“亚生命状态”理论可表述为:具有生命的个体(生命体) 离开原来的生命活动和环境,仍可维持其生命状态,并且可维持的有限生命是可通过某种方法加以调节的。
生物学认为,生命的基本单位是细胞,而细胞是由蛋白质、核酸脂质、多糖等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能量和信息三个量综合运动与传递的表现。与自然界中无生命物质相比较,生物具有在体温条件下进行有机化合物的合成与代谢能量的转换能力;高效率利用环境条件进行自养与良性循环的能力;精确、高效储存与传递信息的能力;自稳态调节与复制的能力;不可逆性的发育与进化的能力。
生命存在于每个细胞中,农产品保鲜的重要手段之一,就是设法使其细胞得以较长时间的存活与延续,尽管经保鲜包装的农产品离开了母体和原有生命活动与环境。用生物学的理论去解释“亚生命状态理论”,即利用环境条件进行自养与良性循环(这里的环境指农产品体内和保鲜包装内的环境) ;进行自稳态调节与复制;进行不可逆性的发育与进化;在体内进行有机化合物的合成与代谢能量的转换;储存与传递生命活动的信息。
亚生命状态理论应用于保鲜包装重点解决三个问题。其一,研究不同农产品物质的生物有机成分──细胞有机分子的组成,分析哪些组成部分决定亚生命的长短;其二,研究影响农产品物质亚生命的外部条件。其三,研究延长农产品物质亚生命的物质条件──包装材料与包装设备。
细胞有机分子由蛋白质、核酸、糖类、脂类组成。
细胞干重的50 %左右为蛋白质,任何农产品成份中都含有蛋白质。蛋白质是一类很复杂的大分子缩聚物,分子量从几千到几百万以上。蛋白质种类多而且结构复杂。
蛋白质中含有多种元素,蛋白质分子是由氨基酸组成的,每个蛋白质分子是由不同种类、成千上万的氨基酸按一定的排列顺序以长链形式形成。组成蛋白质分子的氨基酸种类很多,主要的氨基酸有20 多种。
蛋白质分子具有特定的空间结构,且每一种蛋白质分子的空间结构都不一样,故蛋白质分子结构具有多样性,这种多样性决定了蛋白质分子具有多种重要功能。
蛋白质分子的功能既表现为生命体的生命活动,又是生命体重要的结构物质。例如动物的肉质成份主要是蛋白质,微生物细胞中也含有丰富的蛋白质。蛋白质分子的功能还体现在参与细胞对物质的运输、细胞的运动、为细胞活动提供能量等。
核酸最初从细胞核中提取出来,呈酸性,故叫核酸。
核酸由C、H、O、N、P 等几种元素组成,其分子量很大且变化范围很广。分子量大约从25000 到几十亿左右。核酸的结构单位是核苷酸。每个核苷酸都是由含氮碱基、戊糖、磷酸三个亚单位构成的。核酸分子最突出的特点是生物大分子复杂,结构单位异常简单。例如,一个庞大的核酸分子(DNA) 仅由四种核苷酸缩聚而成。核酸分子中所含的核苷酸单位数目庞大,排列次序变化无穷,所以核酸分子的结构也各不相同。
核酸可分为两大类。一类是含有脱氧核糖的脱氧核糖核酸,简称DNA ;另一类是含有核糖的核糖核酸,简称RNA。核酸的功能是对生物体的遗传性、变异性和蛋白质具有重要的生物合成作用。核酸是重要的遗传物质。
糖类是指多羟基醛或多羟基酮一类的有机物质。糖类分子主要由三种元素组成,这三种元素是:C、H、O。糖分子的氢原子和氧原子数之比为2 :1 。糖分子可用公式Cn (H2O) m 来表示(n 和m 可相同也可不同) 。糖类分有单糖、二糖和多糖三大类。单糖按其所含碳原子的数目,可分为三碳糖,四碳糖,五、六、七碳糖。二糖是由两分子相同或不同的单糖失水缩合而形成的。多糖是大分子物质,它的结构单位是单糖或单糖的衍生物。植物淀糖就是重要的多糖物质。
