（食品科学专业论文）高压静电场保鲜装置改进及对几种呼吸跃变型果实的影响.pdf

摘要 前人在关于高压静电场保鲜的研究中没有涉及高压静电场产生的臭氧对果蔬的作用。本 研究首先研究了前人的高压静电场保鲜试验台内产生的臭氧的浓度，发现其浓度达到了作用 于果蔬的最低浓度值，于是利用涂布绝缘漆以及加装臭氧隔绝装置的方法改造了前人的高压 静电保鲜试验装置并以番茄为试材，对单纯高压静电场的保鲜效果进行了初评。试验结果 发现，改进后的高压静电保鲜装置能够有效地排除臭氧对果蔬的影响；单纯利用高压静电场 保鲜果蔬也有明显的效果。 本研究通过试验选用了1 0 0 k v m ，2 h d 的电场作用条件，以苹果、桃和梨这三种呼吸跃 变型果实为试材，研究了单纯高压静电场对果实感官属性、腐烂率、失重率、呼吸强度、硬 度、可溶性糖含量、可滴定酸含量以及v c 含量等采后品质的影响，并且从活性氧代谢入手， 研究了高压静电场对s o d 活性、c a t 活性、m d a 含量以及相对电导率的影响。 结果发现高压静电场处理能够降低几种呼吸跃变型果实采后的腐烂率、失重率，并能使 果实保持良好的外观品质，可以抑制果实的呼吸作用和可溶性糖含量的积累，抑制果实硬度、 可滴定酸含量和v c 含量的降低；并且外加高压静电场后，提高了超氧化物歧化酶s o d 和过 氧化氡酶c a t 的活性，抑制了丙二醛m d a 和果实相对电导率的升高，保持了果实细胞膜的完 整性，延缓了嗯果实的衰老。： 关键词：高压静电场，臭氧，品质，活性氧代谢 a b s t r a c t i nt h i sr e s e a r c h ，t h eg e n e r a t i n ga b i l i t yo fo z o n ei nt h ep r e v i o u se q u i p m e n tw a sm e a s u r e da t f i r s t , a n df o u n dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fo z o n ei ns t o r a g es p a c ew a sh i g h e re n o u g ht oi n f l u e n c e t h ef r u i t s ot h ep r e v i o u se q u i p m e n tw a sc h a n g e db yp a i n t i n gi n s u l a t i v eo i lp a i n ta n da d da n i s o l a t i o nf i x i n g , t h er e s u l ti st h eg e n e r a t i n ga b i l i t yw a sr e d u c e dt ol o wc a nb ei g n o r e di nt h e c h a n g e de q u i p m e n t , a n d t ot o m a t o ，o n l yt h eh i g hv o l t a g es t a t i ce l e c t r i ch e l dc a v e f ) s t i l lc a n k e e p i tf l e s h i nt h er e s e a r c h ，l o o k v ma n d2 h dw e r ec h o s e nb ye x p e r i m e n t a n da p p l e ，p e a c ha n dp e a r w e r ei n v e s t i g a t e di ni t s o m ei n d e xo fp o s t - h a r v e s tq u a l i t i e sw e r em e a s u r e dd u r i n g s t o r a g es u c ha s s e n s o r yp r o p e r t y , r o tr a t e ，w e i g h t l o o s e r a t e ，r e s p i r a t o r ya c t i v i t y , f r u i tf i r m n e s s ，c o n t e n to f d i s s o l v a b l es u g a r , a c i d r y , c o n t e n to fv c a n ds o d a c t i v i t y , c a ta c t i v i t y , c o n t e n to fm d a a n d r e l a t i v ec o n d u c t a n c ew a sm e a s u r e da st h ei n d e x a b o u tt h ea c t i v eo x y g c n em e t a b o l i s ms y s t e m t h er e s u l t sa r e ：t h eh v e fc a nr e d u c et h er o tr a t ea n dw e i g h tl o o s er a t e ，r e s t r a i n e db r e a t h a n dt h ea c c u m u l a t i o no fd i s s o l v a b l es u g a t , a n dt h eh v e fc a nr e s t r a i n e dc h er e d u e t i o no ff i r m n e s s 。 