热激处理过程中冷敏果实内部温度场变化及对其抗冷性的影响研究

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人们的日常生活离不开水果与蔬菜提供的维生素、矿物质等营养元素。而其中一部分果蔬对温度的变化极为敏感,我们称之为冷敏性果蔬。果蔬采后一般送入低温冷库中贮藏,从而规避腐烂与虫蚀,延长商品期。但是冷敏性果蔬在低于一定的温度下贮藏时会发生冷害,出现凹陷,褐斑等冷害现象。热激处理作为一种无毒无害无污染的采后预处理方式,能够增强冷敏性果蔬的抗逆性,提高细胞膜的韧性与抗氧化酶的活性,从而增加低温贮藏时的自我修复能力。现今的大多数研究对于热激条件的选择往往通过前人经验取获取,没有联系果蔬在热激处理时自身的传热性质去分析。热激过程中,果蔬内部温度场是一个动态变化的过程。本文以热水处理黄瓜果实为研究对象,通过建立传热数值模型模拟了热激时果实内部温度场的变化,研究了不同温度下热水处理果实中心温度与其抗冷性的关系并进行了验证。主要研究内容与结果如下:(1)建立了柱形和球形果实热水处理传热数值模型,柱形模型的均相对误差MD最大值为1.35%,均方根误差RMSE最大值为1.62%,最大温差为1.1℃;球形模型的平均相对误差MD最大值为1.47%,均方根误差RMSE最大值为2.42%,最大温差为2.3℃。模型合理可用,具有预测果实温度场变化的作用。(2)通过研究不同热激条件黄瓜果实和苹果果实的内部温度场和升温速率变化,发掘热处理时果实内部温度场变化的规律。结果表明:当热激温度升高后,果实传热速率大幅提升,但达到温度均一化的时间基本相同;当增加介质流速后,整体升温速率有所提升,中心升温速率峰值前移,有利于提升热激效率;不同半径的果实对热激温度的适应性各有不同,应根据不同的半径选择适当的热激温度与热激时间,以达到最优的热激效果。(3)针对40℃、45℃和50℃三种热激温度,研究了黄瓜果实不同中心温度的综合抗冷性强弱。通过测量不同贮藏天数下丙二醛含量、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、电解质渗透率、失重率及果实硬度去分析不同中心温度下果实的生理生化状态。通过隶属函数法和降维分析法将6项指标结合成2-3个贡献率大于80%的综合指标,去评价不同贮藏天数下黄瓜果实的综合抗冷性强弱。结果表明,与未经热处理的对照组相比,热水处理能够降低细胞的膜脂化,提高酶的活性和果实硬度,降低贮藏期间的电解质渗透率、失重率及冷害程度,从而提高黄瓜果实低温贮藏时的抗冷性。其中,丙二醛含量在贮藏周前期出现降低,可能是由于贮藏前期果实并未发生较为严重的冷损伤,细胞自身拥有较强的自我修复能力,且通过实验发现此时过氧化物酶(POD)活性大量提高,有时可将MDA转化为正常的脂肪酸。抗氧化酶活性峰值出现在6-9d内,说明此时是果实冷害发生点,且抗氧化酶活性并未减弱,能够大量生成去中和活性氧自由基,维持细胞的正常运行。经试验发现,热激温度为40℃时,最适中心温度为35℃;热激温度为45℃时,最适中心温度为30℃;热激温度为50℃时,最适中心温度为25℃,初步得出结论:黄瓜热处理最适热激区间为25-35℃,且随着热激温度的上升,最适热激中心温度向低温区偏移。(4)通过研究不同热激温度下相同中心温度的各项指标变化,发现相对于40℃和50℃,45℃热水处理更能诱导果实的抗冷性,提高果实在冷害高发期时的抗逆作用,且短期的高温应激处理更能激发果实细胞膜的抗冷性和抗氧化酶的活性。通过研究不同热激温度下黄瓜果实失重率与冷害指数的变化,发现冷害指数与果实失重率的变化趋势基本相同。在低温区域,中心温度30-35℃区间内果实的失重率与冷害指数较低;在高温区域,中心温度25-30℃区域内果实的失重率与冷害指数较低。通过模拟不同热激温度下黄瓜果实平均温度与平均升温速率的变化,最终发现热激时的最适平均温度区间为37-39℃,且随着热激温度的上升向高温度区域偏移。最适平均升温速率区间为0.5-2.0℃/min,且随着热激温度的上升向高升温速率区域偏移。
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