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园艺产品真空预冷过程温度检测与品质变化研究

作　者: 宋小勇
导　师: 李云飞
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 园艺产品 真空预冷 温度 热电偶 红外热成像 实时观察 细胞膜损伤 品质变化
分类号: S609.3
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


真空预冷依据水在低压下的快速蒸发吸收材料自身热量达到降温目的,是实现园艺产品采后冷链无缝对接、减少贮藏流通损失、延长其货架期的重要环节。温度是影响园艺产品品质的最主要因素之一。通常采用的检测园艺产品真空预冷过程温度的方法是把热电偶用胶带固定在材料上,该方法存在以下主要缺点:1)胶带阻碍水分的蒸发逸出,影响测温的准确性;2)对柔嫩组织,在不破坏表面结构的情况下准确测定其温度是很困难的;3)热电偶本身固有的局限性使每支热电偶每次只能检测与之接触表面上某一点的温度,而实际生产中又不可能布置无穷多的热电偶。另外,果蔬水分与其成分和微观结构之间存在复杂的束缚关系,真空预冷并不是理论上自由水的蒸发。真空压力下细胞内的水分状态和参与预冷程度如何,细胞膜系统和微观结构变化对水分汽化的作用如何,这些都是生产实际中遇到的根本问题。尤其对于细胞膜系统,需承受短时间的快速降压以及长时间的真空低压作用,膜系统是否被损伤或破坏尚无明确的研究结果。鲜切花是深受人们喜爱的一种园艺产品,具备较高的经济价值,较好的社会效益和生态效益。花瓣、叶子、茎杆等部位的物性差异影响其真空预冷过程的温度变化以及瓶插过程的主要品质。洋葱内表皮由尺寸较大的具有典型植物细胞结构的单层细胞组成,是研究细胞形态变化有代表性的理想材料。可靠的温度检测有利于准确判定预冷终点、控制冷却过程、提高预冷效果。对细胞膜系统稳定性的研究有助于掌握真空预冷园艺产品的品质变化,为科学、深入开发真空预冷技术提供理论依据。研究内容分以下四部分:一、利用热电偶检测鲜切花真空预冷过程温度变化,研究填充量和降压速率对月季切花预冷效果的影响。①发现不同数量花枝形成的局部环境对切花温度变化有明显影响（P<0.05）。10、50和120支处理切花不同部位温度变化和平均预冷终温不同,花束外围茎杆、叶子和花瓣的预冷终温均高于花束中心对应部位,花束中心区域的花朵花瓣预冷终温最低、降温速率最快。三种处理切花不同部位的温度变化显著区别于单支花,50支处理鲜重损失最小、瓶插寿命最长、预冷效果最好;②真空预冷可以不同程度地提高月季切花SOD、POD及CAT活性,有效地消除切花衰老过程中的活性氧,维持体内活性氧平衡以及细胞膜的稳定,延缓切花衰老进程;③不同降压速率(3.11×104 Pa min–1, 1.78×104 Pa min–1, 0.62×104 Pa min–1)对月季切花预冷品质有显著影响（P<0.05）,且以中速降压(1.78×104 Pa min–1)处理对电导率、失重率、MDA和pH值的影响最小。二、采用红外热成像技术对鲜切花真空预冷不同部位的温度分布和变化进行实时检测。结果表明:①月季切花不同部位的平均降温速率不同（内层花瓣最慢、外层花瓣最快、而叶子和茎杆无明显差异）,内层花瓣的预冷终点温度是外层花瓣的3.1倍。非洲菊切花舌状花瓣的平均降温速率最快而茎杆最慢,茎杆的预冷终点温度是舌状花瓣的9.9倍。不论月季还是非洲菊切花,不同部位的冷却速率大小顺序在不同的预冷阶段表现不一致,各个部位不同区域的温度分布亦不均匀;②在相同预冷条件下,分别用红外和热电偶检测月季和非洲菊切花温度,红外检测温度比热电偶检测温度分别低2.06–4.50°C和4.55–10.4°C。说明热电偶检测受固定方法、位置和水汽化的影响较大;③月季外层花瓣和非洲菊舌状花瓣的外缘为易发生冻伤部位。这就要求在鲜切花真空预冷过程中密切监测不同部位特别是花瓣外缘的温度变化,在保证预冷效果的同时避免冷伤发生;④月季和非洲菊单支花在瓶插期间的鲜重、气孔导度和蒸腾速率变化率均小于花束,平均预冷终点温度低于花束,瓶插寿命长于花束。