a c i d i t ya n dc o n t e n to fv c t h eh v e f a d v a n c e ds o da n dc a t a c t i v i t yi nf r u i t r e s t r a i n e dt h e i n c r e a s eo fc o n t e n to fm d aa n dr e l a t i v ec o n d u c t a n c e s o ，t h eh v e fc a nr e d u c e dt h em a t u r a t i n g a n ds e n e s c e n c es p e e db y a d v a n c i n gt h ea c t i v i t yo fe n z y m ec l e a no u tt h es u p e r o x i d ea n dh y d r o g e n p e r o x i d ea n dk e e pi n m g r a l i t yo f m e m b r a n e k e y w o r d ：h v e f , o z o n e ，q u a l i t y , a c t i v eo x y g e n em e t a b o l i s ms y s t e m i j 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 町底 时间： 矽p 中年莎月侣日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：眵1 有 时间：妒口牛年6 月俘日 导师签名： 爱。 一鬈 时间：7 刀口甲年占月，g 日 0 1 + i h 。乩二；矗 中国农业大学硕士学位论文 第一章：绪论 第一章绪论 1 1 我国果蔬产业发展现状 水果和蔬菜是我国农业生产中一类重要的产品，也是人们日常生活中不可缺少的食品之 一。果蔬具有令人愉悦的滋味，清爽可口，风味各异，富含糖类、各种维生素、有机酸、矿物 质等，深受消费者喜爱。随着社会发展和物质文化水平的不断提高，许多国家都把人均消费果 蔬的数量作为衡量一个国家和地区人们生活水平高低的重要指标。由此可见，果蔬在国民经济 发展中具有相当高的地位。 近十几年来，我国果蔬种植面积和产量的增长都相当迅速，已成为世界水果( 1 9 9 3 年) 和蔬菜( 1 9 9 7 年) 的第一生产大国。据统计，到2 0 0 1 年，水果的栽培面积达8 6 7 万公顷，占 世界面积的1 8 。产量6 7 7 6 万吨，年均增长9 8 3 。蔬菜面积达到1 4 6 7 万公顷，产量4 4 亿吨， 成为仅次于粮食的第二大农作物，占世界产量的6 0 。我国居民个人水果年消费总量至2 0 0 0 年 达3 7 3 0 万吨，年均增长1 8 ，预计到2 0 0 5 年将达到5 0 0 0 万吨。我国人均蔬菜占有量为3 1 i 公斤，超出世界人均水平2 倍。但是由于果蔬产品流通不畅和贮藏加工业相对薄弱，不能满足 种植业发展的需要，每年都有相当一部分果蔬产品因滞销和缺乏贮藏加工措施或能力不足而腐 烂，损失严重。如1 9 9 8 年，全国果蔬总产量的2 5 左右因变质而浪费，损失约1 5 0 0 亿元；1 9 9 9 年。全国果品总产量已达6 1 0 0 万吨果品的采后损失也占总产量的2 5 左右。由此可见，我国 经过保鲜贮藏的果蔬比例与国外相比差距很大，由于经过保鲜贮藏的果蔬比例非常小，果蔬保 鲜处理不好，致使果品每年损耗率在2 0 3 0 ，蔬菜每年的损耗率达3 0 ，果蔬每年的损耗量上 亿吨，每年我国有7 5 0 亿元的果蔬产值在腐烂中损失掉。如果能使我国果蔬损耗率降低3 5 。 全国每年可至少减少果品损耗2 0 0 万吨，减少蔬菜损耗1 0 0 0 多万吨；如果贮藏保鲜量占到总产 量的1 5 2 0 ，年贮藏保鲜量为6 0 0 0 万吨到8 0 0 0 万吨。按每公斤贮藏以0 4 元计算，全国的 果蔬保鲜产值可增加2 4 0 亿元至3 8 0 亿元。 所以说，我国果蔬贮藏保鲜的形势是十分严峻的。主要问题可以归结为以下几个方面：第 一、根据资料显示，我国果蔬贮藏能力不足。目前贮藏能力仅为1 7 0 0 万吨左右，只占果蔬总产 量的1 4 ，其中冷藏能力在1 0 0 0 万吨左右。