海沃德獼猴桃貨架期預(yù)測模型的建立

孫 強 張 鑫 高貴田

(陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710119)

獼猴桃(Actinidia Chinenensis Planch)以其獨特的風(fēng)味，富含Vc、膳食纖維和多種礦物，且具有清腸健胃等功效而受到人們的廣泛關(guān)注和喜愛[1-3]。 獼猴桃是呼吸躍變型漿果，不耐貯藏，貨架期短，每年我國獼猴桃損失率高達20%～30%[4-5]。 因此，預(yù)測獼猴桃貨架期，減少貨架期損失是獼猴桃產(chǎn)業(yè)急需解決的主要問題之一。

通過建立貨架期預(yù)測模型可以對食品的貨架期進行預(yù)測[6]，其中Arrhenius 模型是最常見的模型。 張元薇等[7]對櫻桃的貨架期進行預(yù)測，構(gòu)建的非恒溫條件下Vc 變化動力學(xué)模型的決定系數(shù)R2大于0.97，回歸估計標(biāo)準(zhǔn)誤接近于0；裴嬌艷[8]通過測定不同溫度下硬度的變化預(yù)測了番茄的貨架期，準(zhǔn)確率在±10%以內(nèi)；劉云云[9]對雙孢菇的貨架期進行了預(yù)測，建立的雙孢菇品質(zhì)動力學(xué)模型實測值與預(yù)測值的擬合曲線較

好，平均相對誤差均小于10%；Dermesonluoglu 等[10]發(fā)現(xiàn)利用Arrhenius 模型能夠很好地對菠菜的貨架期進行預(yù)測。 綜上，利用Arrhenius 模型通過測定果蔬的Vc 含量和硬度來對果蔬的貨架期進行預(yù)測具有可行性，為減少果蔬貨架期損失提供了依據(jù)，但Arrhenius模型用于海沃德獼猴桃貨架期預(yù)測鮮有報道。

本研究以栽培面積最大的美味獼猴桃海沃德為試驗材 料，測 定0.5 μL·L-11 -甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)處理組與未處理組(對照組)獼猴桃在不同溫度下的硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和Vc 含量等相關(guān)指標(biāo)，根據(jù)Arrhenius模型[11]計算不同溫度下對照組Vc 含量降至初始值50%[12]和硬度達到3.0 kg·cm-2(失去貯藏價值)[13]時的表觀活化能，建立獼猴桃貨架期預(yù)測模型[14]，以期為獼猴桃冷藏貯運和銷售提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試品種海沃德采自陜西省周至獼猴桃試驗站果園，采收時可溶性固形物含量為9.8%。 選擇無病蟲害、無機械損傷、大小勻稱、色澤均一的獼猴桃。 采收后立即運回實驗室在常溫下放置24 h 散去田間熱。

抗壞血酸，成都市科龍化工試劑廠；1-MCP，美國陶氏化學(xué)(上海)公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

GY-3 型水果硬度計，浙江托普儀器有限公司；PAL-1 型數(shù)字手持袖珍折射儀，日本愛拓公司；JY 系列電子天平，上海精若科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 獼猴桃果實預(yù)處理 將獼猴桃隨機分為2組，一組不做任何處理(對照組)，一組用0.5 μL·L-11-MCP 處理。 1-MCP 處理參照陳金印等[15]的方法。準(zhǔn)確稱量0.013 5 g 1-MCP 粉劑于50 mL 燒杯中，與獼猴桃一起放入密封袋中，每個袋子裝15 個獼猴桃。 加10 mL 蒸餾水于燒杯中，立即密封袋子，同時搖勻燒杯中的溶液，熏蒸24 h。 將2 組獼猴桃分別置于0、4、15、25℃條件下貯藏，相對濕度控制在85%～95%之間。

1.3.2 硬度測定 采用果實硬度計測定[16]，每個果實測定3 次。

1.3.3 可溶性固形物含量測定 采用手持折光儀測定[16]，每個果實測定3 次。

1.3.4 可滴定酸含量測定 采用酸堿滴定法，可滴定酸含量用質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)表示[16]。 稱取10.0 g 獼猴桃果肉樣品，放在研缽中研磨成糊狀，轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶，用蒸餾水定容，搖勻。 靜置30 min，在室溫條件下用濾紙過濾除去濾渣，保留濾液。 按照公式計算可滴定酸含量:

式中，V為獼猴桃提取液總體積；Vs 為滴定時所用獼猴桃汁溶液體積，mL；c為氫氧化鈉濃度，mol·L-1；V1為滴定時樣品消耗的氫氧化鈉溶液的體積，mL；V0為滴定蒸餾水時消耗的氫氧化鈉溶液的體積，mL；m為獼猴桃質(zhì)量，g；f為折算系數(shù)，g·mmol-1(f 取蘋果酸折算系數(shù)0.067)。

1.3.5 Vc 含量測定 采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[16]。 準(zhǔn)確量取10.0 g 獼猴桃果實樣品于研缽中，加少量20.0 g·L-1草酸溶液在冰浴條件下研磨，直到將獼猴桃果實研磨成糊狀，轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中，后用20 g·L-1草酸溶液定容，搖勻，放置10 min 后過濾，去掉濾渣，留下濾液備用。 按照公式計算抗壞血酸含量:

式中，V1為滴定時樣品消耗的2，6-二氯酚靛酚溶液的體積，mL；V0為滴定蒸餾水時消耗的2，6-二氯酚靛酚溶液的體積，mL；ρ為1 mL 2，6-二氯酚靛酚溶液相當(dāng)于抗壞血酸的質(zhì)量，mg·mL-1；Vs 為滴定時所使用獼猴桃汁溶液體積，mL；V為獼猴桃提取液總體積，mL；m為獼猴桃質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0 和SPSS Statistics17.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用Excel 2007 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 獼猴桃貨架期主要指標(biāo)變化情況

2.1.1 硬度的變化 果實軟化是由細胞壁發(fā)生變化以及細胞物質(zhì)在酶作用下分解所導(dǎo)致的細胞總體結(jié)構(gòu)被破壞，細胞發(fā)生分離的結(jié)果，常伴隨著果實的成熟衰老，因此，果實硬度常作為果實品質(zhì)變化的重要指標(biāo)[17-18]。 剛采收時，獼猴桃果實在初生壁中沉積了大量原果膠，果心內(nèi)也積累著大量淀粉粒，因此比較生硬[19]。 隨著貯藏時間的延長，果實硬度下不斷下降，這主要與果實內(nèi)多糖類物質(zhì)發(fā)生降解有關(guān)。 由圖1 可知，溫度越低獼猴桃果實硬度下降越緩慢。 在25℃條件下，對照組獼猴桃果實硬度在貯藏20 d 時下降到0.67 kg·cm-2，處理組在貯藏28 d 時下降到0.64 kg·cm-2。 在15℃條件下，對照組獼猴桃果實硬度在貯藏36 d 時下降到0.88 kg·cm-2，處理組在貯藏48 d 時下降到0.58 kg·cm-2。 在4℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實硬度下降到0.65 kg·cm-2，處理組下降到4.25 kg·cm-2。 在0℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實硬度下降到3.71 kg·cm-2，處理組下降到6.53 kg·cm-2。 表明，1-MCP 對不同貯藏溫度下獼猴桃果實硬度下降速率的抑制效果不同，溫度越低，抑制效果越明顯。

圖1 獼猴桃硬度的變化Fig.1 Changes of firmness of kiwifruit

圖2 獼猴桃可溶性固形物含量的變化Fig.2 Changes of soluble solids content of kiwifruit

2.1.2 可溶性固形物含量的變化 可溶性固形物含量常作為獼猴桃采收成熟度的衡量指標(biāo)。 由圖2 可知，溫度越低，獼猴桃果實可溶性固形物含量上升速率越緩慢。 在25℃條件下，對照組獼猴桃果實可溶性固形物含量在貯藏20 d 時上升到14.66%，處理組在貯藏28 d 時上升到14.56%。 在15℃條件下，對照組獼猴桃果實可溶性固形物含量在貯藏36 d 時上升到14.68%，處理組在貯藏48 d 時上升到14.76%。 在4℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實可溶性固形物含量上升到13.87%，處理組上升到13.42%。 在0℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實可溶性固形物含量上升到13.58%，處理組上升到13.08%。 表明，1-MCP 對不同貯藏溫度下獼猴桃果實可溶性固形物上升速率的抑制效果不同，溫度越高，處理組和對照組之間可溶性固形物含量差異越明顯。