延迟预冷对切花品质影响显著（P<0.05）。随延迟时间增加,预冷终点温度不断升高,瓶插寿命显著降低（P<0.05）,花束主要品质受延迟时间的影响程度大于单支花。在本实验条件下,室温存放10 h,两种切花均失去市场价值。三、研究成膜型抗蒸腾剂对鲜切花真空预冷效果的影响。喷施抗蒸腾剂之后进行瓶插实验可以降低切花失水、延缓花朵开放进程、降低气孔导度、减少丙二醛积累、维持细胞膜完整性,切花寿命比直接进行瓶插实验延长32%。抗蒸腾剂和真空预冷的联合使用在快速去除田间热的同时有效地解决了水分损失过多的问题。其中,先喷施抗蒸腾剂再进行真空预冷处理的月季切花,其瓶插实验效果明显优于真空预冷后再进行抗蒸腾剂处理的切花（P<0.05）,切花寿命比后者增加了12%。四、研究真空预冷对组织微观结构和物性的影响。①初步证实真空处理对洋葱表皮微观结构造成了较大的影响;②细胞膜系统在短时间内承受着快速降压和水分蒸发迁移微应力,液泡和细胞膜损伤导致胞内水分蒸发损失,从微观层面解释了组织水分过度损失的原因;③同时研究发现,膜损伤造成了花色素苷和电解质流失,导致细胞颜色减退以及电导率升高。质膜和细胞壁之间的间隙随真空室压强降低呈现先减小后增大的趋势;④扫描电镜观察显示细胞表面形态、细胞壁和胞间层发生了不同程度的形变,直接导致表皮组织抗张强度的降低;⑤改变降压速率对洋葱表皮细胞表面形态、质膜和细胞壁间距、水分损失、相对电导率、颜色和机械性能有明显影响（P<0.05）。在慢速和快速降压条件下,微观结构和物理性质发生了较大变化,而中速降压处理引起的破坏作用很小。本文采用宏观和微观研究相结合,实时图像分析与理化指标检测相结合的方法,分析比较红外热成像和传统热电偶温度检测结果及其对鲜切花后续贮藏特性的影响,解决鲜切花真空预冷过程温度难以准确检测和预冷终点难以判定的问题,并深入研究真空预冷压力变化对微观组织结构尤其是细胞膜系统的作用程度。

全文目录


摘要  3-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-31
  1.1 研究背景和意义  14-15
  1.2 园艺产品采后预冷的必要性  15
  1.3 现有预冷方式的研究进展  15-16
  1.4 真空预冷的原理和特点  16-17
    1.4.1 真空预冷的原理  16
    1.4.2 真空预冷的优、缺点  16-17
  1.5 真空预冷技术的发展状况和应用进展  17-22
    1.5.1 真空预冷技术和设备的发展状况  17-18
    1.5.2 真空预冷技术的应用进展  18-20
      1.5.2.1 冷却蔬菜水果  18
      1.5.2.2 冷却肉类、水产品  18-19
      1.5.2.3 冷却食用菌  19-20
      1.5.2.4 冷却花卉  20
      1.5.2.5 冷却蒸煮、烘焙等固体食品和酱、汤、乳类等流体食品  20
    1.5.3 影响园艺产品真空预冷效果的因素  20-21
    1.5.4 真空处理对植物组织微观结构影响的研究进展  21-22
  1.6 国际花卉产业现状及存在的主要问题  22-23
  1.7 影响花卉采后品质的主要因素  23-24
    1.7.1 水分代谢  23-24
    1.7.2 细胞膜透性变化  24
    1.7.3 超氧自由基代谢  24
    1.7.4 呼吸作用  24
    1.7.5 蒸腾作用  24
  1.8 抗蒸腾剂  24-26
    1.8.1 抗蒸腾剂的类型及作用机理  24-25
    1.8.2 应用抗蒸腾剂的理论基础  25-26
    1.8.3 抗蒸腾剂在鲜切花保鲜中的应用  26
  1.9 常用温度检测方法  26-29
    1.9.1 热电偶检测  26-27
      1.9.1.1 热电偶测温原理  26
      1.9.1.2 热电偶不稳定性影响因素  26-27
    1.9.2 红外热成像检测  27-29
