果品成熟和采后储藏期间射频/微波介电特性变化机理及与品质的关系

利用射频/微波介电特性研究农产品品质是农产品加工工程的一个新方向。本项目将以苹果、桃和梨为对象，以糖度、酸度、硬度和含水率为苹果品质指标，以乙烯释放量和呼吸强度为生理指标，利用同轴探头技术研究1MHz~4500MHz范围内果品的介电特性，开展成熟和采后储藏期间果品射频/微波介电特性变化机理和介电特性与果品品质相关性的研究。研究的主要内容是：分析温度和频率对果品果皮、果肉和果汁介电特性的影响；研究成熟和采后储藏期间果品介电特性和生理特性及生化特性的关系；探索果品的介电参数和品质指标间的相关性，以及各品质指标对介电参数影响的显著性和显著顺序；寻求建立描述果皮、果肉和果汁介电参数和品质指标关系的数学模型。本研究将揭示果品在成熟和衰老过程中介电特性变化的机理，建立介电参数和品质指标间的关系模型。研究成果将为丰富果品的物理特性内容和基于介电特性的果品品质检测新方法的开发提供重要的数据。

针对目前对果品介电特性变化机理不清楚、对介电特性在果品品质无损检测应用前景不明确的问题，以苹果、梨和桃等果品为对象，在了解频率和温度对果品介电特性参数（相对介电常数和介质损耗因数）的基础上，研究了果品在成熟和采后储藏期间的射频/微波介电特性（相对介电常数、介质损耗因数）、生理特性（呼吸强度和乙烯释放量）和生化特性（糖度、pH、硬度和含水率）的变化规律；从生理生化角度分析了介电参数的变化机理；采用化学计量学和人工神经网络技术建立了基于介电谱无损预测果品内部品质及品种的模型，分析了介电特性无损预测果品内部品质的可行性。研究结果指出，随着频率的增大，果品相对介电常数减小，介质损耗因数在20~30MHz附近存在极大值，在1000MHz附近存在极小值。果肉的相对介电常数随着温度的升高而增大；当频率小于约600MHz时，介质损耗因数随着温度的升高而增大，而当大于600MHz时，又随温度的升高而减小。随着果品的成熟，相对介电常数和介质损耗因数减小，但在乙烯释放高峰之后，苹果的相对介电常数，梨的相对介电常数和介质损耗因数有增大的趋势。成熟期间，果品出现乙烯释放高峰和呼吸高峰，内部品质也发生较大的变化。采后储藏期间，介电参数总体表现出下降的趋势，但后期有一个迅速的增加。苹果的呼吸高峰不明显，桃和梨的呼吸高峰与乙烯释放高峰同时发生，该峰值与后期介电参数迅速增大的时间相同。单一频率下苹果的介电参数与糖度有负的线性相关性，且相关系数的绝对值达到0.95，而与硬度有正的相关性，相关系数可达0.86。单一频率下梨和桃的介电参数与品质的线性相关性较差。预测富士苹果糖度的最佳模型是PCA-SVR(Rp=0.883，RMSEP=0.552)。SPA-ELM是预测三种苹果糖度(Rp=0.908，RMSEP=0.882)和预测梨硬度的最佳模型 (Rp=0.865，RMSEP=0.362)。最佳的预测红蜜桃糖度模型的Rp=0.6986。基于介电谱对三种苹果品种的识别率达到了99.5%。结果说明，成熟和采后储藏期间果品的介电特性与生理生化特性关系密切；基于介电特性可以预测苹果和梨的品质，但预测桃的品质精度较差。本研究的开展有助于丰富果品的介电特性理论，它为介电特性的应用提供了一个新领域，也为果品内部品质的无损检测提供了一种新方法。