貨架溫度對(duì)西蘭花品質(zhì)影響及預(yù)測(cè)模型建立

史萌，劉婧，楊沛潔，陳愛強(qiáng)，閻瑞香，劉斌，關(guān)文強(qiáng)，*

（1.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134；2.天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300134；3.天津科技大學(xué)包裝與印刷工程學(xué)院，天津300222）

西蘭花又稱綠菜花、青花菜，原產(chǎn)于歐洲地中海沿岸。由于具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和防癌功效，西蘭花已成為我國(guó)主要栽培和最重要的出口創(chuàng)匯蔬菜之一，被譽(yù)為“蔬菜皇冠”[1-2]。西蘭花富含蛋白質(zhì)、維生素，以及類黃酮、多酚等抗氧化物質(zhì)[3]，但采后代謝水平的提高易造成花球黃化、萎蔫甚至霉變腐爛，故應(yīng)選用適宜方法對(duì)西蘭花進(jìn)行保鮮貯藏。

現(xiàn)階段西蘭花的采后保鮮主要通過物理措施處理結(jié)合貯藏環(huán)境控制完成，包括低溫貯藏、熱激處理、氣調(diào)保鮮、紫外照射等方式[4]，而溫度作為重要物理因素可對(duì)西蘭花生理代謝平衡、內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)組織造成直接影響[5]。研究表明，0 ℃、4 ℃下貯藏可保持西蘭花總硫代葡萄糖苷含量和抗氧化能力，延緩VC、葉綠素等營(yíng)養(yǎng)成分損失的速率[6]；Li 等[7]對(duì)采后西蘭花進(jìn)行低溫和光照結(jié)合處理，發(fā)現(xiàn) 4 ℃、7 ℃結(jié)合 24 μmolm-2s-1光照可將鮮切西蘭花的貯藏期延至10 d，而4 ℃與聚丙烯包裝結(jié)合更能將西蘭花貯藏期延長(zhǎng)至28 d[8]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)多探討貯藏溫度對(duì)西蘭花品質(zhì)的影響，但不同貨架溫度下西蘭花品質(zhì)的變化卻少有報(bào)道。西蘭花在貨架期間品質(zhì)劣變嚴(yán)重，損失程度較大，且相關(guān)研究較少[9]。因此，尋求合適的貨架溫度對(duì)于西蘭花銷售流通具有重要的意義。

目前，為了更直觀反映溫度對(duì)果蔬的影響，同時(shí)提高果蔬品質(zhì)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者采用Arrhenius 方程、WLF 方程以及Z 模型等構(gòu)建貨架期預(yù)測(cè)模型，并運(yùn)用于肉類[10-11]、水產(chǎn)品[12-13]、果蔬[14-16]等領(lǐng)域，但系統(tǒng)研究溫度對(duì)西蘭花貨架期間品質(zhì)影響，且運(yùn)用特征指標(biāo)擬合西蘭花預(yù)測(cè)模型的甚少。本文擬通過感官評(píng)價(jià)、測(cè)定葉綠素含量等指標(biāo)來探究不同貨架溫度下西蘭花的品質(zhì)變化情況，進(jìn)而確定西蘭花的適宜貨架溫度。同時(shí)將Arrhenius 方程與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)相擬合，構(gòu)建合適的貨架期預(yù)測(cè)模型并預(yù)測(cè)西蘭花品質(zhì)變化，為實(shí)際銷售提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

西蘭花：市售，挑選花球形狀厚圓、花蕾顏色青綠均勻，無腐爛、無機(jī)械損傷、大小均勻的西蘭花為試驗(yàn)材料。

1.1.2 試劑

無水乙醇（分析純）：天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠；丙酮（分析純）：天津市化學(xué)試劑供銷公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Evolution201 型紫外分光光度計(jì)：美國(guó)Thermo Scientific 公司；3-18k 型離心機(jī)：德國(guó)西格瑪SIGMA公司；VA400 型復(fù)雜非物質(zhì)視覺分析儀：法國(guó)Alpha M.O.S 公司；SYK-ES-100 型乙烯分析儀：意大利 FCE 公司；Check PointⅡ型O2/CO2氣體分析儀：丹麥丹圣PBI Dansensor 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