      1.9.2.1 红外热成像测温原理  27
      1.9.2.2 影响红外热像仪测温精度的因素  27-29
      1.9.2.3 红外热成像技术应用现状  29
  1.10 本文的主要研究内容  29-31
    1.10.1 研究目标  29-30
    1.10.2 研究内容  30-31
第二章 鲜切花真空预冷过程温度的热电偶检测和主要品质研究  31-50
  2.1 材料、实验装置与方法  31-36
    2.1.1 材料  31
    2.1.2 实验装置与仪器  31-32
    2.1.3 热电偶标定  32
    2.1.4 实验设计  32-33
    2.1.5 测定指标  33-35
      2.1.5.1 相对含水量(RWC)  33-34
      2.1.5.2 相对电导率（REC）  34
      2.1.5.3 丙二醛(MDA)含量  34
      2.1.5.4 超氧化物歧化酶(SOD)含量  34-35
      2.1.5.5 过氧化氢酶(CAT)含量  35
      2.1.5.6 过氧化物酶(POD)含量  35
      2.1.5.7 瓶插寿命  35
      2.1.5.8 鲜重变化  35
      2.1.5.9 pH值  35
    2.1.6 数据处理  35-36
  2.2 结果与讨论  36-49
    2.2.1 填充量对月季切花温度变化的影响  36-40
    2.2.2 填充量对月季切花水分变化的影响  40-41
    2.2.3 填充量对月季切花膜系统的影响  41
    2.2.4 填充量对月季切花抗氧化酶系统的影响  41-44
    2.2.5 填充量对月季切花鲜重和瓶插寿命的影响  44
    2.2.6 降压速率对月季切花细胞膜稳定性的影响  44-46
    2.2.7 降压速率对月季切花超氧化物歧化酶活性的影响  46-47
    2.2.8 降压速率对月季切花pH的影响  47-48
    2.2.9 降压速率对月季切花失重率的影响  48-49
  2.3 本章小结  49-50
第三章 鲜切花真空预冷过程温度的红外热成像检测和主要品质研究  50-82
  3.1 材料、实验系统与方法  50-53
    3.1.1 材料  50
    3.1.2 实验系统  50-53
    3.1.3 方法  53
  3.2 结果与讨论  53-80
    3.2.1 月季切花初始和终点温度的红外热成像和热电偶检测  53-54
    3.2.2 月季切花不同部位温度变化的红外热成像检测  54-57
    3.2.3 等温线分析  57-59
    3.2.4 红外热成像检测温度变化趋势分析  59-62
    3.2.5 热电偶检测温度变化趋势分析  62-64
    3.2.6 切花真空预冷过程中不同部位最低温度  64-66
      3.2.6.1 月季切花不同部位最低温度比较  64-66
      3.2.6.2 非洲菊切花不同部位最低温度比较  66
    3.2.7 真空预冷对单支花和花束主要品质的影响  66-71
      3.2.7.1 月季单支花和花束瓶插实验主要品质比较  67-69
      3.2.7.2 非洲菊单支花和花束瓶插实验主要品质比较  69-71
    3.2.8 降压速率对红外热成像检测鲜切花真空预冷温度的影响  71-74
    3.2.9 延迟预冷对切花真空预冷温度和瓶插寿命的影响  74-80
  3.3 本章小结  80-82
第四章 抗蒸腾剂对鲜切花真空预冷效果的影响  82-100
  4.1 瓶插液的选择  82-90
    4.1.1 材料和方法  82-84
      4.1.1.1 实验材料  82-83
      4.1.1.2 实验方法  83
      4.1.1.3 吸水率  83-84
      4.1.1.4 瓶插寿命  84
      4.1.1.5 弯颈程度  84
