CN102175563B - 低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法，属于果蔬贮藏技术领域，它对果蔬呼吸速率测定装置进行了研究，可对同一样品在不同O₂、CO₂体积分数条件下的呼吸速率进行多次测定，然后采用呼吸速率一般经验模型，对实验数据进行回归，建立贮藏温度下果蔬呼吸速率随O₂、CO₂体积分数变化的数学模型，通过模型计算出果蔬气调条件下的呼吸速率。本发明确定了低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法和步骤，本项目成果为低温气调贮运以及呼吸热计算提供必要的数据，对进一步研究果蔬低温气调贮藏过程中的生理生化变化过程和有效控制呼吸作用及各种代谢速率提供了一定的研究基础。

Description

低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法

技术领域

本发明属于果蔬采后贮藏技术领域，特别涉及到一种低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法。

背景技术

现有的果蔬呼吸速率测定方法主要有3种，即：密闭系统法、流动系统法和渗透系统法。

密闭系统法是将果蔬置于可开闭的密闭容器中，充满一定比例的混合气体，在恒定温度下密闭一定时间后，根据容器中O₂或CO₂体积分数的变化来计算其呼吸速率。其呼吸速率为：

$r_{O_2}=\frac{(y_{O_2}^{t_0}-y_{O_2}^t)V}{100W\left(t{-t}_0\right)}---\left(4\right)$

$r_{C{O}_2}=\frac{(y_{{\mathrm{CO}}_2}^t-y_{{\mathrm{CO}}_2}^{t_0})V}{100W\left(t{-t}_0\right)}---\left(5\right)$

式中，

-呼吸速率，mL kg^-1h^-1；

V-自由体积，mL；

W-包装袋内果蔬质量，kg；

t₀-初始时刻，h；

T-测定时刻，h；

-T₀时刻容器中O₂和CO₂的体积分数，％；

-t时刻容器中O₂和CO₂的体积分数，％。

流动系统法是将恒定流速的已知比例气体通过装有果蔬的容器，气流带出果蔬呼出的CO₂和降低了含量的O₂。测定进、出口气流中O₂和CO₂体积分数的差值，即可计算出果蔬的呼吸速率。其呼吸速率为：

$r_{O_2}=\frac{(y_{O_2}^{\mathrm{in}}-y_{O_2}^{\mathrm{out}})F}{100W}---\left(6\right)$

$r_{C{O}_2}=\frac{(y_{{\mathrm{CO}}_2}^{\mathrm{out}}-y_{{\mathrm{CO}}_2}^{\mathrm{in}})F}{100W}---\left(7\right)$

式中，F-气体流速，mLh^-1

-进口O₂和CO₂体积分数，％；

-出口O₂和CO₂体积分数，％；

W-容器内果蔬质量，kg。

渗透系统法是将果蔬用已知气体透过率的薄膜包装，通过测定包装内部的O₂和CO₂含量的变化，计算O₂通过薄膜进入包装内部及CO₂通过薄膜透出包装的量来计算果蔬的呼吸速率。渗透系统法是基于果蔬呼吸达到动态平衡时，果蔬消耗的O₂与通过薄膜渗透进入的O₂是相等的。同理，果蔬因呼吸产生的CO₂与通过薄膜渗透出去的CO₂是相等的。渗透系统法测定呼吸速率的公式为：

$r_{O_2}=\frac{p_{O_2}A(x_{O_2}{p}_0-y_{O_2}P)}{100\mathrm{LW}}---\left(8\right)$

$r_{{\mathrm{CO}}_2}=\frac{p_{{\mathrm{CO}}_2}A(y_{{\mathrm{CO}}_2}P-x_{{\mathrm{CO}}_2}{P}_0)}{100\mathrm{LW}}---\left(9\right)$