輕拭西蘭花表面殘余水漬，距花球2 片～3 葉片處，用干凈刀具切掉球莖?；ㄇ蛲暾盅b于0.02 mm 聚乙烯保鮮袋中（1 個(gè)/袋，共 54 顆），均分 3 組后折口貯藏于4、10 ℃冷庫(kù)和20 ℃恒溫室（濕度80%～85%）以備指標(biāo)測(cè)定。4 ℃下試驗(yàn)組每隔3 d 測(cè)量1 次，10 ℃試驗(yàn)組每2 d 測(cè)量1 次，20 ℃試驗(yàn)組每天測(cè)量1 次，各指標(biāo)重復(fù)3 次平行試驗(yàn)。

1.3.1 感官評(píng)價(jià)

參考Annelie[17]、張麗[18]等方法，建立感官評(píng)價(jià)表。由10 名經(jīng)專業(yè)訓(xùn)練的食品專業(yè)學(xué)生按表1 進(jìn)行西蘭花感官評(píng)價(jià)，并用加權(quán)法進(jìn)行總分，各加權(quán)系數(shù)0.25。

表1 西蘭花感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standards of broccoli sensory quality

1.3.2 黃化指數(shù)

黃化指數(shù)測(cè)定參照Olarte 等[19]顏色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和Pen 等[20]褐變指數(shù)計(jì)算方法略有改動(dòng)。

黃化指數(shù)=∑（黃花級(jí)別×黃化樣品數(shù)目百分比）

當(dāng)西蘭花黃化指數(shù)大于2 時(shí)認(rèn)為黃化程度嚴(yán)重，即不具有商品價(jià)值。西蘭花的黃化級(jí)別按表2 判定。

表2 西蘭花黃化級(jí)別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation standards of broccoli yellowing level

1.3.3 色差值

采用VA400 型復(fù)雜非物質(zhì)視覺分析儀進(jìn)行色差值測(cè)定，將拍攝結(jié)果用內(nèi)部攜帶軟件轉(zhuǎn)化成L*、a*、b*值。其中 L*表示亮度，數(shù)值從 0（黑）到 100（白）；a*值為負(fù)表示綠色，為正表示紅色；b*值為負(fù)表示藍(lán)色，為正表示黃色。

1.3.4 失重率的測(cè)定

采用差量法進(jìn)行測(cè)定[21]。公式如下：

式中：W 為失重率，%；m0為鮮樣質(zhì)量，g；mt為貯藏時(shí)間為t d 時(shí)的質(zhì)量，g。

1.3.5 葉綠素含量的測(cè)定

參考Nath 等[22]方法并進(jìn)行修改，采用丙酮與乙醇體積比為 2 ∶1 混合液提取，于 645 nm 和 663 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值。葉綠素含量的計(jì)算公式如下：

式中：C 為葉綠素含量，mg/g；A663為 663 nm 處吸光度值；A645為645 nm 處吸光度值；V 為提取液體積，L；M 為樣品鮮重，g。

1.3.6 呼吸強(qiáng)度的測(cè)定

呼吸強(qiáng)度測(cè)定參考高俊鳳方法[23]，將待測(cè)西蘭花放置于體積為1.9 L 的密封保鮮盒中（聚丙烯，18 cm×11 cm×11 cm），使用氣體分析儀測(cè)定CO2濃度起始值，密封4 h 后再次測(cè)定CO2濃度值，所示數(shù)值即為終止值。

1.3.7 乙烯釋放量的測(cè)定

乙烯釋放量參考曹建康等[24]方法，使用乙烯氣體分析儀進(jìn)行測(cè)定。將待測(cè)西蘭花放置于體積為1.9 L的密封保鮮盒中（聚丙烯，18 cm×11 cm×11 cm），密封4 h 后測(cè)定盒中的乙烯含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Origin8.5 繪圖并擬合曲線，SPSS 16.0 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（P<0.05）。

1.5 貨架期模型的構(gòu)建

1.5.1 動(dòng)力學(xué)模型的建立

選取西蘭花品質(zhì)降低的特征指標(biāo)，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論，即可擬合品質(zhì)衰變函數(shù)，進(jìn)而構(gòu)建化學(xué)品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)模型，以達(dá)預(yù)測(cè)食品貨架期的目的[25]。通常零級(jí)和一級(jí)反應(yīng)模型使用較為廣泛。

零級(jí)反應(yīng)模型：

一級(jí)反應(yīng)模型：

式中：t 為貯藏時(shí)間，d；C0為特征指標(biāo)初始測(cè)定值；C 為貯藏t 時(shí)化學(xué)指標(biāo)值；k 為品質(zhì)衰變速率。

1.5.2 品質(zhì)變化預(yù)測(cè)模型的建立

Arrhenius 方程作為化學(xué)基元反應(yīng)的經(jīng)典模型，可描述化學(xué)反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于食品貨架期預(yù)測(cè)[15]。其基本表達(dá)式為：

