屠 鵬，邊紅霞

蘋果是中國農(nóng)業(yè)部確定的11 種優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品之一，也是中國第一大果品產(chǎn)業(yè)[1]。蘋果上市時(shí)間比較集中，除部分鮮食外，大部分用于加工。目前，由蘋果加工而成的產(chǎn)品很多，如蘋果醬、蘋果汁、蘋果片等，其中蘋果片是在保持其原有品質(zhì)基礎(chǔ)上干燥加工而成的一種休閑食品[2-3]。熱風(fēng)干燥是常用的蘋果片干燥方式，干燥過程中蘋果片組織會(huì)產(chǎn)生許多物理、化學(xué)變化[4]。研究蘋果片在熱風(fēng)干燥過程中理化品質(zhì)的變化，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。但是，理化指標(biāo)的測定步驟多、過程繁瑣，不能及時(shí)反映果品品質(zhì)變化。采用快速有效的檢測手段對其品質(zhì)變化進(jìn)行評價(jià)就顯得尤為重要。電特性法因具有成本低廉、操作簡單、數(shù)據(jù)獲取快等特點(diǎn)，廣受科研人員的青睞。在利用理化指標(biāo)評價(jià)果品品質(zhì)[5-6]、電特性快速評價(jià)果品品質(zhì)變化[7-8]方面，國內(nèi)外已經(jīng)開展了很多的工作，但是這些工作都主要針對鮮果展開。在果蔬的干燥過程中，科研人員關(guān)注較多的是干燥方式、干燥溫度對其品質(zhì)的影響[9]，而干燥時(shí)間對其品質(zhì)變化的影響研究較少。此外，干燥過程中鮮果原有品質(zhì)的保持情況，是評價(jià)產(chǎn)品加工質(zhì)量的重要依據(jù)。在果蔬的干燥品質(zhì)檢測方面，研究較多的是電子計(jì)算機(jī)斷層攝影技術(shù)[10]、核磁共振[11]和計(jì)算機(jī)視覺[12]等。但是，這些方法普遍存在操作繁瑣、儀器成本高等缺點(diǎn)，很難應(yīng)用到實(shí)際中。在利用電特性檢測干燥過程品質(zhì)變化方面，李星恕等[13]利用平行板電極法，實(shí)時(shí)檢測了熱風(fēng)干燥過程中蘋果片的電阻抗和含水率間的關(guān)系。研究表明，干燥過程中蘋果片電阻抗與含水率呈線性負(fù)相關(guān)，可以通過監(jiān)測電阻抗的變化實(shí)時(shí)反映蘋果干燥過程。王穎等[14]測量了熱風(fēng)干燥過程中蘋果的相對介電常數(shù)（ε’），結(jié)果表明ε’與相對含水率、干燥速率均顯著相關(guān)。目前有關(guān)利用電特性檢測果蔬指標(biāo)均只涉及含水率，缺乏對其理化指標(biāo)的全面檢測和預(yù)測。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)所用蘋果采自甘肅靜寧縣，在果實(shí)成熟階段在果園中選取樹齡、生長情況相同的紅富士采摘，摘后靜置48 h后裝箱帶回實(shí)驗(yàn)室4 ℃冷藏。實(shí)驗(yàn)前取出樣品靜置12 h，精選大小均一、成熟度好、色澤接近、無機(jī)械損傷的果實(shí)待用，果品平均直徑75～80 mm。

聚乙烯吡喏烷酮 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸、酚酞 天津市福晨化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉天津市大茂化學(xué)試劑廠；2,6-二氯酚靛酚、草酸 上海中秦化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TH2828A LCR測試儀 常州同惠電子股份有限公司；FT-327果實(shí)硬度計(jì) 意大利Fruit Test公司；2WAJ折射儀 上海光學(xué)儀器一廠；AUX-220電子天平島津（中國）有限公司；722可見分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；TDL80-2B離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；DHG-9075A恒溫干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的干燥處理