糖类的突出功能是作为细胞的重要能源物质。单糖在细胞内氧化后释放能量,1 克葡萄糖在体内完全氧化时,可释放出17. 2 千焦耳的能量供生命活动的需要。多糖可视为储藏能量的物质,它们在必要时经过酶的催化作用水解成单糖。糖类还是重要的结构物质。植物的细胞壁几乎全部由纤维素(一种多糖) 组成,微生物的细胞壁也含有不同的多糖成份。另外,糖类还与蛋白质等物质结合,表现出特定的生理功能。糖类还是重要的发酵原料,一方面为微生物提供生命活动所需的能量,另一方面由微生物将这些糖转化为发酵物。具体地说,这些糖提供了发酵产物中的碳,这称为发酵过程中的碳源。
脂类是指细胞所含的一类脂溶性物质。主要有甘油、磷脂、糖脂、固醇等。脂类由三种元素组成,这三种元素是:C、H、O ,很多脂类物质还含有P 和N 等元素。脂类没有明确的结构单位。脂类不像蛋白质、核酸和多糖那样有典型的多聚物结构,脂类不是缩聚物,也就没有明确的结构单位。但在脂类结构中,常常含有脂肪酸,脂肪酸是脂类物质的重要组份。脂类包括的范围很广,这些物质在化学成分和化学结构上也有很大差异,但它们有一个共同的特性,即不溶于水,而溶于乙醚、氯仿、苯等非极性溶剂。用这类溶剂可将脂类化合物从细胞和组织中萃取出来。脂类的这些特性主要由构成它的碳氢结构成份所决定。
脂类具有重要的生物学功能。它是构成生物膜的重要物质,几乎细胞所含有的全部磷脂类都集中在生物膜中。脂类正是机体所需燃料的贮存形式和运输形式。机体表面的脂类有防止机械损伤和防止热量散发等作用。脂类作为细胞表面物质,与细胞的识别、特种异性和组织免疫有密切关系。有一些属于脂类的物质具有强烈的生物学活性,这些物质包括某些维生素的激素等。例如三脂酰甘油是细胞储藏能量的另一种物质。1 克三脂酰甘油完全氧化分解时,能释放出38. 9 千焦耳的能量,相当于1 克糖所释放能量的2 倍。又如磷脂是构成细胞膜和许多细胞器的重要成分,对维持细胞的多种功能和控制物质出入细胞(如发酵产物逸出细胞) 有重要作用。
影响物质亚生命的外部条件很多,主要有温度、湿度、气体成份、气压及卫生状况等。温度是影响正常生命和亚生命的重要因素,特别是在农产品保鲜包装中,温度越高,物质的呼吸强度也就越高。农产品等生命体一般在正常生命活动中,适宜的温度范围内(5 - 35 ℃) ,温度越低,呼吸强度也相应越低,物质和能量损耗就越少。任何一种农产品都有一个最佳的温度范围,在此范围内对其亚生命的延长很有利。
另外,进入亚生命状态后,其温度波动范围也不宜太大,否则同样使亚生命寿命受影响。这是因为波动大的温度对生命体细胞原生质和整个生命系统产生冲击,类似于汽车的发动机一样,频繁地变速会影响其寿命一样。
湿度对生命体的亚生命寿命也有影响。因为环境中的湿度直接影响农产品表面及其内部的含水量。湿度表现在湿空气上,湿空气是由空气和水蒸气组成的,绝对湿度是水蒸气在空气中所占比例的百分数。如果将水或含水量很大的物质置于密封的干空气中,水分子就会不断转入气相,直到空气变得饱和为止。另外,空气的饱和水蒸气压受环境温度和压力的影响。
环境中的湿度均指相对湿度,它表示空气中的水蒸气压与该温度下饱和水蒸气压的比值,用百分数表示。饱和空气的相对湿度就是100 %。农产品在保鲜包装环境中的空气中,空气中的含水量会因农产品的含水量多少而增加或减少,但农产品体内细胞有渗透压作用,若含水量很高,大部分游离水容易蒸发,小部分结合水不易蒸发。同时农产品体内的水还含有不同溶质,阻碍了水分的蒸发。作为农产品(生鲜)的保鲜包装,只有当达到平衡的相对湿度(一般为97 %) 时,才对亚生命的维持最为有利。同时研究表明,水分多,无形中增加了生命体内细胞的负荷,不利于亚生命的维持,故一般出现同一物质含水量低比含水量高更易于保鲜的现象。
