溫度對金針菇貯藏品質的影響及貨架期的預測模型

牛耀星，王 霆，畢 陽，張 雨，劉 宏，贠建民

（甘肅農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 730070）

金針菇（Flammulina velutipes）又名構菌、冬菇、毛柄金錢菌等，其因滑嫩的口感和較高的營養(yǎng)價值廣受消費者喜愛[1]，是目前國內生產(chǎn)量及消費量最大的食用菌之一，也是工廠化生產(chǎn)規(guī)模最大的食用菌[2]。但由于新鮮的金針菇子實體自身質地脆嫩、含水量高、營養(yǎng)豐富，在采后流通貯藏中仍進行著強烈的呼吸代謝活動[3]，極易發(fā)生腐敗變質，降低了金針菇的食用價值和商品價值，很大程度上縮短了金針菇的貨架期，帶來了巨大的經(jīng)濟損失。因此實時監(jiān)控貯藏流通過程中金針菇的品質變化及剩余貨架期，有助于企業(yè)和商家實時控制貯藏和流通條件，從而有效降低其采后損失，具有重要的現(xiàn)實意義。

近年來，隨著學科的交叉與相互滲透，一些經(jīng)典的數(shù)學方程已經(jīng)廣泛地應用到各類農(nóng)產(chǎn)品的貨架期預測中[4]。Arrhenius方程作為描述化學基元反應的經(jīng)典模型，結合各種參數(shù)及動力學方程被廣泛應用于食品貨架期預測中[5]。Giannakourou等[6]發(fā)現(xiàn)Arrhenius方程結合一級動力學方程能很好地描述4 種凍藏綠色蔬菜在－20～－3 ℃的VC含量變化（R2＞0.980）。張福生等[7]建立了基于果實腐爛指數(shù)的草莓貨架期預測模型，經(jīng)驗證，該模型的相對誤差均在10%以內，可以較好地預測273～300 K溫度下草莓果實貯運過程中的貨架期。目前國內外的研究主要集中在生鮮果蔬[8-9]、水產(chǎn)品[10-11]、肉制品[12-14]等各類食品中，均具有良好的預測精度，能夠快速準確地預測食品的貨架期。但是，目前應用于金針菇貨架期預測模型的研究還鮮見報道，因此研究并建立其貨架期模型具有重要的指導意義。

為此，本實驗以新鮮的金針菇子實體為材料，對金針菇子實體進行3 種實際貨架貯藏流通溫度的貯藏實驗，比較不同貯藏溫度下金針菇子實體感官品質、質量損失率、病害指數(shù)、褐變度、可溶性固形物質量分數(shù)、丙二醛含量、游離脯氨酸含量的變化?；谝陨掀焚|指標采用經(jīng)典的Arrhenius方程結合一級動力學模型建立4～25 ℃范圍內的品質劣變動力學模型及貨架期預測模型，并進行驗證評價，以期為快速預測金針菇子實體在采后貯藏流通過程中的品質與剩余貨架期提供理論依據(jù)和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金針菇子實體為日本白金品系，采自蘭州市和平食用菌生產(chǎn)基地，4 h內冷鏈運回實驗室后，放入冷庫（4 ℃左右）預冷2 h，去除有損傷或爛的金針菇子實體，挑選同一批次采收、成熟度一致的（顏色潔白、菇柄長度、菇蓋直徑基本相同）、菇柄和菇蓋處沒有機械損傷的新鮮金針菇子實體進行實驗。

L-脯氨酸、水合茚三酮、三氯乙酸、氫氧化鈉、甲苯、磺基水楊酸、乙酸 天津市光復精細化工研究所；硫代巴比妥酸 南京化學試劑股份有限公司。

1.2 儀器與設備

THZ-98A恒溫振蕩器、HWS-型電熱恒溫水浴鍋上海一恒科學儀器有限公司；PHS-3C型pH計、FA1004B電子天平、UV756CRT紫外-可見分光光度計 上海佑科儀器儀表有限公司；101-1-S-II電熱恒溫培養(yǎng)箱 北京科偉永興儀器有限公司；TD-45手持折光儀 浙江托普儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 金針菇子實體樣品處理及貯藏

