果蔬气调冷藏下表皮和果胶超微结构与品质变化

论文题目: 果蔬气调冷藏下表皮和果胶超微结构与品质变化

论文类型: 博士论文

论文专业: 制冷及低温工程

作者: 杨宏顺

导师: 李云飞

关键词: 气调冷藏,原子力显微镜,粗糙度,果胶,超微结构,聚半乳糖醛酸酶,质构,黄桃,蘑菇

文献来源: 上海交通大学

发表年度: 2005

论文摘要: 最大限度地延长果蔬的保鲜期并尽量减少质量损失是果蔬保鲜的主要目标。贮藏技术可延长果蔬的供应期,尤其是水果,目前主要是季节性生产,贮藏技术可以造成返季节供应,既满足消费者的需要,又能保证果农获得较高的利润。人工气调（CA）贮藏一般是通过充氮降氧,并利用果蔬呼吸产生CO2或充入CO2造成一定的O2/CO2/N2条件,抑制果蔬的呼吸速率来保藏果蔬。在应用时,一般常配合低温和一定的相对湿度。而自发气调（MA）贮藏利用具有一定透气性的薄膜袋密闭包装果蔬,利用果蔬呼吸改变包装袋内气体成分以抑制果蔬呼吸速率,贮藏中果蔬的呼吸速率和薄膜袋的透气性之间维持动态平衡来维持袋内的气体浓度。定量而有效的评价果蔬质量等级非常重要,贮藏期间果蔬的失水造成的表皮皱缩会严重影响产品的质量等级。研究并制定果蔬表皮粗糙度的定量测定方法及分析评价体系,对客观评价果蔬的商品质量有重要意义。果胶在果蔬细胞壁中起到骨架作用,果胶与半纤维素、纤维素等形成交联结构,共同维持细胞骨架的形态。果蔬的品质特性特别是质构等指标与果胶的结构状态和含量密切相关,而贮藏中果胶的结构和含量变化都有果胶酶的参与,通过研究果胶酶活性的变化和规律可揭示果胶结构与含量的变化,进而可分析与干预果蔬的质构变化。研究果蔬中果胶的结构、含量等变化以及果胶酶活性的变化可深入了解果蔬贮藏中品质变化的一般规律。并可用于和改进气调冷藏条件。本课题研究了果蔬的外在和内部结构变化与品质的关系,首先研究了果蔬表皮在贮藏中表面粗糙度的变化和定量测定,然后研究果胶的超微结构,分析与果胶含量及质地特性间的关系。并对果蔬在气调冷藏下的品质变化动力学进行了初步研究。课题分以下四部分:首先,果蔬表面的失水情况是评价采后果蔬质量的重要指标。提出用原子力显微镜AFM定量测定表皮的粗糙度来表示表面的皱缩程度。用算术平均粗糙度Ra和平方根粗糙度Rq表示。分别研究了MA冷藏下蘑菇（Agaricus bisporus （Lange） Imbach）和CA冷藏下”锦绣”黄桃（Prunus persicu L. Batsch.）的表皮情况。对MA冷藏的蘑菇,贮藏前的算术平均粗糙度为（34.033±5.116） nm,经过2 d贮藏,在2℃,25℃和动态温度自发气调贮藏下其算术平均粗糙度值分别为（40.139±3.359） nm, （65.356±8.253） nm和（43.670±9.280） nm。平方根粗糙度值与算术平均粗糙度值有相似变化趋势,两者均随贮藏时间和温度增加而增大。对CA冷藏下黄桃表皮粗糙度值, CA组与大气冷藏对照组的Ra和Rq值均随贮藏时间延长而增加, CA组的粗糙度值比大气冷藏组的要小,黄桃表皮粗糙度值变化趋势与蘑菇的相似。蘑菇表皮的三维图像直观地表示出水分的蒸发过程,变化趋势符合粗糙度值的变化,特别是贮藏早期阶段（0～2 d）。由粗糙度分析的结果可以区别不同贮藏条件;黄桃中粗糙度值随时间逐渐增加,并且CA组的增加较对照组慢。结果表明原子力显微镜测定的粗糙度指标可有效表示采后蘑菇和黄桃的表面失水情况。其次,利用AFM技术分析果蔬气调冷藏中水溶性果胶（Water-soluble pectin, WSP）和碱溶性果胶（Sodium carbonate-soluble pectin, SSP）的变化情况,特别是果胶链宽、链长和分枝分布情况,分析果胶的结构模型及结构变化的可能方式。