式中，

-包装材料对O₂和CO₂的透过系数，mL m m^-2h^-1Pa^-1；

A-包装材料的表面积，m²；

L-包装材料的厚度，m；

-大气中O₂、CO₂体积分数，％；

-薄膜袋中O₂、CO₂体积分数，％；

P₀-大气压强，Pa；

P-薄膜袋内气体压强，Pa。

-呼吸速率，mLkg^-1h^-1；

W-果蔬重量，kg。

这三种呼吸速率测定方法都存在其局限性。例如，在密闭系统法中，很难精确测定气体的自由体积。同样，在密闭过程中由于果蔬呼吸作用发生的O₂的消耗与CO₂的产生又会再影响果蔬的呼吸速率。为了确定适宜的测定时间间隔，需要考虑两方面的问题，一方面是要有足够的浓度差，以保证采样后的气体体积分数较初始气体体积分数有显著的不同，才能用于呼吸速率的计算；另一方面浓度差要尽量地小，以保证测量过程中气体体积分数变化不会影响到果蔬的呼吸速率。封闭法的另一个重要缺陷是不能够测量气体成份为任意组合下的果蔬呼吸速率。另外，此方法不适合呼吸旺盛的果蔬，因为密闭的系统容积有限极易出现无氧呼吸。

流动系统法测量呼吸速率比密闭系统法精确，但进出口气体中的O₂、CO₂体积分数差值较小，使得它的应用受到仪器精度的限制。要准确地测量进出口气体体积分数的差值，必须谨慎选择气体的流速，流速过大会使进出口气体的体积分数差值过小，无法精确测量，而当流速过小时，会出现密闭系统法的测量误差。对于流动系统法来说其最大缺陷是对比较低的呼吸速度的预测不够精确。在低温和低O₂含量条件下，通常果蔬的呼吸速度都较低，因此不宜采用这种方法来测量低温气调贮藏下果蔬的呼吸速度。

在渗透系统法中，果蔬呼吸速率的测算是基于包装内外气体交换模型来实现的，并且是基于包装内外气体体积分数达到动态平衡的前提下，即果蔬因呼吸所消耗的O₂与外界通过薄膜渗入到包装内部的O₂是相等的，同样，果蔬因呼吸所产生的CO₂与包装内部通过薄膜渗出的CO₂是相等的。因此只适用于气调包装下果蔬呼吸速率的测定。

对于气调贮藏(CA)下的果蔬，从各测定方法的原理上来看，流动系统法最能够真实反应CA条件下果蔬的呼吸速率，但一般果蔬在低温气调条件下其呼吸速率较低，采用流动系统法要精确测量呼吸速率十分困难。渗透系统法测定气调包装下双孢蘑菇的呼吸速率能够较准确的反应气调包装到达稳态时双孢蘑菇的真实呼吸速率，但由于此法是针对MAP贮藏呼吸速率的测定，若用于CA条件下，不仅需将双孢蘑菇重新包装，操作过程复杂，而且也不能准确反应CA下果蔬的呼吸速率。目前，果蔬在CA条件下的呼吸速率多采用密闭系统法，此方法存在两大缺陷：一是若果蔬的呼吸熵不等于1时，由于呼出的CO₂与消耗的O₂体积不同，使得气体总体积发生变化。而在密闭条件下通常采用硬质容器，所以其表现为容器内气体压强发生变化，从而对测定结果造成影响；二是在测定过程中多是以空气为初始气体，此时测定的呼吸速率并不是其贮藏条件下的真实数值。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、测量数据准确的低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法。其技术方案为：

一种低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法，其特征在于采用以下步骤：

1)贮藏环境中的O₂体积分数为y_o0、CO₂体积分数为y_c0，将重量为W的果蔬从贮藏环境中取出，置于与贮藏环境温度相同的测定装置内，测定装置包括一针筒和一端插入针筒内的推杆，待果蔬放入后，针筒远离推杆的另一端密封一橡胶塞，记录此时针筒内的容积V₁以及针筒内的O₂、CO₂体积分数，分别记作y_o ⁰、y_c ⁰；

2)每间隔一定时间穿透橡胶塞从针筒中抽取定量气体，记录每次抽取气体的时间间隔t和气体的抽取量V₂，并测定每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ，抽取气体五次以上；