而我国人均消耗果品增辐较慢，出口数量相对处 于较低水平，这与果品产量的增长速度不尽协调。蔬菜因其产品主要是鲜销，对种植者的压力 巨大。除一些相对较耐贮藏的蔬菜品种如胡萝h 、马铃薯、大蒜等之外，相当大部分果菜类、 叶菜类及名特蔬菜、时令蔬菜等必须依赖贮藏保鲜的作用。同时因果蔬保鲜的难度较大，也使 得贮藏保鲜的数量和时间受到限制。所以贮藏设施的配套是必须引起高度重视的问题。第二、 在我国还未建立适合国情的科学合理的果蔬冷藏链。果蔬是易腐原料，在冷藏运输过程中原料 品质、处理工艺和包装还存在一定的问题；运输的环境条件如保护措施、清洁卫生和稳定的低 温条件还不能充分得到保证；整体冷藏运输能力，包括冷藏运输设备数量、设备质量及快速作 业的组织还需进一步提高。第三、果蔬贮运保鲜技术推广普及率低。尽管果蔬保鲜的技术研究 和生产使用已具有一定规模，但主要是在果蔬产区，而常规的保鲜措施和切实有效的保鲜新技 术仍显匮乏。第四、果蔬采后商品化处理的意识淡薄，设旌缺乏。在大部分果蔬产地采后的商 中国农业大学硕士学位论文第一章：绪论 品化处理是一个薄弱环节。其中8 0 的果蔬未经过预冷处理就装车运输，造成3 0 5 0 的产品质 量下降，腐烂率较高；果蔬采后分级、防腐处理、包装、标准化经营程度较低，制约了果蔬保 鲜技术产业化的进程。因此，果蔬的种植者并没有因增产而增收，而且出现物贱伤农的现象。 所以现在我国果蔬产业发展的主要矛盾已不在生产，而在于流通。要流通顺畅。就必须依赖于 果蔬的贮藏保鲜和加工技术。这是果蔬生产中的重要环节，是规模化果蔬产业发展的重要技术 之一。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国内外常用保鲜方法及发展趋势 国内外对果蔬保鲜技术的研究一直非常活跃，有关的新方法、新技术不断出现。按照保鲜 技术实施的特征，可以归结为以下的几大类型。 1 2 1 ，1 化学法保鲜。 化学法保鲜以它高效，使用方便，价格相对低廉的特点普遍受到欢迎。从化学药剂使用的 目的来看，目前在果蔬保鲜中使用较多的化学药剂大致可分为三类：一是消毒灭菌剂，二是生 长调节剂三是保鲜剂( 抗氧化剂吸氧剂，涂膜剂) 。消毒剂的应用目前很普遍，如s 0 2 类， 漂白粉，过氧醋酸，苯甲酸等。此法是一种经济、高效、简便的保鲜方法，效果普遍良好，但 是其单一的保鲜作用是有限的，因此应用时多选用几种消毒灭菌剂混合使用。植物生长调节剂 一般多用在植物生长时期或采后处理及贮藏初期，通过调节生理代谢来延长果蔬的成熟衰老时 间。常用的有奈乙酸、赤霉素、细胞分裂素等”1 。使用后有减少叶绿素的降解。推迟成熟，降 低呼吸强度。减少变色的作用，目前在生产中已广泛使用。保鲜剂属于在果蔬采后处理、运输、 销售过程中使用的一类维持原料原有新鲜状态的化学物质的总称。它所起的作用主要是防止水 分蒸发，控制呼吸代谢，保持果蔬光泽，抑制病虫害等。近年发展起来的涂膜保鲜技术在果蔬 上的应用日趋增多。涂膜保鲜剂的基本构成为：大分子物质+ 乳化剂+ 防腐成分+ 溶剂。其中壳聚 糖、蜡、淀粉、蛋白质、油脂等使用较多，涂膜保鲜剂可在一定程度上取代果蔬包装膜的作用， 还可以使果蔬表面光亮，减少表皮损伤，减少氧化，增强愈伤能力等”1 。化学法保鲜虽然在现 阶段应用得十分广泛，但是在使用之后，化学药剂会或多或少地残留在果蔬表面，这就给果蔬 产品的安全性留下了隐患，而且也不利于消费者接受。 1 2 1 2 物理保鲜法。 物理保鲜法是应用晟为广泛的果蔬保鲜方法之一。控制温度、湿度、调节气体成分、辐照、 加热、外加包装、减压等都属此类。从简单的窖藏以及近年推出的m a p ( 自发气调贮藏) 到还 正处于研究阶段的放电保鲜、电磁处理技术等有关研究成果不断出现。选择性通透包装膜的研 究也非常活跃“1 。最近，美国、英国、日本、以色列正在加紧具有独特结构的果蔬保鲜包装物 2 中国农业大学硕士学位论文第一章：绪论 的研究，如日本研究的夹有高渗糖浆的双层半透性膜，可缓慢吸收果蔬表面渗出的水分；美国 开发出一种能使切开的水果蔬菜保持新鲜的薄膜，这种膜透明、无异味、可食、防止褐变，还 可减少脱水和防止微生物侵入；以色列正研究一种空气夹层包装物，具有调节温湿度和隔绝氧 气的作用，保鲜效果良好。辐射法保鲜的研究自1 8 9 6 年开始至今己不断深入扩大。目前在马铃 薯、洋葱、大蒜、蘑菇、草莓等果蔬上已有二十多个国家批准使用辐射保藏方法。其作用是防 止发芽、生根、杀死虫卵，防止果实软化，杀菌等。辐射能调节果蔬的呼吸和后熟，延缓衰老。 减压和增压贮藏实际是气调的发展0 1 ，国内外均有报道，但因该方法对设备、环境等条件的要 求高，操作困难，成本高，故很少在生产上使用。 1 2 1 3 生物保鲜法。 生物保鲜法是近十年才开始兴起的。主要有以下两个方面：生物防治在果蔬保鲜上的应 用。生物防治是利用生物方法降低或防治果蔬采后腐烂损失，通常有以下四种策略，即降低病 原微生物、预防或消除田间侵染、钝化伤害侵染以及抑制病害的发生和传播暇”。利用遗传基 因进行保鲜”1 。