ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ДЫХАНИЯ И ДЫХАТЕЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЦВЕТОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ [1988 Стрельцов Б.Н., Рукавишников А.М., Коротанов В.А.

Интенсивность дыхания принадлежит к числу основных показателей, используемых при расчете газового режима в хранилище и параметров мембран, создающих модифицированную газовую среду. Концентрация кислорода и углекислого газа, которую необходимо измерять, обычно находится в диапазоне 1—10%. Целесообразно использовать самые простые приборы и методы, дающие вполне удовлетворительную точность для указанных концентраций.

Чтобы определить количество поглощенного кислорода и выделившегося углекислого газа, поступают следующим образом. Берут определенную навеску цветов (0,5 кг), выкладывают их на решетку вакуумного эксикатора и герметично закрывают крышкой. Через 16—17 ч отбирают две пробы газа на анализ содержания С0₂ и Ог с помощью прибора ГХЛ (газохимическая лаборатория). Затем рассчитывают величину дыхательного коэффициента и интенсивности дыхания исходя из содержания газовых компонентов в пробе воздуха, его объема в эксикаторе, массы, времени.

Такая методика, однако, не дает представления о динамике дыхания и требует слишком много времени для проведения анализа. Для определения интенсивности дыхания и дыхательного коэффициента более удобно использовать манометрические методы. Эти методы дают возможность измерять небольшие изменения количества кислорода при высоком (несколько процентов) его содержании в среде, а тем более при концентрации этого газа, соответствующей обычному состоянию воздуха. Манометрия позволяет одновременно регистрировать газообмен кислорода и углекислого газа, что крайне важно для соблюдения технологии хранения. Кроме того, в необходимых случаях легко проследить за дыхательным газообменом. Манометрические методы обладают большой чувствительностью, у них практически нет инерционности измерений. При этом используют небольшие навески материала и изменения газового состава регистрируют за короткие промежутки времени.

Различают два класса манометрических методов: открытая манометрия, при которой давление измеряют при постоянном объеме системы, и дифференциальная, при которой объем изменяется. Наибольший интерес представляет открытая манометрия, отличающаяся простотой и надежностью.

Схема способа открытой манометрии для определения интенсивности дыхания и дыхательного коэффициента показана на рисунке 34. Манометрическое определение проводят в закрытых сосудах с цветочной продукцией, где выделяющийся в процессе дыхания углекислый газ улавливается поглотителем. В качестве последнего можно использовать раствор щелочи (20%-ный КОН) или поглотитель в твердой фазе — аскарит, размещаемый внутри сосуда в специальной емкости.

Рис. 34. Манометрический способ измерения дыхания и дыхательного коэффициента: 1 - сосуд с цветочной продукцией; 2 — водяной манометр; 3 — продукция (луковицы); 4 — поглотитель углекислого газа (аскарит)

Таким способом интенсивность дыхания оценивается по потреблению кислорода, снижение парциального давления которого регистрируется манометром, так как выделившийся углекислый газ полностью поглощается. Если проводят определение интенсивности дыхания срезки или черенков, содержащих хлорофилл, то измерение необходимо вести в темноте, поскольку при фотосинтезе газообмен направлен в противоположную сторону (поглощается углекислый газ, выделяется кислород). Для этого сосуд с дышащим растительным материалом накрывают плотной светонепроницаемой тканью или черной бумагой. На показаниях манометров могут отразиться колебания температуры окружающей среды, вследствие чего всю установку помещают в камеру с постоянной температурой, например в холодильную камеру хранилища.

Связь между изменением давления, регистрируемым манометром, и количеством выделившегося (поглощенного) газа устанавливается так называемым основным уравнением манометрии по О. А. Семихатовой:

где V — количество поглощенного или выделившегося газа, м³;

h отмеченное манометром изменение давления, обычно мм вод. ст.; А — константа манометрического сосуда, м³/мм или м³/Па.

