劉萌，郭風(fēng)軍，王美蘭，*，周志才，張長峰，張玉華

（1.煙臺大學(xué)食品科學(xué)與工程研究所，山東煙臺 264005；2.國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南 250103）

藍(lán)莓呼吸速率的測定及模型表征

劉萌1，郭風(fēng)軍1，王美蘭1，*，周志才1，張長峰2，張玉華2

（1.煙臺大學(xué)食品科學(xué)與工程研究所，山東煙臺 264005；2.國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南 250103）

摘 要：在（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃條件下，將藍(lán)莓置于密閉容器中，定期測定密閉容器中CO2、O2的濃度隨時間的變化，根據(jù)公式計算得出藍(lán)莓在（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃下的呼吸速率。基于Michaelis-Menten方程，利用多重回歸方法，建立藍(lán)莓基于酶動力學(xué)的呼吸模型，為藍(lán)莓MAP的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：藍(lán)莓；呼吸速率；Michaelis-Menten方程；呼吸模型

果蔬采收后仍為活體，其主要代謝過程是呼吸作用。呼吸作用是呼吸底物在一系列酶參與的生物氧化下，經(jīng)過許多中間環(huán)節(jié)，將生物體內(nèi)的復(fù)雜有機(jī)物分解為簡單物質(zhì)，并釋放出化學(xué)能的過程。果蔬呼吸作用消耗的底物為果蔬生命代謝提供了能量，呼吸作用與果蔬采后品質(zhì)變化有密切關(guān)系[1]。果蔬采后的關(guān)鍵問題是如何最大限度的保持果蔬品質(zhì)和減少損失[2]。目前，在眾多的果蔬保鮮技術(shù)中，氣調(diào)保鮮技術(shù)被認(rèn)為是世界上最先進(jìn)最有效的水果保鮮技術(shù)之一[3]。氣調(diào)保鮮技術(shù)分為兩類：人工氣調(diào)貯藏（Controlled atmosphere，CA）和自發(fā)氣調(diào)包裝（Modified Atmosphere Package，MAP）[4]。其中MAP貯藏是利用果蔬自身的呼吸作用和薄膜的氣體滲透作用，來調(diào)節(jié)MAP內(nèi)氣體成分，通過降低氧氣濃度和提高二氧化碳濃度，來抑制果蔬的呼吸強(qiáng)度，減少果蔬體內(nèi)物質(zhì)消耗，從而達(dá)到延緩果蔬衰老，延長貯藏期[5]。與CA相比，MAP方法的優(yōu)點是不需要昂貴的設(shè)備，運行成本低，在我國果蔬貯藏生產(chǎn)中應(yīng)用較廣[6]。

MAP的貯藏效果和質(zhì)量受很多因素影響，如果蔬的呼吸速率、MAP薄膜的種類、厚度和面積，氣體濃度、溫度、濕度等[7-8]。其中果蔬呼吸速率模型的設(shè)計對于MAP設(shè)計至關(guān)重要[9]。

藍(lán)莓富含花青素、黃酮類物質(zhì)，使其具有抗癌、明目、增強(qiáng)心肺功能及防止大腦神經(jīng)衰老等獨特功效[10]，常被譽為“漿果之王”[11]。但藍(lán)莓果實成熟在6月份～8月份的高溫多雨季節(jié)，常溫下放置2 d～4 d便開始腐爛[12]，因此對藍(lán)莓貯藏保鮮方面的研究至關(guān)重要。國外對于藍(lán)莓的保鮮研究開展較早，并且達(dá)到了很好的效果[13-14]，國內(nèi)關(guān)于藍(lán)莓的氣調(diào)保鮮的文獻(xiàn)報道不多，而對于藍(lán)莓MAP設(shè)計具有重要作用的呼吸模型的研究鮮有報道。

本實驗用密閉系統(tǒng)法測定在（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃下藍(lán)莓的呼吸速率，基于Michaelis-Menten方程，通過多重回歸方法建立藍(lán)莓的呼吸模型，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，以期為藍(lán)莓MAP的設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用藍(lán)莓品種為藍(lán)豐，于2011年7月25日采自煙臺牟平區(qū)威宇藍(lán)莓種植基地，采后半小時運回?zé)熍_大學(xué)食品保鮮研究室。挑選無果柄、表面干爽、果粉完整、成熟度及大小基本一致的果實。

1.2 儀器與設(shè)備

ChectpointⅡO2、CO2氣體分析儀：丹麥PBI-Dansensor公司；2500mL磨口瓶：齊齊哈爾新齊玻璃有限責(zé)任公司；RXZ智能型人工氣候箱：寧波江南儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 呼吸速率的測定

稱量挑選好的藍(lán)莓200 g，裝入2 500 mL的磨口瓶內(nèi)，用橡膠塞密封，事先用打孔器在橡膠塞上打兩個孔，安裝玻璃管、乳膠管和止水夾為測氣裝置。立即將磨口瓶分別放入（25±0.5）℃的人工氣候箱中和（0.5±0.5）℃的冷庫中。每個溫度條件下設(shè)三個重復(fù)。用氣體分析儀定時測定磨口瓶中O2和CO2濃度。自由體積運用排水法求出。利用密閉系統(tǒng)法方程計算呼吸速率。

