青菜氣調(diào)貯藏保鮮的工藝優(yōu)化研究

郭 鑫，崔政偉

（江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院食品加工技術(shù)與裝備研究中心，江蘇無錫214122）

青菜，又名小白菜，富含維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，深受消費(fèi)者喜愛[1]。由于青菜含水量高，葉片柔嫩，生理代謝旺盛，在貯運(yùn)過程中極易褪綠黃化、失水萎蔫和霉變腐爛[2]。目前關(guān)于青菜保鮮的研究已有一些報(bào)道，主要涉及冷藏保鮮、氣調(diào)貯藏、涂膜保鮮等[3-11]。其中氣調(diào)貯藏被認(rèn)為是目前使用最普遍、效果最好、最先進(jìn)的果蔬保鮮技術(shù)，其原理是通過冷藏、氣調(diào)和控制濕度等方式改善果蔬貯藏環(huán)境，有效削弱其呼吸強(qiáng)度和抑制其新陳代謝速率，從而極大的延長果蔬的貯存期[12]。但現(xiàn)有的研究報(bào)告中關(guān)于青菜氣調(diào)保鮮的研究不夠系統(tǒng)和全面，本文通過研究溫度、濕度、O2和CO2濃度等因素對青菜生理變化和貯藏品質(zhì)的影響，得到最優(yōu)的氣調(diào)保鮮工藝參數(shù)，為有效提高青菜貯藏品質(zhì)和工業(yè)化應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青菜 購于無錫當(dāng)?shù)夭耸袌觯?～8成熟，清晨采收，當(dāng)天上午買回并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；硝酸鎂、氯化鈉、硝酸鉀、丙酮、碳酸鈣、草酸、純抗壞血酸、2，6-二氯靛酚、碳酸氫鈉 均為分析純；白陶土。

自制密封容器（容積1L） PP材質(zhì)，蓋子頂部有直徑約8mm圓孔一個，用硅膠隔膜密封；MA-35型氣體自動混合機(jī)、DQB-360W型多功能氣調(diào)包裝機(jī) 蘇州德森包裝機(jī)械有限公司；6600型O2/CO2頂部空間分析儀 美國Illinois公司；PL3001-S型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；PQX型多段可編程人工氣候箱 寧波東南儀器有限公司；TU-1901型紫外分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；BW17-FG113型高精度糖度計(jì) 北京百萬電子科技中心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.1.1 貯藏溫度的確定 將采收的青菜置于溫度分別為5、15、25℃，相對濕度為75%（氯化鈉的過飽和鹽溶液）的自制密封容器中，每盒裝（35±2）g，每隔一定時間測定一次容器內(nèi)的O2和CO2濃度，計(jì)算其呼吸強(qiáng)度。

1.2.1.2 相對濕度的確定 將青菜置于溫度為5℃，相對濕度分別為60%（硝酸鎂的過飽和鹽溶液）、75%（氯化鈉的過飽和鹽溶液）、95%（硝酸鉀的過飽和鹽溶液）的容器中貯藏，每盒裝（35±2）g，每隔一定時間測一次容器內(nèi)的O2和CO2濃度，計(jì)算其呼吸強(qiáng)度。

1.2.1.3 O2濃度的確定 將青菜置于O2濃度分別為5%、13%、21%，溫度為5℃，相對濕度為95%的環(huán)境中，每盒裝（35±2）g，每隔一定時間測定一次容器內(nèi)的O2和CO2濃度，計(jì)算其呼吸強(qiáng)度。

1.2.1.4 CO2濃度的確定 將青菜置于CO2濃度分別為0%、6%、12%，O2濃度為5%，溫度為5℃，相對濕度為95%的環(huán)境中，每盒裝（35±2）g，每隔一定時間測定一次容器內(nèi)的O2和CO2濃度，計(jì)算其呼吸強(qiáng)度。

1.2.2 貯藏工藝參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以溫度、O2濃度、CO2濃度為實(shí)驗(yàn)因素，通過模糊綜合評價體系，進(jìn)一步研究不同初始?xì)怏w成分和溫度對青菜貯藏效果的影響，以期得到最優(yōu)的青菜氣調(diào)貯藏保鮮參數(shù)。

