不同贮藏方式下黄瓜阻抗谱特性的研究

王兴枝，任君安，任建武，姚洪军，高荣孚

（北京林业大学 生物科学与技术学院，北京 100083)

不同贮藏方式下黄瓜阻抗谱特性的研究

王兴枝，任君安，任建武，姚洪军，高荣孚

（北京林业大学 生物科学与技术学院，北京 100083)

应用电阻抗谱（ElectricalimpedancespectroscopyEIS)技术研究果蔬贮藏过程中品质变化。将电化学、植物生理的理论与果蔬贮藏相结合，从生理学的角度来探究果蔬品质变化的过程。以黄瓜为试验材料，通过试验探讨了黄瓜的贮藏条件、贮藏时间与阻抗谱特性之间的关系。结果表明，室温和保鲜膜贮藏条件下黄瓜的阻抗值随水分散失而升高，冷藏条件下阻抗值则降低。冷藏条件下的黄瓜会产生冷害，严重影响口感和品质。比较发现用保鲜膜保鲜效果最为理想。

果蔬;贮藏;阻抗谱;黄瓜

测定植物组织和器官的电阻抗谱能够获得基本的生理学信息，在植物生理学研究方面的应用范围正在不断扩展［1］。EIS法是用等效电路（equivalent electrical circuit)来表示所测定的组织样本的电学特性，已被广泛地用于估测植物活力［2］、果实受害程度［3］、抗寒性［4～6］、对含盐量敏感度［7］、根系生长［8，9］等研究中。EIS法提供了非破坏性的测定胞内电阻、胞外电阻和膜变化的手段［10］。

果蔬属于电介质，基于电学特性的无损检测是对果蔬品质进行评价的又一重要手段，已成为近年来的研究热点之一［11，12］。阻抗谱法被应用于猕猴桃的生理特性评估。研究表明猕猴桃在成熟的过程中，细胞壁内的电解质并没有发生移动，由此推测，影响组织阻抗特性发生变化的原因是果实内发生的物理化学反应［13］。另外阻抗谱法还用于研究油桃在成熟过程中细胞壁，细胞膜以及液泡的阻抗值和容抗值所发生的变化来区分细胞胞内电阻和胞外电阻的变化［14］。

本研究以黄瓜在不同贮藏条件下的阻抗谱特性变化为核心，阐述了不同贮藏方式对黄瓜品质变化的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在北京林业大学菜市场购买新鲜的、大小均匀的黄瓜作为试验材料。

1.2 试验方法

将黄瓜分为三组，每组6根，分别进行室温放置，冰箱冷藏，保鲜膜处理。室温（24±2)℃，冰箱冷藏4～6℃，保鲜膜包覆后放置在室温条件下贮藏，室温条件下的空气湿度为30%。

每组取3根黄瓜来做测定阻抗谱的平行试验，求平均值以减小实验材料个体差异带来的误差。阻抗谱的测定使用HIOKI 3532-50型LCR阻抗谱仪（日本日置;频率范围：42Hz～5MHz;基本精度：0.08%;测试电缆长度：1m)。将屏蔽线连接到保护端子（GUARD)后接地，以降低外界电磁信号干扰［15］。采用电极插入式测量，电极插入黄瓜的深度为3mm，使电极刚好位于表皮与种子之间的部分。测试条件：温度（24±2)℃，测试电压1.00V，两电极间距1.5cm。选择如下测量频率：50Hz，100Hz，200Hz，500Hz，1kHz，5kHz，10 kHz，50kHz，100kHz，500kHz，1MHz，5MHz。测量时每个频率之间时间间隔3s，于每天上午10：00测量一次，连续测量7d。本实验共重复5次。每次测定阻抗谱之前先用天平称重，并记录数据。

2 结果与分析

2.1 阻抗谱的变化

生物组织的电阻抗随着外加电信号频率的不同而表现出很大的变化，这种现象称之为生物电阻抗谱。一般认为，细胞对低频电流（＜1kHz)有较高的阻抗，低频电流只在胞外间隙流动，阻抗主要由胞外电阻组成。细胞的阻抗随频率的升高而下降，在足够高的频率下（＞100kHz)，电流能够直接通过胞内，总阻抗由胞内和胞外电阻组成［16］。

经过多次重复试验，比较每次实验的结果发现：在相同贮藏条件下阻抗谱的变化趋势一致。结果如下：

2.1.1 室温放置

由图1、图2可以看出，黄瓜的阻抗值，容抗值均随所加频率的增加呈现减小的趋势，这正是所谓的阻抗特性。在室温条件下，随着贮藏时间的延长，失水程度逐渐加深，从第2天开始，黄瓜的阻抗值逐渐增大;容抗值从第3天开始逐渐减小，说明在前3天内，黄瓜阻抗的变化主要是由胞外自由水的散失引起的。之后，随着胞外自由水散失，细胞内液经过水孔蛋白运输到胞外，引起细胞结构大小的变化，从而导致容抗值的变化。在各个频率下容抗值都呈逐渐减小的趋势，但是不同频率变化幅度不同，低频变化大，高频变化小。通过对比容抗值和阻抗值的变化也可以看出，容抗值较阻抗值随频率变化更为明显。