式中：k 為速率常數(shù)；A 為指前因子；Ea為反應(yīng)活化能，J/mol；R 為氣體常數(shù)，8.3144 J/（mol·K）；T 為絕對(duì)溫度，K。

將（3）式取對(duì)數(shù)可得

通過對(duì)lnk、1/T 線性擬合，即可依據(jù)斜率和截距獲得 Ea和 A 值。將（4）式帶入（1）、（2）式可得知西蘭花在零級(jí)和一級(jí)反應(yīng)的貨架期預(yù)測(cè)模型：

式中：SL0為西蘭花零級(jí)反應(yīng)下的貨架期預(yù)測(cè)模型；SL1為西蘭花一級(jí)反應(yīng)下的貨架期預(yù)測(cè)模型，d；C0為特征指標(biāo)初始值；C 為貯藏t d 時(shí)特征指標(biāo)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 貨架溫度對(duì)西蘭花感官評(píng)分的影響

感官評(píng)分可直接描述果蔬品質(zhì)與商品價(jià)值，分值的高低是衡量保鮮效果的重要標(biāo)準(zhǔn)[26]。不同貨架溫度對(duì)西蘭花感官評(píng)分的影響如圖1 所示。

圖1 貨架溫度對(duì)西蘭花感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of shelf temperature on sensory score of broccoli

由圖1 可知，20 ℃貨架溫度下的西蘭花在0～1 d品質(zhì)下降速率最快（k=1.3），花球在第2 天開始出現(xiàn)黃化和褐色斑點(diǎn)，第4 天時(shí)腐爛嚴(yán)重并失去商品價(jià)值。10 ℃貨架溫度下的西蘭花在2 d～4 d 和6 d～8 d 評(píng)分下降速率最快（k=0.5），花球在4 d 后出現(xiàn)黃化并在第10 天失去商品價(jià)值。相較于其它兩組，4 ℃下的西蘭花感官品質(zhì)最佳，0～9 d 時(shí)感官評(píng)分均為5，12 d 后方出現(xiàn)明顯下降（k=0.28），貨架期能有效延長(zhǎng)至21 d。綜上可得，低溫能推遲西蘭花的黃化時(shí)間，延緩花球腐爛速率并保證優(yōu)良的感官品質(zhì)。該結(jié)果與Erika 等[8]的研究一致。

2.2 貨架溫度對(duì)西蘭花失重率的影響

隨著貨架時(shí)間的延長(zhǎng)，西蘭花由于自身呼吸及蒸騰作用的影響，重量損失增加，品質(zhì)下降明顯。貨架溫度對(duì)西蘭花失重率的影響由圖2 所示。

圖2 貨架溫度對(duì)西蘭花失重率的影響Fig.2 Effect of shelf temperature on weight lose of broccoli

在整個(gè)貨架期間，各組西蘭花的失重率隨貨架時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，20 ℃貨架溫度的失重率顯著高于其余兩組（P<0.05），并在第4 天增至4.26%后失去商品價(jià)值。4 ℃和10 ℃下西蘭花的失重率始終保持在較低水平，最大值分別為1.26%、1.86%。因此，低溫可有效延緩失重率的增長(zhǎng)速度，進(jìn)而保證西蘭花貨架品質(zhì)，這與溫度對(duì)鮮切菠菜失重率的影響效果一致[16]。

2.3 貨架溫度對(duì)西蘭花色差值的影響

色差值是判斷果蔬顏色變化的重要指標(biāo)，L*與-a/b 值可直觀反映西蘭花的新鮮度與保綠程度[26]。貨架溫度對(duì)西蘭花色差值的影響如圖3 所示。

由圖3 可知，不同貨架溫度下西蘭花的L*值總體呈上升趨勢(shì)，各組差異顯著（P<0.05）。其中，20 ℃處理組的上升速率最快，4 d 即達(dá)58.83。在6 d～9 d 架期間4 ℃處理組的L*值有下降趨勢(shì)，其原因可能為西蘭花失水造成[24]。各處理組的-a/b 值逐漸下降且差異顯著（P<0.05），其中4 ℃下降速率最慢。上述結(jié)果與感官評(píng)分相符（圖1），由此表明低溫能延緩西蘭花轉(zhuǎn)黃速度，進(jìn)而保證良好的感官品質(zhì)和商品價(jià)值。

圖3 貨架溫度對(duì)西蘭花L*值、-a/b 值的影響Fig.3 Effect of shelf temperature on L*value and-a/b value of broccoli

