利用电学特性检测芒果的无损程度.ppt

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利用利用电学特性学特性检测芒果的无损程度前言：

前言：

食品物性学已成为食品科学研究和食品工业发展必要食品物性学已成为食品科学研究和食品工业发展必要的研究领域，特别是现代工业化、标准化、规模化食品生的研究领域，特别是现代工业化、标准化、规模化食品生产的要求，使得对食品的各种性质从传统的感性认识向定产的要求，使得对食品的各种性质从传统的感性认识向定性定量化认识的发展成为必然。

食品的物理性质包括力学性定量化认识的发展成为必然。

食品的物理性质包括力学性质、光学性质、热学性质和电学性质等性质、光学性质、热学性质和电学性质等.其中关于电物性其中关于电物性的研究相对较晚，研究报道较少。

物质的电特性包括导电的研究相对较晚，研究报道较少。

物质的电特性包括导电特性和介电特性，介电特性是生物分子中的束缚电荷对外特性和介电特性，介电特性是生物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性，它的应用范围非常广泛，在农产品贮加电场的响应特性，它的应用范围非常广泛，在农产品贮藏保鲜、电加工、品质检测、筛选分级等方面都显示出特藏保鲜、电加工、品质检测、筛选分级等方面都显示出特殊的优势殊的优势利用介电特性的无损检测技术和有损检测果利用介电特性的无损检测技术和有损检测果品化学成分相结合的方法来检测芒果的介品化学成分相结合的方法来检测芒果的介电特性和芒果的化学成分，通过不同的数电特性和芒果的化学成分，通过不同的数理统计软件对测量结果进行典型相关分析理统计软件对测量结果进行典型相关分析和回归分析，得出芒果的介电特性和典型和回归分析，得出芒果的介电特性和典型化学成分之间的相关关系，并建立起这种化学成分之间的相关关系，并建立起这种关系的数学模型，从而可以通过无损检测关系的数学模型，从而可以通过无损检测芒果的介电特性其判断其化学成分，从而芒果的介电特性其判断其化学成分，从而判断芒果的内部品质、成熟度、新鲜程度判断芒果的内部品质、成熟度、新鲜程度和最佳食用时期。

和最佳食用时期。

关键词：

n芒芒果果n无无损损检检测测n介介电电特特性性n有有损损检检测测n化化学学成成分分n数数学学模模型型测量方法：

建立介质损耗的等效模型与一般电介质类似，水果电与一般电介质类似，水果电介质的宏观介电特性可用复阻介质的宏观介电特性可用复阻抗抗Z或导纳或导纳Y及复介电常数及复介电常数F，表示。

这里表示。

这里Z或或Y是水果的物理是水果的物理常数，与水果的个体尺寸有关，常数，与水果的个体尺寸有关，F，是水果内部物质特性的反映，是水果内部物质特性的反映，与水果的个体尺寸无关。

与水果的个体尺寸无关。

任何给定频率下，电介质可任何给定频率下，电介质可用理想电容和电阻组成的并联用理想电容和电阻组成的并联电路或串联电路来表示侧，如电路或串联电路来表示侧，如图所示。

图所示。

由电路可得复阻抗由电路可得复阻抗Z和复导纳和复导纳Y：

由两向量图可得：

由两向量图可得：

由左图得只要选择的频率足由左图得只要选择的频率足够小，检测得的相对介电常数够小，检测得的相对介电常数就接近于静态介就接近于静态介电常数，便于电常数，便于测量和比较。

对于芒果这样复测量和比较。

对于芒果这样复杂的电介质的静态介电常数和杂的电介质的静态介电常数和光频介电常数没有已知数据可光频介电常数没有已知数据可供参考，但考虑到芒果这类水供参考，但考虑到芒果这类水果的含水量占约果的含水量占约8090，而，而水的相对介电常数约为水的相对介电常数约为80左右，左右，其介电特性随频率的变化形态其介电特性随频率的变化形态与与左左图类似。

所以本论文选择图类似。

所以本论文选择在低频段对芒果介电特性进行在低频段对芒果介电特性进行无损检测。

无损检测。

检测系统的组成检测系统主要由检测系统主要由Pc机、机、LCR测量仪、极板、数据采集与处理系统测量仪、极板、数据采集与处理系统以及实验台架系统等几部分组成以及实验台架系统等几部分组成。

Pc机通过机通过RS232串行接口对串行接口对LCR测量仪进行控制，实现介电参数测量仪进行控制，实现介电参数的行动检测、测量数据的存贮、分析及处理，并显激励源的频率和测的行动检测、测量数据的存贮、分析及处理，并显激励源的频率和测量结果。

