王興枝，任君安，任建武，姚洪軍，高榮孚

（北京林業(yè)大學 生物科學與技術(shù)學院，北京 100083)

不同貯藏方式下黃瓜阻抗譜特性的研究

王興枝，任君安，任建武，姚洪軍，高榮孚

（北京林業(yè)大學 生物科學與技術(shù)學院，北京 100083)

應用電阻抗譜（ElectricalimpedancespectroscopyEIS)技術(shù)研究果蔬貯藏過程中品質(zhì)變化。將電化學、植物生理的理論與果蔬貯藏相結(jié)合，從生理學的角度來探究果蔬品質(zhì)變化的過程。以黃瓜為試驗材料，通過試驗探討了黃瓜的貯藏條件、貯藏時間與阻抗譜特性之間的關(guān)系。結(jié)果表明，室溫和保鮮膜貯藏條件下黃瓜的阻抗值隨水分散失而升高，冷藏條件下阻抗值則降低。冷藏條件下的黃瓜會產(chǎn)生冷害，嚴重影響口感和品質(zhì)。比較發(fā)現(xiàn)用保鮮膜保鮮效果最為理想。

果蔬;貯藏;阻抗譜;黃瓜

測定植物組織和器官的電阻抗譜能夠獲得基本的生理學信息，在植物生理學研究方面的應用范圍正在不斷擴展［1］。EIS法是用等效電路（equivalent electrical circuit)來表示所測定的組織樣本的電學特性，已被廣泛地用于估測植物活力［2］、果實受害程度［3］、抗寒性［4～6］、對含鹽量敏感度［7］、根系生長［8，9］等研究中。EIS法提供了非破壞性的測定胞內(nèi)電阻、胞外電阻和膜變化的手段［10］。

果蔬屬于電介質(zhì)，基于電學特性的無損檢測是對果蔬品質(zhì)進行評價的又一重要手段，已成為近年來的研究熱點之一［11，12］。阻抗譜法被應用于獼猴桃的生理特性評估。研究表明獼猴桃在成熟的過程中，細胞壁內(nèi)的電解質(zhì)并沒有發(fā)生移動，由此推測，影響組織阻抗特性發(fā)生變化的原因是果實內(nèi)發(fā)生的物理化學反應［13］。另外阻抗譜法還用于研究油桃在成熟過程中細胞壁，細胞膜以及液泡的阻抗值和容抗值所發(fā)生的變化來區(qū)分細胞胞內(nèi)電阻和胞外電阻的變化［14］。

本研究以黃瓜在不同貯藏條件下的阻抗譜特性變化為核心，闡述了不同貯藏方式對黃瓜品質(zhì)變化的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在北京林業(yè)大學菜市場購買新鮮的、大小均勻的黃瓜作為試驗材料。

1.2 試驗方法

將黃瓜分為三組，每組6根，分別進行室溫放置，冰箱冷藏，保鮮膜處理。室溫（24±2)℃，冰箱冷藏4～6℃，保鮮膜包覆后放置在室溫條件下貯藏，室溫條件下的空氣濕度為30%。

每組取3根黃瓜來做測定阻抗譜的平行試驗，求平均值以減小實驗材料個體差異帶來的誤差。阻抗譜的測定使用HIOKI 3532-50型LCR阻抗譜儀（日本日置;頻率范圍：42Hz～5MHz;基本精度：0.08%;測試電纜長度：1m)。將屏蔽線連接到保護端子（GUARD)后接地，以降低外界電磁信號干擾［15］。采用電極插入式測量，電極插入黃瓜的深度為3mm，使電極剛好位于表皮與種子之間的部分。測試條件：溫度（24±2)℃，測試電壓1.00V，兩電極間距1.5cm。選擇如下測量頻率：50Hz，100Hz，200Hz，500Hz，1kHz，5kHz，10 kHz，50kHz，100kHz，500kHz，1MHz，5MHz。測量時每個頻率之間時間間隔3s，于每天上午10：00測量一次，連續(xù)測量7d。本實驗共重復5次。每次測定阻抗譜之前先用天平稱重，并記錄數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 阻抗譜的變化