根據(jù)貯藏溫度將實驗分為3 組。每組取金針菇子實體（500±20）g置于經(jīng)過消毒的聚乙烯塑料保鮮筐內，每組設置10 個保鮮筐，同時用聚乙烯保鮮膜（厚度為0.05 mm，具有良好的真空性和阻氧性）對塑料筐進行密封，分別在4 ℃（冷庫貯藏及冷鏈運輸）、15 ℃（低溫柜貨架銷售）、25 ℃（常溫貨架銷售）恒溫冷庫中進行貯藏實驗；其中4 ℃條件下的樣品每4 d、15 ℃條件下每2 d、25 ℃條件下每天進行取樣并測定其感官指標、理化指標，實驗均進行3 個平行。

1.3.2 感官評分的測定

感官評價參照張紅娟等[15]的方法并進行修改，結合本實驗中金針菇子實體的特點來制訂金針菇子實體感官評價標準。由受過專業(yè)培訓的10 人（男6 人、女4 人）對金針菇子實體的色澤、氣味、菌蓋形態(tài)、菌柄形態(tài)及腐敗程度進行評定（表1），為了防止氣味散失及品質劣變，評定需在相應溫度下1 h內完成。

表1 金針菇子實體貯藏期間感官評定標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of F.velutipes

1.3.3 質量損失率的測定

質量損失率測定采用稱質量法進行，具體計算見公式（1）。

1.3.4 病害指數(shù)測定

參照文獻趙建廷等[16]的方法，結合本實驗金針菇子實體的特點制定病害等級劃分表（表2）。病害指數(shù)按公式（2）計算。

表2 病害指數(shù)等級劃分標準Table 2 Disease index rating

1.3.5 褐變度測定

褐變度參照單楠等[17]的方法測定。準確稱取5 g金針菇子實體于研缽中，在冰浴條件下用0.2 mol/L磷酸鈉緩沖液（pH 6.5）進行研磨并定容至25 mL，靜置提取色素10 min，然后在4 ℃、10 000 r/min條件下離心15 min，取上清液備用，測定上清液在450 nm波長處的吸光度。褐變度按公式（3）計算。

1.3.6 可溶性固形物質量分數(shù)測定

可溶性固形物質量分數(shù)采用手持折光儀測定。

1.3.7 丙二醛含量測定

丙二醛含量參照曹建康等[18]的硫代巴比妥酸法進行測定。

1.3.8 游離脯氨酸含量測定

游離脯氨酸含量的測定參照曹建康等[18]的方法并稍作修改，以脯氨酸制作標準曲線。取2 g金針菇子實體于研缽中，加入5 mL 30 g/L磺基水楊酸溶液，研磨勻漿后，轉入試管。將試管置于沸水浴中煮沸提取10 min。取出冷卻后于12 000 r/min離心15 min，收集上清液即為脯氨酸提取液。

吸取2 mL提取液，加入2 mL冰醋酸及3 mL酸性茚三酮試劑，在沸水浴中加熱30 min，冷卻后加入4 mL甲苯，搖蕩30 s，靜置。待溶液分層后，吸取上層脯氨酸-甲苯溶液于520 nm波長處進行比色，并按標準曲線計算游離脯氨酸含量。

1.3.9 貯藏期間金針菇子實體品質變化動力學模型的建立

1.3.9.1 貯藏期間金針菇子實體品質變化動力學模型

對于監(jiān)測金針菇品質隨著貯藏時間、溫度的變化規(guī)律以及預測金針菇子實體貨架期，數(shù)學動力學模型是一種有效的工具和手段，具有廣泛的應用前景。已有大量文獻指出一級動力學模型結合Arrhenius方程在生鮮產(chǎn)品貨架期中具有較高的準確性[19-21]，在實際生鮮物流過程中具有重要的應用價值。其中一級動力學見公式（4）。

