草莓、香蕉和圣女果呼吸速率的測定及分析

張巖 張海燕 關靜 田峻帥

摘要：本文以草莓、香蕉、圣女果為研究對象，改造密閉系統法測量條件，觀測三種果蔬20℃條件下在密閉環境內氣體氛圍的變化，計算并對比三者的呼吸速率。結果表明：改造后的密閉系統適合進行氣體濃度變化的連續測量。隨著貯藏時間的增加，密閉容器內的氧氣濃度降低，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。本研究為果蔬氣調包裝的進一步發展提供可借鑒方法和實驗數據。

關鍵詞：果蔬；氣調保鮮；密閉系統法；呼吸速率

中圖分類號：TB48；TS255.3 文獻標識碼：A 文章編號：1400 （2021） 08-0029-04

基金項目：河南省重點研發與推廣專項（果蔬采后呼吸速率和自發氣調包裝關鍵技術的研究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

近年來果蔬業規模增大，但采后損失卻非常嚴重，據統計，我國果蔬儲運損耗高達30%[1]，已經成為制約果蔬業健康發展的瓶頸。氣調包裝可以有效延長果蔬保鮮期，它是通過改變包裝內的氣氛，使果蔬處在與空氣組成不同的氣氛環境中而延長儲存期的一種保鮮技術[2]。通過低溫下的氣調保鮮技術，果蔬損耗率可降到5%以內。儲存過程中氣體氛圍的調控是關鍵，而氣體氛圍與果蔬的呼吸速率密切相關。本文以人們日常喜愛的草莓、香蕉和圣女果為研究對象，改造密閉系統法呼吸速率測試條件，對比分析三種不同種類的果蔬呼吸速率的規律，為果蔬氣調包裝的研究提供可以借鑒的方法和實驗數據。

1 呼吸速率的測量方法

呼吸速率即一定溫度下單位時間單位質量的活細胞（組織）產生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。測量呼吸速率的方法分為密閉系統法、流動系統法和滲透系統法[3]。

1.1 密閉系統法

密閉系統法是將果蔬放入可開閉的密閉容器中，在恒定溫度下密閉一段時間后，根據容器中O2或CO2體積分數（濃度）的變化來計算呼吸速率[4]。

1.2 流動系統法

流動系統法就是讓擁有恒定流速的已知比例的氣體通過裝有果蔬的容器，由于流速的作用，會將容器內的CO2和O2帶出，經過測量流動氣體進、出口氣流中O2和CO2體積分數的差異，就可計算出呼吸速率[5]。

1.3 滲透系統法

滲透系統法就是用已知氣體透過率的薄膜將果蔬包裝起來，然后不斷的測量包裝內部O2和CO2含量的變化，用外界O2透過薄膜進入包裝內部或CO2透過薄膜進入外界環境的量來計算呼吸速率[6]。滲透系統法的采用是基于果蔬的呼吸達到了動態平衡，即果蔬消耗的O2與外界透過薄膜進入的O2的量是相等的，同理，CO2產生的量與滲透出去的相等。

1.4 三種測量方法分析

幾種測量方法都存在一定局限性。密閉系統法中，氧氣的消耗和二氧化碳的累積會影響果蔬呼吸速率。流動系統法需要測量進、出口氣體微小差別，對儀器的精度提出很高的要求[7]。滲透系統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），達到動態平衡的時間長，且不能反映出非穩態時氣調包裝果蔬的呼吸速率。綜合分析三種測量方法的優缺點后，本實驗選用相對方便且效果較穩定的密閉系統法，并結合測量儀器對密閉系統及氣體循環回路進行改造，減小誤差，實現連續測量。

2 材料與方法

2.1 儀器與原料

實驗主要儀器包括美國摩康公司（MOCON）出品的CheckMate 3頂空氣體分析儀和蘇州樂扣日用品有限公司出品的PP保鮮盒。

首先將PP保鮮盒頂蓋上開出兩個圓形孔洞，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。使用軟管將另外一孔與氣體分析儀后面的小孔連接，這樣就構成了氣體循環回路，測量過的部分氣體通過軟管回到保鮮盒，減少氣體損耗，提高測量精度。將氣體分析儀設置成一定間隔時間自動測量，即可實現密閉容器內氣體含量的連續測量。改造后的測量系統如圖1所示。

實驗使用的主要材料包括草莓、香蕉、圣女果，定點購于附近農貿市場，挑選形狀、顏色、成熟度一致的果實進行實驗。

2.2 試驗方法

打開氣體分析儀，預熱10分鐘。將待測的水果稱重后放入保鮮盒內，扣緊盒蓋，使用前面組裝好的密閉測量系統，采用間歇式自動測量模式，直到CO2或O2的體積分數連續幾次不再發生明顯變化。一種水果的測試一般要一周左右，最后分別得到三種水果的CO2和O2的體積分數數據，使用公式（1）和（2）得出呼吸速率數值。

3 結果與分析

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，隨著貯藏時間的延長，保鮮盒內的氣體組分發生了顯著變化，氧氣濃度逐漸減少，二氧化碳濃度逐漸增加。變化過程分為兩個階段，第一階段氧氣下降和二氧化碳濃度上升呈直線，呼吸速率較為穩定，有氧呼吸占主導。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，這部分無氧呼吸占主導，且呼吸速率低于有氧呼吸過程[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，二氧化碳濃度達到 17.9%；圣女果的氣體組分變化較平穩，在貯藏120h后，氧氣、二氧化碳濃度分別約為9.51%和9.80%。草莓在實驗過程中氧氣下降和二氧化碳濃度上升均呈直線，說明其呼吸速率穩定，未出現第二階段是因為草莓比其他兩種果蔬更容易腐敗，在70h后出現發霉現象，提前終止實驗。

3.2 呼吸速率的變化

對三種果蔬氣體組分測量后，用公式（1）和（2）進行呼吸速率的計算，得到20℃條件下三種果蔬呼吸速率的變化，結果如圖4和圖5所示。

隨著貯藏時間的延長，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。這主要是由于在保鮮盒中，環境密閉，果蔬的呼吸作用消耗盒內的O2，產生CO2。研究表明大多數果蔬的呼吸作用會隨著環境中氧氣濃度的下降而減弱，低氧高二氧化碳的氣體環境會對果蔬的呼吸起抑制作用[9]，這也是氣調包裝保鮮的依據。隨著貯藏時間的延長，香蕉和圣女果的呼吸速率逐漸降低，這說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]，沒有呼吸高峰，呈現出穩定的呼吸速率。

4 結論

在密閉環境中，隨著貯藏時間的增加，保鮮盒內的氧氣濃度降低，二氧化碳濃度增加；香蕉和圣女果的呼吸速率隨貯藏時間延長逐漸減緩，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。對比可以看出香蕉更適合使用氣調包裝進行保鮮，而草莓的呼吸平緩，呼吸速率受環境中氧氣和二氧化碳濃度變化影響很小，通過氣調進行保鮮的難度較大。

參考文獻：

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[10] 劉曉輝，楊明，華一帆.不同類型水果保鮮基礎研究[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2010，28（03）：52-54.