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护花使者

2023-04-28谷瑞丰

大学生 2023年4期
关键词:预冷压差鲜花

谷瑞丰

鲜花中的这个“鲜”字,不仅是观赏价值的核心,更是经济价值的基础。

鲜花保鲜需二“jì”

鲜花采收后,通常需要经过预处理、分级、包装、贮藏、运输等环节。在这些采后处理环节中,可以保持鲜花的新鲜状态,延长鲜花观赏期的处理技术,就是鲜花的保鲜技术。

鲜花保鲜中,关键是两个“jì”。

第一个保鲜“jì”,是药剂。鲜花采收后就失去了根对于花朵的养分和水分的供应。因此,鲜花开放过程中,所需的一切物质,除了茎秆中储备的以外,其余都依靠茎秆从瓶插的液体环境中吸收。同时,采收后的处理、流通环境相较于采收前的生长环境也极为不同。高效的保鲜液能为采收后和流通环节中的鲜花提供充足的养分,同时还能调节鲜花的采后代谢状态,使鲜花适应采后环境变化。

第二个保鲜“jì”,是技术。鲜花采后处理的每一个环节都需要适宜的环境和处理方式,其中包括温度、湿度、气体环境调控和病虫害防控等。鲜花采收后,它的花期就是一场与时间的赛跑,为了保“鲜”,就需要在各个环节提高处理效率,缩短处理时间,尽量使鲜花拥有更长的花期和观赏状态。鲜花的采后保鲜技术体系,就是在鲜花预处理、分级、包装、贮藏、运输等采后环节中,为营造适宜环境条件,缩短采后处理时间,所使用的各种现代化的相互配合的一系列技术措施。

抗衰配方 “基因尺”量一量

鲜花与其他农作物的保鲜要求不同。多数农作物的保鲜要求为保持新鲜的外观和避免营养物质流失。鲜花不仅要求外观新鲜,还要求经过一系列采后流通和贮藏的处理后,鲜花可以开放,而且要开得好、开得久,这可不简单!

若想研发出高效的保鲜产品和技术,搞懂鲜花的开放和衰老的机理是第一步。为了解析鲜花开放和衰老的机理,团队指导老师高俊平教授带领实验室历经30年,从分析花朵衰老的抗氧化酶调节机制起步,发现了调控乙烯响应的关键受体和乙烯响应程度的标记基因,揭示了乙烯与其他激素之间的互作机制;发现负责水分跨膜运输的水通道蛋白可作为失水信号感受器,明确了抑制失水程度可同时改善乙烯和失水胁迫的双重耐性,取得了一系列花卉保鲜研究领域的重大突破。

课题组研究发现,乙烯作为一种促进衰老的激素,通过抑制生长素、赤霉素、细胞分裂素,进而迅速加速鲜花的衰老进程,引起鲜花早衰。鲜花在运输过程中面临失水胁迫时,其实并不会释放乙烯,在经历失水胁迫后的复水过程中乙烯才会集中爆发。

于是,我们就设想通过激素间的互作作用,通过为预处液补充被乙烯抑制的激素,来延缓鲜花经长距离运输品质迅速劣变的现象。在激素筛选中有一个难点,就是确定相关激素补充的量的问题。因为激素具有微量、高效的特点,不同含量的激素可能起到截然相反的作用。为了精准进行激素合理使用,我们利用分子生物学中的“标记基因”这个标尺,为激素的使用进行定量。这就像应用在我们日常生活中的新生儿基因筛查技术,其本质就是利用不同“标记基因”对相关疾病的指示作用。不同激素调节鲜花采后代谢,也都是通过调节特定代谢通路基因的表达而发挥作用的。在进行不同激素处理后,我们通过观察不同激素代谢通路中,调节鲜花衰老发挥关键作用的“标记基因”的表达量变化,来实现对激素处理效果的量化,精准判断不同激素用量对鲜花衰老的调控作用,从而精准筛选出以激素为核心的高效抑制鲜花衰老的保鲜剂配方。

两难问题多面解

鲜花采后保鲜是个系统性的工程,通过孙小明副教授的指导,我们将预冷环节作为保鲜技术研发升级的突破口。

预冷是鲜花控温锁鲜的第一步骤。传统的鲜花采收后为了便于运输和采后处理,通常是200枝捆扎在一起的,这个数量的鲜花,从20℃度降到4℃平均需要15小时。为了实现鲜花的快速批量降温,我们曾借鉴国外经验,探索适用于鲜花的压差预冷技术。压差预冷技术虽然可以快速降温,但常易造成预冷产品的失水和预冷不均匀的问题。

基于课题组关于鲜花在经过失水后,复水时会出现乙烯爆发,进而由乙烯催化鲜花衰老的机制新发现,结合鲜花呼吸时,由于气孔的开闭,导致水分散失的规律,我们总结出,在预冷中控制鲜花失水,是鲜花预冷亟须解决的问题。

据此,我们探索适用于鲜花的规模化压差预冷技术。压差预冷技术的原理是利用轴流风机对冷空气的抽吸作用,使冷空气快速流经鲜花表面,通过冷空气与鲜花的对流换热,使鲜花快速降温。这个过程就如同我们想要一杯热水快点变凉,常会对热水吹一吹,这就是通过吹气加速热水与空气的对流换热,来使热水快速降温。在鲜花压差预冷中,过高的空气流速可以提升预冷速率,但也会加大鲜花的预冷失水率。而降低空气流速虽然可以减少鲜花预冷失水率,但也会使预冷速率降低。面对这种两难的情况,我们一边控制空气流速,一边优化包装箱开孔方式,尽量增大空气流量,加速预冷,避免流速过快造成的鲜花过度失水,同时使不同位置的鲜花所接触的空气流量相近,提升预冷的均匀度。之后,使用覆盖材料密封鲜花包装箱之间的缝隙,提升包装箱两端的气压差,提高预冷能源消耗的有效性。最终,开发出适用于鲜花快速降温的压差预冷技术,实现了对缓慢降温的冷库预冷技术的替代,解决了预冷中过度失水的问题,将预冷时间缩短2小时,减少预冷能耗50%。

在随后的鲜花品质分级环节中,为了将鲜花快速、精准进行等级划分,实现“好花好价”,我們团队建立了基于图像识别的质量分级数据库,将数据库植入自动分级设备,进行自动化分级,日处理量20万枝以上,为以前人工分级的5倍,且分级准确率达90%以上。后续我们对分级完成后的包装、贮藏、品质可追溯的实现等多环节都进行了技术优化升级。最终我们团队以预冷温度控制为核心,集成保鲜液处理技术、自动分级技术、机械包装技术、低温贮藏保鲜技术和鲜花出库质量检测技术,进而形成了完善的鲜花运销综合保鲜技术体系。

责任编辑:马春梅

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