生物組織的電阻抗隨著外加電信號頻率的不同而表現(xiàn)出很大的變化，這種現(xiàn)象稱之為生物電阻抗譜。一般認為，細胞對低頻電流（＜1kHz)有較高的阻抗，低頻電流只在胞外間隙流動，阻抗主要由胞外電阻組成。細胞的阻抗隨頻率的升高而下降，在足夠高的頻率下（＞100kHz)，電流能夠直接通過胞內(nèi)，總阻抗由胞內(nèi)和胞外電阻組成［16］。

經(jīng)過多次重復試驗，比較每次實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在相同貯藏條件下阻抗譜的變化趨勢一致。結(jié)果如下：

2.1.1 室溫放置

由圖1、圖2可以看出，黃瓜的阻抗值，容抗值均隨所加頻率的增加呈現(xiàn)減小的趨勢，這正是所謂的阻抗特性。在室溫條件下，隨著貯藏時間的延長，失水程度逐漸加深，從第2天開始，黃瓜的阻抗值逐漸增大;容抗值從第3天開始逐漸減小，說明在前3天內(nèi)，黃瓜阻抗的變化主要是由胞外自由水的散失引起的。之后，隨著胞外自由水散失，細胞內(nèi)液經(jīng)過水孔蛋白運輸?shù)桨?，引起細胞結(jié)構(gòu)大小的變化，從而導致容抗值的變化。在各個頻率下容抗值都呈逐漸減小的趨勢，但是不同頻率變化幅度不同，低頻變化大，高頻變化小。通過對比容抗值和阻抗值的變化也可以看出，容抗值較阻抗值隨頻率變化更為明顯。

圖1 室溫下黃瓜阻抗值隨時間的變化Fig.1 The change of Rp with time at room temperature

2.1.2 保鮮膜

由圖3、圖4可以看出，在保鮮膜貯藏條件下，黃瓜的阻抗值在開始的4d內(nèi)變化相對較小。第5天阻抗值明顯增大，第6天之后又趨于平衡狀態(tài)。這與細胞內(nèi)水分的散失特性有關(guān)。前4天散失的水分主要是胞外的自由水，自由水散失的速率與胞內(nèi)水分運輸?shù)桨獾乃俾侍幱趧討B(tài)平衡。隨著水分散失越來越多，動態(tài)平衡被打破，胞內(nèi)水運輸?shù)桨獾乃俾市∮诎馑⑹У乃俾剩瑢е碌?天阻抗值明顯增大。相對的容抗值減小，容抗值變化的大小受頻率影響較大，低頻下容抗值變化大。

圖2 室溫下黃瓜容抗值隨時間的變化Fig.2 The change of Cp with time at room temperature

圖3 保鮮膜條件下黃瓜阻抗值隨時間的變化Fig.3 The change of Rp with time by plastic wrap

圖4 保鮮膜條件下黃瓜容抗值隨時間的變化Fig.4 The change of Cp with time by plastic wrap

2.1.3 冰箱冷藏條件

由圖5、圖6可以看出，在冷藏條件下，黃瓜的阻抗值在前3天表現(xiàn)出增大的趨勢，這是由水分散失引起的。而從第3天開始隨水分的繼續(xù)散失，阻抗值反而減小，說明此時冷藏條件已經(jīng)對黃瓜細胞膜的透性造成了傷害，細胞膜透性增大導致大量細胞內(nèi)液外滲，阻抗值隨之下降。與室溫貯藏和保鮮膜貯藏條件相比，冷藏條件下的容抗值變化幅度最大。

圖5 冷藏條件下黃瓜阻抗值隨時間的變化Fig.5 The change of Rp with time by refrigeration

圖6 冷藏條件下黃瓜容抗值隨時間的變化Fig.6 The change of Cp with time by refrigeration

為了比較不同貯藏條件下阻抗、容抗的變化大小，選取部分特征頻率下的阻抗特性并對其變化幅度進行比較如下：

從圖7可以看出，對比同一頻率下室溫和保鮮膜貯藏時阻抗的變化幅度相近，而冷藏條件下的阻抗變化幅度相對較高。在頻率為0.05kHz、0.1 kHz、0.2kHz、0.5kHz、5kHz、50kHz時三種貯藏條件下的阻抗變化隨頻率的變化不大。

從圖8可以看出，三種貯藏條件下的容抗值在0.05kHz時變化最大，隨頻率升高變化幅度逐漸減小。對比三種不同的貯藏條件，同樣可以看出，不管在那一頻率下，冷藏條件下的容抗值變化都是最大的。