圖3 獼猴桃可滴定酸含量的變化Fig.3 Changes of titrate acid content of kiwifruit

2.1.3 可滴定酸含量的變化 在果實后熟過程中，果實內(nèi)所積累的蘋果酸、奎寧酸等有機酸可以部分轉(zhuǎn)化成糖類，還可以與K+、Ca2+鹽中和，降低酸含量，使酸味消減[20]。 由圖3 可知，溫度越低，獼猴桃果實可滴定酸含量下降越緩慢。 在25℃條件下，對照組獼猴桃果實可滴定酸含量在貯藏20 d 時下降到0.97%，處理組在貯藏28 d 時下降到0.95%。 在15℃條件下，對照組獼猴桃果實可滴定酸含量在貯藏36 d 時下降到0.91%，處理組在貯藏48 d 時下降到0.89%。 在4℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實可滴定酸含量降到1.02%，處理組下降到1.08%。 在0℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實可滴定酸含量下降到1.08%，處理組下降到1.14%。 表明1-MCP 對不同溫度下獼猴桃可滴定酸含量下降速率的延緩效果不同，溫度越高，延緩效果越明顯。

2.1.4 Vc 含量變化 Vc 是獼猴桃含量最為豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，溫度不當(dāng)會導(dǎo)致Vc 的流失，降低其營養(yǎng)價值[12]。 由圖4 可知，低溫能夠延緩獼猴桃Vc 的降解。在25℃條件下，對照組獼猴桃果實Vc 含量在貯藏20 d時下降到42.21 mg·100g-1，處理組在貯藏28 d 時下降到39.82 mg·100g-1。 在15℃條件下，對照組獼猴桃果實Vc 含量在貯藏36 d 時下降到40.44 mg·100g-1，處理組在貯藏48 d 時下降到41.38 mg·100g-1。 在4℃條件下，對照組獼猴桃果實Vc 含量在貯藏60 d 時降到41.22 mg·100g-1，處理組在貯藏60 d 時下降到47.78 mg·100g-1。 在0℃條件下貯藏60 d 時，對照組獼猴桃果實Vc 含量下降到52.15 mg·100g-1，處理組下降到61.94 mg·100g-1。 表明，1-MCP 對不同溫度下獼猴桃Vc 降解速率的抑制效果不同，溫度越低，抑制效果越明顯。

圖4 獼猴桃Vc 含量的變化Fig.4 Changes of Vc content of kiwifruit

2.2 基于對照組和處理組Vc 含量和硬度變化的動力學(xué)模型的分析和建立

2.2.1 Vc 含量和硬度變化的動力學(xué)分析 食品的品質(zhì)變化(化學(xué)、物理和微生物變化)可以從動力學(xué)變化的角度進行分析[21-24]。 某恒定溫度下Vc 含量和硬度下降可用零級或一級反應(yīng)進行擬合。 零級反應(yīng)公式:

一級反應(yīng)公式:

在不同溫度下，將對照組和處理組獼猴桃Vc 含量和硬度變化曲線進行擬合，對零級和一級擬合參數(shù)進行比較，結(jié)果如表1、表2 所示。

表1 不同溫度下對照組和處理組獼猴桃Vc 含量變化動力學(xué)模型參數(shù)Table 1 Parameters of Kinetic model of changes of Vc content of kiwifruit of contral group and processing group in different temperatures

由表1 可知，對照組Vc 含量下降的零級反應(yīng)決定系數(shù)(R20)小于一級反應(yīng)決定系數(shù)(R21)，且一級反應(yīng)中的決定系數(shù)均大于0.97，擬合度較高。 處理組Vc 含量下降的零級反應(yīng)決定系數(shù)小于一級反應(yīng)決定系數(shù)。由表2 可知，對照組硬度下降的零級反應(yīng)決定系數(shù)總體總體大于一級反應(yīng)決定系數(shù)，且零級反應(yīng)決定系數(shù)均在0.95 以上，擬合度較高。 處理組硬度下降的零級反應(yīng)決定系數(shù)總體大于一級反應(yīng)決定系數(shù)。 因此，可用一級化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型對Vc 含量變化進行擬合，用零級反應(yīng)動力學(xué)模型對硬度變化進行擬合。