量结果。

LcR测试仪本实验选用茂迪测试仪本实验选用茂迪LCR测试仪测试仪MT4080D，是世界首创的，是世界首创的100l（Hz手持式电桥，可测量：

阻抗手持式电桥，可测量：

阻抗Z（绝对值绝对值）、电感、电感L、电容、电容C、直流、直流电阻电阻DcR、损耗因数、损耗因数D、品质因数、品质因数Q、相位角度、相位角度o。

自动换档及档位保。

自动换档及档位保留相对模式留相对模式Cal：

开路短路校正：

开路短路校正RS232C：

连接方式：

连接方式：

IrDA传送信号：

传送信号：

T】【及】【及Rx流程控制：

流程控制：

XoNXoFF测试信号频率：

测试信号频率：

100Hz，120Hz，1l（Hz，10KHz。

屏蔽双绞线两对屏蔽线中，有两根以相反的方向环绕。

屏蔽双绞线两对屏蔽线中，有两根以相反的方向环绕另两根屏蔽线以消除电感的影响。

一端接在另两根屏蔽线以消除电感的影响。

一端接在LCR测量仪的连接器上，测量仪的连接器上，两端连两个极板。

屏蔽箱屏蔽箱可以减少外界对试验的电磁干扰，外两端连两个极板。

屏蔽箱屏蔽箱可以减少外界对试验的电磁干扰，外壳接地，集成在台架上。

壳接地，集成在台架上。

测量盒本实验采用有机玻璃做了一个简易的测量盒，如图测量盒本实验采用有机玻璃做了一个简易的测量盒，如图8，有关，有关专门针对芒果的可自动调节的测量盒正在进一步的研究之中。

测量盒专门针对芒果的可自动调节的测量盒正在进一步的研究之中。

测量盒总体上是长方体的形状，一个电极贴在一测量盒长度方向的侧面上，总体上是长方体的形状，一个电极贴在一测量盒长度方向的侧面上，另一电极贴在一活动面板上，通过螺钉螺母的配合使用来调节活动面另一电极贴在一活动面板上，通过螺钉螺母的配合使用来调节活动面板与测量盒侧面的距离即可调节两测量电极之间的距离。

板与测量盒侧面的距离即可调节两测量电极之间的距离。

在实验中，为了排除外围电气设备所产生的磁场对测试结果的干在实验中，为了排除外围电气设备所产生的磁场对测试结果的干扰，尽量少用或不用其他的电气设备体的。

为了方便调整左右极板的扰，尽量少用或不用其他的电气设备体的。

为了方便调整左右极板的位置，还专门在箱壁上刻有刻度线电极试验中将采用不同大小的电极，位置，还专门在箱壁上刻有刻度线电极试验中将采用不同大小的电极，极板间距可调。

在两极板中心处各自引一条导线与测量仪连接。

极板间距可调。

在两极板中心处各自引一条导线与测量仪连接。

实验中采用了圆形平板电极，电极分别选用金属铜，星圆盘状厚度为O5舰，并根据直径不同分为三组，用于测试不同大小的芒果。

圆形平板电极的两极板被固定在测量盒的长度方向上的两侧面上，两极板问的间距可以通过螺杆手动调节，以适应不同大小的试验样品。

在两极板中心处各自引一条屏蔽双绞线与LcR测量仪连接。

整个电极座放置在屏蔽箱中。

芒果的尺寸参数定义和在实验过程的处理实验所选用的被测水果为芒果。

测试芒果介电特性时，为考虑芒果的形状尺寸对所获得的介电特性参数的影响，如图所示，将整个芒果分为三个部分：

梗洼部，萼洼部，还有一个部分则是除这两个部分之外的边缘部分。

同时将梗洼部称为头萼洼部称为尾，头部和尾部所测距离最长处为芒果总长，垂直于总和的最大剖面上的直径称为最大直径。

这个剖面称为最大直径面。

这几个参数将作为表征芒果形状、尺寸的主要指标，总长和最大直径作为决定芒果测量盘大小的参数。

方法

（1）测量所有芒果的总长和最大直径，并把芒果分为大、中、小三类，以最大直径作为分类的依据，自制电极3套分别与三类芒果相适应，分类依据是将芒果最大直径大于73删的称为大芒果，将最大直径处于70姗至73姗之间的芒果称为中芒果，将最大直径小于70衄的称为小芒果。