通过遗传基因的操作从内部控制果蔬后熟；利用d n h 的重组和操作技术，来修 饰遗传信息：或用反d n h 技术革新来抑制成熟基因的表达，进行基因改良，从而达到推迟果蔬 成熟衰败，延长贮藏期的目的。从今后的发展趋势看，生物法保鲜具有针对性强，作用条件缓 和，适宜于产地规模化处理，已越来越多的受到各国关注，预计不久在某些商业应用上会获得 收益。 综上所述，果蔬保鲜技术的发展可谓百花齐放，日新月异。 但是这些保鲜方法也存在着一些问题，主要有采收时缺乏可靠的成熟度指标；储运时粗劣 的生产处理，引起机械损伤；贮藏时不适当的温度、湿度控制；不适当的病害控制；缺少等级 标准等等。过去传统的果蔬保鲜技术已不能满足现代人们对果蔬的需求。未来果蔬采后生物学 研究是从细胞与分子上阐明果蔬成熟与衰败的机理，从而指导新的有效的采后贮藏保鲜技术的 研究开发。 1 2 2 高压静电场生物效应的研究进展 大自然造就了人类和一切有生命机体的适宜生存环境。人类赖以生存的地球既是一个大磁 体，也是一个带电体。在一般情况下，大气电离层相对于地面有大约3 6 0 k v 的正电压，地球表 面存在着电场强度约为1 3 0 v m 的电场，大气中含有约1 0 0 5 0 0 个m 3 的空气离子。在地球上生 存繁衍的人类及各种生物就是生活在静电场与磁场、重力场、引力场等共存的环境中，当地球 环境中的某一因素变化时，会给人类及生物体的正常生活和生长带来影响，造成某些方面的不 适应，并可能诱发种种疾病或变异。另外，各种生物体本身也会产生电磁现象，如人体器官和 组织就有脑电、心电、肌电等，并且人们早已知道通过这些生物电的测量可以判断一个人的身 体健康状况如何。人们测定出生物体细胞膜内外有约7 0 8 0 m v 的电位差，这个电位差是细胞膜 进行新陈代谢不可缺少的条件之一。任何一个生物体在运动过程都有生物电产生，在活动部位 3 中国农业大学硕士学位论文 第一章：绪论 由于电压效应而产生一个电位差，这个电位差是生命正常代谢所必需的如长期缺乏体育运动 的人由于产生这种电位差的不足，容易患骨质疏松等疾病。自然静电现象是人类及各种生物体 生命过程中必不可少的因素之一，生物具有静电效应是不容置疑的。而需要深入研究、开发利 用的是：根据生物静电效应的客观机理，在自然静电场的作用下，再创造一种人为的、更加适 宜于生物体生命过程需要的附加静电场，用以激活某些生命过程，提高生命过程的质量。 高压静电场的生物效应研究最早始于上个世纪6 0 年代，m u r r 首先发现5 0 k y m 以上的高 压静电场处理鸡足草，使其干重减少，叶片发生灼伤”1 ；1 9 6 6 年s i d a w a y 又发现电场能够影 响植物种子的萌发“。7 0 年代以来美国、前苏联、日本等国对生物电磁理论进行了许多研究“” ”3 。前苏联在作物的生长发育方面研究颇多；美国则对动物特别是神经方面的电磁反应较为突 出：日本和前苏联对生物中水的构造与电磁处理的关系更为关注。前苏联学者用实验证实了电 磁场处理水可使酶的活性降低；日本学者上平恒提出了细胞内水的相层结构模型；美国人的研 究也记载了电磁场通过改变水结构，从而使生物体生理活动受到抑制的实验结果。 1 9 9 4 年中国农业大学李里特教授在进行果实贮藏实验中发现，一定条件电磁场作用对果蔬 的生理活动及冰点均有显著影响之后，国内的很多学者对电场的生物效应作了大量的研究，其 研究领域主要包括，高压静电场对作物种子的影响，高压静电场对食品的冻结解冻的影响以及 高压静电场对果蔬保鲜的影响等。如赵剑等“4 1 发现，静电场处理提高了种子抗吸胀冷害的能力， 提高了种子的发芽率；康敏等“”用l o k v c m 的正静电场处理番茄和小青菜种子，发现可使番茄 出苗数增加3 0 ，产量增加9 9 1 ，小青菜出苗数增加3 3 4 ，产量增加1 8 3 ：谢晶等”“发现， 慢冻的马铃薯在5 0 k v m 场强下解冻所需时间比无电场下解冻的多2 4 ，而在场强为2 0 0 k v m 的 电场下，解冻仅为无电场下解冻所需时间的6 0 ；张全国等”用l o o k v m 的高压静电场处理 4 5 m i n 后，可使番茄的呼吸高峰推迟4 d 出现并能有效地保持番茄较高的抗压强度和较低的失重 率；王颉等“”的研究表明l o o k v m 的高压静电场能使冬枣的呼吸跃变推迟7 0 d ，使桃的呼吸高 峰降低了4 1 7 ，并对冬枣和桃的果皮相对电导率也有一定的影响。 1 2 3 高压静电场保鲜的研究进展 目前，对于利用高压电场来实现保鲜的实验性报道较多，前人试验发现“”，高压静电场 ( 5 0 2 0 0 k v m ) 对于红星苹果、青椒和荔枝等果蔬均具有提高好果率，保持硬度等作用，能够 起到抑制果实的采后代谢，延长贮藏期的作用。 但是高压静电场的保鲜机制尚不完全清楚，存在着不同的见解，共有3 种值得重视的设想 和研究途径。 1 2 3 ，1 外加电场改变生物细胞膜的跨膜电位理论。这方面的研究主要是源于美、英等国学者 对在电场下植物根细胞和动物细胞生长受到抑制的研究。