張巖 張海燕 關(guān)靜 田峻帥

摘要：本文以草莓、香蕉、圣女果為研究對(duì)象，改造密閉系統(tǒng)法測(cè)量條件，觀測(cè)三種果蔬20℃條件下在密閉環(huán)境內(nèi)氣體氛圍的變化，計(jì)算并對(duì)比三者的呼吸速率。結(jié)果表明：改造后的密閉系統(tǒng)適合進(jìn)行氣體濃度變化的連續(xù)測(cè)量。隨著貯藏時(shí)間的增加，密閉容器內(nèi)的氧氣濃度降低，二氧化碳濃度增加。香蕉和圣女果的呼吸速率隨貯藏時(shí)間逐漸減緩，其中香蕉的呼吸速率先高后低變化最大，圣女果的呼吸速率僅有輕微變化，草莓的呼吸較平緩。本研究為果蔬氣調(diào)包裝的進(jìn)一步發(fā)展提供可借鑒方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：果蔬；氣調(diào)保鮮；密閉系統(tǒng)法；呼吸速率

中圖分類(lèi)號(hào)：TB48；TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1400 （2021） 08-0029-04

基金項(xiàng)目：河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣專(zhuān)項(xiàng)（果蔬采后呼吸速率和自發(fā)氣調(diào)包裝關(guān)鍵技術(shù)的研究212102110195）

Methods For Measuring Respiratory Rate of Three Kinds of Fruits and Vegetables

ZHANG Yan， ZHANG Hai-yan， GUAN Jing， TIAN Jun-shuai（College of Packaging and Printing Engineering， Henan University of Animal Husbandry Economics 450046， China）

Abstract： Taking strawberry， banana and cherry tomato as the objects of study， this paper remakes the measurement conditions of closed system method， observes the gas changes in a closed environment having these three objects at 20℃， calculates and compares the respiratory rates of them. The results show that： the transformed closed system is suitable for continuous measurement of change in gas concentration. With the increase of storage time， the oxygen concentration in the closed vessel decreases while the carbon dioxide concentration increases. The respiratory rates of banana and cheery tomato slow down gradually， of which the respiratory rate of banana changes from high to low with a large change， the respiratory rate of cherry tomato changes slightly and the respiratory rate of strawberry is gentle. This study provides reference method and experimental data for the further development of fruit and vegetable packaging.

Key words： fruits and vegetables； controlled atmosphere preservation； closed system method； respiratory rate

近年來(lái)果蔬業(yè)規(guī)模增大，但采后損失卻非常嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)果蔬儲(chǔ)運(yùn)損耗高達(dá)30%[1]，已經(jīng)成為制約果蔬業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。氣調(diào)包裝可以有效延長(zhǎng)果蔬保鮮期，它是通過(guò)改變包裝內(nèi)的氣氛，使果蔬處在與空氣組成不同的氣氛環(huán)境中而延長(zhǎng)儲(chǔ)存期的一種保鮮技術(shù)[2]。通過(guò)低溫下的氣調(diào)保鮮技術(shù)，果蔬損耗率可降到5%以?xún)?nèi)。儲(chǔ)存過(guò)程中氣體氛圍的調(diào)控是關(guān)鍵，而氣體氛圍與果蔬的呼吸速率密切相關(guān)。本文以人們?nèi)粘Ｏ矏?ài)的草莓、香蕉和圣女果為研究對(duì)象，改造密閉系統(tǒng)法呼吸速率測(cè)試條件，對(duì)比分析三種不同種類(lèi)的果蔬呼吸速率的規(guī)律，為果蔬氣調(diào)包裝的研究提供可以借鑒的方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 呼吸速率的測(cè)量方法

呼吸速率即一定溫度下單位時(shí)間單位質(zhì)量的活細(xì)胞（組織）產(chǎn)生CO2或消耗O2的量。呼吸速率的表示方法一般采用O2消耗率或CO2生成率。測(cè)量呼吸速率的方法分為密閉系統(tǒng)法、流動(dòng)系統(tǒng)法和滲透系統(tǒng)法[3]。

1.1 密閉系統(tǒng)法

密閉系統(tǒng)法是將果蔬放入可開(kāi)閉的密閉容器中，在恒定溫度下密閉一段時(shí)間后，根據(jù)容器中O2或CO2體積分?jǐn)?shù)（濃度）的變化來(lái)計(jì)算呼吸速率[4]。

1.2 流動(dòng)系統(tǒng)法

流動(dòng)系統(tǒng)法就是讓擁有恒定流速的已知比例的氣體通過(guò)裝有果蔬的容器，由于流速的作用，會(huì)將容器內(nèi)的CO2和O2帶出，經(jīng)過(guò)測(cè)量流動(dòng)氣體進(jìn)、出口氣流中O2和CO2體積分?jǐn)?shù)的差異，就可計(jì)算出呼吸速率[5]。

1.3 滲透系統(tǒng)法

滲透系統(tǒng)法就是用已知?dú)怏w透過(guò)率的薄膜將果蔬包裝起來(lái)，然后不斷的測(cè)量包裝內(nèi)部O2和CO2含量的變化，用外界O2透過(guò)薄膜進(jìn)入包裝內(nèi)部或CO2透過(guò)薄膜進(jìn)入外界環(huán)境的量來(lái)計(jì)算呼吸速率[6]。滲透系統(tǒng)法的采用是基于果蔬的呼吸達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，即果蔬消耗的O2與外界透過(guò)薄膜進(jìn)入的O2的量是相等的，同理，CO2產(chǎn)生的量與滲透出去的相等。