圖7 特殊頻率下阻抗值的變化幅度Fig.7 The change range of Rp under specific frequency

圖8 特殊頻率下容抗值的變化幅度Fig.8 The change range of Cp under specific frequency

2.2 黃瓜失水量的變化

由表1中數(shù)據(jù)可以計算出黃瓜在不同貯藏條件下，7d時間內(nèi)重量的變化，室溫：失重72.483 g，失重率達34.92%;保鮮膜：失重4.744g，失重率為 2.21%;冷藏：失重 16.919g，失重率為7.93%。其中室溫條件下失重率遠遠大于保鮮膜和冷藏條件，而保鮮膜條件下重量的變化最小。室溫條件下，由于水分散失嚴重，黃瓜變軟且表皮與種子中間的部分變白。冷藏條件下水分散失雖然不是很嚴重，但是由于低溫冷害，黃瓜已經(jīng)變軟，顏色變深，嚴重影響了口感。保鮮膜條件下的黃瓜則相對比較新鮮，質(zhì)量最好。

表1 黃瓜重量變化Table 1 The change of cucumber weight

3 結(jié)論與討論

通過比較不同貯藏條件下黃瓜的阻抗譜變化可以看出，阻抗譜能及時地反映出黃瓜的品質(zhì)變化，具有快速、靈敏、準確的優(yōu)點。室溫和保鮮膜貯藏條件下黃瓜的阻抗值隨貯藏時間的延長而升高，冷藏條件下阻抗值則降低。通過對比不同的貯藏方式發(fā)現(xiàn)，室溫條件下黃瓜失水速率快，而冷藏條件對黃瓜的細胞組織、口感、風味都會造成一定的破壞。因此，在4～5d的貯藏期內(nèi)保鮮膜是最佳的選擇。

本試驗在阻抗譜的測量中為了減少因黃瓜表面的凹凸不平帶來的誤差而選用的是電極插入式，雖然選用較細的針灸針作為電極，但對黃瓜仍有一定的損傷。對于新鮮的果蔬來說，無損傷檢測是非常重要的。因此，還需要對電極進行進一步改進，以滿足果蔬無損檢測的要求。

目前，在水產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品腐敗動態(tài)的研究領(lǐng)域，阻抗技術(shù)因自身快速、靈敏、準確的優(yōu)點得到許多研究人員的青睞［17］。阻抗譜法作為一種電化學測試技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，并在很多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應用。但是在食品科學領(lǐng)域內(nèi)的應用研究相對較少，尤其是對于果蔬阻抗特性的研究更少。如果能夠?qū)⒆杩棺V法應用到果蔬保鮮中，可以根據(jù)果蔬在貯藏過程中阻抗特性的變化，更好地對貯藏條件進行控制調(diào)節(jié)?？梢钥焖贉蚀_地檢測到果蔬的腐敗界限，對即將腐敗的果蔬提前處理，從而減少損失。

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Study on the Impedance Characteristics of Cucumber During Different Storages

WANG Xing-zhi，REN Jun-an，REN Jian-wu，YAO Hong－jun，GAO Rong-fu
（CollegeofBiologicalSciencesandBiotechnology，BeijingForestryUniversity，Beijing100083，China)

In this test，EIS（Electrical impedance spectroscopy)was referenced to the investigate the quality changes of vegetables and fruits during storage.The study combined electrochemistry and plant physiological theory to illustrate the quality changing process of products during storage.This paper established the relationship between impedance and storage conditions as well as time in cucumber storage.The results showed：the impedance of cucumber in plastic wrap increased with water loss at room temperature，but it reduced under refrigerated condition.Chilling injury of cucumber destroyed the cell structure and affected the taste and flavor of cucumber.Plastic wrap was the most satisfactory method by contrast.

Fruits and vegetables;Storage;Impedance spectroscopy;Cucumber

TS255.3

A

1671-8151（2011)06-0557-06

2011-11-07

2011-11-17

王興枝（1986-)，女（漢)，山東濰坊人，在讀碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工方面的研究。

姚洪軍，博士，副教授。Tel：010- 62337116;E-mail：yaohj2003＠163.com

（編輯：武英耀)