蘭海鵬　劉揚　何詠梅等

摘要：為了應用數(shù)學的方法來闡明庫爾勒香梨成熟規(guī)律，建立庫爾勒香梨成熟模型，以阿克蘇地區(qū)庫爾勒香梨為研究對象，選取對實際生產(chǎn)加工影響較為顯著的果實硬度和可溶性固形物含量（SSC）為研究指標，采集成熟過程中二者的變化數(shù)據(jù)，應用Excel軟件、SigmaPlot 軟件和Matlab軟件對變化規(guī)律進行分析并建立數(shù)學模型。結(jié)果表明，庫爾勒香梨成熟過程主要在花期后有效積溫3 000～3 843 ℃階段進行，并且在該階段內(nèi)存在一加速階段。所建立數(shù)學模型可以對該種變化規(guī)律進行精確的數(shù)學描述，研究結(jié)果可為水果的成熟建模提供參考。

關(guān)鍵詞：庫爾勒香梨；有效積溫；成熟模型；果實硬度；可溶性固形物含量

中圖分類號： S661.201文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0234-03

收稿日期：2014-10-30

基金項目：國家自然科學基金青年基金（編號：31201364）；塔里木大學校長基金碩士項目（編號：TDZKSS201213）。

作者簡介：蘭海鵬（1982—），男，黑龍江巴彥人，碩士，講師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究。E-mail：lanhaipeng@126.com。

通信作者：賈富國，博士，教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究。E-mail：jfg204@163.com。庫爾勒香梨香味濃郁、皮薄、肉細、汁多甜酥、清爽可口，是新疆特色林果。在香梨的采收環(huán)節(jié)，因尚無可依據(jù)的成熟度劃分的量化標準，依據(jù)果農(nóng)的種植經(jīng)驗判定成熟度和采摘時間是目前香梨采收的主要方式，無法將香梨的成熟度、營養(yǎng)品質(zhì)與生產(chǎn)加工方式有效結(jié)合，對果農(nóng)的切身經(jīng)濟利益和果品自身的營養(yǎng)價值造成了不良影響[1-3]。在香梨生長和成熟過程中，花粉在氣溫低于10 ℃時幾乎不萌芽，因此有效積溫（≥10 ℃）對香梨的成熟影響顯著，以香梨生長的有效積溫為基礎(chǔ)，應用具體的方程量化香梨的成熟度，并預測香梨的物性參數(shù)變化是解決該問題的有效途徑。

在果品成熟規(guī)律研究方面，國內(nèi)外學者的相關(guān)研究涉及較多品種，如柑橘、蘋果、油桃、西瓜、煙葉、桃子、杏等農(nóng)業(yè)物料[4-7]，對本研究具有指導意義。但因水果成熟度一直無法通過定量的方式進行具體衡量，致使成熟度應用主要為根據(jù)顏色、質(zhì)量、氣味等指標進行定性描述，如農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工局、農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院、國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)中心于2014年1月發(fā)布的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工技術(shù)操作規(guī)程規(guī)定擬長期貯藏的梨采收成熟度的確定，多數(shù)品種應在8～9成熟時采收。80%的果實達到種子變褐，果皮黃中帶綠時即是8～9成熟[8-10]。各研究關(guān)于成熟度方面的研究報道均不夠嚴謹，應用判斷難度較大，尚需進一步完善。

本研究以成熟期庫爾勒香梨為研究對象，研究成熟過程中果實硬度和可溶性固形物含量的變化規(guī)律，并建立香梨成熟的數(shù)學模型，旨在為香梨成熟規(guī)律研究和成熟度的評價提供參考，具有十分重要的理論和實踐意義。

1材料與方法

1.1試驗材料

香梨樣品：試驗用香梨樣品采摘于塔里木大學校園內(nèi)的香梨園中，樹齡12年。采摘時間為2014年8月10日至2014年9月31日，樣品香梨特征為形狀規(guī)則、無機械損傷、無病蟲害。