霍尔和贝克“认为在水溶液中一个离 子要穿过细胞膜，除了需要一定的载体来传递外，更重要的是它受到2 种驱动力的作用：一种 来自膜内外两侧的( 浓度) 化学梯度，另一种则是由于透过膜的电荷运动所造成的电势梯度( 膜 电位) 。这两者总起来叫电化学梯度。也就是说电化学梯度将决定离子的运动方向以及对膜的透 过情况。膜电位v m 在正常情况下叉分为两个部分：一部分是扩散平衡电势e e q 另一部分是外 4 中国农业大学硕士学位论文第一章：绪论 电场的附加电势e a ，用公式表示为：v m = e e q + e a 。在外加电场的情况下，若外加电场方向与膜 电位正方向一致，则膜电位差增大，反之则减小。膜电位差的改变必然伴随着膜两边的带电离 子的定向移动，从而产生生物电流带动生化反应，抑制a t p 的生成，延缓细胞的新陈代谢， 从而达到保鲜的目的。 1 2 3 。2 内部生物电场影响呼吸系统电子传递体理论。这秘理论认为：果实在采摘后一般情 况下表现为果皮带正电，果芯带负电，但是当果实的周围加上高压电场后果皮与果芯的电位差 却由于发生电场感应而得到加强。而生物体内的氧化还原反应主要是以f e 来充当电子传递体， 利用f e 2 + 和f e ”之间的往复转变从某反应物获得电子，再传递给另一反应物，实现细胞内的 生化反应。更进一步讲，反映果蔬贮藏中呼吸强弱的氧化酶的辅基是含f e 的有机物，当处于负 电场中时。f e ”容易得到一个电子而变成还原态的f e “。这就意味着在外加电场的作用下，电位 差的增大使控制果蔬呼吸的酶以f e “为中心的构象发生了变化，即f e “变成了还原态的f e “。这 样，可以认为酶的活性中心的改变使酶失去了活性，果蔬的呼吸作用将逐渐减缓，以达到保鲜 的目的。 1 - 2 3 3 外加电场引起水的共鸣理论。有科学家“发现水本身并非单纯的液体，而是具有一定 构造的物质，于是从水的构造的角度开拓了对生物膜研究的新领域。他们认为：外加能量场使 水发生共鸣现象，引起水结构及水与酶的结合状态发生变化，最终导致酶失活。这一理论认为， 水是一种由氢键结合而成的具有一定结构( 水分子团) 的液体。由于水分子是极性分子，所以 这种结构并非固定不变的，而是一种动态的结构。以日本学者为代表的许多国家的学者发现“， 水与其他物质一样存在固有的频率，当外加引起共鸣的能量场( 如高压静电场) 时，水也能发 生共鸣，而水的这种共鸣现象极有可能引起水的结构改变使它成为活化水或活性化水。而影 响果蔬生理反应的，主要是果蔬内酶的活性，而酶蛋白周围的水分不仅是果蔬生存的条件，更 是果蔬细胞的重要组成部分。水结构上的任何变化理所当然要影响果蔬生理上的改变。当外加 静电场作用于酶周围的水分使其结构发生变化时，在一定条件下极可能改变水与酶的结合状态， 使酶的活性不能发挥出来，从而失去活性。酶的失活必将延缓果蔬的生理代谢过程，达到保鲜 的目的。 静电保鲜是利用静电效应调节生物体代谢的研究中一个十分引入注目的课题；随着人民生 活水平的提高。对果蔬产品需求的数量越来越大、质量要求越来越高；同时由于农业生产力的 发展，产品也越来越多。但其生产又有季节性；因此如何保持成品的鲜度和品质也就越来越受 到人们的关注。新鲜的果品蔬菜都是有一定生物活性的食品，要保持良好品质和新鲜程度，就 要抑制其本身的生理生化活动及微生物的繁殖，同时还要防止外来的污染。这就是食品保鲜所 要解决的问题。食品保存一般总是希望环境温度愈低愈好，因此静电保鲜总是选择在温度较低、 避光、避风的室内或地窑中进行。静电保鲜还是处于试验、发展中的新技术。由于静电保鲜技 术具有设备简单、成本低廉、能耗少及保鲜程度高等优点，使其有着极好的发展前景。静电保 鲜处理是一种物理过程，不残留余毒，不会造成二次环境污染，因此特别适用于大规模推广。 前人通过大量实验研究表明，高压静电场能够有效的抑制贮藏过程中果蔬的呼吸延缓果 5 中国农业大学硕士学位论文第一章：绪论 蔬的衰老，具有良好的保鲜效果。本项研究的目的在于：在区分了静电场产生的臭氧的保鲜效 果和高压静电场的保鲜效果后，确认高压静电场的保鲜作用，研究单纯高压静电场对几种呼吸 跃变型果蔬采后品质的影响情况，并从活性氧代谢的角度入手，对高压静电场对几种呼吸跃变 型果蔬采后代谢过程影响机理进行了探索。力求从现象及理论上解决高压静电场在果蔬保鲜中 的一些问惩，为今后高压静电场在果蔬保鲜方面的进一步推广打下理论基础。 1 3 存在的问题 综上所述，高压静电场的生物学效应已有了一些研究和报道，但是果蔬贮藏保鲜领域的报 道较少，在仅有的一些报道中，研究者大都忽略了外加高压静电场所产生的臭氧对果蔬的影响， 而在实际操作过程中，在加工精度不同的电极上施加高电压，难免会因为尖端放电而产生一定 量的臭氧。臭氧作为一种安全的消毒剂，应用空气净化和水处理已有几十年的历史。目前，臭 氧气体已被试验用于果蔬的采后处理上，许多报道证实，臭氧对于果蔬有一定的保鲜效果。如 果忽略了臭氧对果蔬的保鲜作用，这将不利于我们对高压静电场保鲜作用效果以及作用机制的 进一步探讨。 