对碱溶性果胶,选择2℃下五组人工气调冷藏条件:CA1: 2% O2+5% CO2;CA2: 5% O2 +10% CO2;CA3: 2% O2+10% CO2;CA4: 5% O2+5% CO2以及RA:大气冷藏组;对水溶性果胶,选择CA1, CA2和RA组,分析O2和CO2浓度对贮藏中桃肉的果胶微观结构的影响。原子力显微镜可观察聚集体和分支的微观结构,时间选择初始,贮藏第15天和第45天。SSP和WSP分子及聚集体在贮藏中逐渐分离,低O2和高CO2浓度可抑制SSP和WSP分子的降解。统计结果显示几乎所有AFM观察到的SSP果胶链的宽度都是四个基本单元宽度（11.719 nm, 15.625 nm, 19.531 nm和17.578 nm）的组合,而WSP果胶链宽度基本单元为: 11.719 nm, 15.625 nm, 19.531 nm和35.156 nm。结果表明基本单元之间的平行交联或缠绕结构是黄桃中SSP和WSP分子结构的基本信息。再次,利用TA-XT plus物性仪测定气调冷藏中黄桃的质地变化,并测定了黄桃中果胶酶活性的变化,建立气调冷藏中酶的动力学方程,分析果胶酶活性变化与果实质地特性的关系;研究了2℃下不同气调冷藏条件对黄桃中多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性和质地的影响。气体成分选择2% O2 + 5% CO2, 5% O2 + 10% CO2, 2% O2 + 10% CO2, 5% O2 + 5% CO2,和大气环境（RA）。以PG前体激活成PG和PG失活成PG转化物为基础,建立气调贮藏下PG酶的动力学数学模型。试验结果表明气调贮藏组的PG激活和失活的反应速率小于大气对照组。这与降低温度对反应速率的影响类似,推测气调对果蔬贮藏中酶活的影响类似于降温作用。贮藏后期硬度值的降低与果胶的分解有关,可能是由于果胶链断裂引起,而与微观上果胶AFM图像结果相对应,测定了气调和大气冷藏下WSP、Chelate-soluble pectin（CSP）和SSP的含量变化,CSP含量与果蔬的质地特性正相关,表明CSP是维持黄桃硬度的重要组成部分。果胶酶活性的变化与硬度及微观结构变化的关系仍需进一步研究。最后,研究气调冷藏条件对果蔬品质货架期的影响。以嫩茎花椰菜为原料,研究了人工气调冷藏对贮藏中维生素C、叶绿素a、叶绿素b、好果率和硬度的影响。通过检测叶绿素和维生素C的变化,试验确定了花椰菜气调贮藏中主要成份的降解为一级反应动力学;根据Arrhenius方程,确定了不同气调贮藏条件下花椰菜主要成份的表观活化能。在两种温度2℃和8℃,两种气体组分3% O2,2% CO2,95% N2和6% O2,6% CO2,88% N2组合条件下贮藏试验,结果表明,在2℃,气体成分为O23%,CO22%,N295%效果较好,贮藏28天后有效商品价值率在84%左右。温度对贮藏的影响大于气调的作用,延长贮藏期的关键是抑制花蕾开放和黄化。全文主要以黄桃为例,选择蘑菇和花椰菜作为某些指标的验证。在微观结构方面,通过研究贮藏中果蔬表皮粗糙度和果肉中果胶的结构变化。同时分析质地和果胶酶活性等宏观品质和生理特性的变化,为从微观结构方面解释和分析果蔬贮藏中生理和品质变化提供理论指导。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 果蔬贮藏中超微结构与品质特性研究进展