      4.1.1.6 过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性  84
      4.1.1.7 丙二醛含量  84
    4.1.2 结果和讨论  84-90
      4.1.2.1 瓶插液对瓶插寿命的影响  84-85
      4.1.2.2 瓶插液对吸水率的影响  85-86
      4.1.2.3 瓶插液对过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性的影响  86-88
      4.1.2.4 瓶插液对丙二醛含量的影响  88-90
  4.2 抗蒸腾剂对切花真空预冷主要品质的影响  90-99
    4.2.1 实验材料和方法  90-92
      4.2.1.1 实验材料  90-91
      4.2.1.2 实验设备和方案设计  91
      4.2.1.3 重量测定  91
      4.2.1.4 瓶插寿命  91
      4.2.1.5 花径增大率  91
      4.2.1.6 开花级数  91-92
      4.2.1.7 气孔导度和蒸腾速率  92
      4.2.1.8 相对电导率  92
      4.2.1.9 丙二醛含量  92
    4.2.2 结果和讨论  92-99
      4.2.2.1 抗蒸腾剂对鲜重的影响  92-93
      4.2.2.2 抗蒸腾剂对瓶插寿命的影响  93-94
      4.2.2.3 抗蒸腾剂对开花级数的影响  94-95
      4.2.2.4 抗蒸腾剂对气孔导度的影响  95-96
      4.2.2.5 抗蒸腾剂对蒸腾速率的影响  96-97
      4.2.2.6 抗蒸腾剂对相对电导率的影响  97-98
      4.2.2.7 抗蒸腾剂对丙二醛含量的影响  98-99
  4.3 本章小结  99-100
第五章 真空处理对组织微观结构和物性的影响  100-115
  5.1 材料和方法  100-104
    5.1.1 实验材料  100
    5.1.2 压强控制  100-101
    5.1.3 光学显微镜观察（LM）  101-102
    5.1.4 扫描电镜观察（SEM）  102
    5.1.5 质量和水分变化测定  102
    5.1.6 抗张强度测量  102
    5.1.7 相对电导率检测  102-104
    5.1.8 色差分析  104
    5.1.9 重量变化  104
    5.1.10 统计学方法  104
  5.2 结果与讨论  104-114
    5.2.1 光学显微镜分析  104-107
    5.2.2 超微结构观察  107-108
    5.2.3 重量变化  108-109
    5.2.4 抗张强度实验  109
    5.2.5 电导率变化  109-110
    5.2.6 降压速率对颜色的影响  110-111
    5.2.7 降压速率对质膜和细胞壁间隙的影响  111-112
    5.2.8 降压速率对重量变化的影响  112
    5.2.9 降压速率对相对电导率的影响  112-113
    5.2.10 降压速率对力学性能的影响  113-114
  5.3 本章小结  114-115
第六章 总结与展望  115-118
  6.1 本文总结  115-117
  6.2 本文创新性  117
  6.3 研究展望  117-118
参考文献  118-132
附录  132-134
致谢  134-136
攻读博士学位期间完成的学术论文  136-138

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 一般性问题 > 收获、初加工、贮藏 > 保鲜与贮藏
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