1.2.2.1 青菜最佳初始?xì)怏w濃度配比實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)安排采用二元二次回歸正交組合設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

預(yù)處理后的青菜，平均每盒分裝（15±1）g，在盒內(nèi)按表1氣體濃度要求充入O2和CO2，其余用N2補(bǔ)充。貯藏于溫度為5℃、相對濕度為95%的環(huán)境中，一周后測試其各項(xiàng)指標(biāo)，每個指標(biāo)測三次取平均值。

表1 青菜氣調(diào)貯藏因素水平表Table 1 Factors and levels of CA for pakchoi

1.2.2.2 青菜最佳貯藏溫度實(shí)驗(yàn) 結(jié)合1.2.2.1所得結(jié)果，將預(yù)處理后的青菜，平均每盒分裝（15±1）g，在盒內(nèi)按優(yōu)化后的氣體濃度要求充入O2和CO2，其余用N2補(bǔ)充，貯藏于溫度分別為1、3、5、7℃，相對濕度為95%的環(huán)境中，一周后測試其各項(xiàng)指標(biāo)，每個指標(biāo)測三次取平均值。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 呼吸強(qiáng)度 采用密閉系統(tǒng)法測定青菜的呼吸強(qiáng)度[13]。

1.3.2 感官評價指數(shù) 以青菜色澤、組織形態(tài)、有無異臭味等品質(zhì)對青菜進(jìn)行感官評價，具體平分標(biāo)準(zhǔn)如下：

9～10分：顏色鮮綠、有光澤，質(zhì)地平整光滑，青菜香氣濃；

8～9分：顏色綠色、無光澤，質(zhì)地平整，香氣較濃；

6～8分：外葉黃綠色、內(nèi)葉綠色，葉邊微卷、輕度萎焉，香氣淡；

4～6分：外葉變黃、內(nèi)葉黃綠色，中度萎焉，有異臭味；

0～4分：內(nèi)、外葉均變黃，嚴(yán)重萎焉，有惡臭味。

1.3.3 可溶性糖含量 采用折光儀法測定青菜的可溶性糖含量[14]。

1.3.4 葉綠素含量 采用丙酮法測定葉綠素的含量[15]。

1.3.5 維生素C含量 采用2，6-二氯靛酚鈉滴定法測定維生素C的含量[14]。

1.3.6 失重率

式中：m1，m2—分別為貯藏前質(zhì)量，貯藏后質(zhì)量，g。

1.4 青菜貯藏品質(zhì)指標(biāo)的模糊數(shù)學(xué)模型

果蔬在貯藏保鮮過程中的各品質(zhì)指標(biāo)變化可用來表示果蔬的貯藏效果，但是，任何單一的品質(zhì)指標(biāo)都不能夠全面準(zhǔn)確地反映果蔬的貯藏效果，所以采用模糊綜合評價指標(biāo)進(jìn)行評判。

以感官評價指數(shù)、可溶性糖含量、葉綠素含量、維生素C含量和失重率作為青菜貯藏過程中的品質(zhì)評價指標(biāo)，即

U={u1感官評價指數(shù)，u2含糖量，u3葉綠素含量，u4維C含量，u5失重率}

1.4.1 青菜的模糊權(quán)向量 現(xiàn)有四位有關(guān)專家分別給出感官評價指數(shù)、糖含量、葉綠素含量、維生素C含量和失重率對青菜貯藏效果評價指標(biāo)的隸屬度，結(jié)果見表2。

表2 青菜評價指標(biāo)的隸屬度Table 2 Membership of evaluation indexes for pakchoi

按行歸一化可得表3。

表3 青菜評價指標(biāo)的模糊權(quán)向量Table 3 Fuzzy weight vector of evaluation indexes for pakchoi

按列取平均值可得青菜的模糊權(quán)向量為：

1.4.2 青菜綜合評價指標(biāo)的建立 在青菜的品質(zhì)評價指標(biāo)中，感官評價指數(shù)、含糖量、葉綠素含量和維生素C含量為正效應(yīng)，取隸屬度函數(shù)為：