式中：t為貯藏時間/d；A為貯藏t時刻的品質指標數(shù)值；A0為品質指標初始值；k為品質變化速率常數(shù)；n為反應級數(shù)（n＝1）。

1.3.9.2 不同貯藏溫度下各品質指標Arrhenius方程的建立

Arrhenius方程（式（5））描述的是反應速率常數(shù)與溫度之間的關系[22]，為方便計算，對公式（5）取對數(shù)得到公式（6）。

式中：k為反應速率常數(shù)；k0為方程指前因子；Ea為活化能/（kJ/mol）；R為氣體常數(shù)（8.314 J/（mol·K））；T為貯藏溫度/K。

1.3.9.3 金針菇子實體品質指標貨架期預測模型的建立

將一級動力學方程和Arrhenius方程結合起來，只要確定感官評定終點對應的貯藏品質指標值以及某一貯藏溫度，即可對金針菇貨架期進行理論預測，并得到貨架期預測公式（7）。

式中：SL為貨架期/d。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)為3 次平行實驗所得，計算平均值和標準偏差，使用Origin Pro 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行擬合并繪圖；采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析，采用Duncan's法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 貯藏期間金針菇子實體品質的變化

2.1.1 不同貯藏溫度下金針菇子實體感官評分的變化

感官評分是評價采后食用菌品質最直觀的一項重要指標[23]。由圖1、2可知，隨著貯藏時間的延長，金針菇子實體發(fā)生感官品質的劣變及腐爛變質。貯藏期內，不同溫度下的金針菇子實體的感官評分均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，4、15 ℃和25 ℃下貯藏的金針菇子實體分別在第20、10、3天到達其感官拒絕點。25 ℃下在貯藏第3天時大部分菌傘發(fā)黏凹陷，出現(xiàn)了嚴重的開傘、菌柄發(fā)黃和開裂現(xiàn)象，大部分子實體表面附著霉菌，各項感官指標得分均在3 分以下，已經(jīng)失去了食用價值和商品價值；而在4 ℃下貯藏的金針菇子實體貯藏期長達20 d。可見，低溫可有效延緩金針菇子實體貯藏流通過程中感官品質的劣變，延長金針菇子實體的貯藏期。

圖1 不同貯藏溫度下金針菇子實體感官評分雷達圖Fig.1 Radar maps of sensory scores of F.velutipes at different storage temperatures

圖2 不同貯藏溫度下金針菇子實體的外觀變化Fig.2 Changes in appearance of F.velutipes at different storage temperatures

2.1.2 不同貯藏溫度下金針菇子實體質量損失率的變化

圖3 溫度對貯藏期間金針菇子實體質量損失率的影響Fig.3 Effect of storage temperature on mass loss rate of F.velutipes

質量損失率是評定果蔬是否新鮮的一項重要指標[24]。由圖3可知，25 ℃下貯藏3 d時金針菇子實體的質量損失率為2.79%；15 ℃下貯藏10 d時金針菇子實體的質量損失率為2.57%；而4 ℃下貯藏20 d時金針菇的質量損失率為1.83%，明顯低于其他溫度下貯藏末期的質量損失率。在同一貯藏時間，金針菇子實體的質量損失率隨著溫度的升高而增加，因此在貯藏過程中可以通過降低溫度來降低金針菇子實體的質量損失率，從而達到延長其貨架期的目的。

2.1.3 不同貯藏溫度下金針菇子實體病害指數(shù)的變化

圖4 溫度對貯藏期間金針菇子實體病害指數(shù)的影響Fig.4 Effect of storage temperature on disease index of F.velutipes

病害指數(shù)反映了果蔬受微生物侵染腐爛和發(fā)霉的情況，是反映果蔬品質的一項重要指標[25]。由圖4可知，25 ℃下貯藏3 d時金針菇的病害指數(shù)為92.78%，此時金針菇子實體菌柄和菌蓋上附著霉菌并發(fā)黃，已經(jīng)失去了商品價值；15 ℃下貯藏10 d金針菇子實體的病害指數(shù)為53.89%；而4 ℃下貯藏20 d時金針菇子實體的病害指數(shù)為31.67%，明顯低于其他各溫度條件下貯藏末期的金針菇子實體病害指數(shù)?？梢?，低溫能抑制金針菇子實體受微生物侵染的幾率，有效減少腐爛及霉變，延長金針菇子實體的貨架期。