1.4 三種測(cè)量方法分析

幾種測(cè)量方法都存在一定局限性。密閉系統(tǒng)法中，氧氣的消耗和二氧化碳的累積會(huì)影響果蔬呼吸速率。流動(dòng)系統(tǒng)法需要測(cè)量進(jìn)、出口氣體微小差別，對(duì)儀器的精度提出很高的要求[7]。滲透系統(tǒng)法影響呼吸速率的因素太多（薄膜表面積、膜的厚度、膜的材料等），達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)間長(zhǎng)，且不能反映出非穩(wěn)態(tài)時(shí)氣調(diào)包裝果蔬的呼吸速率。綜合分析三種測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，本實(shí)驗(yàn)選用相對(duì)方便且效果較穩(wěn)定的密閉系統(tǒng)法，并結(jié)合測(cè)量?jī)x器對(duì)密閉系統(tǒng)及氣體循環(huán)回路進(jìn)行改造，減小誤差，實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。

2 材料與方法

2.1 儀器與原料

實(shí)驗(yàn)主要儀器包括美國(guó)摩康公司（MOCON）出品的CheckMate 3頂空氣體分析儀和蘇州樂(lè)扣日用品有限公司出品的PP保鮮盒。

首先將PP保鮮盒頂蓋上開(kāi)出兩個(gè)圓形孔洞，孔上粘貼密封膠墊。其中一孔刺入氣體分析儀探針，可以使用膠帶固定探針，使探針保持垂直狀態(tài)。使用軟管將另外一孔與氣體分析儀后面的小孔連接，這樣就構(gòu)成了氣體循環(huán)回路，測(cè)量過(guò)的部分氣體通過(guò)軟管回到保鮮盒，減少氣體損耗，提高測(cè)量精度。將氣體分析儀設(shè)置成一定間隔時(shí)間自動(dòng)測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)密閉容器內(nèi)氣體含量的連續(xù)測(cè)量。改造后的測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)使用的主要材料包括草莓、香蕉、圣女果，定點(diǎn)購(gòu)于附近農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，挑選形狀、顏色、成熟度一致的果實(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方法

打開(kāi)氣體分析儀，預(yù)熱10分鐘。將待測(cè)的水果稱(chēng)重后放入保鮮盒內(nèi)，扣緊盒蓋，使用前面組裝好的密閉測(cè)量系統(tǒng)，采用間歇式自動(dòng)測(cè)量模式，直到CO2或O2的體積分?jǐn)?shù)連續(xù)幾次不再發(fā)生明顯變化。一種水果的測(cè)試一般要一周左右，最后分別得到三種水果的CO2和O2的體積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)，使用公式（1）和（2）得出呼吸速率數(shù)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣體濃度的變化

圖2和圖3分別展示了三種果蔬在20℃條件下氧氣和二氧化碳濃度的變化。

由圖2、圖3可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，保鮮盒內(nèi)的氣體組分發(fā)生了顯著變化，氧氣濃度逐漸減少，二氧化碳濃度逐漸增加。變化過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段氧氣下降和二氧化碳濃度上升呈直線(xiàn)，呼吸速率較為穩(wěn)定，有氧呼吸占主導(dǎo)。第二階段氧氣下降和二氧化碳濃度上升趨于平緩，香蕉的氧氣下降到零點(diǎn)，這部分無(wú)氧呼吸占主導(dǎo)，且呼吸速率低于有氧呼吸過(guò)程[8]。

香蕉的氣體組分變化最快，在貯藏40h后，氧氣濃度接近于0%，在貯藏60h后，二氧化碳濃度達(dá)到 17.9%；圣女果的氣體組分變化較平穩(wěn)，在貯藏120h后，氧氣、二氧化碳濃度分別約為9.51%和9.80%。草莓在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氧氣下降和二氧化碳濃度上升均呈直線(xiàn)，說(shuō)明其呼吸速率穩(wěn)定，未出現(xiàn)第二階段是因?yàn)椴葺绕渌麅煞N果蔬更容易腐敗，在70h后出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，提前終止實(shí)驗(yàn)。

3.2 呼吸速率的變化

對(duì)三種果蔬氣體組分測(cè)量后，用公式（1）和（2）進(jìn)行呼吸速率的計(jì)算，得到20℃條件下三種果蔬呼吸速率的變化，結(jié)果如圖4和圖5所示。

隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，香蕉的O2消耗速率和CO2生成速率都在快速下降，隨后逐漸減緩；而圣女果的O2消耗速率和CO2生成速率有輕微減緩趨勢(shì)。這主要是由于在保鮮盒中，環(huán)境密閉，果蔬的呼吸作用消耗盒內(nèi)的O2，產(chǎn)生CO2。研究表明大多數(shù)果蔬的呼吸作用會(huì)隨著環(huán)境中氧氣濃度的下降而減弱，低氧高二氧化碳的氣體環(huán)境會(huì)對(duì)果蔬的呼吸起抑制作用[9]，這也是氣調(diào)包裝保鮮的依據(jù)。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，香蕉和圣女果的呼吸速率逐漸降低，這說(shuō)明呼吸作用受到了有效的抑制。而草莓屬于非呼吸躍變型果蔬[10]，沒(méi)有呼吸高峰，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的呼吸速率。

4 結(jié)論

在密閉環(huán)境中，隨著貯藏時(shí)間的增加，保鮮盒內(nèi)的氧氣濃度降低，二氧化碳濃度增加；香蕉和圣女果的呼吸速率隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)逐漸減緩，其中香蕉的呼吸速率減緩較為明顯，最終趨于平衡，圣女果的呼吸速率僅有輕微變化。對(duì)比可以看出香蕉更適合使用氣調(diào)包裝進(jìn)行保鮮，而草莓的呼吸平緩，呼吸速率受環(huán)境中氧氣和二氧化碳濃度變化影響很小，通過(guò)氣調(diào)進(jìn)行保鮮的難度較大。

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