2.4 貨架溫度對(duì)西蘭花葉綠素的影響

葉綠素是高等植物進(jìn)行光合作用的重要色素，也是衡量綠色蔬菜品質(zhì)的指標(biāo)之一。西蘭花在貨架期間的顏色變化情況也與葉綠素含量密切相關(guān)。貨架溫度對(duì)西蘭花葉綠素的影響如圖4 所示。

圖4 貨架溫度對(duì)西蘭花葉綠素含量的影響Fig.4 Effect of shelf temperature on chlorophyll content of broccoli

由圖4 可知，貨架溫度可顯著影響西蘭花葉綠素的下降速度（P<0.05），且貨架溫度的高低與下降速率呈正相關(guān)。20 ℃下的西蘭花葉綠素含量在0～2 d 下降速率最快，1 d 即降低54.7%，而4 ℃和10 ℃分別下降22.3%、32.7%。與其他溫度相比，4 ℃護(hù)綠效果最好，西蘭花在12 d 仍能維持較高水平，且4 ℃下放置18 d與10 ℃下放置8 d、20 ℃下放置3 d 的葉綠素含量相當(dāng)，這與Jia 等[27]的研究結(jié)論一致。上述結(jié)果可進(jìn)一步證明低溫能減緩葉綠素的降解速度，進(jìn)而維持西蘭花的營(yíng)養(yǎng)成分。

2.5 貨架溫度對(duì)西蘭花呼吸強(qiáng)度的影響

呼吸作用是造成西蘭花在貨架期間生理變化的主要原因，其強(qiáng)度的大小可為西蘭花的保鮮效果提供重要參考[28]。貨架溫度對(duì)西蘭花呼吸強(qiáng)度的影響見圖5。

圖5 貨架溫度對(duì)西蘭花呼吸強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of shelf temperature on respiration intensity of broccoli

從圖5 可看出，20 ℃下的西蘭花在0～2 d 呼吸作用旺盛，并于第2 天達(dá)到最高峰值148.7 mg CO2/（kg·h）。貨架初期，4 ℃和10 ℃下西蘭花的呼吸強(qiáng)度由于低溫作用而呈下降趨勢(shì)[29]，10 ℃下的西蘭花于第8 天達(dá)到最高峰值69.0 mg CO2/（kg·h），比20 ℃推遲了6 d；4 ℃的西蘭花則在15 d 出現(xiàn)呼吸高峰，呼吸強(qiáng)度為45.2 mg CO2/（kg·h）。上述結(jié)果表明，低溫可有效降低西蘭花呼吸強(qiáng)度、推遲呼吸躍變的啟動(dòng)，進(jìn)而降低其生理指標(biāo)變化速率，延長(zhǎng)貨架期壽命。這與Chairat 等[28]研究的溫度對(duì)CO2產(chǎn)生速率的影響結(jié)果相符。

2.6 貨架溫度對(duì)西蘭花乙烯釋放速率的影響

乙烯作為重要內(nèi)源性激素，其釋放量的高低可有效反映果蔬的成熟與衰老程度。貨架溫度對(duì)西蘭花乙烯釋放率的影響見圖6。

從圖6 可看出，各溫度條件下西蘭花的乙烯釋放量隨貨架期的延長(zhǎng)而增加。該趨勢(shì)與不同溫度對(duì)獼猴桃乙烯釋放量影響的研究結(jié)果相似[30]。與20 ℃的急劇上升相比，4 ℃和10 ℃下西蘭花的乙烯釋放量受到明顯抑制，峰值各出現(xiàn)于21 d 和6 d，其值分別為2.18 μL/（kg·h）和3.30 μL/（kg·h），這與呼吸強(qiáng)度（圖5）的變化相對(duì)應(yīng)。綜上可知，較低的貨架溫度可有效抑制乙烯釋放量，推遲釋放峰值出現(xiàn)時(shí)間，進(jìn)而延緩西蘭花衰老。

圖6 貨架溫度對(duì)西蘭花乙烯釋放率的影響Fig.6 Effect of shelf temperature on ethylene formation rate of broccoli

2.7 動(dòng)力學(xué)分析及貨架期模型的預(yù)測(cè)

由于感官品質(zhì)會(huì)作為消費(fèi)者購(gòu)買的決定性因素[26]，故將感官評(píng)分作為中間指標(biāo)，建立其與測(cè)量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度，進(jìn)而篩選出適宜指標(biāo)來構(gòu)建貨架期預(yù)測(cè)模型。不同貨架溫度下西蘭花感官評(píng)分與其他測(cè)量指標(biāo)間的相關(guān)性見表3。