精選的蘋果經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為0.1%的NaClO溶液浸泡2 min進(jìn)行表面消毒，再用蒸餾水沖洗干凈。除去蘋果花萼、果柄、果皮和果核，用兩塊平行放置的刀片將蘋果切成20 mm×20 mm×10 mm的薄片，并立即進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)。預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干燥時(shí)間超過180 min，蘋果果肉不易搗碎，致使部分理化指標(biāo)無法檢測。將試樣平行置于恒溫干燥箱內(nèi)，設(shè)定干燥溫度為60 ℃，分別在30、45、60、90、120、135、150、180 min測定其電參數(shù)和理化指標(biāo)，其中45、135 min作為驗(yàn)證組，用于蘋果片干燥過程中利用電參數(shù)預(yù)測理化指標(biāo)的模型驗(yàn)證。

1.3.2 理化指標(biāo)測試

可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)用折射儀測定[15]；可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用指示劑滴定法測定[16]；固酸比用可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值表示；VC含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定[17]；果實(shí)硬度用果實(shí)硬度計(jì)測得；含水率以濕基含水率[18]表示，它可以直觀地反映出干燥過程中水分的變化。

褐變度的測定參照文獻(xiàn)[19]進(jìn)行。取果肉，打漿后取上清液，在420 nm波長處測定其吸光度，以此表征其褐變度。

網(wǎng)站的主頁在視覺上十分吸引人。（見圖1）主頁有四個(gè)顏色鮮明的主選項(xiàng)表示學(xué)習(xí)的不同階段。把活動(dòng)分成這些階段的目的是通過為學(xué)習(xí)者提供可以理解的輸入幫助他們從理解的一個(gè)水平過渡到另外一個(gè)水平。[1]每個(gè)階段活動(dòng)的設(shè)計(jì)都不僅致力于提高學(xué)生單詞和語音的組合技巧，而且讓學(xué)生們接觸適合他們階段的高頻詞匯。這些高頻詞匯能夠幫助學(xué)生在相關(guān)語境中讀寫以及理解。[2]

質(zhì)量密度采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：m表示蘋果質(zhì)量/kg；V表示蘋果體積/m3，以排水法測定。

1.3.3 電參數(shù)的測試

用打孔器從試樣上取直徑15 mm圓柱狀，再用兩塊平行放置的刀片切取厚度為6 mm的果肉，置于平行板電極間測定其電參數(shù)，測試過程參照文獻(xiàn)[20]的方法進(jìn)行。平行板電極為厚1 mm、直徑15 mm的兩塊圓形紫銅片，將銅電極圓心位置與LCR測試儀通過四端對開爾文測試電纜連接。LCR測試儀內(nèi)置信號(hào)發(fā)生器，輸出頻率選500 Hz～1 MHz間的34 個(gè)頻率點(diǎn)，可測試電容、損耗角、電阻和電抗等電參數(shù)。按照馬海軍[21]的研究工作，對蘋果損傷檢測的最佳區(qū)分頻率為10 kHz，實(shí)驗(yàn)中電容和損耗角以10 kHz的電參數(shù)為參考。

1.3.4 電參數(shù)的計(jì)算

物質(zhì)的電特性包括介電特性和導(dǎo)電特性。生物體的介電特性指生物分子中的束縛電荷（只能在分子限度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電荷）對外加電場的響應(yīng)特性，它的主要參數(shù)有ε’和損耗因數(shù)（ε”）；而導(dǎo)電特性則指生物細(xì)胞在電磁場中消耗或傳導(dǎo)電磁能量的能力，常用電阻率或電導(dǎo)率表示。ε’等于以待測材料為介質(zhì)制成的電容器電容C與以真空為介質(zhì)同尺寸電容器電容量C0之比，該值也是材料貯電能力的表征[22]。介質(zhì)損耗是指絕緣材料在電場作用下，介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。習(xí)慣上以損耗角正切（tan δ）表示電容器損耗的大小，稱為損耗因數(shù)[23]。

蘋果組織的總電阻抗Z如式（2）計(jì)算。

式中：Z’為電阻抗實(shí)部/Ω；Z”為電阻抗虛部/Ω；Zm為一具有常相位角的常相位元件；Re為胞外電阻/Ω；Ri為胞內(nèi)電阻/Ω。以電阻抗的實(shí)部（電阻）為橫坐標(biāo)，以其虛部（電抗）為縱坐標(biāo)，可得到其復(fù)電阻抗圖（Cole-Cole圖）。