失重率為負(fù)效應(yīng)，因此取其隸屬度函數(shù)為：

式（1）和（2）中，ti—表示青菜的指標(biāo)ui對應(yīng)等級模糊子集的評價指標(biāo)值；tmax，tmin—分別表示青菜的指標(biāo)ui對應(yīng)等級模糊子集的評價指標(biāo)最大、最小值。

進(jìn)而得到青菜評價指標(biāo)的模糊關(guān)系矩陣：

矩陣T中第i行第j列元素tij表示青菜從指標(biāo)ui來看對其對應(yīng)等級模糊子集的隸屬度。由于青菜貯藏過程中的品質(zhì)評價指標(biāo)有五個，二因素三水平二元二次回歸正交組合設(shè)計(jì)可得到九個模糊子集，故取i=1，2，3，4，5；j=1，2，3，…，9。

用模糊權(quán)向量a將不同的行進(jìn)行綜合就可得到青菜從總體上來看對各等級模糊子集的隸屬程度，即模糊綜合評價結(jié)果向量b。其模型為：

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 貯藏溫度對青菜采后呼吸速率的影響 圖1表示的是在溫度分別為5、15、25℃條件下，青菜呼吸速率的變化規(guī)律。

圖1 不同貯藏溫度下青菜呼吸速率的變化趨勢Fig.1 Changes of pakchoi respiratory rate in different storage temperatures

由圖1可知，當(dāng)溫度在5～25℃之間時，隨著溫度的升高，青菜的呼吸速率越來越大。在5℃時，青菜的初始呼吸速率為18.3mL/（kg·h），遠(yuǎn)小于15℃條件下的40.6mL/（kg·h）和25℃下的55.7mL/（kg·h），說明溫度對青菜的呼吸速率有著顯著的影響，低溫條件能夠有效的抑制其呼吸速率。因此，選擇5℃進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 貯藏環(huán)境中相對濕度對青菜采后呼吸速率的影響 圖2表示的是當(dāng)溫度為5℃時，在相對濕度為60%、75%和95%條件下，青菜呼吸速率的變化趨勢。

圖2 不同濕度對青菜呼吸速率的影響Fig.2 Effect of different relative humidity on pakchoi respiratory rate

由圖2可知，隨著貯藏時間的延長，不同濕度的呼吸速率變化趨勢基本一致，說明相對濕度對青菜呼吸速率的影響不明顯。但總體而言，濕度95%時，CO2呼吸速率最高，因此選擇95%進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 貯藏環(huán)境中O2濃度對青菜采后呼吸速率的影響 圖3所示的是在溫度為5℃、相對濕度為95%的條件下，不同初始O2濃度對青菜呼吸速率的影響。

圖3 不同O2濃度對青菜呼吸速率的影響Fig.3 Effect of different concentration of O2on pakchoi respiratory rate

由圖3可知，隨著O2濃度的降低，青菜的呼吸速率也有較明顯的降低，由初始O2濃度為21%時的21.6mL/（kg·h）下降至初始O2濃度為5%時的14.5mL/（kg·h）。結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，低濃度的氧能夠有效抑制青菜的呼吸速率，故選擇5%的O2濃度進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

2.1.4 貯藏環(huán)境中CO2濃度對青菜采后呼吸速率的影響 圖4是青菜貯藏環(huán)境為溫度5℃、相對濕度為95%，氧氣濃度為5%的條件下，不同初始CO2濃度對青菜呼吸速率的影響。

圖4 不同CO2濃度對青菜呼吸速率的影響Fig.4 Effect of different concentration of CO2on pakchoi respiratory rate

由圖4可知，在貯藏36h以后，CO2初始濃度為12%的樣品中CO2的產(chǎn)生速率明顯提高，在108h時呼吸速率由最低時的1.3mL/（kg·h）上升到5.2mL/（kg·h），并有繼續(xù)增大的趨勢。主要是由于O2濃度較低，而CO2濃度過高，對青菜造成生理傷害，進(jìn)入無氧呼吸，呼吸速率急速上升。由此表明：低氧條件下，適當(dāng)提高CO2濃度可以降低青菜的呼吸速率，但CO2濃度過高不利于其貯藏保鮮。研究表明，CO2濃度在2%～5%范圍內(nèi)為多數(shù)蔬菜的較佳氣調(diào)保鮮條件，而由本實(shí)驗(yàn)可得6%條件下CO2呼吸速率最低，故綜合他人研究，選擇CO2濃度為5%進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