Константа А учитывает в пропорциональной зависимости объем газовой фазы в манометрическом сосуде в зависимости от температуры среды плюс объем жидкого состава для поглощения выделившегося газа с поправкой на коэффициент растворимости газа в жидкости. Значение константы Л, кроме того, связано обратно пропорциональной зависимостью с нормальным давлением. Для практических расчетов следует принять во внимание, что в системе СИ 1 мм вод. ст. соответствует 9,81 Па. С учетом того что хранение обычно проводят при температурах, близких к 0°С, а в качестве поглотителя выделившегося при дыхании продукции газа используют твердый аскарит, выражение для константы А можно записать в виде

С учетом изложенного объем поглощенного (выделившегося) газа будет

Согласно соотношению (1) для интенсивности дыхания, имеем:

Объем газовой фазы в сосуде равен разности между объемом сосуда V_с объемом цветочной продукции V_ц и поглотителя V_п, тогда

За немногими исключениями (одревесневшие черенки, совершенно сухие семена), можно считать, что масса растительного материала в граммах равна объему вытесненного газа в миллилитрах, поскольку срезка цветов, черенки, луковицы содержат значительное количество воды.

Определение дыхательного коэффициента проводят путем сопоставления двух манометрических измерений: падения давления при поглощении кислорода h₁ (см. рис. 34, а) и падения давления при поглощении кислорода и выделении в отсутствие поглотителя углекислого газа Δh = h₁ — h₂ (рис. 34, б). С учетом формулы (2) имеем:

Тогда, определяя изменение давления за счет выделения углекислого газа h₂ через Δh и h₁, получим

Если Δh = 0, дыхательный коэффициент равен 1, если происходит падение давления в отсутствие поглотителя (Δh>0), δ<1; если в отсутствие поглотителя давление повышается (Δh><0), δ>l.

Рассчитаем интенсивность дыхания клубнелуковиц гладиолуса сорта Оскар при температуре 5°С. Согласно измерениям, оказалось, что за 15 мин давление в сосуде с 16 клубнелуковицами массой 0,615 кг понизилось на 53 мм. Объем сосуда 1,5 л, объем ванночки с аскаритом 0,1 л. Определим скорость падения давления:

K = 9,81•10^-5 (1,5•10^-3-0,615•10^-3-0,1•10^-3)]/0,615 = 5,9×10^-8м³/кг•с.

Аналогично можно рассчитать интенсивность дыхания не только клубнелуковиц (луковиц), но и черенков, срезки, семян различных цветочно-декоративных растений. Величина интенсивности дыхания может изменяться с течением времени хранения или с изменением концентрации кислорода и углекислого газа.

В необходимых случаях можно повторно измерять интенсивность дыхания и получить кривую зависимости К = f(t). Характер такой зависимости содержит важную информацию об интенсивности метаболических процессов, происходящих в хранимом материале. Как правило, интенсивность дыхания в первый период хранения повышена и подвержена некоторым вариациям, но с течением времени она стабилизируется на более низком уровне. Измеренная величина начальной интенсивности дыхания может служить основой для соответствующих расчетов.

В том же эксперименте при удалении из ванночки аскарита наблюдалось в течение такого же времени некоторое повышение давления, равное 8 мм. С учетом этого в соответствии с (27) получим величину дыхательного коэффициента

При измерении интенсивности дыхания следует иметь в виду, что эта величина очень чувствительна к всяким механическим воздействиям на продукцию: повреждениям при неаккуратной закладке срезки или черенков в емкость для измерений, к скручиванию, складыванию или сдавливанию листьев, лепестков и т. д. Колебания температуры, влажности также могут быть источником погрешности, вследствие чего при однократном непродолжительном определении интенсивности дыхания возможно получение случайных недостоверных величин.

Определяя интенсивность дыхания в течение 1,5—2 ч, можно по характеру кривой К = f(t) судить о том, было ли повреждающее воздействие на продукцию, поскольку влияние этого воздействия обычно непродолжительно.

Кроме того, продолжительность опыта зависит от характера газообмена испытуемого материала; срезка дышит интенсивно, в то время как, например, семена имеют очень низкую интенсивность дыхания и необходимо большее время, для того чтобы в колене манометра произошло падение давления, поддающееся четкой и точной визуальной оценке. Величина этого перепада давлений зависит и от количества материала в измеряемом сосуде, его наполненности.

Для получения достоверных результатов необходимо также, чтобы скорость поглощения углекислого газа поглотителем была существенно больше скорости его выделения исследуемым объектом. Последнее условие обычно выполняется, если взять достаточное количество аскарита и равномерно распределить его в соответствующей емкости.