利用非線性最小二乘法擬合計(jì)算Hayden模型[24]中的胞外電阻Re和胞內(nèi)電阻Ri，進(jìn)而利用ρ＝RS/L計(jì)算其胞外、胞內(nèi)電阻率。其中R表示電阻/Ω；L和S分別表示極板間距/m和面積/m2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果以3 次重復(fù)的算數(shù)平均值表示。繪圖采用Origin pro 2016完成，數(shù)據(jù)的處理及分析采用SPSS 22完成，用Duncan方法分析平均值間的顯著差異（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥過程中蘋果理化指標(biāo)分析

圖1為蘋果片不同理化指標(biāo)隨干燥時(shí)間的變化情況。隨干燥時(shí)間的延長，蘋果中含水率不斷降低，在干燥120 min后其含水率下降較快。蘋果內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定值較慢，所以內(nèi)部水分蒸發(fā)需要較長時(shí)間。果實(shí)的褐變直接影響其保鮮和加工品質(zhì)，酚類物質(zhì)是其貯藏加工過程中引起酶促褐變的主要物質(zhì)[25]。干燥時(shí)間越長，多酚類物質(zhì)因氧化損失也就越多[26]，導(dǎo)致其褐變不斷加劇。VC是一種易分解的營養(yǎng)成分，包括還原型VC（ascorbic acid，AA）和氧化型VC（dehydroascorbic acid，DHA）兩種形式。董月菊等[27]的研究表明，蘋果中的AA在60 ℃的降解速率最快，加熱過程中DHA的含量隨溫度升高而增大。本研究表明，蘋果中VC含量與加熱時(shí)間呈顯著的負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)r＝-0.992），加熱時(shí)間越長，反應(yīng)轉(zhuǎn)化的VC越多，其損失越嚴(yán)重。水果中的可溶性固形物絕大部分是碳水化合物，主要由糖構(gòu)成，包括單糖、雙糖和多糖。在加熱過程中，這些碳水化合物會(huì)發(fā)生糊化、老化、美拉德反應(yīng)和焦糖化。多糖受熱后分解成單糖，單糖受熱脫水生成糠醛或其衍生物，它們相互之間進(jìn)行聚合或與胺類反應(yīng)生成深褐色物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)在對蘋果片加熱的過程中，其可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的同時(shí)其可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，則其固酸比一定程度下降。可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在干燥120 min后基本保持不變，說明在120 min前可溶性固形物發(fā)生的轉(zhuǎn)化基本完成。隨干燥過程的進(jìn)行，蘋果片含水率下降，其質(zhì)量密度在干燥90 min前迅速下降，90 min后緩慢下降。蘋果片硬度與加熱時(shí)間也呈顯著的負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)r＝-0.991），加熱時(shí)間越長，硬度越低。蘋果片硬度受其細(xì)胞和細(xì)胞壁的完整性影響[28]，硬度隨加熱時(shí)間而下降，原因之一是蘋果中的果膠是一種高分子碳水化合物，在加熱過程中易分解[29-30]；其次是由于加熱對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞[31]，造成膨脹壓喪失。

圖1 蘋果片理化指標(biāo)隨干燥時(shí)間的變化Fig. 1 Changes in physicochemical indices of apple slices with drying time

2.2 干燥過程中蘋果電參數(shù)分析

圖2 蘋果片介電參數(shù)隨干燥時(shí)間的變化Fig. 2 Changes in dielectric parameters of apple slices with drying time