密閉系統(tǒng)法：將一定質(zhì)量和體積的產(chǎn)品放入已知容積的容器中，每隔一段時間測定容器內(nèi)CO2和O2的濃度，通過下式計算呼吸速率[15]。

1.3.2 基于酶動力學(xué)的呼吸速率模型的建立

利用CO2作為O2的非競爭型抑制，Michaetis-Menten方程用于果蔬呼吸模型的建立[16]：

將（3）式線性化后得

式中：R為果蔬的呼吸速率，[mL/（kg·h）]；Vm為果蔬的最大呼吸速率，[mL/（kg·h）]；Km為米氏常數(shù)，%O2；Ki為非競爭抑制常數(shù)，%CO2。

1.3.3 模型的驗證

將所測[O2]、[CO2]濃度代入所建立的呼吸模型，得出藍(lán)莓呼吸速率的預(yù)測值，并將與實測值R進(jìn)行比較。為了對誤差進(jìn)行量化分析，采用相對誤差的算術(shù)

平均值δ對預(yù)測值與實測值的誤差進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓呼吸速率變化規(guī)律

在（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃下，由于藍(lán)莓果實的呼吸作用，瓶內(nèi)的CO2含量不斷上升，O2含量不斷下降。將 CO2、O2濃度代入式（1）和（2）中，計算得出在密閉系統(tǒng)內(nèi)藍(lán)莓果實的CO2生成速率和O2消耗速率，如圖 1、圖 2。

圖1 25℃下藍(lán)莓的氧氣消耗速率和二氧化碳生成速率Fig.1 CO2evolution and O2consumption of blueberries at 25℃

由圖1可以看出，貯藏溫度為25℃時，在貯藏開始階段，O2消耗速率和CO2的生成速率都快速下降。實驗剛開始3 h時，CO2生成速率為63.48 mL/（kg·h）、O2消耗速率為50.97 mL/（kg·h）。到30 h時CO2生成速率下降為40.17 mL/（kg·h），下降36.7%、O2消耗速率下降為35.37 mL/（kg·h），下降30.6%。從30 h之后氣體生成速率和消耗速率變化都趨于平緩。且CO2的生成速率一直大于O2的消耗速率，且變化量相似。

圖2 0.5℃下藍(lán)莓的氧氣消耗速率和二氧化碳生成速率Fig.2 CO2evolution and O2consumption of blueberries at 0.5℃

從圖2中可以看出，在貯藏溫度為（0.5±0.5）℃時，藍(lán)莓在實驗12 h時CO2生成速率為4.76 mL/（kg·h），O2消耗速率為2.38 mL/（kg·h），到444 h時，藍(lán)莓的CO2生成速率降為1.09 mL/（kg·h），下降77.1%，O2消耗速率為1.03 mL/（kg·h），下降56.7%。由此可見，低溫可以有效抑制藍(lán)莓的呼吸速率，對延長藍(lán)莓的貯藏期會有較好的效果。從108 h之后氣體生成速率和消耗速率下降較為緩慢。

不論25℃還是0.5℃下藍(lán)莓的呼吸速率都是先迅速下降后變化緩慢，這可能是由于本實驗是在密閉系統(tǒng)中測定藍(lán)莓呼吸速率，在密閉容器內(nèi)，隨著放置時間的增加，容器內(nèi)O2的含量越來越低，CO2的含量越來越高，高CO2濃度抑制了藍(lán)莓的呼吸作用。從圖1、圖2中也可以看出，藍(lán)莓的呼吸速率無明顯的躍變高峰，因此本實驗所用藍(lán)莓的呼吸類型為非躍變型。

2.2 藍(lán)莓呼吸速率模型的表征

選用Michaetis-Menten方程模型來表征藍(lán)莓的呼吸速率。利用測得的[CO2]、[O2]濃度及計算出的RCO2、RO2值，應(yīng)用SPSS13.0軟件按式（4）進(jìn)行多重線性回歸，可得呼吸模型的參數(shù)，見表1。

表1 藍(lán)莓米氏方程模型參數(shù)Table 1 Michaetis-Menten model parameters of blueberries

（25±0.5）℃下密閉系統(tǒng)中藍(lán)莓的呼吸模型如式（5）（6）：

（0.5±0.5）℃下密閉系統(tǒng)中藍(lán)莓的呼吸模型如式（7）（8）：

2.3 模型的驗證

將藍(lán)莓實驗所得呼吸速率值R與模型預(yù)測值R^，進(jìn)行比較，如圖3、圖4。

圖3 25℃下藍(lán)莓呼吸速率模型與實測值的比較Fig.3 Comparison of respiration rate measured value with models value for blueberries at 25℃

圖4 0.5℃下藍(lán)莓呼吸速率模型與實測值的比較Fig.4 Comparison of respiration rate measured value with models value for blueberries at 0.5℃