另外，前人的研究大多数只是对外加高压静电场下某种果蔬采后一些生理指标变化的描述， 没有较为系统的研究高压静电场对某一类果蔬生理变化的影响，更没有总结出普遍的规律，深 入研究高压静电场对于果蔬的作用机制。 故在利用高压静电场保鲜果蔬领域，主要存在的问题有： 1 没有区分臭氧的保鲜效果和高压静电场的保鲜效果； 2 没有系统的试验找出对于某一类果蔬来说是较为合适的作用场强、作用时间等技术参数； 3 尚未以试验数据为依据提出并证实较合理的高压静电场作用机制原理。 1 4 研究内容及目标 1 用较为严密的实验排除非静电场的其他因素对果蔬的影响进一步确定高压静电场的保鲜 作用： 2 找出高压静电场对呼吸跃变型果蔬作用的最佳条件，确定今后推广使用的技术数据和应用 范围； 3 研究单纯的高压静电场作用对几种呼吸跃变型果实采后品质的影响情况，总结高压静电场 对呼吸跃变型果实采后品质的影响规律。 4 探索高压静电场保鲜的机理。在前人的基础上，从活性氧代谢方面探讨高压静电场保鲜的 机理，为其今后的广泛应用奠定理论基础。 6 中国农业太学硕士学位论文第二章：高压静电保鲜装置的改进 2 1 引言 第二章高压静电保鲜试验装置的改进 关于高压静电场的研究已经开展多年，但是都没有涉及静电场作用过程中产生的臭氧对果蔬 的作用。而在实际操作过程中，在加工精度不同的电极上施加高电压，难免会因为尖端放电而产 生一定量的臭氧，而达到一定浓度的臭氧对于果蔬保鲜也是有影响的。 臭氧是氧气的同素异形体，分子式为如。在室温下是一种淡蓝色气体，有特殊臭味，故名臭 氧。它在水中的溶解度较低( 为3 ) ，空气中含1 5 2 0 的臭氧时具有爆炸性。臭氧很不稳定，可 自行分解为氧气在空气中的半衰期一般为2 0 5 0 m i n 。 臭氧是一种强氧化剂，具有广谱、高效的杀菌作用。将菠菜、莴苣和草莓低温贮藏在0 0 5 0 5ul l 的臭氧中7 d ，0 0 51 tl l 臭氧处理的果蔬，其细菌含量降低i 2 i 3 ，而在0 5ul l 条件下，则完全检测不到细菌，草莓果实上的真菌也得到有效的抑制”。p a l o u 等“”在柑橘果实 上的试验表明，臭氧贮藏延缓了p e n i c i l l i u md i g i t a t u m 和p e n i c i l l i u mi t a l i c u m 的产生，抑制或减少 了孢子的形成。喻景权等1 对培养液中2 种植物病原菌进行臭氧处理，表明当通入臭氧后，2 种 病原菌的菌数均随差异处理时间的增加而明显减少。臭氧处理4 m i n 后，番茄青枯病原菌菌数降至 原来的5 0 左右，9 0 m i n 后则起到了完全杀灭的效果；相比之下，对番茄枯萎病原菌的杀菌效果不 如青枯病原菌明显，5 0 的病原茵死亡所需时间为6 0 m i n ，全部杀灭则需要1 2 0 m i n 。臭氧的杀菌防 腐是依赖其强氧化性达到杀灭微生物的目的的它与微生物细胞中的多种有效成分产生反应而产 生不可逆的变化，其过程是：臭氧先作用于细胞膜，使膜透性增加，细胞内部物质外流，细胞失 去活力，导致新陈代谢受阻，臭氧继续渗透破坏膜内组织直至杀灭微生物。 近年来。国内外均有不少利用臭氧进行果蔬保鲜的报道。黄韵珠等“”用0 3 ul l 臭氧处理冬 果梨和金冠苹果。每月处理一次，每次1 h ，于土窖中贮藏，结果表明，与对照相比，臭氧处理的 冬果梨和金冠苹果烂果率分别减少1 3 8 8 9 6 和2 8 7 ，商品损失率分别减少1 4 6 和8 0 5 ，延缓了 果实硬度的下降速度，延长了果实的贮藏时间。p e a n o 等”在红醋栗上的实验表明，臭氧处理后， 冷藏6 7 周后的腐烂发生率显著降低。另外。也有报道显示，臭氧处理可以在一定程度上保持果 蔬的营养成分，如p e r e z 等“发现草莓在2 ，含0 3 5ul l 臭氧的空气中处理3 d 后，转移到 2 0 模拟货架条件下，v c 含量是对照的3 倍；b o u n o u s 等。在兰梅上的试验表明，与高二氧化碳 贮藏相比臭氧处理的果实的可溶性固形物含量上升。但是臭氧处理也可能会给果蔬品质带来不 利的影响，如臭氧处理虽然使胡萝p 色泽更亮，但是却使香味减少”“；也有学者”发现臭氧处理 会使草莓香味减少、变色加剧。 由此可见，臭氧不仅能够有效杀灭果蔬表面的微生物，而且在一定浓度范围内还将对果蔬的 采后生理有着很大的影响。而在以前的研究中并没有涉及静电场作用过程中产生的臭氧对果蔬的 影响情况，这就实际上是研究了高压静电场和臭氧协同作用对果蔬生理的影响。这对于研究高压 静电场对果蔬的作用是不利的。本章将对前人试验中的高压静电场装置的臭氧产生能力进行测定 与评价，改造原有装置，并对单纯高压静电场的保鲜效果做出初步评价。 7 2 2 材料与方法 2 2 1 试验材料 番茄，“佳粉1 5 号”，果实于2 0 0 3 年6 月采自北京市昌平建民果园。选择形状相似，大小一 致的顶红期果实作为试材，预冷后贮藏于中国农业大学食品学院试验冷库。 