果蔬的食用性和经济效益与果蔬的力学特性有紧密联系,同时果蔬对机械损伤非常敏感,因此研究果蔬的力学特性对于果蔬生产、收获、加工等相关过程具有重要意义。本研究选用胡萝卜作为研究对象,通过单压缩断裂试验和TPA循环压缩试验两种压缩模式,分别获取不同水分含量胡萝卜的断裂力学特性和TPA力学特性,并且采集断裂过程中的声音信号和胡萝卜微观细胞形态学特征值,探究断裂声音信号、细胞形状、大小等参数与胡萝卜力学特性的关系。同时建立胡萝卜声学特性、微观形态学特性与胡萝卜力学特性关系模型,实现对三者关系的定量分析。本文主要研究内容及结论如下:1.胡萝卜力学特性试验和分析方法。采取单压缩和TPA循环压缩两种压缩模式对胡萝卜样品进行力学特性测定。对不同水分含量的胡萝卜样品进行单压缩试验,压头型号为TA-25,样本大小为直径10mm、高10mm的圆柱体。获取断裂应力、断裂应变、断裂能、弹性模量和割线模量5个特征值。分析得出,5个断裂性力学特征参数差异性显著(p<0.05),且均与烘干时间呈高度负相关(p<0.05)。对不同水分含量胡萝卜样品进行TPA循环压缩试验,得到硬度F1、硬度F2、弹性指数、内聚性和咀嚼性5个特征值。分析得出5个特征参数均与烘干时间呈高度负相关(p<0.05),且随着烘干时间的增加,均显著减小(p<0.05)。2.研究胡萝卜声音信号与力学特性的相关性。获取胡萝卜压缩断裂时的声音信号,通过谱减法对声音信号进行消噪。提取波形指标、最大振幅、最大短时帧能量和信号强度4个时域特征值,功率谱密度峰值、功率谱密度特征值2个频域特征值。对声音特征值与单压缩断裂力学特征值进行皮尔逊相关性分析,得出时域特征值中的波形指标和信号强度与断裂应力、断裂能、弹性模量和割线模量之间相关性较好(r>0.5,p<0.01),而最大振幅和最大短时帧能量与断裂力学特性相关性系数较小(r<0.5),功率谱密度峰值、功率谱密度特征值2个频域特征参数与断裂应力、断裂能、弹性模量和割线模量之间相关性较好(r>0.5,p<0.01),声音特征值与断裂应变之间基本不相关(p>0.05)。对声音特征值与TPA压缩力学特征值进行皮尔逊相关性分析,得出时域特征值中的波形指标和信号强度与硬度F1、硬度F2相关性较好(r>0.5,p<0.01),与咀嚼性相关性一般(r<0.5)。但是最大振幅和最大短时帧能量与TPA压缩力学特征值相关性系数较小(r<0.5),功率谱密度峰值、功率谱密度特征值2个频域特征参数与硬度F1、硬度F2之间相关性较好(r>0.5,p<0.01),与咀嚼性相关性一般(r<0.5)。声音特征值与弹性指数和内聚性之间基本不相关(p>0.05)。3.研究胡萝卜微观形态学特征与力学特性的相关性。获取不同烘干时间胡萝卜样品的微观细胞图像,提取细胞面积、周长、费里特直径、圆度和长宽比5个微观形态学特征参数。对微观形态学特征参数与单压缩断裂力学特征值进行皮尔逊相关性分析。得出面积、周长和费里特直径与断裂应力、断裂能和弹性模量之间相关性较好(r>0.5,p<0.01),与断裂应变和割线模量之间相关性一般(r<0.5)。而圆度和长宽比与断裂力学特性之间基本不相关(p>0.05)。对微观形态学特征值与TPA压缩力学特征值进行皮尔逊相关性分析,得出面积、周长和费里特直径与硬度F1、硬度F2相关性较好(r>0.5,p<0.01),与弹性指数、咀嚼性和内聚性相关性一般(r<0.5)。而圆度和长宽比与TPA压缩力学特征值之间基本不相关(p>0.05)。4.通过聚类分析和主成分分析两种方法对声音特征值和微观形态特征值进行筛选,选取最显著的特征值和最有代表性的主成分进行多元线性回归建模。通过SPSS聚类方法得到周长、波形指标和功率谱密度峰值3个特征值为最优特征值,将特征值与胡萝卜5种力学参数进行多元线性回归建模,结果表明:硬度F1、硬度F2、弹性模量、断裂能和断裂应力多元线性回归方程系数R2分别是0.562、0.500、0.439、0.522和0.445,平均相对误差小于5%。加大样本量后,平均相对误差下降并且小于2%,结果良好。采用主成分分析法得到PC1和PC2两个主成分,累计贡献率达到95.07%。利用PC1和PC2两个特征值与胡萝卜5种力学参数进行多元线性回归建模,结果表明:硬度F1、硬度F2、弹性模量、断裂能和断裂应力的多元线性回归方程系数R2分别是0.540、0.464、0.415、0.463和0.427,平均相对误差小于5%。加大样本量处理后,平均相对误差下降并且小于2%,预测结果良好。对比两种不同分析方法的多元线性回归模型的准确性,结果表明:当阈值为5%时,两种分析方法各个参数预测的准确性都超过60%,基于主成分分析的多元线性回归模型的预测准确性普遍高于聚类分析方法得到的多元线性回归模型,并且大部分准确率超过80%,所以最终确定最优模型为基于主成分分析的多元线性回归模型。本文的创新点是首次对不同水分含量胡萝卜样品的力学特性、断裂声音信号和微观形态学特性进行了定量分析,并且构建了胡萝卜断裂声学特性、微观形态学特性和力学特性的关系模型。