图1 室温下黄瓜阻抗值随时间的变化Fig.1 The change of Rp with time at room temperature

2.1.2 保鲜膜

由图3、图4可以看出，在保鲜膜贮藏条件下，黄瓜的阻抗值在开始的4d内变化相对较小。第5天阻抗值明显增大，第6天之后又趋于平衡状态。这与细胞内水分的散失特性有关。前4天散失的水分主要是胞外的自由水，自由水散失的速率与胞内水分运输到胞外的速率处于动态平衡。随着水分散失越来越多，动态平衡被打破，胞内水运输到胞外的速率小于胞外水散失的速率，导致第5天阻抗值明显增大。相对的容抗值减小，容抗值变化的大小受频率影响较大，低频下容抗值变化大。

图2 室温下黄瓜容抗值随时间的变化Fig.2 The change of Cp with time at room temperature

图3 保鲜膜条件下黄瓜阻抗值随时间的变化Fig.3 The change of Rp with time by plastic wrap

图4 保鲜膜条件下黄瓜容抗值随时间的变化Fig.4 The change of Cp with time by plastic wrap

2.1.3 冰箱冷藏条件

由图5、图6可以看出，在冷藏条件下，黄瓜的阻抗值在前3天表现出增大的趋势，这是由水分散失引起的。而从第3天开始随水分的继续散失，阻抗值反而减小，说明此时冷藏条件已经对黄瓜细胞膜的透性造成了伤害，细胞膜透性增大导致大量细胞内液外渗，阻抗值随之下降。与室温贮藏和保鲜膜贮藏条件相比，冷藏条件下的容抗值变化幅度最大。

图5 冷藏条件下黄瓜阻抗值随时间的变化Fig.5 The change of Rp with time by refrigeration

图6 冷藏条件下黄瓜容抗值随时间的变化Fig.6 The change of Cp with time by refrigeration

为了比较不同贮藏条件下阻抗、容抗的变化大小，选取部分特征频率下的阻抗特性并对其变化幅度进行比较如下：

从图7可以看出，对比同一频率下室温和保鲜膜贮藏时阻抗的变化幅度相近，而冷藏条件下的阻抗变化幅度相对较高。在频率为0.05kHz、0.1 kHz、0.2kHz、0.5kHz、5kHz、50kHz时三种贮藏条件下的阻抗变化随频率的变化不大。

从图8可以看出，三种贮藏条件下的容抗值在0.05kHz时变化最大，随频率升高变化幅度逐渐减小。对比三种不同的贮藏条件，同样可以看出，不管在那一频率下，冷藏条件下的容抗值变化都是最大的。

图7 特殊频率下阻抗值的变化幅度Fig.7 The change range of Rp under specific frequency

图8 特殊频率下容抗值的变化幅度Fig.8 The change range of Cp under specific frequency

2.2 黄瓜失水量的变化

由表1中数据可以计算出黄瓜在不同贮藏条件下，7d时间内重量的变化，室温：失重72.483 g，失重率达34.92%;保鲜膜：失重4.744g，失重率为 2.21%;冷藏：失重 16.919g，失重率为7.93%。其中室温条件下失重率远远大于保鲜膜和冷藏条件，而保鲜膜条件下重量的变化最小。室温条件下，由于水分散失严重，黄瓜变软且表皮与种子中间的部分变白。冷藏条件下水分散失虽然不是很严重，但是由于低温冷害，黄瓜已经变软，颜色变深，严重影响了口感。保鲜膜条件下的黄瓜则相对比较新鲜，质量最好。

表1 黄瓜重量变化Table 1 The change of cucumber weight

3 结论与讨论

通过比较不同贮藏条件下黄瓜的阻抗谱变化可以看出，阻抗谱能及时地反映出黄瓜的品质变化，具有快速、灵敏、准确的优点。室温和保鲜膜贮藏条件下黄瓜的阻抗值随贮藏时间的延长而升高，冷藏条件下阻抗值则降低。通过对比不同的贮藏方式发现，室温条件下黄瓜失水速率快，而冷藏条件对黄瓜的细胞组织、口感、风味都会造成一定的破坏。因此，在4～5d的贮藏期内保鲜膜是最佳的选择。

本试验在阻抗谱的测量中为了减少因黄瓜表面的凹凸不平带来的误差而选用的是电极插入式，虽然选用较细的针灸针作为电极，但对黄瓜仍有一定的损伤。对于新鲜的果蔬来说，无损伤检测是非常重要的。因此，还需要对电极进行进一步改进，以满足果蔬无损检测的要求。

目前，在水产品、农产品腐败动态的研究领域，阻抗技术因自身快速、灵敏、准确的优点得到许多研究人员的青睐［17］。阻抗谱法作为一种电化学测试技术已经发展得非常成熟，并在很多领域内得到了广泛的应用。但是在食品科学领域内的应用研究相对较少，尤其是对于果蔬阻抗特性的研究更少。如果能够将阻抗谱法应用到果蔬保鲜中，可以根据果蔬在贮藏过程中阻抗特性的变化，更好地对贮藏条件进行控制调节。可以快速准确地检测到果蔬的腐败界限，对即将腐败的果蔬提前处理，从而减少损失。

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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

王兴枝（1986-)，女（汉)，山东潍坊人，在读硕士，主要从事农产品贮藏与加工方面的研究。

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

（编辑：武英耀)