2 2 2 仪器与试剂 本试验中所用仪器设备与试剂见表2 一l 和表2 2 表2 - 1 试验所用仪器设备表 t a b 2 1t h ei n s t r u m e n t su s e di nt h ee x p e r i m e n t 表2 - 2 试验所用试剂表 t a b 2 - 2t h et e a g e m su s e di nt h ee x p e r i m e n t 8 中国农业大学硕士学位论文第二章：高压静电保鲜装置的改进 2 2 3 试验方法 将原始保鲜实验装置安装于冷库内，冷库温度1 0 ，相对湿度( r h ) 9 0 。待冷库工作正常 后利用高电压发生装置建立2 0 0 k v m 高压静电场，分别处理一段时间( 0 、0 5 h 、l h 、1 5 h 、2 h ) 后关闭高电压发生装置，利用接地放电棒消除极板上残余电荷。立即测定冷库内部空气中臭氧含 量，采气量2 0 l 。 改造前人的试验装置后重复以上试验。 把番茄果实分成2 组。每组8 0 个果实，分别放入改造后的高压静电场保鲜试验台中。第1 组为不作任何处理的对照，第2 组用场强为2 0 0 k v m 的高压静电场每天处理2 h 。试验台内的温度 为8 ；相对湿度为9 5 。3 0 d 后分别测定两组的腐烂率、失重率，并进行感官评价。 2 2 4 测定方法 臭氧测定方法：参照中华人民共和国国家标准g b t1 5 4 3 7 1 9 9 5 环境空气臭氧的测 定靛蓝二璜酸纳分光光度法测定1 。用硅橡胶管连接两个内装9 m l 靛蓝二磺酸钠吸收液的棕 色多孔玻板吸收管，以0 3 l m i n 的流量采气至第一支管中的吸收液颜色明显减退时立即停止采 样。再将前后两支吸收管中的样品分别移入比色管中，用少量水洗吸收管，使总体积均为1 0 o m l ， 各管摇匀，以水作参比，在波长6 1 0 n m 下测定吸光度值。根据标准曲线得山计算因子( 标准曲线 的制作方法见附录) ，然后按下式计算臭氧的浓度： 一陋。一a t ) + 一a 2 ) 】b ， 式中：c ：臭氧浓度( m g m 3 ) ；a 0 ：试剂空白溶液吸光度：a t ：第支样品管溶液的吸光度； & ：第二支样品管溶液的吸光度：b 。：根据标准曲线得到的计算因子( t a g m l ) ； v o ：换算成标准状况下的采样体积( l ) 。 腐烂率测定：贮藏结束时计算腐烂的果实数，按下面公式计算腐烂率。 腐烂率= 里兰1 5 i ! i ；：； | 铲。 失重率的测定：称量贮藏前后果实的总重量，按下面公式计算失重率。 失重率= ( t 一堡：i ! ；| i ；攀1 。 感官评价：采用模糊数学综合评价法“1 。具体步骤见下： 1 确定需要感官评价的因素：各评价因素、描述及评分方法见表2 - 3 。 9 表2 - 3 感官实验评价因素表 ：! 塑：! 兰! 生! 堂生! ! ! ! 墅! ! ! ! 坐! ! 兰! ! ! ! ：2 1 1 竺! 坐一一一 篓型堕童 塑垄 矍佥查堕 一 外观新鲜程度( u 。)外观新鲜饱满的程度 外观越新鲜饱满得分越高 颜色( u ：) 果实表面的红色程度 颜色越红得分越低 硬度( u 0用牙齿咬时需要的力的强度 强度越大得分越高 甜味( u ) 甜味的程度 越甜得分越高 酸味( u 0酸味的程度 酸味越小得分越高 多汁性( u 0 咀嚼时释放果汁的程度 释放的果汁越多得分越高 芳香味( u ，)芳香味的程度 越芳香得分越高，异味越大得分越低 重堕堡垒丝盟i 重苎垦堕鲨查堕堕囹 鱼竺堕垩垄墨堡塑堡塑叁堡坌塑壹 2 感官实验：采用分析型感官实验，请中国农业大学食品学院中日食品中心5 位从事过果 蔬保鲜研究的研究人员担任评委。根据评分方法按好，较好，一般和不好四个等级分别给出 1 0 ，0 8 ，0 5 ，0 3 分四个等级分。设对照组番茄为2 4 地 1 ，电场处理组番茄为5 1 # 组，每 个组随机选取3 个番茄果实，切开后放在小盘中，每个评委一份，让各评委品尝。每评价完 一个样品。漱口后再评价另个样品。并填写感官试验评价表。( 见表2 - 4 ) 。 表2 - 4 感官评价结果表 ：! ! ! ：j 兰2 1 ：! 竺! ：! ! ! 罂竺型! 翌! ：! 竺罂! -_-_-_-_-_-_-_-。_。_-_-_-_。_。1。1一 评判因素 评分( 组号) 因素权重 评判因素 凼翥秘里 2 4 # 5 1 # 外观新鲜程度( u ) 颜色( u 。) 硬度( u s ) 甜味( u ) 酸味( u 0 多汁性( u 0 芳香味( u t ) 至堕茎叁丝! 塑。一 3 统计评价结果，计算因素权重矩阵a 和两组果实的多因素评价矩阵r ，算出各组的综合 评价矩阵b 。= a r 。，得出各组的隶属度以及对应的综合评价结果。 2 3 结果与分析 2 。3 1 模拟前人的高压静电场保鲜试验装置 1 0 图2 - 1 模拟的前人高压静电场保鲜试验装置示意图 h g 2 - 1s k e t c h o f p r e v i o u s h i g h v o l t a g e e l e c t r i c h e l de q u i p m e n t 参照张振球”、王颉“”等试验设计，采用表面打磨光滑的不锈钢板制作平行极板，两电极板 间距离可以调节共采用4 块钢板组成静电保鲜实验台，电场强度等于极板间电压与极板间距离 比值。