2.1.4 貯藏溫度對金針菇子實體褐變度的影響

食用菌褐變的主要原因是由于采后呼吸代謝旺盛，菇體本身含有大量的酚類物質，貯藏期間容易被多酚氧化酶催化發(fā)生酶促褐變[26]。褐變很大程度上降低了金針菇的感官品質及營養(yǎng)價值，因此，褐變度是反映金針菇子實體貯藏品質的一個重要指標。由圖5可知，金針菇子實體的初始褐變度為1.29，貯藏期內，不同溫度下金針菇子實體的褐變度不斷上升，25 ℃下褐變度上升的幅度最大，在第3天時褐變度上升到4.39，4 ℃貯藏條件下貯藏末期20 d時褐變度為3.37，明顯低于其他各溫度條件下貯藏末期的褐變度?？梢?，低溫可以有效減緩金針菇子實體的褐變程度，延緩貯藏期間的褐變和品質的劣變，延長貨架期。

圖5 溫度對貯藏期間金針菇子實體褐變度的影響Fig.5 Effect of storage temperature on browning degree of F.velutipes

2.1.5 貯藏溫度對金針菇子實體可溶性固形物質量分數(shù)的影響

圖6 溫度對貯藏期間金針菇子實體可溶性固形物質量分數(shù)的影響Fig.6 Effect of storage temperature on soluble solid content of F.velutipes

可溶性固形物是果蔬中所有可溶性化合物的總稱，主要包括可溶性糖類、蛋白質、氨基酸和脂類化合物等，采后強烈的呼吸作用會消耗這些營養(yǎng)物質，所以可溶性固形物質量分數(shù)是體現(xiàn)果蔬貯藏品質的一個重要品質指標[27]。由圖6可知，隨著貯藏時間的延長，不同溫度下金針菇子實體可溶性固形物的質量分數(shù)呈不斷下降的趨勢。25 ℃下可溶性固形物質量分數(shù)下降較快，在第3天時下降到3.9%，而4 ℃下可溶性固形物質量分數(shù)的降低較為緩慢，在第20天時質量分數(shù)仍保持在6.3%，明顯高于4 ℃和15 ℃下貯藏末期的質量分數(shù)?？梢姡蜏匾种屏私疳樄阶訉嶓w采后的呼吸代謝，延緩了可溶性固形物質量分數(shù)的下降，延長了金針菇子實體的貨架期。

2.1.6 貯藏期間金針菇子實體丙二醛含量的變化

丙二醛含量能反映植物細胞膜脂過氧化的程度，其高低可表征細胞的受傷害程度[28]。由圖7可知，隨著貯藏時間的延長，金針菇子實體內丙二醛含量呈不斷上升的趨勢。貯藏末期，25 ℃下丙二醛的含量高于4 ℃和15 ℃下的含量。表明低溫可以抑制金針菇子實體貯藏過程中丙二醛含量的上升，減緩膜脂的過氧化，延長金針菇子實體的貨架期。

圖7 溫度對貯藏期間金針菇子實體丙二醛含量的影響Fig.7 Effect of storage temperature on malondialdehyde content of F.velutipes

2.1.7 貯藏溫度對金針菇子實體游離脯氨酸含量的影響

圖8 溫度對貯藏期間金針菇子實體游離脯氨酸含量的影響Fig.8 Effect of storage temperature on free proline content of F.velutipes