分别称芒果的重量，从整体上看，基本上大芒果重量较重，中芒果次之，小芒果最轻，但也有例外，因为直径最大的芒果并不一定很长。

从100个芒果中取出72个芒果作为测试样本，其中大、中、小各24个。

将分好类的芒果贴上标签，每天测量大、中、小类各一组，每组测量三个，取其平均值。

测试时芒果具有如下的特点：

芒果的外形尺寸附表A芒果的外形尺寸（单位：

衄）芒果的重量附表B芒果的重量（单位：

g）芒果的外观随存贮时间的变化情况附表C芒果存贮时间与外表特征的关系

（2）测试介电特性的测试从水果购进至准备好所有的测试工具是第四天，即从水果摘下后室湿下保存至第四天开始测量，每天测量之前先记录当天测量的芒果表面特征，如表面颜色、斑点、软硬程度等。

因MT4080DLCR测试仪可以测量的介电特性参数包括串联等效电容cs、损耗因素Ds、电感Ls、品质因素镳；并联等效电容G、损耗因素DP、电感LP、品质因素QP：

直流电阻DCR、阻抗Z、介电损耗角e。

测试频率为100Hz、120Hz、1KHz、10KHz。

将进行介电特性测量以后的芒果于第二天继续测量其化学成分，因测试介电特性的时间与测量化学成分的时间都相当长，所以两个项目不能在同一天测量，因此化学成分与介电特性之间的关系只是相对的关系。

为保证实验结果的相对稳定，测试在一个温度和湿度相对稳定的环境下进行。

化学成分的测试a试样：

前一天进行过介电特性测量的芒果，大、中、小类各三个。

b试剂：

草酸AR广东-汕头市西陇化工厂2，6二氯靛酚钠抗坏血酸AR广州化学试剂厂乙醇AR广州化学试剂厂氢氧化钠AR广州化学试剂厂酚酞广州化学试剂厂蔗糖R广州化学试剂厂甲基兰盐酸AR广州化学试剂厂醋酸铅AR广纠化学试剂厂硫酸钠cP广州化学试剂厂（3）试验方法：

水分的测定采用直接干燥法（GBT50093）。

精确称取磨碎混匀的样品争l豫，置于已干燥、冷却并称至恒重的有盖称量瓶中，移入95105常压烘箱中，开盖烘2-4h后取出，加盖置干燥器内冷却O5h后称重。

再烘1h左右，又冷却O5h后称重。

重复此操作，直至前后两次重量差不超过2mg即算恒重。

测定结果按下式计算：

维生素C含量的测定2，卜二氯靛酚钠滴定法（国标）准确吸取1000m1抗坏血酸溶液于150ml三角瓶中，以染料滴定至显桃红色维持15s不褪色为终点。

记录所耗染料体V。

称取新鲜果实可食部分约209左右，置于研钵中，加入少量2的草酸充分捣研至均匀糊状，用1的草酸溶液迅速完全地转入100llll具塞量筒，并以1的草酸液定容至刻度（如有泡不便定容，可加数滴乙醇消泡），充分摇匀，浸提10一10min，过滤，弃去最初1015ml滤液，取中间滤液备用。

准确吸取样品滤液1000ml于150m1三角瓶中，以染料滴定，至显桃红色维持15s不褪色为终点，记录所耗染料体积V。

以lOll的草酸溶液代替样品滤液做空的试验，记录所耗染料量Vo。

每个试样做3个平行，分别取得V和vo的平均结果。

计算：

总酸含量的测定滴定法。

样品处理称取样品可食部20一409，适当切分后，置研钵中捣研至均匀糊浆状，用蒸馏水完全无损地转入200m1容量瓶并加水至接近刻度，以乙醇消泡后定容。

充分摇匀，浸提5一lomin，以脱脂棉过滤，弃去初滤液，取中间滤液备用。

测定准确吸取5000ml样液于250m1三角瓶中，加2d酚酞指示剂，以01N的氢氧化钠标准溶液滴定至淡红色半分钟不褪色，记录所耗标准碱体积V。

以50ml蒸馏水代替样液，做空白滴定，记录所耗标准碱体积vo。

平行做3次样品测定和空白试验。

计算：

参考文献n马荣朝，马荣朝，秦文秦文农业工农业工程学报程学报2007,23（5）n张家义张家义安徽农业科学安徽农业科学2011,39（30）n廖宇兰廖宇兰学位论文学位论文20080401n沈江洁，沈江洁，黄森黄森农机农机化研究化研究2011,33（5）