果品损伤及伤后贮藏品质变化的介电特性检测研究

Deformation caused by mechanical damages is one of the major damages of fruits in the process of harvest, storage, transportation and sales. The damage is not easy to detect, but it can result in the in-break of microorganism and even cause rot. The dielectric properties of fruit can change because the changes of internal structure and organization in various deformation degrees. The project will measured the change characters of dielectric parameters when apples are pressed statically and impacted. That the apples will have been injured will be stored in various time and measured the fruit quality parameters (include physiological parameters, damage parameters, mechanical parameter) and dielectric parameters. To analyze the data by the methods of correlation analysis, regression analysis and neural network method etc, we will build the mathematic model between evaluation parameters of storage quality and dielectric parameters and develop visual software to detect the damage of fruits. Finite element models are built to analyze the distributions of stress field in different damage conditions, and to determine the damage position and damage degree in the interior of fruit. Choosing the dielectric parameters that cause the change of quality parameters and inputting finite element model, we will analyze the reasons that dielectric parameters change and build the relation between quality parameters and dielectric parameters. We hope that the research can provide dielectric judgment for rapid detection damage degree and storage quality of fruits.

变形引起的机械损伤是果实采收、贮藏、运输、销售过程中的主要伤害之一，它不易察觉，但也能导致微生物侵害，引起果实腐烂。不同变形程度下，果实内部结构、组织的改变会引起其介电特性的改变。对苹果进行静压和碰撞损伤处理并监测其介电参数的变化规律；将上述损伤后的果品贮藏不同的时间，测量其品质评价参数（包括生理参数、损伤参数、力学参数）和介电参数，采用相关分析、回归分析和神经网络等方法，建立伤后贮藏品质评价参数与介电参数之间的数学模型，编写可视化的计算机软件，利用介电特性法对果品的损伤情况进行检测；力学试验结合有限元模拟，分析不同损伤情况下果实内部的应力场分布，确定果品内部破坏的位置和程度；选择与品质参数相关的介电参数输入有限元模型，对引起介电参数变化的原因进行分析，建立品质参数与介电参数的关系。通过本项目研究将为快速检测果品损伤情况和伤后品质变化提供介电判断依据。

果品在采收和流通的过程中都可能会受到挤压和碰撞，造成损伤。及时了解受伤果品的品质变化，对于评价其商业价值具有重要意义。介电特性法在农产品品质评价方面具有独特的优势。本课题的主要目的是监测苹果受压过程中的介电特性变化规律，利用介电特性对苹果片和受伤整果的品质指标进行检测，分析苹果在受压作用下产生破坏的原因，对品质参数与介电参数间的关系进行分析。. 通过项目实施，得到的主要结论如下：（1）苹果相对介电常数和损耗因子随静压力和静压时间的增大而增大。苹果胞内电阻随静压力增大而增大，胞外电阻在静压力大于120 N后开始增大。可通过介电参数的变化间接反映受压过程中苹果的生理变化：t≤0.5h称为跃变阶段，1h≤t≤3h称为渐变阶段，4h≤t≤12h称为稳定阶段。此部分工作有望为果品受压过程中内部生理状态的同步监测研究提供新思路。（2）苹果片恒温干燥和常温贮藏过程中，相对介电常数和胞外电阻率下降，胞内电阻率和损耗因子呈波浪式变化。通过相对介电常数和胞外电阻率，可以预测恒温干燥过程苹果片的硬度、固酸比、VC、褐变度、含水率和质量密度，常温贮藏过程的硬度、可滴定酸、可溶性固形物、褐变度、含水率和质量密度。此部分工作有望为快速预测苹果片的品质变化提供参考。（3）对受伤整果介电参数的主成分分析发现：可用2个主成分代表伤果的介电特性。采用灰色关联分析，选择适合预测品质指标的特征频率。利用特征频率下的介电参数主成分，可以预测压伤苹果的硬度、可溶性固形物和固酸比，可以预测碰伤苹果的密度、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C和含水率。此部分工作有望快速评价受伤整果的品质变化提供参考。（4）苹果静压过程的模拟和分析表明：静压作用力大小和作用时间对其内部应力的分布影响较大，进而影响其不同部位的微观结构和品质指标，从宏观上影响果实的介电特性。但是涉及二者间的微观机理联系，仍是一个庞大而复杂的问题，还需要后续研究不断深入探讨。