2.2 貯藏工藝參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 氣調(diào)貯藏初始?xì)怏w組成成分優(yōu)化 由式（1）和式（2）可得青菜評價指標(biāo)的隸屬模糊關(guān)系矩陣：

表4 青菜貯藏一周后的各指標(biāo)值Table 4 The value of each index for pakchoi after a week

表5 回歸模型方差分析表Table 5 Anova of regression model

表6 青菜貯藏一周后的各指標(biāo)值Table 6 The value of each index for pakchoi after a week

由此可得青菜的綜合評價指標(biāo)為：

采用SAS軟件對所得數(shù)據(jù)（見表4）進(jìn)行二次回歸擬合分析，得到綜合評價指標(biāo)值（y）與O2濃度（x1）和CO2濃度（x2）的二元二次回歸方程模型：

該數(shù)學(xué)模型的方差分析結(jié)果如表5所示。

由此可以看出，總模型的p為0.0061，是小于0.01的，故總模型對綜合評價指標(biāo)y的回歸效果極為顯著，并且其R2值為0.9851，說明模型擬合度好。由方差分析表也可看出一次項(xiàng)對y的影響是高度顯著的，二次項(xiàng)和交互項(xiàng)對其影響次之，但影響也是顯著的。

通過SAS軟件分析可知該數(shù)學(xué)模型的極大值點(diǎn)為：

即在5℃下，青菜貯藏最佳初始?xì)怏w濃度組合約為：O2：2.54%，CO2：4.47%，將x1，x2代入模型可得：y=0.724283。

2.2.2 氣調(diào)貯藏溫度優(yōu)化 由于實(shí)驗(yàn)室氣調(diào)設(shè)備精度有限，故在進(jìn)行貯藏溫度優(yōu)化處理時對上述所優(yōu)化的氣體濃度進(jìn)行四舍五入處理，得氣體濃度組合為O2：3%，CO2：4%。

由式（1）、式（2）和表3～表4可得青菜在不同溫度下評價指標(biāo)隸屬模糊關(guān)系矩陣：

由此可得青菜的綜合評價指標(biāo)為：

從上式所得結(jié)果可以看出，初始?xì)怏w成分（O2：3%，CO2：4%）相同時，在溫度為1℃和3℃條件下，青菜的綜合評價指標(biāo)比較接近，分別為0.777和0.771，明顯高于5℃時的0.716和7℃時的0.642，考慮到實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中溫度波動等因素，建議其貯藏溫度為1～3℃。另外，在5℃時青菜的綜合評價指標(biāo)0.716，與2.2.1節(jié)采用SAS回歸分析得到的綜合指標(biāo)預(yù)測值0.724吻合較好，說明該模型可以用于實(shí)踐。

3 結(jié)論

在單因素的基礎(chǔ)上研究了相同溫度和濕度、不同初始?xì)怏w濃度對青菜品質(zhì)的影響情況。采用二元二次回歸正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法得出了在溫度為5℃、相對濕度為95%條件下，青菜貯藏最佳初始?xì)怏w濃度組合約為：2.54%O2，4.47%CO2，92.99%N2。并進(jìn)一步研究了相對濕度和初始?xì)怏w濃度相同時，不同貯藏溫度條件下青菜品質(zhì)的變化情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得：當(dāng)青菜貯藏溫度為1℃和3℃條件下，青菜的綜合評價指標(biāo)比較接近，分別為0.777和0.771，高于5℃時的0.716和7℃時的0.642，考慮到實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中溫度波動等因素，建議其貯藏溫度為1～3℃。

綜上所述，青菜的最優(yōu)氣調(diào)貯藏保鮮工藝為：溫度1～3℃、相對濕度95%、氣體成分組合3%O2，4%CO2，93%N2。

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