2.2.2 獼猴桃貨架期預(yù)測模型的建立 Arrhenius 方程是表示化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T 之間關(guān)系的經(jīng)驗公式，獼猴桃果實Vc 含量和硬度的下降速率(k)與溫度(T)的關(guān)系可用下列方程表示:

表2 不同溫度下對照組和處理組獼猴桃硬度變化動力學(xué)模型參數(shù)Table 2 Parameters of Kinetic model of changes of firmness of kiwifruit of contral group and processing group in different temperatures

式中，k為反應(yīng)速率常數(shù)；R為摩爾氣體常數(shù)，8.314 kJ·mol-1；T 為熱力學(xué)溫度，K；A0指前因子；Ea指表觀活化能，kJ·mol-1。

由公式(5)可知，lnk和1/T 呈線性關(guān)系。 將對照組和處理組不同溫度下Vc 含量和硬度變化值的lnk和1/T 作圖，如圖5 所示。

圖5 獼猴桃Vc 含量與硬度值的lnk 和1/T 之間的關(guān)系Fig.5 The relationship between lnk and 1/T of Vc and firmness of kiwifruit

由圖5-A 可知，對照組Vc 含量變化Ea/R= 4 582.6，lnA0=12.007，R2=0.989 1，說明lnk與1/T 有較好的線性關(guān)系。 將所得數(shù)據(jù)代入公式(3)可得對照組獼猴桃Vc 含量的變化速率與溫度之間的關(guān)系方程:

由圖5-B 可知，對照組硬度變化Ea/R=5 086.6，lnA0=16.554，R2=0.986 7，說明lnk 與1/T 有較好的線性關(guān)系。 將所得數(shù)據(jù)代入公式(3)可得對照組獼猴桃硬度的變化速率與溫度之間的關(guān)系為:

由圖5-C、D 可知，對照組Vc 變化Ea/R=5 182.8，lnA0=13.783，R2=0.906 6，處理組硬度變化Ea/R=5 889.6，lnA0=19.069，R2=0.895 8。 綜合分析圖5 發(fā)現(xiàn)處理組Vc 變化及硬度變化的lnk與1/T 的R2低于對照組相應(yīng)的R2，其機理有待進一步研究。

結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型和Arrhenius 方程，以對照組獼猴桃Vc 和硬度為考察指標(biāo)，得到獼猴桃的貨架期動力學(xué)預(yù)測模型分別為:

式中，c0為獼猴桃的參數(shù)初值；Vc 和硬度的初始值分別為83.76 mg·100g-1和11.89 kg·cm-2；T 為熱力學(xué)溫度，K； t 為獼猴桃貨架期，d；c(VC)和c(HA)分別為貨架期結(jié)束時獼猴桃Vc 和硬度的參數(shù)值。

2.2.3 獼猴桃貨架期預(yù)測模型驗證 為了驗證對照組獼猴桃貨架期模型的可行性，選取20℃貯藏條件進行驗證試驗，將獼猴桃貨架期的預(yù)測值和實測值進行比較，驗證結(jié)果如表3 和表4。

表3 基于對照組Vc 含量和硬度變化的貨架期預(yù)測值和實測值對比Table 3 Contrast of predicted and measured values of shelf life based on the changes of Vc content and firmness of contral group

表4 對照組Vc 含量和硬度的預(yù)測值和實測值對比Table 4 Contrast of predicted and measured values based on the changes of Vc content and firmness of contral group