整套实验台安装于中国农业大学实验冷库，可通过传感器和控制器控制冷库内的温湿度。 ( 见图2 - 1 ) 2 3 2 模拟的前人试验装置的臭氧产生能力 囊 氍 通电时间( 1 1 ) 图2 2 原试验装置2 0 0 k v m 高压静电场下臭氧产生能力 f i g 2 2 t h e g c n c r a t i n ga b i l i t y o f o z o n e a t 2 0 0 k v m i n p r e v i o u s h v e fe q u i p m e n t 前人试验装置的臭氧产生能力如图2 2 所示。装置中的臭氧浓度随着通电时间的延长而逐渐 中国农业大学硕士学位论文 第二章：高压静电保鲜装置的改进 升高。通电0 5 h 时，装置中的臭氧浓度达到0 4 9 3 m g m 3 ，通电1 h 后臭氧浓度达到1 0 6m g m 3 通电1 5 h 后达到1 1 8m g 艋，通电2 h 后，臭氧浓度更高，达到1 3 9m g m 3 。 国内外许多研究者证明：臭氧用于果蔬保鲜有效浓度范围在0 6 5 0 m g m 3 之间”“。而由图 2 2 可以看出，当通电时间超过约0 6 h 时，在前人的试验装置中，2 0 0 k v m 的高压静电场产生的 臭氧浓度就会达到臭氧用于果蔬保鲜的有效浓度范围，而通常情况下，研究高压静电场保鲜的试 验，其所用的电场强度多在1 0 0 2 0 0 k v m ，通电时间一般为1 3 h 所以用前人的试验装置进行 高压静电场试验时，高压静电场会产生较高浓度的臭氧，这就会对果蔬表面的微生物以及果蔬的 生理情况产生影响。所以，前人研究的实际上是高压静电场和它产生的臭氧的协同作用对果蔬的 影响。 所以，用前人的高压静电试验装置不能忽略其产生的臭氧对果蔬的影响，要单独研究高压静 电场对果蔬的影响，就必须考虑到商压电场产生的臭氧的影响作用，就必须对前人的试验装置进 行改造。 2 3 3 对前人高压静电场保鲜装置的改造 1 ) 为了减少电极板的臭氧产生量，在前人装置的每块不锈钢电极板上均匀涂布绝缘漆。 2 ) 在前人装置中的高压静电场下的果蔬存放区域加装臭氧隔绝装莺。装置如图2 - 3 所示。 l 币协铜电撮扳2p e 肆腻3i 拄气口4 出气口 图2 - 3 臭氧隔绝装置示意图 f i g 2 - 3s k e t c ho fi s o l a t i n g g x i n g 2 3 4 改进后的高压静电场保鲜试验装置臭氧产生能力的评价 两种装置改进方式及原始装置臭氧产生能力的对比如图2 4 所示。从图2 - 4 可以看出涂布绝 缘漆后的装置与原装置一样，其中的臭氧浓度随着通电时间的延长而逐渐升高，但是涂布绝缘漆 后臭氧的量在通电1 h 之后得到显著降低( p o 0 5 ) ，通电2 h 后，装置中的臭氧浓度仅为1 0 3m g m 3 ， 比原装置降低了2 5 ，9 ；但通过涂布绝缘漆改进后的装置在通电1 h 后，其产生的臭氧浓度 ( o 7 5 m g m a ) 仍超过了臭氧对果蔬作用的最低浓度值( 0 6 m g d ) 。而涂布绝缘漆并加装隔绝装置 后，臭氧的浓度始终维持在低于0 3 5m g m 3 的水平，远未达到臭氧对果蔬作用的最低浓度值。所 以，改造后的实验装置能够把果蔬周围的臭氧浓度降低到可以忽略的范围，这就使今后的试验研 】2 中国农业大学硕士学位论文第二章：高压静电保鲜装置的改进 究的是单纯的高压静电场对果蔬的作用。 由此可见，涂布绝缘漆可以有效地降低试验台内产生的臭氧浓度，但通电1 h 后，其产生的 臭氧浓度仍超过了臭氧对果蔬作用的最低浓度。故通过涂布绝缘漆改进后的装置，在通电时间较 l - 鼍。 篓 蒙。 0 6 0 4 o 2 0 一原始装置 + 涂布绝缘溱 ，”滁布绝缘津+ 臭氧 隔绝装置 00 5l152 通电时间( h ) 图2 42 0 0 k v m 下改进装置与原始装置臭氧产生能力比较 f i g 2 - 4 c o m p a r e o f g e n e r a t i n ga b i l i t yo f 0 7 0 1 1 ea l2 0 0 k v m i np r e v i o u s a n di ni m p r o v e de q u i p m e n t 短( 小于l h ) 时可以排除臭氧对果蔬的影响但在通电时间大于1 h 时，其作用就不甚明显。加装 了臭氧隔绝装置后。通电2 h 后仍然能够使试验台内的臭氧浓度始终维持在低于臭氧对果蔬作用 的最低浓度的水平，在研究高压静电场对果蔬的保鲜效果时有效地排除了臭氧对果蔬作用的影 响。故今后的试验中均采用涂布绝缘漆并加装臭氧隔绝装置的高压静电场保鲜试验装置。 2 3 5 改进后的高压静电场保鲜试验装置保鲜效果初评 2 3 5 1 贮藏结束时的果实照片 贮藏结束时，分别从对照组和电场处理组中随机选取3 个果实，进行拍照，照片如图2 -