温度对‘嘎啦’苹果电参数的影响

杜光源，唐 燕，郭霭光,*，张继澍

温度对‘嘎啦’苹果电参数的影响

杜光源1,2，唐 燕1，郭霭光1,*，张继澍1

(1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学理学院， 陕西 杨凌 712100)

研究0℃贮藏‘嘎啦’苹果温度回升到室温(25℃)条件下果实电参数的影响，测定并分析复阻抗等4个电参数随果实温度升高过程的变化。结果表明：在所测试的24个频率下，在0～25℃内，Z、Ls和Rs值的变化趋势相同，都随温度的升高而减小。而Cs值变化与之相反。果实升温到25℃与起始0℃相比，Z和Rs下降显著(P＜0.05)，而Cs有显著上升(P＜0.05)。

嘎啦苹果；温度；电特性

随着对果实介电特性研究的不断拓展和深入，发现除了电磁场的频率[1]、电压[2]、样品温度[3-4]影响介电特性外，成熟度[5]、损伤[6]和病害[7]等因素对果实的介电特性都有影响。国外对于温度对果实电学特性影响研究开展的较早，但研究对象并不是整个果实，而是研究果肉切片。Nelson等[8]研究了苹果、黄瓜等9种果实在频率(10MHz～1.8GHz)范围内，电参数随着果肉切片温度(5～95℃)的变化进行测试，在低频下介电常数随温度升高而升高，高频下随温度升高而降低，这种翻转现象发生在10～120MHz之间，基于介电特性的无损检测温度对完整果实电特性影响未见报道。

本实验以‘嘎啦’苹果为研究试材，对整个苹果果实电指标的温度特性进行探索，并将一次性心电图电极用于果实的无损检测，研究果实低温(0℃)冷藏转入货架期过程中温度回升对电参数的影响，为果实电参数准确检测提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料

测试苹果品种为‘嘎啦’采自陕西省杨凌农业高新示范区一管理良好的果园，果实的果肉硬度为8.75kg/cm2，可溶性固形物含量为12.9%。

1.2 仪器

3532-50型LCR测试仪 日本日置公司。

1.3 电学指标测定

采用3532-50 LCR测试仪，测试频率范围42Hz～5MHz，实测频率24个点(100、158、251、398、631Hz，1、1.58、2.51、3.98、6.31、10、15.8、25.1、39.8、63.1、100、158、251、398、631kHz，1、1.58、2.51、3.98MHz)。测试夹具为仪器自带的9140-4终端测试夹具。电极采用一次性心电图电极，将测定果实的对称颊部各贴上1个一次性心电图电极，一次性心电图电极(由水刺布(圆形、尺寸50mm)、银/氯化银电极、金属铜扣、导电膏等组成)。LCR测试仪自带的两个夹具分别夹在2个一次性心电电极的铜扣上。施加电压恒为1V。测试环境温度((25±1)℃)，测试结果通过电脑输出。

将30个果实置于冷库中，冷却24h后果实果心温度为0℃。每次从冷库取出2个果实，放入25℃室温条件下，其中1个果实用于监测果实温度变化，将果心温度计插于监测果实果心位置。另1个果实用于测定电参数。测定果实在0℃及温度回升到5、10、15、20、25℃时果实电参数变化。回温到对应温度时尽快测定果实在24个频率下的复阻抗(Z)、串联等效电感(Ls)、串联等效电容(Cs)、串联等效阻抗(Rs)值。重复此操作15次，即果实全部测定结束。

1.4 数据处理

数据采用SPSS统计数据软件处理。

2 结果与分析

2.1 不同温度的‘嘎啦’果实复阻抗随频率的变化

图1 不同温度下‘嘎啦’果实Z随频率的变化Fig.1 Effect of frequency on Z of Gala apple at different temperatures

由图1可知，‘嘎啦’苹果Z随频率呈逐渐下降变化。在低频率下，不同温度果实的Z值区分度好。在24个频率下，果实的Z值随温度上升呈渐次下降变化，在同一频率下，Z值随温度升高减小。

图2 不同频率下‘嘎啦’果实Z随温度的变化Fig.2 Effect of temperature on Z of Gala apple at different frequencies

与0℃果实相比，果实温度升到25℃ Z值下降显著(P＜0.01)，果实回温过程中，其Z呈现规律性线性下降变化(图2)，以100Hz和1MHz为例，线性方程分别为：y＝－1626x＋20134(R2＝0.989)，y＝－25.453x＋711.01(R2＝0.975)。与低频率相比，高频率下果实Z随温度升高下降幅度明显减小。以100Hz和1MHz为例，果实温度从0℃升温到25℃时，果实Z值分别下降了43.8%和17.3%。

2.2 不同温度的‘嘎啦’果实串联等效电感随频率的变化

图3 不同温度下‘嘎啦’果实Ls随频率的变化Fig.3 Effect of frequency on Lsof Gala apple at different temperatures

图3显示，‘嘎啦’苹果果实Ls随频率增加呈逐渐下降。在100Hz～10kHz频率范围内，Ls随频率呈线性下降变化，以100Hz为例，线性方程为y＝－0.1509x＋1.595(R2＝0.982)。在同一频率下，在0～25℃，Ls值随温度升高而减小(图4)，与Z值的变化规律相似，低频率下果实Ls下降幅度明显大于高频。

