新鮮農(nóng)產(chǎn)品呼吸速率原位實時測量技術及其在采后研究中的應用

在第七屆國際采后研討會（7th International Postharvest Symposium）上，來自英國的克蘭菲爾德大學Cranfield University（被譽為英國“中科院”）與英國水果工業(yè)屆代表（It’s Fresh!, Worldwide Fruit Ltd. and UniVeg Katopé UK Ltd)，介紹了采用新型實時原位新鮮農(nóng)產(chǎn)品呼吸速率自動測量技術研究成果，引起與會者及會后的持續(xù)關注。該技術可用來研發(fā)降低采后農(nóng)產(chǎn)品自發(fā)呼吸造成的損失，以及儲存中糧食發(fā)芽造成浪費等科學的控制方法。
 

由易科泰引進的該項創(chuàng)新型農(nóng)產(chǎn)品呼吸速率測量技術主要由三氣（氧氣、二氧化碳、水汽）分析儀、八通道氣路分流器、八通道氣路轉換器、數(shù)據(jù)采集器、標準或高級版軟件等組成，可以根據(jù)不同種類的采后農(nóng)產(chǎn)品進行自定義式的自動化開放式呼吸速率測量，可以連接8或16個或更多呼吸室，通過一個實驗員就可獲得連續(xù)的實時循環(huán)測量，是目前國際上作物采后呼吸生理研究的頂尖技術。下面將介紹克蘭菲爾德大學等部分應用研究案例：
 

案例一——農(nóng)產(chǎn)品呼吸代謝實時測量技術
 

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)的果蔬呼吸測定采用密封呼吸室里面抽氣，然后通過氣相色譜分析二氧化碳變化。這種測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量。本研究案例中詳細介紹了開放式實時自動呼吸測量技術及其應用，技術裝置及其測量結果如下：
 

克蘭菲爾大學植物科學實驗室還進一步研究了離散式離體（ex-situ）和持續(xù)式原位（in-situ）動態(tài)測量方法及其在果蔬采后儲運研究中的應用（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。采后生理和儲存技術的進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。
 

世界知名的聯(lián)合利華公司（Unilever R&D Colworth UK）與Cranfield University合作采用不同劑量UV-C 輻照來自泰國和斯里蘭卡新鮮胡椒P.nigrum漿果莖，采用呼吸代謝測量技術進行胡椒樣品生理測量（呼吸室3升，每個呼吸室測量3分鐘，基線測量1分鐘），實驗結果表明，UV-C可以引起果實顏色和生化組成的顯著改變，但并沒有引起呼吸代謝率的顯著改變（參見下圖）：

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，但對它的需求是全年的。洋蔥行業(yè)依靠先天休眠和存儲處理來延長可用性。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（完全灌溉FI的50%）和收獲后乙烯補充劑對果糖在儲存洋蔥球中休眠和發(fā)芽的積累和分布的影響。
 

實驗過程中采用土壤水分測量儀測量洋蔥收獲前栽培土壤的水分含量，SSI呼吸代謝技術測量洋蔥的實時呼吸速率，呼吸測量前先將儲存室的洋蔥球拿出來放置適應室溫，之后放到帶進氣口供氣的3升呼吸室中，接著測量排出的二氧化碳產(chǎn)量。呼吸速率測量結果如下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大新鮮水果市場供應鏈的瓶頸。盡管對草莓成熟的知識越來越多，但令人驚訝的是，幾乎沒有工作評估采摘后草莓生理學的激素調(diào)控。這種信息缺乏的后果之一反映了草莓保質期管理策略的局限性。
 

該研究采用SSI呼吸代謝測量技術監(jiān)測連續(xù)外源乙烯（50μl/l）輸入在冷儲存（5°C）草莓中，成熟后的草莓生理實驗在6天內(nèi)得到評估。連續(xù)接觸乙烯作為花托組織中第一反應誘導的脫落酸（ABA）積累，隨后二氧化碳產(chǎn)量增加。具體的實驗結果如下Figure1, 本工作評估了草莓呼吸活動的生理參數(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)受儲存時間影響更大。與對照果實在貯藏期間的CO2產(chǎn)量相比，乙烯處理的果實的呼吸代謝增加了2倍以上（Figure1.A）。然而，在儲存結束（6天）時，對照果實CO2產(chǎn)量與乙烯處理果實相似，乙烯處理的果實總失重率約為35%，在對照中水果約為20%（Figure1.B）。         

案例五——藍莓
 

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.
 

藍莓因其促進健康的潛力而備受重視，但它們卻非常易腐�？刂茪怏w（Controlled atmosphere，CA）策略可減少藍莓呼吸代謝，減緩衰老。然而，氣體的突然變化可能會引起水果的物理非生物應激，對質量產(chǎn)生負面影響。
 

本研究提出了CA的一種創(chuàng)新應用，基于逐步達到最佳CA氣體濃度，防止氣態(tài)環(huán)境突然變化導致的非生物性應力。實時呼吸測量（見下圖Figure.2）提供了對藍莓對氣體環(huán)境的呼吸反應的深入見解。與控制和標準CA水果相比，“漸進式”氣體控制（GCA，graduated controlled atmosphere）處理的藍莓具有較低的穩(wěn)定狀態(tài)呼吸率，這表明代謝活性的減少，對質量和存儲壽命的延長產(chǎn)生了積極影響。此外，經(jīng)過28天的冷庫后，GCA水果比對照果和CA水果硬度高出27%。

藍莓需要先進的后處理技術來保持其生理和功能質量。與標準CA和控制相比，創(chuàng)新的CA方法在逐漸達到最佳儲存濃度（GCA）的基礎上發(fā)展，可以減少藍莓呼吸代謝。這對質量參數(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，因為糖和有機酸得到更好的維持，這些都是主要的呼吸基質。GCA有可能成功地應用于其他藍莓品種。進一步研究將更好地了解這一技術所依據(jù)的機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)技術公司提供植物及其農(nóng)產(chǎn)品呼吸代謝實時自動測量全面技術方案，應用于果蔬、糧食、中草藥采后儲運、加工呼吸代謝實時測量研究，同時還提供農(nóng)產(chǎn)品光譜成像品質檢測全面技術方案，包括葉綠素熒光成像技術、多光譜熒光成像技術、高光譜成像技術、紅外熱成像技術等，Ecolab實驗室可提供檢測服務及實驗合作。

果蔬熒光成像：左圖為橘子儲藏期間表面熒光變化，反映其品質（霉斑、成熟度、均一性等，Ecolab實驗室提供）；中圖為草莓采摘后的葉綠素熒光，反映其成熟度、光合作用強度分布（Ecolab實驗室提供）；右圖為花椰菜葉綠素熒光（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）