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1、农业物料的电特性及其在农业工程中的应用摘要:通过对国内外农业物料电特性研究资料的分析,综述了农业物料的电特性， 介绍了电特性在农业工程中的应用，主要包括农产品的无损检测、干燥与脱水、 加热与杀菌保鲜、农产品质量评定和控制、种子的电处理等。并对今后的研究提 出了一定建议。关键词：农业物料；电特性；农产品加工；应用Abstract: The parameters of electrical properties of agricultural materials are summarized by analyzing internal and abroad research data. The a
2、ppliance of electrical properties of agricultural materials in agricultural products processing is introduced, including nondestructive testing of products, drying and dewatering, heating, pasteurization and preservation, quality evaluation, seed treatment etc. And some proposals for further researc
3、h are given.Key words: agricultural materials; electrical properties; agricultural products processing; application0、引言农业物料大都含有具有极性的大分子，因此具有一定的荷电特性。其组成成 分不同，荷电也有所差别，在电场中的电特性将反映出其固有的本质特征。农业 物料的组织、成分、结构、状态与其电特性有着密切的联系。农业物料不仅种类 繁多，其组成结构也非常复杂。农业物料组成成分一般有水、淀粉、糖和油等， 它们当中包含大量的H，C”，F，P和Na。等物质的不同组合都具有极性，在电 场
4、中复杂的电特性一定程度上体现出农业物料的理化特性。表征农业物料电特性 的电物理量有：电阻R、复阻抗z、电阻率P、电导率K、电容量C、复电容量C、 介电常数、复介电常数。农业物料的电学特性包括导电特性和介电特性。导电特 性是指物料导电能力，主要参数是电阻R或电导（电阻的倒数）。介电特性是指生 物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性。其主要参数有相对介电常数、相对 介质损耗因素、介质损耗角正切tan和介质等效阻抗z。相对介电常数是电介 质固有的一种物理属性，表示物料可能贮存的电场能量，反映该物料提高电路模 型电容器电容量的能力。损耗因素表示物料在交流电场中损耗的能量。损耗角正 切tan表示物料所消
5、耗的能量与所蓄积的能量之比。介质损耗：在高频电场作用 下电介质被极化，有极分子在电场中不断地做取向运动，分子间发生碰撞和摩擦 将消耗电能并转化为热能，称为介质损耗，其随交变频率的提高及电场强度的增 强而增多，介质损耗和介质的介电特性有关。1、农业物料的电特性1.1电导和电导率物体的电导是指该物体所通过电流与该物体所加电压的比值。对于直流电路而 言，电导的数值是电阻的倒数。电导率是电阻率的倒数。电导和电导率的差别在 于前者是对具体物体而言，因此它除了与物质性质有关外，还与该物体的大小、 形状与导电时的测定位置有关；而电导率仅与物质的性质有关。当农业物料的状 态或品质发生变化时，其电导和电导率也将
6、随之改变。电阻率及电导率在确定农 业物料及食品的含水率和其它物理化学特性方面有着广泛的应用。1.2生物电生物体内由于自身具有能量而产生的电位差称为生物电。一般将生物电分为三 类：损伤电位，指生物组织的完整部位与损伤部位之间存在的电位差；膜电位， 指生物组织或细胞膜的内外电位差；动作电位，指当生物体受到刺激而兴奋时产 生的电位变化。现代科学技术研究表明，生物界的各种生命活动都伴有电现象, 它是生命活动的象征。凡是有生命活动，就有生物电产生，动物是如此，植物也 是如此。1.3介电特性农业物料在某种程度上也属于电介质电介质分子中的电子受到很大的束 缚力，致使电子不能自由移动，故电介质在一般情况下不导
7、电若将电介质置 于外加电场中，电介质将被极化，产生相反电场，因而会减少电场中两电荷间 的作用力，减小电容器带电极板间的电位差，使电容量增大电介质一般具有 固定的介电常数（电容率），表示该物质可能贮存的电场能量它反映了该物质 提高电容器电容量的能力在电场的作用下，电介质分子间发生碰撞和摩擦， 电介质将吸收一部分电能转变为热能，使其发热介质在电场作用下发热而消 耗能量：称为介质损耗.交变电场的频率越高，介质释放的热能越多。1.4电阻和电阻率电阻是导体内两端的电位差与电流强度之比。电导率是用来比较各种物质相 对的电阻大小的量。农业物料的电阻率不仅与物料种类和性质有关，而且还受温 度、含水率和酸度的影