3)打开针筒，测定此时果蔬的体积V₃；

4)将步骤1)中的果蔬重量W和针筒内的容积V₁、步骤2)中每次抽取气体的时间间隔t、气体的抽取量V₂、每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ、步骤3)中果蔬的体积V₃代入公式(1)和公式(2)中，计算出每次测定的果蔬呼吸速率值，即r_o ⁱ和r_c ⁱ，

$r_o^i=\frac{(y_o^{i-1}-y_o^i)[V_1-(i-1)V_2-V_3]}{\mathrm{Wt}}---\left(1\right)$

$r_c^i=\frac{(y_c^i-y_c^{i-1})[V_1-(i-1)V_2-V_3]}{\mathrm{Wt}}---\left(2\right)$

式中，i-测量次数；

V₁-单位mL；

V₂-单位mL；

V₃-单位mL；

-第i次测量后O₂、CO₂呼吸速率值，单位mLkg^-1h^-1；

-第i次测量针筒内O₂、CO₂的体积分数，单位％；

i＝1时，

分别为步骤1)中针筒内的O₂、CO₂体积分数，即

5)利用步骤2)测得的每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ、步骤4)中计算出的每次果蔬呼吸速率值r_o ⁱ和r_c ⁱ，使用多重非线性回归得出公式(3)中的参数α_j，其中，j的值取0到5，再令y_o＝y_o0，y_c＝y_c0，代入公式(3)，计算出果蔬在其贮藏环境下的呼吸速率r_o和r_c

r_o(r_c)＝α₀+α₁y_o+α₂y_c+α₃(y_o)²+α₄(y_c)²+α₅y_oy_c    (3)。

本发明与现有技术相比，其优点是：整个测量过程中，果蔬贮存环境的压强不变，克服了传统密闭法的缺点，通过数学模型得出果蔬在某一气体条件下的呼吸速率，能更客观地反映CA条件下果蔬的呼吸速率，更适合用于气体条件与大气组分差别较大的CA贮藏下的呼吸速率测定。

附图说明

图1是本发明测定装置的结构示意图。

图中：1、针筒2、推杆3、橡胶塞

具体实施方式

实施例1，以双孢蘑菇为例，具体测量步骤为：

1)贮藏环境中的O₂体积分数y_o0为5％、CO₂体积分数y_c0为15％，将重量W为106.82g的双孢蘑菇从贮藏环境中取出，置于与贮藏环境温度5℃相同的测定装置内，测定装置包括一针筒1和一端插入针筒1内的推杆2，待双孢蘑菇放入后，针筒1远离推杆2的另一端密封一橡胶塞3，记录此时针筒1内的容积V₁为600mL，以及针筒1内的O₂、CO₂体积分数，分别记作y_o ⁰为20.95％、y_c ⁰为0.03％；

2)每间隔t为1h穿透橡胶塞3从针筒1中抽取V₂为10mL的气体，共抽取气体10次，每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ分别为18.98％、17.12％、15.38％、13.71％、12.11％、10.57％、9.05％、7.59％、6.18％、4.83％，CO₂体积分数y_c ⁱ分别为1.82％、3.54％、5.16％、6.73％、8.25％、9.73％、11.2％、12.63％、14.02％、15.37％；

3)打开针筒1，测定此时双孢蘑菇的体积V₃为65mL；

4)将步骤1)中的果蔬重量W和针筒1内的容积V₁、步骤2)中每次抽取气体的时间间隔t、气体的抽取量V₂、每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ、步骤3)中果蔬的体积V₃代入公式(1)和公式(2)中，计算出每次测定的果蔬呼吸速率值，即r_o ⁱ分别为98.67、91.42、83.89、78.95、74.14、69.92、67.59、63.56、60.06、56.24mL kg^-1h^-1，r_c ⁱ分别为89.65、84.54、78.10、74.22、70.44、67.20、65.37、62.25、59.21、56.24mL kg^-1h^-1，

