(1)呼吸作用
果蔬的生活细胞在一系列酶的参与下,经过许多的生物氧化还原过程,将体内复杂的有机物分解成为简单物质,同时释放出能量的过程。
呼吸作用的两种类型:有氧呼吸和无氧呼吸(依据呼吸过程有无氧参与),其产物因呼吸类型不同而不同。 (2)有氧呼吸
在有氧气的参与下,将本身复杂的有机物(糖、淀粉、有机酸等)彻底氧化分解成CO2和H2O,同时释放能量的过程。有氧呼吸是主要的呼吸方式。
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2870.2kJ
(3)无氧呼吸
在缺氧条件下,呼吸底物不能彻底氧化,产生酒精、乙醛、乳酸等产物,同时释放少量能量的过程。
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+100.4kJ
马铃薯块茎、甜菜块根、胡萝卜叶子和玉米胚在进行无氧呼吸时,则产生乳酸: C6H12O6→2CH3CHOHCOOH+能量(18kcal)
无氧呼吸使呼吸底物氧化不彻底,大部分底物仍以有机物的形式存在,因而所释放的能量远比有氧呼吸少;无氧呼吸是果蔬在逆境中所形成的一种适应能力,产生的中间物质积累过多会毒害细胞;无氧呼吸会消耗更多的贮藏养分,加速衰老过程。果蔬采后在贮藏过程中应防止产生无氧呼吸。
有氧呼吸与无氧呼吸的比较:
2. 呼吸特性指标 (1)呼吸强度 (Respiration rate)/呼吸速率
指一定温度下,单位时间内,一定量(单位鲜重、干重或原生质)的产品进行呼吸时所吸入的O2或释放CO2的量,一般单位用O2或CO2mg(ml)/kg.h(鲜重)来表示。
呼吸强度是评价呼吸强弱常用的生理指标,是评价农产品新陈代谢快慢的重要指标之一。果蔬的贮藏寿命与呼吸强度成反比,呼吸强度越大,表明呼吸代谢越旺盛,营养物质消耗越快,贮藏寿命也较短。
无氧呼吸不利用O2,一般用CO2生成的量来表示。控制果蔬正常呼吸的最低呼吸强度,是水果和蔬菜贮藏的关键问题。
呼吸强度的大小,可以作为贮藏中果蔬衰老速度的标志:呼吸强度越大,消耗有机物质速度越快,贮藏保鲜寿命越短;反之,呼吸强度越小,果蔬贮藏保鲜寿命就越长。 (2)呼吸温度系数:
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在生理温度范围内,温度升高10℃时呼吸速率与原来温度下呼吸速率的比值即温度系数,用Ql0来表示。它能反映呼吸速率随温度而变化的程度,一般果蔬Ql0=2~2.5。
农产品的呼吸作用受到多种酶的控制,在一定温度范围内,酶促反应的速率随温度的升高而增大,一般温度每提高10℃,化学反应的速度增大一倍左右。 (3)呼吸商 (Respiration Quotient, RQ)/呼吸系数
产品呼吸过程释放CO2和吸入O2的体积比即CO2/O2
RQ与呼吸底物的类型、呼吸状态(呼吸类型)和贮藏温度有关 呼吸商随呼吸底物不同而变化的情况如下:
RQ=1:呼吸底物为碳水化合物且被完全氧化。农产品进行有氧呼吸时,消耗1mol己糖分子,即吸入6mol氧分子,放出6mol二氧化碳分子,呼吸系数为1。以糖为呼吸底物时,呼吸系数为1;
RQ<1:以富含氢的物质如脂肪、蛋白质或其他高度还原的化合物为呼吸底物,则在氧化过程中脱下的氢相对较多,形成H2O时消耗的O2多,呼吸商小于1;