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 原子力显微镜（AFM）在植物材料研究的应用

1.2.2 采后桃等果蔬的品质和酶活性研究

1.2.3 采后果蔬的货架期与动力学研究

1.3 研究存在的问题

1.4 本文的主要工作

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.4.3 拟解决的关键性问题

参考文献

第二章 果蔬贮藏中表皮粗糙度的定量测定

2.1 引言

2.2 材料、设备及方法

2.2.1 原料

2.2.2 材料与设备

2.2.3 原子力显微镜（AFM）表皮粗糙度测定和分析

2.2.4 统计分析

2.3 结果

2.3.1 蘑菇

2.3.2 黄桃

2.4 讨论

2.4.1 蘑菇

2.4.2 黄桃

2.5 本章小结

参考文献

第三章 气调冷藏下黄桃果胶的超微结构和降解模式

3.1 引言

3.2 试剂与设备

3.2.1 材料与试剂

3.2.2 试验设备

3.3 试验方法

3.3.1 原料处理

3.3.2 果胶的提取

3.3.3 AFM 操作及图像分析

3.3.4 统计分析

3.4 结果与讨论

3.4.1 果胶的微观结构和降解模式

3.4.2 果胶分子结构改变的机理

3.5 本章小结

参考文献

第四章 气调冷藏对黄桃果胶酶及质地特性的影响

4.1 引言

4.2 试剂与设备

4.2.1 主要试剂

4.2.2 试验设备

4.3 试验方法

4.3.1 原料处理

4.3.2 贮藏条件

4.3.3 PG 酶的提取

4.3.4 PG 酶活性的测定

4.3.5 质地特性的测定

4.3.6 统计分析

4.4 结果

4.4.1 气调贮藏中PG 酶活性模型

4.4.2 PG 酶活性试验结果

4.4.3 气调冷藏条件对黄桃质地特性的影响

4.5 讨论

4.5.1 气调冷藏中果胶酶活性的变化

4.5.2 气调贮藏中黄桃质地特性的变化

4.6 本章小结

参考文献

第五章 气调冷藏对黄桃果胶组分和含量的影响

5.1 引言

5.2 试验材料与设备

5.2.1 材料与试剂

5.2.2 试验设备

5.3 实验方法

5.3.1 原料处理

5.3.2 果胶的提取

5.3.3 水溶性果胶、螯合性果胶和碱溶性果胶含量的测定

5.3.4 统计分析

5.4 结果与讨论

5.4.1 半乳糖醛酸标准曲线绘制

5.4.2 气调冷藏对黄桃果胶组分和含量的影响

5.4.3 气调冷藏下黄桃果胶组分间的相关性分析

5.4.4 气调冷藏下黄桃果胶组分与质地及果胶酶活性间的相关性分析

5.5 本章小结

参考文献

第六章 气调冷藏下嫩茎花椰菜的生理和品质变化

6.1 引言

6.2 试剂与设备

6.2.1 试剂

6.2.2 仪器设备

6.2.3 玻璃器皿

6.3 材料与方法

6.3.1 材料及处理

6.3.2 试验设计

6.3.3 取样方法

6.3.4 测定方法

6.3.5 数据处理分析

6.4 结果与讨论

6.4.1 不同冷藏环境下叶绿素和维生素C 变化

6.4.2 动力学分析

6.4.3 不同贮藏温度和气体成份下硬度变化

6.4.4 不同气调冷藏下的外观效果

6.5 本章小结

参考文献

第七章 研究总结与展望

7.1 研究工作总结

7.2 研究工作展望

本文主要创新点

致谢

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发布时间: 2008-06-12

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