8、响，其中以温度的影响最为明显。温度的升高引起电子间 频繁碰撞，从而使电阻率增大，电阻增加。电阻率与物料内的自由电子数成反比， 而含水率的变化影响到带电粒子的浓度，从而影响导电性。酸度则与物料内离子 的情况有关，即与物料的电特性有关。金属电导率比非金属材料低得多，真空电 导率为无限大。2、农业物料电特性在农业工程中的应用电特性在物料的含水率测定、干燥与加热、质量调控和电处理等方面有着广 泛的应用。其中介电特性的应用价值尤为明显。2.1植物电位差判损伤农产品无损检测技术是建立农产品质量和农产品安全的有效监控体系的关 键技术之一。“植物损伤电位差”这一种基本的生物电现象，植物损伤后与其完 整部位之间
9、存在电位差，其数值大小随损伤组织的情况而变化。损伤电位一般都 随着组织损伤时间的延长而逐渐降低，这表明损伤电位是活组织的一种生物学特 性，反映组织浆膜的一种固有的电学性质。损伤电位的大小随损伤点的距离增大 而减小。当植物体受机械的、化学的或热的刺激时，均会产生电位差。受刺部位 一般是负电位，电反应的幅度决定于刺激强度。研究证明：在细胞膜受损伤（细胞膜破裂）的情况下，损伤处的细胞液内外 流通，损伤处的膜电位消失。因此，正常部位与损伤部位之间就呈现电位差，称 为损伤电位（或分界电位）。植物组织受到曲、折（机械刺激）可引起几十毫伏 的负电位反应。切开的马铃薯和番茄中也能发现。所以通过判断植物组织两端
10、的 电位强度就可以判断植物是否已经受到损伤。2.2种子的电处理电处理是指为了一定目的对物料施以电能的过程。谷物及种子的电处理包括 对害虫的控制、改善发芽能力以及种子分选等。其中介质加热，特别是射频下加 热可使种子麦芽能力明显提高。由于加热均匀，受到广泛注意。在一些小豆类种子中大多混有一种硬皮种子，它有一层不透水的外皮，阻止 水分进入，从而减缓了发芽过程，不能与正常种子一起发芽。采用电加热处理可 使硬皮种子明显减少，正常子苗明显增加。由于电加热快速且均匀，不会使种子 产生损伤。另外有实验表明：气电联合处理的大豆其幼苗生长速度显著高于等离子体加 静电场以及对照；对于玉米种子，也只有气电联合处理的饲
11、料玉米发了芽。经过 气电联合处理的大豆种子远较等离子体处理的种子活力高，无论经过纸基发芽试 验还是沙培、土播，气电联合处理的种子均较其他任何物理法处理的种子活力高。根据种子的介电常数不同、比表面积不同、质量不同，利用种子在静电场中 获得的静电力的差异而形成不同运动轨迹进行分选。通过电力选种消毒技术可以 大幅度调高种子的发芽率，土传病害发生率大幅度下降，茄子黄萎病、青椒疫病、 黄瓜蔓枯病、番茄花叶病等的发病率平均较对照低23个百分点。介电处理后的 种子进行培养，未出现微生物繁衍的明显迹象，灭菌效果优异。2.2高压电场干燥农业物料的干燥与脱水是一种古老而通用的高耗能单元操作。如何在保证食 品质量的
12、的前提下，提高干燥速度、节省能源消耗已成为人们研究的主要课题。 主要有高压电场干燥和电渗透脱水等干燥与脱水的方法。高压电场对无聊的干燥具有促进作用，但目前其机理还不十分明确，一般认 为是由于不均匀高压电场产生的等离子对液面或干燥物料表面产生的冲击作用 造成的，利用高压电场干燥豆腐渣可以显著提高其干燥速率，干燥蔬菜处可以提 高干燥速率，节省能源外，干燥后的产品营养损失也比较少。2.3磁化水磁化水是指将普通水静置于磁场或以一定的流速垂直地经过磁场的水。前者 称为静态磁化水，后者称为动态磁化水。目前，磁化水在农业中的应用已有不少 报道。利用磁化水浸种和灌溉，结果表明，不同磁场处理过的水经过不同时间
13、的浸种，对秋芸豆的产量影响也不同，当用100ml磁化水浸种后，平均株产量 可提咼60% o2.4农产品质量评定和控制电特性可用来评定食品和农产品的品质。例如，测定干燥后玉米粒的热损伤、 冻伤种子的成活率；测定植物体的机械损伤程度及抗霜冻能力；测定蛋白质含量 及鱼的新鲜程度等。利用电容及直流电阻可估量玉米的受热损伤的程度。玉米的 过热会使淀粉含量减少，裂纹增多，从而影响淀粉质量。如将其用作种子则会减 小其成活能力。利用电特性还可调定棉花纤维长度的分布情况，研究表明在棉花 中如纤维增加1%，棉纱强度则便降低1%。2.5检测鸡蛋是否受精鸡蛋的生物电现象是其不同发育时期生命活动的表现,用生物电鉴别种蛋
14、受 精与否，为无损检测受精蛋提供了新的技术思路。研究表明，大部分受精蛋孵化48 h后其直流电位的波形呈现方波，而无精蛋 近似于直线；通过在种鸡场对受精蛋检测装置的实测考核，其判别三胚龄孵化受 精蛋的准确率为91. 7 %，表明该方法是可行的，实验结果是令人满意的。3、结束语大量的理论和研究表明，农业物料的电特性理论与技术具有很广阔的研究空 间和实用价值，并以其快捷、使用简单而深受喜爱。随着科学技术的发展和进步， 以及在农业物料电特性的研究方面的深入，农业物料电特性在生产生活中的应用 也必将更加深入，与农业工程的结合也必将更加紧密，电特性在农产品的加工、 运输、储藏、分选，无损检测、土壤电处理、
15、水分子的电处理，气电结合处理种 子、发芽率的提高、生长速度的提高等方面的应用会越来越广。参考文献：1 于恩中，孙彦君农业物料学的发展展望J.中国科技信息，2007, (3):54-57.2 胡玉才，袁泉.农业物料的电特性及其在农业工程中的应用J.农机化研究， 1998, (4):73-76.3 李修渠通电加热在食品加工中的应用J.食品科技,2001，(6)： 10-12.4 李陆星，李法德，张宜宝，耿爱军农业物料的电特性及其在农产品加工中的 应用J.包装与食品机械，2006，(5):38-41.5 周祖谔.农业物料学M.北京：中国农业出版社，1994.6 李明勇，马小愚.农业物料电特性的研究与应用J.农机化研究，2008， (1):186-188.7 张和适，张淑珍农业物料学的进展J.沈阳农业大学学报，1989，(4).