表3 不同貨架溫度下西蘭花感官評(píng)分與其他測(cè)量指標(biāo)間的相關(guān)性Table 3 Correlation coefficient between sensory score and other parameters of broccoli under different shelf life temperature

從表3 可看出，各組西蘭花的失重率和葉綠素均與感官得分呈極顯著相關(guān)性（P<0.01）。故選取失重率和葉綠素來建立品質(zhì)學(xué)動(dòng)力模型，以便更好地預(yù)測(cè)西蘭花的貨架期限。

2.7.1 動(dòng)力學(xué)分析

西蘭花品質(zhì)指標(biāo)的衰變函數(shù)大多符合零級(jí)或一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型[31]，因此將葉綠素和失重率的測(cè)量值分別帶入（1）、（2）式中，通過 Origin8.5 進(jìn)行線性和非線性擬合，所得結(jié)果如表4 所示。依據(jù)表4 中R2均值結(jié)果，決定采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)研究西蘭花中葉綠素的變化，用零級(jí)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行失重率的研究。

2.7.2 貨架期模型的建立

根據(jù)西蘭花在4、10、20 ℃貨架溫度下葉綠素、失重率的變化，按照公式（4）進(jìn)行線性擬合，以1/T 為橫坐標(biāo)，lnk 為縱坐標(biāo)作圖，其中葉綠素以ln（-k）為縱坐標(biāo)。由此可得指前因子k0、活化能Ea等模型參數(shù)，具體數(shù)值如表5 所示。

表4 零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)k 及決定系數(shù)R2Table 4 Zero and first-order kinetic reaction rate constants k and coefficient of determination R2

表5 品質(zhì)指標(biāo)貨架期預(yù)測(cè)模型參數(shù)Table 5 The parameter of prediction model for the shelf-life

將表 5 中的結(jié)果帶入公式（5）、（6）可得貨架期模型如下：

式中：Cchlo、為西蘭花達(dá)貨架期終點(diǎn)時(shí)葉綠素的測(cè)定值；CWL為西蘭花達(dá)貨架期終點(diǎn)時(shí)失重率的測(cè)定值；SLchlo為葉綠素含量貨架期預(yù)測(cè)模型；SLWL為失重率貨架期預(yù)測(cè)模型。

2.7.3 貨架期模型的驗(yàn)證

以消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的接受度作為貨架期的終點(diǎn)，依據(jù)圖1 感官評(píng)分結(jié)果，綜合色澤、氣味等多方面因素，確定當(dāng)感官評(píng)分降至3 分時(shí)為樣品的貨架期終點(diǎn)，各溫度下的貨架期終點(diǎn)時(shí)間記為貨架期實(shí)測(cè)值[32]。將感官評(píng)分為3 時(shí)，各溫度的下葉綠素和失重率帶入（7）、（8）式，即得貨架期預(yù)測(cè)值。不同溫度下品質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值見表6。

表6 不同溫度下品質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值Table 6 Experimental and predicted quality values under different temperature

表6 反映了預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的分析比較結(jié)果。由表6 可知，葉綠素模型的預(yù)測(cè)值在20 ℃下誤差較高（60%），但在4 ℃和10 ℃下的相對(duì)誤差均優(yōu)于失重率。這說明構(gòu)建的葉綠素和失重率模型可在一定條件下較好預(yù)測(cè)西蘭花的貨架期。其中，SLchlo在低溫條件下預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確，而SLWL平均相對(duì)誤差較小，僅為8.75%。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)探究了不同貨架溫度（4、10、20 ℃）對(duì)西蘭花采后品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，4 ℃和10 ℃低溫條件能延緩西蘭花的轉(zhuǎn)黃與葉綠素下降速率，抑制呼吸強(qiáng)度和乙烯釋放量的上升，并能推遲峰值的出現(xiàn)時(shí)間，從而保證西蘭花的貨架品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。其中4 ℃保鮮效果最好，能有效延長(zhǎng)西蘭花貨架期至21 d。試驗(yàn)另將Arrhenius 方程與化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)相結(jié)合，通過葉綠素和失重率來建立西蘭花貨架期預(yù)測(cè)模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葉綠素和失重率的預(yù)測(cè)模型相關(guān)系數(shù)分別為0.969 94、0.901 33，SLchlo在低溫條件下預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確（<10%），但平均相對(duì)誤差比SLWL高15.93%。故兩種模型相結(jié)合可獲得更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)參數(shù)，進(jìn)而為西蘭花貨架期監(jiān)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。