1.2試驗方法

香梨成熟期間理化指標測量：香梨采摘后直接測量各參數(shù)，依據(jù)時間記錄數(shù)據(jù)后對照有效積溫的變化處理試驗數(shù)據(jù)。

有效積溫數(shù)據(jù)：來自新疆阿拉爾市氣象臺。

硬度測量：用數(shù)顯果實硬度計GY-4配合硬度計臺測定果實硬度。每次取10個果實，在果實赤道相對的6個點，去皮后進行測量。試驗結(jié)果取平均值，單位用 kg/cm2表示。

可溶性固形物測量：用KRSS HR Series手持式糖度檢測折光儀測定。每次測定取10個果實，去核后取汁測定，用均值表示香梨可溶性固形物含量，單位用%表示。

數(shù)據(jù)處理：采用SigmaPlot軟件、Excel軟件和Matlab軟件進行數(shù)據(jù)處理。

1.3儀器與設備

手持式糖度檢測折光儀（HR18-01型，德國 KRSS牌 HR Series）；游標卡尺（0.02 mm，桂林量具刃具廠）；數(shù)顯果實硬度計（GY-4，配合自制硬度檢測試驗臺使用，北京陽光億事達貿(mào)易有限公司）等。

2結(jié)果與分析

2.1基于理化指標的成熟度建模

針對于果實硬度、可溶性固形物含量的變化規(guī)律，應用 SigmaPlot 軟件進行擬合分析，擬合圖見圖1。

通過擬合分析發(fā)現(xiàn)，果實硬度、可溶性固形物含量的變化規(guī)律的擬合方程均可以應用方程（1）的形式表達，只是針對不同的參數(shù)，方程的系數(shù)有所差異，擬合精度見表1，擬合系數(shù)見表2。

2.2硬度擬合分析數(shù)據(jù)

本研究所建立的數(shù)學模型可以用來描述庫爾勒香梨成熟過程中某些理化指標的變化規(guī)律，包括增函數(shù)和減函數(shù)2類，且每一個系數(shù)對庫爾勒香梨的成熟規(guī)律均存在顯著影響，為了對系數(shù)的物理意義進行描述，通過Matlab軟件對模型進行了分析。

第1類為增函數(shù)類型，此時b<0。由圖2可知，模型系數(shù)a的變化決定了庫爾勒香梨的初始硬度值，隨著a值逐漸增大，果實硬度的初始值逐漸增大，故定義模型中a為因子穩(wěn)定常數(shù)，反映某因子變化的初始狀態(tài)。隨著b值逐漸減小，成熟速度逐漸增大，定義b為成熟動力學常數(shù)，反映某因子變化的成熟動力。y0為某因子變化的初始值，反映某因子隨有效積溫變化的固有屬性。x0點為模型的拐點，即為某因子變化速率突變積溫，反映某因子變化速率突變時的積溫值。第2類為減函數(shù)類型，此時b>0。由圖3可知，此時a值反映某因子的終了狀態(tài)，b、x0、y0的實際物理意義并不發(fā)生變化。

因此，針對不同生長環(huán)境下的庫爾勒香梨，只要標定不同的模型系數(shù)，即可通過模型反映出該環(huán)境下庫爾勒香梨的生長狀態(tài)，同時也可根據(jù)不同生長環(huán)境下的系數(shù)來預測該環(huán)境下庫爾香梨的生長狀態(tài)，指導香梨的生產(chǎn)加工。

3結(jié)論

庫爾勒香梨成熟過程主要在有效積溫3 000～3 843 ℃階段進行，該階段果實硬度變化范圍4.23～8.51 kg/cm2、可溶性固形物含量變化范圍11.02%～11.49%；隨著成熟的深入，果實硬度逐漸減小、可溶性固形物含量逐漸增加。

庫爾勒香梨成熟過程可用數(shù)學模型來描述，并可以通過模型系數(shù)對庫爾勒香梨的成熟規(guī)律進行預測，且在該階段內(nèi)存在一加速階段。所建立數(shù)學模型可以對該種變化規(guī)律進行精確的數(shù)學描述，該模型可為水果的成熟規(guī)律建模研究提供參考。

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