图4 不同频率下‘嘎啦’果实Ls随温度的变化Fig.4 Effect of temperature on Lsof Gala apple at different frequencies

2.3 不同温度‘嘎啦’果实串联等效电容随频率的变化

由图5可知，‘嘎啦’苹果果实Cs随频率增大呈逐渐下降的变化。在同一频率下，随着果实温度的上升，Cs值变化与Z和Ls值的变化相反，呈逐渐增加的趋势(图6)。25℃果实和0℃果实相比，Cs值显著升高(P＜0.05)。

图5 不同温度下‘嘎啦’果实Cs随频率的变化Fig.5 Effect of frequency on Csof Gala apple at different temperatures

图6 不同频率下‘嘎啦’果实Cs随温度的变化Fig.6 Effect of temperature on Csof Gala apple at different frequencies

由于果实Cs随频率变化其值下降幅度太大，为直观看出果实Cs值在5个频率梯度下的变化规律，将纵轴的Cs值取对数作图(图6)，果实从0℃升温到25℃过程中，果实的lgCs值呈现线性上升变化，以100Hz为例，线性方程为y＝0.0811x－5.896(R2＝0.962)。

2.4 不同温度的‘嘎啦’果实串联等效阻抗随频率的变化

由图7、8可知，‘嘎啦’苹果果实Rs和Z随频率变化规律相似，果实温度上升过程中的变化规律和Z的变化规律也相似。

图7 不同温度下‘嘎啦’果实Rs随频率的变化Fig.7 Effect of frequency on Rsof Gala apple at different temperatures

表1以25℃果实为例，反映医用一次性心电图电极用于果实介电特性的测定效果，可以看出重复数据的偏差小，说明该测试方法的稳定性和可靠性都很好。

图8 不同频率下‘嘎啦’果实Rs随温度的变化Fig.8 Effect of temperature on Rsof Gala apple at different frequencies

表1 25℃不同频率下‘嘎啦’苹果果实Z、Ls、Cs和Rs的变化Table 1 Changes in Z, Ls, Csand Rsof Gala apple at 25 ℃ with frequency

3 讨论与结论

Feng等[9]认为温度对果实电学特性影响的机理比较复杂，包括果实中自由水离散、束缚水离散和离子传导等因素，当测定频率不同时，主导因素也有差异。

Wang Shaojin等[10-11]对鳄梨等多种水果的研究表明，鳄梨和柚子果肉在较低频率下(27MHz)介电常数随温度(20～60℃)升高而升高，较高频率下介电常数不变或降低。而苹果和柿子等果实随温度升高均呈下降趋势。因此，不同果实种类介电特性的温度响应规律并非一致。

郭文川等[12]对食用油介电特性的研究发现，温度不影响介电参数的频率特性，但温度升高到90℃油的相对介电常数明显低于20℃，而介质损耗因子呈相反的规律。本实验结果显示，温度不影响果实的介电特性，但温度升高对果实复阻抗、电容、电感和电阻值有明显的影响。

本研究首次对整个果实电指标的温度特性进行探索，果实从冷库取出随着温度回升到室温，果实的复阻抗、电感和电阻呈下降变化，电容呈相反规律变化。与Wang Shaojin等[10-11]对鳄梨、柚子等水果果肉组织低频范围测试结果相同。在低频范围，离子传导对电学性质起主导作用，随温度升高，离子导电性增强，引起阻抗下降。由于在低频下，电流只能经过质外体途径传播，高频下，电流既可通过质外体模式传播，也可通过共质体模式传播[13]，因此低频下测定的是果实质外体电参数，高频下测定的是共质体电参数。由于样品温度对果实电参数的测量结果有较大影响，因此在实际测定时，应注意温度的影响因素，测定冷藏果实电参数时应等到果实恢复到室温状态后再进行电特性的测定。

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Effect of Temperature on Electric Parameters of Gala Apple

DU Guang-yuan1,2，TANG Yan1，GUO Ai-guang1,*，ZHANG Ji-shu1
(1. College of Life Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China；2. College of Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

The effect of temperature rise (up to 25 ℃) on electric parameters of Gala apples stored at 0 ℃ was investigated by determining the changes of four electric parameters including complex impedance (Z), equivalent serial inductance (Ls), equivalent serial capacitance (Cs) and equivalent serial resistance (Rs) with increasing temperature. At 24 frequency levels tested, Z, Lsand Rsshowed the same changing trend∶ a decrease with the increase in temperature from 0 to 25 ℃, while Cschanged in an opposite manner. Z and Rs were significantly lower at 25 ℃ than 0 ℃ (P ＜ 0.05), while a significant rise in Cs was found (P＜0.05).

Gala apple；temperature；electrical parameters

S183

A

1002-6630(2012)18-0294-04

2011-08-17

国家自然科学基金面上项目(30471001)

杜光源(1979—)，男，讲师，博士研究生，研究方向为分子生物学和生物物理。E-mail：duguangyuan@yahoo.com.cn

*通信作者：郭蔼光(1942—)，女，教授，本科，研究方向为分子生物学。E-mail：guoaiguang@yahoo.com.cn