由表3 可知，將293.15 K 代入式(6)計算獼猴桃貨架期為29.2 d，在20℃條件下獼猴桃Vc 降至最初的50%時實際貨架期為32.0 d，預(yù)測值與實測值的相對誤差在10%以內(nèi)；將293.15 K 代入式(7)計算獼猴桃貨架期為28.9 d，在20℃條件下實際貯藏過程中獼猴桃硬度的貨架期為30.0 d，預(yù)測值與實測值的相對誤差在10%以內(nèi)。 由表4 可知，預(yù)測值和實測值的相對誤差均在±10%以內(nèi)，將對照組獼猴桃Vc 含量變化和硬度變化的實測值和預(yù)測值進行線性擬合，得到的擬合決定系數(shù)均在0.99 以上，說明對照組獼猴桃Vc含量和硬度變化的線性相關(guān)性良好。 將對照組獼猴桃Vc 含量變化的實測值和預(yù)測值進行顯著性t檢驗，當(dāng)顯著性水平α=0.05，df=5 時，t(0.05，5)= 2.571，｜t｜=0.857＜t(0.05，5)，說明對照組獼猴桃Vc 含量變化的預(yù)測值和實測值的結(jié)果無顯著差異。 將對照組獼猴桃硬度變化的實測值和預(yù)測值進行顯著性t檢驗，當(dāng)顯著性水平α=0.05，df=5 時，t(0.05，5)= 2.571，｜t｜=0.206＜t(0.05，5)，說明對照組獼猴桃硬度變化的預(yù)測值和實測值的結(jié)果無顯著差異。

3 討論

3.1 1-MCP 處理對海沃德獼猴桃貨架期品質(zhì)的影響

1-MCP 通過與乙烯受體優(yōu)先結(jié)合的方式來達到抑制乙烯生理效應(yīng)的目的，在獼猴桃貯藏保鮮上有較廣泛的應(yīng)用。 侯大光[25]研究認(rèn)為海沃德在0℃貯藏下用0.1 μL·L-11-MCP 處理可抑制其呼吸速率和乙烯釋放速率，有效延緩0℃貯藏期及貨架期果肉硬度和可滴定酸含量的下降，抑制可溶性固形物含量增加。本試驗研究了0.5 μL·L-11-MCP 處理對在0、4、15 和25℃貯藏條件下海沃德獼猴桃貨架期的影響，結(jié)果表明，0.5 μL·L-11-MCP 處理對這4 個溫度下的硬度、Vc、可滴定酸含量下降與可溶性固形物上升有不同程度的抑制作用，其中，溫度越低對硬度、Vc 含量下降和可溶性固形物上升的抑制效果越明顯，溫度越高對可滴定酸含量的抑制越明顯。 本研究抑制作用越明顯，為利用1-MCP 處理延長海沃德獼猴桃貨架期提供了依據(jù)。

3.2 海沃德獼猴桃貨架期預(yù)測模型的評價

本研究基于對照組和處理組Vc 含量和硬度變化構(gòu)建了獼猴桃貨架期預(yù)測模型，結(jié)果表明，決定系數(shù)越高，所建立的預(yù)測模型越可靠。 因此，可基于Arrhenius 方程建立海沃德獼猴桃Vc 含量和硬度變化的反應(yīng)動力學(xué)預(yù)測模型。 對照組基于Vc 含量變化的一級反應(yīng)決定系數(shù)較高，與宋晨等[26]對花椰菜Vc 含量下降的研究結(jié)果一致，與胡位歆[6]對草莓Vc 含量下降的研究結(jié)果也相符。 基于硬度變化的零級反應(yīng)決定系數(shù)較高，與裴嬌艷[8]對番茄和劉春菊等[27]對速凍蓮藕片硬度下降的研究結(jié)果相比具有更高的決定系數(shù)。 由于獼猴桃Vc 含量測定方法比較復(fù)雜，而硬度能夠直觀地反映獼猴桃貨架期品質(zhì)變化，且測定方法簡單，結(jié)合本研究基于硬度下降的預(yù)測值與實測值的相對誤差低于基于Vc 含量下降的預(yù)測值與實測值，認(rèn)為基于硬度下降的獼猴桃貨架期預(yù)測模型可行性更高。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，海沃德獼猴桃經(jīng)0.5 μL·L-11-MCP 處理后可延長其貨架期，且溫度越低，延長效果越好，因此可將經(jīng)1-MCP 處理的海沃德獼猴桃置于低溫下貯藏以達到最大的貯藏效果。 基于硬度變化的獼猴桃貨架期預(yù)測模型預(yù)測海沃德貨架期預(yù)測值與實測值相對誤差低，且簡單易操作，在獼猴桃生產(chǎn)與貯藏中有較好的應(yīng)用價值。