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新鲜农产品呼吸速率原位实时测量技术及其在采后研究中的应用

新鲜农产品呼吸速率原位实时测量技术及其在采后研究中的应用

在第七届国际采后研讨会(7th International Postharvest Symposium)上,来自英国的克兰菲尔德大学Cranfield University(被誉为英国“中科院”)与英国水果工业届代表(It’s Fresh!, Worldwide Fruit Ltd. and UniVeg Katopé UK Ltd),介绍了采用新型实时原位新鲜农产品呼吸速率自动测量技术研究成果,引起与会者及会后的持续关注。该技术可用来研发降低采后农产品自发呼吸造成的损失,以及储存中粮食发芽造成浪费等科学的控制方法。

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由金博宝188亚洲体育app引进的该项创新型农产品呼吸速率测量技术主要由三气(氧气、二氧化碳、水汽)分析仪、八通道气路分流器、八通道气路转换器、数据采集器、标准或高级版软件等组成,可以根据不同种类的采后农产品进行自定义式的自动化开放式呼吸速率测量,可以连接8或16个或更多呼吸室,通过一个实验员就可获得连续的实时循环测量,是目前国际上作物采后呼吸生理研究的顶尖技术。下面将介绍克兰菲尔德大学等部分应用研究案例:

案例一——农产品呼吸代谢实时测量技术

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.

传统的果蔬呼吸测定采用密封呼吸室里面抽气,然后通过气相色谱分析二氧化碳变化。这种测量造成样品处在高浓度气体压力下,样品和呼吸气体分离非原位测量。本研究案例中详细介绍了开放式实时自动呼吸测量技术及其应用,技术装置及其测量结果如下:

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克兰菲尔大学植物科学实验室还进一步研究了离散式离体(ex-situ)和持续式原位(in-situ)动态测量方法及其在果蔬采后储运研究中的应用(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——黑胡椒浆果

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.

干黑胡椒浆果(俗称胡椒粉)的一些提取物具有抗氧化和抗菌特性、抗致癌潜力。采后生理和储存技术的进步可以为黑胡椒等香料提供替代加工方法从而增加其一些生化成分含量。

世界知名的联合利华公司(Unilever R&D Colworth UK)与Cranfield University合作采用不同剂量UV-C 辐照来自泰国和斯里兰卡新鲜胡椒P.nigrum浆果茎,采用呼吸代谢测量技术进行胡椒样品生理测量(呼吸室3升,每个呼吸室测量3分钟,基线测量1分钟),实验结果表明,UV-C可以引起果实颜色和生化组成的显著改变,但并没有引起呼吸代谢率的显著改变(参见下图):

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案例三——洋葱

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.

洋葱作为季节性作物,但对它的需求是全年的。洋葱行业依靠先天休眠存储处理来延长可用性。休眠中断引起各种变化如增加的减重、发芽、糖和果糖的分解本研究的目的是研究洋葱收获前的非充分灌溉DI(完全灌溉FI50%)和收获后乙烯补充剂对果糖在储存洋葱球中休眠和发芽的积累和分布的影响。

实验过程中采用土壤水分测量仪测量洋葱收获前栽培土壤的水分含量,SSI呼吸代谢技术测量洋葱的实时呼吸速率,呼吸测量前先将储存室的洋葱球拿出来放置适应室温,之后放到带进气口供气的3升呼吸室中,接着测量排出的二氧化碳产量。呼吸速率测量结果如下Fig.7。 

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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.

草莓的高易腐性是扩大新鲜水果市场供应链的瓶颈。尽管对草莓成熟的知识越来越多,但令人惊讶的是,几乎没有工作评估采摘后草莓生理学的激素调控。这种信息缺乏的后果之一反映了草莓保质期管理策略的局限性。

该研究采用SSI呼吸代谢测量技术监测连续外源乙烯(50μl/l)输入在冷储存(5°C)草莓中,成熟后的草莓生理实验在6天内得到评估。连续接触乙烯作为花托组织中第一反应诱导的脱落酸(ABA)积累,随后二氧化碳产量增加。具体的实验结果如下Figure1, 本工作评估了草莓呼吸活动的生理参数CO2产量、重量减小及颜色变化。与连续产生二氧化碳和体重减轻相匹配,颜色参数受储存时间影响更大。与对照果实在贮藏期间的CO2产量相比,乙烯处理的果实的呼吸代谢增加了2倍以上(Figure1.A)。然而,在储存结束(6天)时,对照果实CO2产量与乙烯处理果实相似,乙烯处理的果实总失重率约为35%,在对照中水果约为20%(Figure1.B)。         

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案例五——蓝莓

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.

蓝莓因其促进健康的潜力而备受重视,但它们却非常易腐。控制气体(Controlled atmosphere,CA)策略可减少蓝莓呼吸代谢,减缓衰老。然而,气体的突然变化可能会引起水果的物理非生物应激,对质量产生负面影响。

本研究提出了CA的一种创新应用,基于逐步达到最佳CA气体浓度,防止气态环境突然变化导致的非生物性应力。实时呼吸测量(见下图Figure.2)提供了对蓝莓对气体环境的呼吸反应的深入见解。与控制和标准CA水果相比,“渐进式”气体控制(GCA,graduated controlled atmosphere)处理的蓝莓具有较低的稳定状态呼吸率,这表明代谢活性的减少,对质量和存储寿命的延长产生了积极影响。此外,经过28天的冷库后,GCA水果比对照果和CA水果硬度高出27%。

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蓝莓需要先进的后处理技术来保持其生理和功能质量。与标准CA和控制相比,创新的CA方法在逐渐达到最佳储存浓度(GCA)的基础上发展,可以减少蓝莓呼吸代谢。这对质量参数产生了积极影响,如硬度和衰变发生率。呼吸的减少也很明显,因为糖和有机酸得到更好的维持,这些都是主要的呼吸基质。GCA有可能成功地应用于其他蓝莓品种。进一步研究将更好地了解这一技术所依据的机制及其在其他新鲜农产品上的使用效果。

北京易科泰生态技术公司提供植物及其农产品呼吸代谢实时自动测量全面技术方案,应用于果蔬、粮食、中草药采后储运、加工呼吸代谢实时测量研究,同时还提供农产品光谱成像品质检测全面技术方案,包括叶绿素荧光成像技术、多光谱荧光成像技术、高光谱成像技术、红外热成像技术等,Ecolab实验室可提供检测服务及实验合作。

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果蔬荧光成像:左图为橘子储藏期间表面荧光变化,反映其品质(霉斑、成熟度、均一性等,Ecolab实验室提供);中图为草莓采摘后的叶绿素荧光,反映其成熟度、光合作用强度分布(Ecolab实验室提供);右图为花椰菜叶绿素荧光(引自Storabilityh of broccoli, investigations of optical monitoring ,chlorophyll degradation and predetermination in the field. Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V., 2018)