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用酶动力学拟合在密闭条件下香菇呼吸速率方程及米氏方程三

2021-08-18 来源:海南农业机械网

用酶动力学拟合在密闭条件下香菇呼吸速率方程及米氏方程(三)

2.2 Michaelis-Menten方程及各参数的确立

在求得了各个温度下氧气和二氧化碳浓度与时间的拟合方程后,就可以根据公式[5]~[8],求得氧气的呼吸消耗速率rO2和二氧化碳的呼吸生成速率rCO2,拟合曲线见图1;根据公式[7]、[8]通过多重线性回归分析,获得表3结果:

表3 香菇在273K、283K和293K下根据多重回归求得米氏方程各参数值

温度

KKm

%O2Vmax

mg/kghrKi

%CO2R2标准误差

(Std.Error)2930.279811.330.9850.00590.238281.580.9850.0000342830.47432.860.9890.0600.143148.200.9890.0000382730.051178.110.9730.220.01757.423.580.9730.00015

0.017 57.4 23.58 0.973 0.00015

注:2、4、6行数据由公式[7]求得,3、5、7行由公式[8]求得。

表3中,每组方程各项的标准回归化系数(BETA)在软件中显示高亮度(即P-level<0.05)说明线性显著。

图 1 O2、CO2浓度对香菇呼吸速度的影响

Fig.1 Effects of O2,CO2 concentration on respiratory rate of shiitake

由图1可以看出在293K条件下,香菇的由始至终呼吸熵在0.86~1.02之间变化,其中,当氧气浓度在1.0%和二氧化碳浓度在13.4%条件下呼吸熵约为1;在283K条件下,香菇的呼吸熵在0.4~1.6之间变化,当氧气浓度为5.2%和二氧化碳浓度为7.2%,RQ约为1;273K条件下RQ区间为0.4~1.03,当氧气浓度为0.7%和二氧化碳浓度为8.4%,RQ约为1。由此表明本实验是在有氧呼吸的条件下进行的,计算有效。

2.3 温度对香菇呼吸作用的影响

三个温度下LnVm的值统计见表4:

表 4 不同1/T下,LnVm 的值

1/温度(K)1/2731/2831/293LnVm14.766.616.89LnVm24.055.756.72

不同1/T下,LnVm线性回归预测值与观察值关系中氧气斜率=-0.93,复相关系数=0.927;二氧化碳斜率=0.99,复相关系数=0.990。

通过计算求得的在氧气最大消耗率活化能为7.73kJ/mol;二氧化碳最大产生率的活化能为8.23kJ/mol。根据公式[9],在已知一定温度下氧气的最大消耗速率或二氧化碳的最大产出率,就可以求得其他温度条件下的最大变化率。例如:在有氧呼吸条件下,已知香菇在273K下氧气的最大消耗率为117mg/kghr,根据公式[9]代入相关参数值可求得在288K下氧气最大消耗率为139.7 mg/kghr。

3 结果与讨论

本次实验利用米氏方程机理,选取了具有一定特征的函数形式,拟合了一定温度下氧气、二氧化碳浓度随时间变化的方程,并且复相关系数都达到了0.95以上。

米氏方程的各个参数值为进一步气调包装的参数设定提供理论依据,并且方程原始模型仍为时间的函数,大大简化了由于呼吸作用而导致体系的复杂性。实验中同时也获得了对呼吸熵的动态变化。

温度因子对香菇呼吸作用的影响则通过Arrhenius关系求得Ea,同时求得在有氧条件下不同温度下的氧气的最大消耗率或二氧化碳的最大产出率,为以后在不同温度下进行气调包装提供数值参考。

作者:刘晓丹 谢晶

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