圖2 為蘋果片ε’、ε”隨干燥時(shí)間的變化情況。隨干燥時(shí)間的延長，ε’減小，ε”則在5.80～6.25間呈波浪式變化。對未干燥的新鮮蘋果組織，其細(xì)胞膜為液晶相，流動(dòng)性大。隨干燥不斷進(jìn)行，其新鮮度降低，果肉褐變嚴(yán)重，細(xì)胞膜由液晶相向凝膠相轉(zhuǎn)化[32]，細(xì)胞膜變得剛硬，流動(dòng)性變差，細(xì)胞液的黏滯系數(shù)增大，膜的通透能力下降，因而其電容減小，ε’亦減小。Feng Hao等[33]的研究表明，蘋果含水率的減小導(dǎo)致了其ε’的減小，本實(shí)驗(yàn)中蘋果ε’與含水率線性正相關(guān)，即隨干燥時(shí)間的延長，其ε’減小。其ε”呈波浪式變化，與實(shí)驗(yàn)所施加的電信號(hào)頻率較低有關(guān)。在低頻下，生物組織中的帶電粒子因極化而導(dǎo)致的弛豫滯后較慢，因而電磁能量間的轉(zhuǎn)化較少，其損耗主要由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，ε”在傳導(dǎo)電流引起的損耗附近波動(dòng)。

圖3 不同干燥時(shí)間下蘋果片的Cole-Cole圖Fig. 3 Cole-Cole plots of apple slices with drying time

不同干燥時(shí)間下蘋果的復(fù)電阻抗圖見圖3，不同干燥時(shí)間下蘋果的Cole-Cole圖均為一段圓弧，符合生物組織的電學(xué)特征[34]。蘋果的Cole-Cole圖圓弧半徑隨干燥時(shí)間的延長而減??；低頻時(shí)，隨干燥時(shí)間的延長蘋果的電阻和容抗均減小，高頻時(shí)相差不大。圖4給出了蘋果片胞外電阻率和胞內(nèi)電阻率隨干燥時(shí)間的變化情況。隨干燥時(shí)間的延長，胞外電阻率減小，胞內(nèi)電阻率呈波浪式變化。

圖4 蘋果片電阻率隨干燥時(shí)間的變化Fig. 4 Change in resistivity of apple slices with drying time

2.3 蘋果片電參數(shù)對理化指標(biāo)的預(yù)測

表1 理化指標(biāo)與電參數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 1 Pearson correlation coefficients between physicochemical indices and electrical parameters

對蘋果片8 項(xiàng)理化指標(biāo)與4 個(gè)電參數(shù)進(jìn)行差異顯著性分析，樣本量為7 個(gè)干燥時(shí)間下的21 組數(shù)據(jù)（每個(gè)時(shí)間重復(fù)3 次）。發(fā)現(xiàn)ε’、胞外電阻率與理化指標(biāo)均顯著相關(guān)（P＜0.05，P＜0.01），ε”、胞內(nèi)電阻率與理化指標(biāo)相關(guān)性均不顯著（P＞0.1）。表1為蘋果片8 項(xiàng)理化指標(biāo)與4 個(gè)電參數(shù)間的Pearson相關(guān)系數(shù)。ε”、胞內(nèi)電阻率與理化指標(biāo)間的R均較低（R＜0.5），不能用于干燥過程中蘋果片品質(zhì)變化的評價(jià)。ε’與硬度、VC含量、含水率間的R均大于0.98，與褐變度、質(zhì)量密度和固酸比的R均大于0.9；胞外電阻率則與硬度的R大于0.95，與固酸比、VC含量、褐變度、含水率、質(zhì)量密度間的R均大于0.9。ε’、胞外電阻率與可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的R均小于0.9。ε’、胞外電阻率與理化指標(biāo)間的R較高，可用于干燥過程中蘋果片理化指標(biāo)的預(yù)測。對比來看，ε’對理化指標(biāo)的評價(jià)效果好于胞外電阻。李星恕等[13]的研究表明，熱風(fēng)干燥過程中可用蘋果片的電阻抗預(yù)測其含水率。本實(shí)驗(yàn)中，可用ε’和胞外電阻率預(yù)測其含水率。研究表明，低頻時(shí)生物組織的阻抗值主要表現(xiàn)為細(xì)胞外液的電阻[35]。本實(shí)驗(yàn)中，對蘋果組織施加的頻率較低，所以其胞外電阻率與理化指標(biāo)間的相關(guān)性較高。

