小，而其介质损耗因数D值增大。

关键词：电学特性；苹果；糖度；相关性

中图分类号：S661.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2019）01-0057-04

采收后的苹果是有生命活动的有机体，通过呼吸作用，其中的淀粉、糖和有机酸等呼吸底物被分解为CO2和水。水及其他物质成分的变化导致果品内部空间电荷分布的变化。生物电场的分布和强度在宏观上影响果品的电學特性。因此，研究采后果品电特性对于以电信息判断果品品质具有重要的指导意义。本课题对苹果糖度的电学特性进行试验研究，以期为苹果品质无损化检测和分级制度提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料选用山东烟台富士苹果，贮藏期约为10 d，同一批次、大小基本相同且无明显缺陷。

1.2 仪器设备

极板材料选用医用导电橡胶极板贴片；IM3570型日置阻抗分析仪：用于测量苹果电学参数，对某个电学参数的固定频率下的数据测量使用LCR测量模式；手持式0～20%糖度折射仪：用于测量糖度，由禹城市田园信科光学仪器有限公司生产。

1.3 试验过程

1.3.1 试验指标 并联电阻（Rp）：试验中将苹果模拟为电阻，投放到并联模拟电路中测量其电阻值。并联电容（Cp）：试验中将苹果模拟为电容，投放到并联模拟电路中测量其电容值。并联电感（Lp）：试验中将苹果模拟为电感，投放到并联模拟电路中测量其电感值。介质损耗因数（D）：所有并联电路电阻介质损耗的正切值。

1.3.2 试验条件 1） 电流频率。使用医用导电橡胶贴片，取苹果直径为极板间距，将苹果置于1 V电压条件下，采用不断修改测量频率上、下限的方式，逐步得出苹果4个电学参数的敏感频率范围和稳定频率范围（见表1）。

由于不同电学参数其选定的频率范围不一致，因此对每个参数都是围绕其最优频率范围按等间隔原则取4个试验频率值，同时考虑到国家电网50 Hz频率，所以每项都包含50 Hz频率。试验设定的频率见表2。

2） 苹果的糖度。利用糖度仪进行破坏性糖度测量。将苹果洗涤干净，用刀具切下部分果肉置于塑料容器中，用石块将其碾碎，之后挤压容器，将吸囊导管口置于果实汁液中，吸取果汁1～2滴（在吸取时应注意避免果肉进入吸囊中），置于糖度仪测量区域进行测量。每个苹果读数3次，取平均值，即得到每个苹果的糖度。测量的6批次苹果糖度如图1所示。

2 结果与分析

试验中，由于取苹果直径作为极板间距，不可能保证每次试验间距保持不变，为消除极板间距对Rp，Cp，Lp，D的直接影响，对测量数据进行处理，用每项指标的应用值进行结果分析。

应用值=测量值×测量距离/5个苹果测量值的平均值

2.1 并联电阻Rp

利用Rp应用值绘制扫描频率与糖度间的散点图（如图2所示），由于100 Hz和100 kHz图像与10 kHz变化规律一致，因此选取10 kHz进行描述。

由图2可以看出：各频率下Rp值与糖度出现一定的相关性，糖度越低Rp值越大。因此，苹果的Rp值可以作为糖度比较的参考值。

2.2 并联电感Lp

对各频率下测量结果采用消除极板间距差距方法修正Lp测量值后绘制散点图（如图3所示）。由于70 Hz变化规律与100 Hz一致，因此选取100 Hz进行描述。

由图3可以看出：各频率下各点分布比较发散，同一糖度下其电感值Lp差异较大，说明苹果糖度与电感Lp值不相关。

2.3 介质损耗因数D

利用D修正后的应用值绘制散点图（如图4所示）。由于1 000 Hz和2 400 Hz图像变化与500 Hz相同，因此选取500 Hz进行描述。

由图4可以看出：各频率下介质损耗因数D值与苹果糖度均有相关性，糖度较高的苹果其D值也大。

2.4 并联电容Cp

利用Cp修正测量值绘制散点图（如图5所示）。

由图5可以看出：各频率下各点分布比较分散，说明糖度与电容Cp值无显著的相关性。

3 结论与讨论

苹果的电阻Rp值、介质损耗因数D 值与糖度具有一定的相关性，可以作为糖度比较的参考值；随着苹果糖度增大，电阻Rp值减小，糖度较高的苹果其介质损耗因数D值也大。糖度—电感Lp散点图和糖度—电容Cp图中各点分布比较发散，都出现了不成规律的值，同一糖度下电感值Lp和电容Cp差异较大，说明苹果糖度与电感Lp、电容Cp不相关。

每个频率对苹果的糖度测量结果都有明显影响，低频时各值变化较大，在高频中所有曲线都趋近于稳定，说明苹果糖度检测不适合用高频电压。

本试验中苹果数量较少，导致糖度梯度过少。其原因是试验时间跨度较长，苹果储存没有采取保鲜措施，导致部分苹果出现腐烂变质情况，可用于试验的苹果数量减少很多。另外，应进行同样批次苹果电学参数的验证试验，以验证本试验得到的结论。

参考文献

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