气体成份。在维持生命的活动中,氧有养生的功能,氮能冲淡空气中的氧气而缓和它的剧烈作用;任何具有生命的动植物都离不开一定比例的氧和二氧化碳。如动物消耗空气中的氧,呼出二氧化碳;植物消耗空气中的二氧化碳而放出氧气。另外还有一种气体乙烯对生命的影响很大。但实际上乙烯应属于一种激素物质的范畴。
氧气供给量和呼吸强度成正比关系。氧气是维持生命的必需品,但供氧量太大,会增加呼吸强度和消耗更多的能量物质。氧气过少则又会导致缺氧而出现病害。动物和人在正常的生命活动中,耗氧量越低(但必须要耗氧) 寿命就越长。因为耗氧量可作为生物体能量消耗的衡量尺度。它与体温(或环境温度) 、呼吸频率、血液循环快慢(对动物) 有密切关系。耗氧量越高,新陈代谢率越高,这样会使细胞处于高度紧张状态,工作负荷增加,易于衰老以致减短寿命。因此,在保鲜包装中可通过控制氧气含量来抑制农产品的呼吸频率。不过,不同品种的农产品对维持生命所需的最低氧气浓度有所不同。例如,当氧的浓度在1 %～5 %时,很多果蔬会发生无氧呼吸,产生有害的中间产物(乙醇) ,造成果蔬中毒。
二氧化碳具有抑制呼吸的作用,同时还抑制乙烯的产生。提高环境中的二氧化碳浓度,可削弱呼吸强度。农产品适宜的二氧化碳浓度为3～5 % ,浓度过高会使一些正常的新陈代谢活动受阻,导致代谢失调。当二氧化碳浓度大于20 %时,会产生无氧呼吸,使乙醇、乙醛物质积累,对农产品体内组成产生不可逆伤害。二氧化碳浓度应与氧的浓度相匹配,较高的氧需要有较高的二氧化碳才能发挥作用。
氮气在农产品保鲜中具有延长“亚生命”的作用。研究表明,氮气也有二氧化碳的功能,即冲淡氧的含量,减少氧化而延长生命体的生命。另外氮还是生命体的基础物质即蛋白质的主要组成元素,在生命活动中,特别是被植物吸收合成氮的化合物,供植物吸收并变成蛋白质。因此,氮已被用于保鲜包装以延长物质生命体的寿命。
乙烯是一种植物生长促进剂。在果蔬等农产品呼吸过程中有微量乙烯产生,能促进呼吸作用并加速果蔬成熟后衰老的过程,它不利于亚生命状态的延续。乙烯在保鲜包装中是要设法去除的气体,方法是可在包装中加入乙烯吸收剂(或增加二氧化碳浓度等) 。与乙烯有相同作用的气体还有丙烷、乙炔等。
空气中的氦、氖、氩、氪、氙、氡等惰性气体,对于延长亚生命状态有很好的作用,被用于保鲜包装中的防虫、防霉等。
任何具有生命的物质都与压力有关。当周边环境压力加大到一定程度后,生物内部细胞负荷加大,使正常的生命活动规律失调,从而影响其寿命。作为农产品保鲜包装,在其它条件不变的环境下,气压增大不利于亚生命状态的延续,这方面有很好的实例。在一个密封的容器中放入配制好原料的盐蛋和皮蛋半成品,再经加压(充气) ,经试验观察,其盐蛋与皮蛋的成熟期比传统存放方式大大缩短,这个例子说明,压力可加速生命的衰老或加快生命的成熟。
卫生状况对生命体保鲜十分重要。在进入包装处理之前,要将可能产生的病源污染予以消除,以免在包装内繁殖而加速食品变质。需消除的污染主要有:生物污染、化学污染、农药残留污染、空气污染及其它污染。这些污染都随时可能危害农产品生命,使农产品“亚生命”大大缩短。
与亚生命状态有关的因素还有噪音,但噪音对亚生命状态的影响缺乏研究和实例,正像保鲜包装在货架上的货架寿命与噪音有无关系一样,有待于进一步研究。
生鲜农产品亚生命物质条件主要指保鲜包装中的物化手段,即包装材料与包装设备。无论是包装材料还是包装设备,为了能使生鲜农产品能在保鲜包装中受到保护和延长其亚生命,除具有一般产品包装的功能和特性外,还应具备一些特殊的功能。如对农产品生命活性的保护性,对在保存期间所产生的某些成份具备选择性的吸收或排除,对于可能出现的污染成份能使其在材料表面自行降解。
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