根據(jù)表1所給的相關(guān)系數(shù)，鑒于所使用的樣本量偏少，對蘋果片ε’、胞外電阻率與理化指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)大于0.9的數(shù)據(jù)作線性擬合，表2給出了擬合方程，可用于干燥過程中通過電參數(shù)快速評價(jià)理化指標(biāo)的變化情況。

表2 電參數(shù)與理化指標(biāo)的線性方程Table 2 Linear equations between physicochemical indices and electrical parameters

2.4 方程的驗(yàn)證

表3 蘋果片干燥過程中理化指標(biāo)實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值Table 3 Experimental and theoretical values of physicochemical indices of apple slices during drying

利用ε’和胞外電阻率預(yù)測其理化指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值如表3所示，固酸比的相對偏差小于10.9%，其余理化指標(biāo)的相對偏差均小于7.6%。實(shí)驗(yàn)中電參數(shù)與可滴定酸、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)間的相關(guān)性較弱，因此，電參數(shù)對固酸比的預(yù)測效果稍差。

3 討 論

聶繼云等[36]利用相關(guān)分析和回歸分析探索了190 個(gè)品種蘋果的7 項(xiàng)理化指標(biāo)之間的相互關(guān)系，指出利用果實(shí)硬度、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、糖酸比和VC含量5 項(xiàng)指標(biāo)即可對蘋果理化品質(zhì)進(jìn)行有效評價(jià)。對干燥過程監(jiān)測用于評價(jià)新鮮蘋果品質(zhì)的理化指標(biāo)，有利于評價(jià)其品質(zhì)保持情況。此外，蘋果片干燥加工過程中，質(zhì)量密度可用于評價(jià)其膨化情況。加工過程中去果皮會(huì)導(dǎo)致果品氧化，褐變度可用于評價(jià)其外觀品質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)選取的8 項(xiàng)理化評價(jià)指標(biāo)，可相對全面地評價(jià)蘋果干燥加工過程中的品質(zhì)變化。

在果品的干燥過程中，需要實(shí)時(shí)了解其理化指標(biāo)的變化，以便于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，提高產(chǎn)品質(zhì)量。但是，果品的生理指標(biāo)測定過程費(fèi)時(shí)較多，尤其是可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、VC含量和褐變度等。果品的電參數(shù)較容易獲取，而且與其品質(zhì)和生理狀態(tài)密切相關(guān)[37]，可用于評價(jià)其干燥品質(zhì)變化。表征生物組織電特性的物理量可分為物質(zhì)常數(shù)和物體常數(shù)。其中物體常數(shù)指與被測物體的大小、外形等因素相關(guān)的量，如電容、電阻等；而物質(zhì)常數(shù)與被測對象的物理尺寸等無關(guān)，如ε’、ε”和電阻率等。本實(shí)驗(yàn)用于預(yù)測蘋果干燥過程理化指標(biāo)的電參數(shù)均為物質(zhì)參數(shù)，與測定對象的幾何尺寸無關(guān)，極大地方便了實(shí)際應(yīng)用。本研究建立了蘋果干燥過程中，其ε’、胞外電阻率兩個(gè)電參數(shù)和6 項(xiàng)理化指標(biāo)間的線性方程，可用于快速評價(jià)其品質(zhì)變化，對蘋果干燥加工過程質(zhì)量控制具有指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 論

隨干燥時(shí)間延長，蘋果中含水率、質(zhì)量密度降低，褐變度增大，在干燥120 min后其含水率快速下降，質(zhì)量密度在干燥90 min前迅速下降，90 min后緩慢下降；可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降的同時(shí)其可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，固酸比降低，可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在干燥120 min后基本保持不變；VC含量、硬度與加熱時(shí)間呈顯著線性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大于0.99。

隨干燥時(shí)間延長，蘋果ε’和胞外電阻率下降，胞內(nèi)電阻率和ε”呈波浪式變化。

對理化指標(biāo)與電參數(shù)間進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，ε’、胞外電阻率與硬度、固酸比、VC含量、褐變度、含水率和質(zhì)量密度間的相關(guān)性較高，與可滴定酸、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)性一般；ε”、胞內(nèi)電阻率則不能用于蘋果干燥品質(zhì)的檢測。

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