將實驗值與模型值代入式（5）中得相對誤差的算術(shù)平均值，見表2。

表2 模型預(yù)測值與實驗值的相對誤差分析Table 2 Analysis of relative deviation of predicted values and experimental values

由圖3、圖4和表2可知，結(jié)果表明預(yù)測與實驗值比較吻合。

3 結(jié)論

1）通過實驗在（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃貯藏溫度下，對藍(lán)莓在密閉系統(tǒng)中呼吸速率進(jìn)行測定。運用Michaetis-Menten方程模型和多重線性回歸，得出藍(lán)莓在密閉系統(tǒng)內(nèi)（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃貯藏溫度下的呼吸模型。

2）通過將實驗值及呼吸模型預(yù)測值進(jìn)行比較，通過相對誤差的算術(shù)平均值進(jìn)行分析，結(jié)果表明，（25±0.5）℃和（0.5±0.5）℃貯藏溫度下的呼吸模型的預(yù)測值與實驗值比較吻合，可以為藍(lán)莓MAP設(shè)計提供依據(jù)。

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[1]董全,閔燕萍,曾凱芳.農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工[M].重慶:西南師范大學(xué)出版社,2010:41-42

[2]王相友,李霞,王娟,等.氣調(diào)包裝下果蔬呼吸速率研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2008,39(8):94-100

[3]黃敏.水果的氣調(diào)保鮮技術(shù)[J].中國科技信息,2010(24):74-75

[4]張慜,范柳萍,王秀偉.國內(nèi)外水果保鮮技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢分析[J].保鮮與加工,2003,3(1):3-6

[5]劉燕.典型果蔬的綜合保鮮包裝技術(shù)研究[D].無錫:江南大學(xué),2008:1-2

[6]鐘秋平,周文化,傅力.食品保藏原理[M].北京:中國計量出版社,2010:234

[7]Song Y,Kim H K,Yam K L.Respiration Rate of Blueberry in Modified Atmosphere at Various Temperatures[J].J Amer Soc Hort Sci,1992,117(6):925-929

[8]周志才,王美蘭,李長海.綠蘆筍自發(fā)氣調(diào)貯藏保鮮袋的設(shè)計和適宜氣體組成確定[J].食品科學(xué),2005,26(12):235-237

[9]盧立新,陶瑛.青豌豆呼吸速率的測定與模型表征[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報,2006,25(2):33-36

[10]賀強(qiáng),吳立仁.藍(lán)莓果實中營養(yǎng)成分的生物學(xué)功能[J].北方園藝,2010(24):222-224

[11]胡雅馨,李京,惠伯棣.藍(lán)莓果實中主要營養(yǎng)及花青素成分的研究[J].食品科學(xué),2006,27(10):600-603

[12]Ceponis M J,Cappellini R A.Reducing decay in fresh blueberries with controlled atmospheres[J].Horticultural Science,1985,20(2):228-229

[13]Bounous G,Giaealone G,Guarinoni A,et al.Modified atmosphere storage of highbush blueberry[J].Acta Horticulturae,1997,446:197-202

[14]Wendy Schotsmans,Abdul Molan,Bruce MacKay.Controlled atmosphere storage of rabbiteye blueberries enhances postharvest quality aspects[J].PostharvestBiologyandTechnology,2007,44(3):277-285

[15]Fonseca S C,Oliveira F A R,Brecht J K.Modeling respiration rate of fresh fruits and vegetables for modified atmosphere packages:a review[J].Journal of food engineering,2002,52(2):99-119

[16]LEE DS,HAGGAR PE,LEE J,et al.Model for Fresh Produce Respiration in Modified Atmospheres Based on Principles of Enzyme Kinetics[J].J Food Sci,1991,56(6):1580-1585

Determination and Characterization of Respiration Rate for Blueberries

LIU Meng1，GUO Feng-jun1，WANG Mei-lan1，*，ZHOU Zhi-cai1，ZHANG Chang-feng2，ZHANG Yu-hua2
（1.Research Institute of Food Science and Engineering，Yantai University，Yantai 264005，Shandong，China；2.National Engineering Research Center for Agricultural Products Logistics，Ji'nan 250103，Shandong，China）

Abstract：The concentrations of CO2，O2of closed container within blueberries were determined at regular intervals at（25±0.5）℃ and （0.5±0.5）℃.The respiration rates for blueberries were calculated at（25±0.5）℃and （0.5±0.5）℃ by formula computing.The respiration models based on Michaelis-Menten equation at （25±0.5）℃ and （0.5±0.5）℃ were established by multiple regression method.The results of the study may provide theoretical basis for the design of MAP of blueberries.

Key words：blueberry；respiration rate；Michaelis-Menten equation；respiration model

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.14.004

山東省科技攻關(guān)項目（2009GG01668）；國家“863”計劃項目（2011AA100702）

劉萌（1986—），女（漢），碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

王美蘭（1958—），女，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

2012-10-11