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新鮮農(nóng)產(chǎn)品呼吸速率原位實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)及其在采后研究中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間： 2020-07-13 點(diǎn)擊次數(shù)： 2059次在第七屆采后研討會(huì)（7th International Postharvest Symposium）上，來(lái)自英國(guó)的克蘭菲爾德大學(xué)Cranfield University（被譽(yù)為英國(guó)“中科院”）與英國(guó)水果工業(yè)屆代表（It’s Fresh!, Worldwide Fruit Ltd. and UniVeg Katopé UK Ltd)，介紹了采用新型實(shí)時(shí)原位新鮮農(nóng)產(chǎn)品呼吸速率自動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究成果，引起與會(huì)者及會(huì)后的持續(xù)關(guān)注。該技術(shù)可用來(lái)研發(fā)降低采后農(nóng)產(chǎn)品自發(fā)呼吸造成的損失，以及儲(chǔ)存中糧食發(fā)芽造成浪費(fèi)等科學(xué)的控制方法。
由北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司引進(jìn)的該項(xiàng)創(chuàng)新型農(nóng)產(chǎn)品呼吸速率測(cè)量技術(shù)主要由三氣（氧氣、二氧化碳、水汽）分析儀、八通道氣路分流器、八通道氣路轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集器、標(biāo)準(zhǔn)或高級(jí)版軟件等組成，可以根據(jù)不同種類的采后農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行自定義式的自動(dòng)化開放式呼吸速率測(cè)量，可以連接8或16個(gè)或更多呼吸室，通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)員就可獲得連續(xù)的實(shí)時(shí)循環(huán)測(cè)量，是目前上作物采后呼吸生理研究的頂和尖技術(shù)。下面將介紹克蘭菲爾德大學(xué)等部分應(yīng)用研究案例：
案例一——農(nóng)產(chǎn)品呼吸代謝實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)
Collings E , García Cas, J.A, Ortiz J O , et al. A New Real-Time Automated Method for Measuring In Situ Respiration Rates of Fresh Produce [J]. Acta Horticulturae, 2013(1012):1151-1157.
傳統(tǒng)的果蔬呼吸測(cè)定采用密封呼吸室里面抽氣，然后通過(guò)氣相色譜分析二氧化碳變化。這種測(cè)量造成樣品處在高濃度氣體壓力下，樣品和呼吸氣體分離非原位測(cè)量。本研究案例中詳細(xì)介紹了開放式實(shí)時(shí)自動(dòng)呼吸測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用，技術(shù)裝置及其測(cè)量結(jié)果如下：
克蘭菲爾大學(xué)植物科學(xué)實(shí)驗(yàn)室還進(jìn)一步研究了離散式離體（ex-situ）和持續(xù)式原位（in-situ）動(dòng)態(tài)測(cè)量方法及其在果蔬采后儲(chǔ)運(yùn)研究中的應(yīng)用（Discrete ex-situ and continuurs in-situ real-time respiration rate measurements of fresh produce using a novel automatd dynamic approach. Acta Horticulture, 2018）
案例二——黑胡椒漿果
Emma R. Collings, M. Carmen Alamar Gavidia et al., Effect of UV-C on the physiology and biochemical profile of fresh Piper nigrum berries. Postharvest Biology and Technology 2018, 136,161-165.
干黑胡椒漿果（俗稱胡椒粉）的一些提取物具有抗氧化和抗菌特性、抗致癌潛力。采后生理和儲(chǔ)存技術(shù)的進(jìn)步可以為黑胡椒等香料提供替代加工方法從而增加其一些生化成分含量。
世界的聯(lián)合利華公司（Unilever R&D Colworth UK）與Cranfield University合作采用不同劑量UV-C 輻照來(lái)自泰國(guó)和斯里蘭卡新鮮胡椒P.nigrum漿果莖，采用呼吸代謝測(cè)量技術(shù)進(jìn)行胡椒樣品生理測(cè)量（呼吸室3升，每個(gè)呼吸室測(cè)量3分鐘，基線測(cè)量1分鐘），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，UV-C可以引起果實(shí)顏色和生化組成的顯著改變，但并沒(méi)有引起呼吸代謝率的顯著改變（參見(jiàn)下圖）：
案例三——洋蔥
Ohanenye, I.C. Alamar, M.C. Thompson, A.J Terry, L.A. Fructans redistribution prior to sprouting in stored onion bulbs is a potential marker for dormancy break. Postharvest Biology and Technology 2019, 149 , 221-234.
洋蔥作為季節(jié)性作物，但對(duì)它的需求是全年的。洋蔥行業(yè)依靠先天休眠和存儲(chǔ)處理來(lái)延長(zhǎng)可用性。休眠中斷引起各種變化如增加的減重、發(fā)芽、糖和果糖的分解。本研究的目的是研究洋蔥收獲前的非充分灌溉DI（*灌溉FI的50%）和收獲后乙烯補(bǔ)充劑對(duì)果糖在儲(chǔ)存洋蔥球中休眠和發(fā)芽的積累和分布的影響。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用土壤水分測(cè)量?jī)x測(cè)量洋蔥收獲前栽培土壤的水分含量，SSI呼吸代謝技術(shù)測(cè)量洋蔥的實(shí)時(shí)呼吸速率，呼吸測(cè)量前先將儲(chǔ)存室的洋蔥球拿出來(lái)放置適應(yīng)室溫，之后放到帶進(jìn)氣口供氣的3升呼吸室中，接著測(cè)量排出的二氧化碳產(chǎn)量。呼吸速率測(cè)量結(jié)果如下Fig.7。
案例四——草莓
Roberta Tosetti, Fardusa Elmi, Inmaculada Pradas, Katherine Cools and Leon A. Terr. Continuous Exposure to Ethylene Differentially Affects Senescence in Receptacle and Achene Tissues in Strawberry Fruit. Frontiers in Plant Science. 2020,11:174.