RQ>1:进行缺氧呼吸时,由于氧的供应不足或吸氧能力减退,呼吸系数大于1,缺氧呼吸所占的比重越大,呼吸系数也越大。 (4)呼吸热 :
是呼吸过程中产生的,除了维持生命活动以外而散发到环境中的那部分热量。每释放1mg CO2相应释放近似10.68J的热量。
每分解1mol的葡萄糖总共可得到38molATP,可以将1271.94kJ的能量贮存起来,占总释放能量的45.2%。其余1543.90kJ能量(呼吸热)以热的形式释放出来;在农产品采收后贮运期间必须及时散热和降温,避免贮藏库温度升高,缩短贮藏寿命。 (5)田间热:
指果蔬入库时的品温与下降到贮藏时的品温所放出的热量,即果蔬由外界环境带进库内的热量。田间热虽不是果蔬呼吸释放的热量,但在贮藏初期会增加贮藏温度,影响贮藏效果 (6)呼吸高峰:
一些果实,在其幼嫩阶段呼吸旺盛,随果实细胞的膨大,呼吸强度逐渐下降,开始成熟时,呼吸上升,达到高峰后,呼吸下降,果蔬衰老死亡。伴随呼吸高峰的出现,体内的代谢发生很大的变化,这一现象被称为呼吸跃变,这一类果蔬被称为跃变型或呼吸高峰型果蔬(climacteric fruit and vegetable)。
另一类在发育过程中没有呼吸高峰,呼吸强度在采后一直(缓慢)下降,这类果蔬被称为非跃变型果蔬(nonclimacteric fruit and vegetable)或非高峰型果蔬。
? 跃变型果实:如苹果、香蕉、芒果、鳄梨、番茄、杏、桃、猕猴桃、柿、无花果、番石
榴、西番莲等成熟时都能表现出类似的呼吸高峰
? 非跃变型果实:果实发育过程中却没有呼吸跃变现象。如葡萄、柑桔、菠萝、黄瓜、草
莓、荔枝、柠檬等
? 绝大多数蔬菜不发生呼吸跃变
跃变型与非跃变型果蔬的特性比较
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(7)呼吸底物:
除了葡萄糖以外,其它碳水化合物也可以作为呼吸底物,而蛋白质和脂肪则要经过水解后,才能作为呼吸底物。 (8)呼吸消耗:
大部果蔬的呼吸底物主要是糖。呼吸底物的消耗,是果菜在贮藏中发生失重(自然损耗)和变味的重要原因之一。从呼吸强度可以计算出呼吸底物的消耗量。
? 凡表现出后熟现象的果实都具有呼吸跃变,后熟过程所特有的除呼吸外的一切其他变化,
都发生在呼吸高峰发生时期内,所以常把呼吸高峰作为后熟和衰老的分界 ? 要延长呼吸跃变型果实的贮藏期就要推迟其呼吸跃变 ? 果实的种类不同,呼吸跃变出现的时间和峰值高度也不同 ? 有呼吸跃变现象的果实体内的代谢会发生很大变化,当达到呼吸高峰时,果实品质最佳,
高峰过后果实品质迅速下降 3. 呼吸作用的意义
(1)为其他代谢活动提供能量
(2)产生的中间产物为合成其他新物质的原料
(3)分解病原微生物分泌的毒素,对提高抗病性有利 (4)…… 4. 影响呼吸作用的因素
(1)内部因素 A. 种类和品种
在相同的贮藏保鲜环境中,果蔬的种类品种不同,其呼吸强度有较大差异:对果品来说,浆果类呼吸强度最大(葡萄除外),核果类次之,仁果类呼吸强度最小;对蔬菜来说,叶菜类呼吸强度最大,果菜类次之,根菜类一些根茎、块茎、鳞茎最小。
夏季成熟的果蔬比秋季成熟的呼吸强度要大;南方生长的比北方生长的呼吸强度大;早熟品种的呼吸强度又大于晚熟品种;贮藏器官,如根和块茎类蔬菜的萝卜、马铃薯呼吸强度较小;而营养器官,如叶和分生组织(花)的新陈代谢旺盛,呼吸强度最大。 B. 成熟度和发育年龄