$r_o^i=\frac{(y_o^{i-1}-y_o^i)[V_1-(i-1)V_2-V_3]}{\mathrm{Wt}}---\left(1\right)$

$r_c^i=\frac{(y_c^i-y_c^{i-1})[V_1-(i-1)V_2-V_3]}{\mathrm{Wt}}---\left(2\right)$

式中，i-测量次数；

V₁-单位mL；

V₂-单位mL；

V₃-单位mL；

-第i次测量后O₂、CO₂呼吸速率值，单位mLkg^-1h^-1；

-第i次测量针筒1内O₂、CO₂的体积分数，单位％；

i＝1时，

分别为步骤1)中针筒1内的O₂、CO₂体积分数，即

5)利用步骤2)测得的每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ、步骤4)中计算出的每次果蔬呼吸速率值r_o ⁱ和r_c ⁱ，使用多重非线性回归得出公式(3)中的参数α_j分别为-3.51×10⁴，3.36×10³，3.57×10³，-80.11，-90.46，-1.70×10²和-3.93×10⁴，3.68×10³，3.90×10³，-85.78，-96.79，-1.82×10²，其中，j的值取0到5，再令y_o＝y_o0，y_c＝y_c0，代入公式(3)，计算出果蔬在其贮藏环境下的呼吸速率r_o为60.03mL kg^-1h^-1和r_c为43.24mL kg^-1h^-1

r_o(r_c)＝α₀+α₁y_o+α₂y_c+α₃(y_o)²+α₄(y_c)²+α₅y_oy_c    (3)。

Claims (1)

1.一种低温气调贮藏下果蔬呼吸速率的测定方法，其特征在于采用以下步骤：

1)贮藏环境中的O₂体积分数为y_o0、CO₂体积分数为y_c0，将重量为W的果蔬从贮藏环境中取出，置于与贮藏环境温度相同的测定装置内，测定装置包括一针筒(1)和一端插入针筒(1)内的推杆(2)，待果蔬放入后，针筒(1)远离推杆(2)的另一端密封一橡胶塞(3)，记录此时针筒(1)内的容积V₁以及针筒(1)内的O₂、CO₂体积分数，分别记作y_o ⁰、y_c ⁰；

2)每间隔一定时间穿透橡胶塞(3)从针筒(1)中抽取定量气体，记录每次抽取气体的时间间隔t和气体的抽取量V₂，并测定每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ，抽取气体五次以上；

3)打开针筒(1)，测定此时果蔬的体积V₃；

4)将步骤1)中果蔬重量W和针筒(1)的容积V₁、步骤2)中每次抽取气体的时间间隔t、气体的抽取量V₂、每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ、步骤3)中果蔬的体积V₃代入公式(1)和公式(2)中，计算出每次测定的果蔬呼吸速率值，即r_o ⁱ和r_c ⁱ，

$r_o^i=\frac{(y_o^{i-1}-y_o^i)[V_1-(i-1)V_2-V_3]}{\mathrm{Wt}}---\left(1\right)$

$r_c^i=\frac{(y_c^i-y_c^{i-1})[V_1-(i-1)V_2-V_3]}{\mathrm{Wt}}---\left(2\right)$

式中，i-测量次数；

V₁-单位mL；

V₂-单位mL；

V₃-单位mL；

-第i次测量后O₂、CO₂呼吸速率值，单位mL kg^-1 h^-1；

-第i次测量针筒(1)内O₂、CO₂的体积分数，单位％；

i＝1时，

分别为步骤1)中针筒(1)内的O₂、CO₂体积分数，即

5)利用步骤2)测得的每次抽取气体中的O₂体积分数y_o ⁱ和CO₂体积分数y_c ⁱ、步骤4)中计算出的每次果蔬呼吸速率值r_o ⁱ和r_c ⁱ，使用多重非线性回归得出公式(3)中的参数α_j，其中，j的值取0到5，再令y_o＝y_o0，y_c＝y_c0，代入公式(3)，计算出果蔬在其贮藏环境下的呼吸速率r_o和r_c

r_o(r_c)＝α₀+α₁y_o+α₂y_c+α₃(y_o)²+α₄(y_c)²+α₅y_oy_c    (3)。

Images