草莓的高易腐性是擴(kuò)大新鮮水果市場(chǎng)供應(yīng)鏈的瓶頸。盡管對(duì)草莓成熟的知識(shí)越來(lái)越多，但令人驚訝的是，幾乎沒(méi)有工作評(píng)估采摘后草莓生理學(xué)的激素調(diào)控。這種信息缺乏的后果之一反映了草莓保質(zhì)期管理策略的局限性。
該研究采用SSI呼吸代謝測(cè)量技術(shù)監(jiān)測(cè)連續(xù)外源乙烯（50μl/l）輸入在冷儲(chǔ)存（5°C）草莓中，成熟后的草莓生理實(shí)驗(yàn)在6天內(nèi)得到評(píng)估。連續(xù)接觸乙烯作為花托組織中頭一個(gè)反應(yīng)誘導(dǎo)的脫落酸（ABA）積累，隨后二氧化碳產(chǎn)量增加。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下Figure1, 本工作評(píng)估了草莓呼吸活動(dòng)的生理參數(shù)CO2產(chǎn)量、重量減小及顏色變化。與連續(xù)產(chǎn)生二氧化碳和體重減輕相匹配，顏色參數(shù)受儲(chǔ)存時(shí)間影響更大。與對(duì)照果實(shí)在貯藏期間的CO2產(chǎn)量相比，乙烯處理的果實(shí)的呼吸代謝增加了2倍以上（Figure1.A）。然而，在儲(chǔ)存結(jié)束（6天）時(shí)，對(duì)照果實(shí)CO2產(chǎn)量與乙烯處理果實(shí)相似，乙烯處理的果實(shí)總失重率約為35%，在對(duì)照中水果約為20%（Figure1.B）。
案例五——藍(lán)莓
Natalia Falagán, Tiana Miclo and Leon A. Terry. Graduated Controlled Atmosphere: A Novel Approach to Increase “Duke” Blueberry Storage Life. Frontiers in Plant Science. 2020,11:221.
藍(lán)莓因其促進(jìn)健康的潛力而備受重視，但它們卻非常易腐。控制氣體（Controlled atmosphere，CA）策略可減少藍(lán)莓呼吸代謝，減緩衰老。然而，氣體的突然變化可能會(huì)引起水果的物理非生物應(yīng)激，對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。
本研究提出了CA的一種創(chuàng)新應(yīng)用，基于逐步達(dá)到優(yōu)佳CA氣體濃度，防止氣態(tài)環(huán)境突然變化導(dǎo)致的非生物性應(yīng)力。實(shí)時(shí)呼吸測(cè)量（見(jiàn)下圖Figure.2）提供了對(duì)藍(lán)莓對(duì)氣體環(huán)境的呼吸反應(yīng)的深入見(jiàn)解。與控制和標(biāo)準(zhǔn)CA水果相比，“漸進(jìn)式”氣體控制（GCA，graduated controlled atmosphere）處理的藍(lán)莓具有較低的穩(wěn)定狀態(tài)呼吸率，這表明代謝活性的減少，對(duì)質(zhì)量和存儲(chǔ)壽命的延長(zhǎng)產(chǎn)生了積極影響。此外，經(jīng)過(guò)28天的冷庫(kù)后，GCA水果比對(duì)照果和CA水果硬度高出27%。
藍(lán)莓需要先進(jìn)的后處理技術(shù)來(lái)保持其生理和功能質(zhì)量。與標(biāo)準(zhǔn)CA和控制相比，創(chuàng)新的CA方法在逐漸達(dá)到很好的儲(chǔ)存濃度（GCA）的基礎(chǔ)上發(fā)展，可以減少藍(lán)莓呼吸代謝。這對(duì)質(zhì)量參數(shù)產(chǎn)生了積極影響，如硬度和衰變發(fā)生率。呼吸的減少也很明顯，因?yàn)樘呛陀袡C(jī)酸得到更好的維持，這些都是主要的呼吸基質(zhì)。GCA有可能成功地應(yīng)用于其他藍(lán)莓品種。進(jìn)一步研究將更好地了解這一技術(shù)所依據(jù)的機(jī)制及其在其他新鮮農(nóng)產(chǎn)品上的使用效果。
北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供植物及其農(nóng)產(chǎn)品呼吸代謝實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量全面技術(shù)方案，應(yīng)用于果蔬、糧食、中草藥采后儲(chǔ)運(yùn)、加工呼吸代謝實(shí)時(shí)測(cè)量研究，同時(shí)還提供農(nóng)產(chǎn)品光譜成像品質(zhì)檢測(cè)全面技術(shù)方案，包括葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、多光譜熒光成像技術(shù)、高光譜成像技術(shù)、紅外熱成像技術(shù)等，Ecolab實(shí)驗(yàn)室可提供檢測(cè)服務(wù)及實(shí)驗(yàn)合作。
果蔬熒光成像：左圖為橘子儲(chǔ)藏期間表面熒光變化，反映其品質(zhì)（霉斑、成熟度、均一性等，Ecolab實(shí)驗(yàn)室提供）；中圖為草莓采摘后的葉綠素?zé)晒猓从称涑墒於取⒐夂献饔脧?qiáng)度分布（Ecolab實(shí)驗(yàn)室提供）；右圖為花椰菜葉綠素?zé)晒猓ㄒ許torabilityh of broccoli, investigations of optical monitoring ,chlorophyll degradation and predetermination in the field. Leibniz-Institut fu?r Agrartechnik und Bioo?konomie e.V., 2018）
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