幼龄期生长最旺盛,代谢最活跃,呼吸强度最大;随着年龄增长逐渐成熟,新陈代谢降低,表皮组织和蜡质、角质保护层加厚,呼吸强度逐渐下降;块茎、鳞茎类蔬菜采后进入休眠期呼吸下降,休眠期后重新上升。 C. 同一器官的不同部位
水果和蔬菜的皮层组织呼吸强度大,果皮、果肉、种籽的呼吸强度都不同。 (2)外部因素
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A. 贮藏环境温度
温度是影响果蔬呼吸强度的重要因素。在果蔬正常生活范围内(5~35℃),温度愈低,果蔬的呼吸强度愈缓慢,物质消耗也愈少。随着温度的升高,酶活性加强,呼吸作用加强 不仅要保持适宜的低温,而且还要维持恒温
温度的波动会促进果蔬的呼吸作用。
不能简单地认为贮藏温度越低效果越好。每种果蔬都有适宜的贮藏温度。应该根据各种水果和蔬菜对低温的忍耐性不同, 尽量降低贮藏温度,又不致产生冷害;贮藏环境的温度波动会剌激水果和蔬菜中水解酶的活性,促进呼吸在贮藏过程中要求温度是稳定的,不能上下波动太大。 B. 贮藏环境湿度
贮藏环境的相对湿度也会刺激呼吸强度,当相对湿度过低时,造成果蔬失水过多,引起萎蔫,使水解作用加快,酶的活性加强,呼吸强度加大,因此,在贮藏果蔬时,应保持环境适宜的相对湿度
C. 贮藏环境气体成分---重要环境因素
对果蔬呼吸作用影响较大的气体有O2、CO2、乙烯等,合理调节这些气体的比例,可较好的保持果蔬新鲜状态,延长贮藏期;降低贮藏环境中的O2含量,可抑制呼吸并推迟一些果蔬跃变高峰的出现;提高环境中的CO2的浓度,呼吸也会受到抑制。
? 适当降低O2浓度,提高CO2浓度,可以抑制呼吸,但不会干扰正常的代谢
当O2低于10%时,呼吸强度明显降低,O2低于2%有可能产生无氧呼吸, 乙醇、乙醛大量积累,造成缺氧伤害。提高空气中的CO2浓度, 也可以抑制呼吸, 对于大多数水果和 蔬菜来说比较合适的CO2浓度为1-5%, CO2浓度过高会造成中毒
? 乙烯增强呼吸强度 D. 机械伤害和病虫伤害
果蔬一旦受到机械损伤及病虫危害时,会使呼吸作用加强。果蔬受伤后,果蔬组织与外界空气接触增加,气体交换加强,提高组织内氧气含量,从而使呼吸加强;同时当果蔬组织受伤或受到病虫害侵入时,会产生保卫反应,通过加大呼吸,增强对病虫害的抵抗及促使伤口的愈合。
5. 呼吸与果蔬贮藏的关系 ? 呼吸消耗 ? 呼吸放热
? 呼吸改变环境的气体成分 ? 呼吸供能
? 呼吸的保卫反应 ? 呼吸促进愈伤
呼吸作用越旺盛,各种生理生化过程进行的越快,采后寿命就越短,但若过分抑制,会发生无氧呼吸:因此采后在维持产品正常的生命过程前提下,尽量使呼吸作用进行得缓慢一些,无氧呼吸至少有两个缺点:
① 它释放的能量比有氧呼吸少,因此为了获得能量则消耗更多的呼吸底物 ② 在无氧呼吸过程中,乙醇和乙醛及其它有害物质会在细胞里累积,并输导到组织其
它部分,使细胞中毒
影响呼吸作用的因素是多方面的、复杂的。因素之间也不是孤立的,而是相互联系、相互制约的;在果蔬贮藏中不能片面强调哪个条件,而要综合考虑各种条件的影响,才能达到理想的贮藏效果。
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