游離脯氨酸親水性極強，可以防止細胞水分散失，還可以穩(wěn)定原生質膠體及組織內的代謝過程[18]。菇體的抗寒性與游離脯氨酸含量呈正相關關系[29]。由圖8可知，15 ℃和25 ℃下貯藏的金針菇子實體游離脯氨酸含量由于呼吸代謝的作用呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，而4 ℃下游離脯氨酸的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且相同貯藏時間時均明顯高于其他溫度組的游離脯氨酸含量。這可能是由于低溫脅迫下，組織中游離脯氨酸的含量會明顯升高，對金針菇子實體組織具有保護作用[30]。后期出現(xiàn)下降的現(xiàn)象可能是貯藏后期細胞嚴重受損所致。說明低溫可以抑制游離脯氨酸含量的下降，延長金針菇子實體的貨架期。

2.2 貨架期預測模型的建立及評價結果

2.2.1 基于品質指標的品質劣變動力學模型的建立

研究表明，一級動力學模型能夠準確地反映食品貯藏過程中品質的劣變[31]。將實驗所得數(shù)據(jù)代入式（4）中，通過Origin Pro 9.0軟件進行數(shù)據(jù)擬合，得到表3。由表3可知，金針菇的病害指數(shù)、質量損失率、褐變度、可溶性固形物質量分數(shù)及丙二醛含量的一級反應決定系數(shù)R2均大于0.9，表明貯藏期間金針菇子實體這些理化指標的變化符合一級反應動力學模型，而脯氨酸含量的變化不符合動力學反應模型，同時丙二醛含量測定相對復雜，且需要一定設備和時間，不適用于貨架期的快速預測。因此，選用一級動力學方程作為金針菇病害指數(shù)、質量損失率、褐變度、可溶性固形物質量分數(shù)的能級方程。進一步分析得到褐變度在各溫度下∑R2最高（2.964 4），說明以褐變度所建的動力學模型擬合精度更好。

表3 不同溫度條件下金針菇各品質指標隨貯藏時間變化的一級動力學模型參數(shù)Table 3 First-order kinetic model parameters for quality indexes of F.velutipes at different storage temperatures

2.2.2 不同貯藏溫度下各品質指標Arrhenius方程的建立

將表3中各個溫度下各項指標的k值代入式（6）計算Ea和k0。利用Origin Pro 9.0軟件進行線性回歸分析，得到表4。由表4可知，3 種不同貯藏溫度下各指標的回歸方程中決定系數(shù)R2均超過了0.90，進一步證實了金針菇的病害指數(shù)、質量損失率、褐變度、可溶性固形物質量分數(shù)均可作為建立金針菇架期預測模型的關鍵品質因子。

表4 不同貯藏溫度下基于金針菇各項品質指標的Arrhenius回歸方程Table 4 Arrhenius equations for various quality indexes of F.velutipes at different storage temperatures

2.2.3 金針菇子實體貨架期預測模型的建立

根據(jù)表4，將求得的金針菇的病害指數(shù)、質量損失率、褐變度、可溶性固形物分數(shù)和Arrhenius方程中Ea和k0分別代入公式（7）中，得到以金針菇的病害指數(shù)、質量損失率、褐變度、可溶性固形物含量為指標的貨架期預測模型，分別如公式（8）～（11）所示。

式中：下標DI、WL、BD、SSC分別指基于病害指數(shù)、質量損失率、褐變度、可溶性固形物質量分數(shù)的相應指標。

2.2.4 品質指標貨架期預測模型的驗證與評價

表5是以金針菇子實體在10 ℃和20 ℃貯藏時貨架期品質的驗證實驗結果，可以看到相對誤差均在10%之內。研究表明，貨架期預測誤差在10%之內具有良好的預測精度[32]。因此，本實驗所建立的金針菇子實體剩余貨架期的預測模型具有較好的可靠性，能夠有效地預測4～25 ℃下的金針菇子實體的剩余貨架期。以可溶性固形物質量分數(shù)預測的貨架期相對誤差之和最小，說明以可溶性固形物質量分數(shù)的下降來預測金針菇子實體剩余貨架期具有較高的精確度。

表5 金針菇子實體品質指標預測貨架期相對誤差Table 5 Relative errors between actual shelf life of F.velutipes and that predicted based on quality indices

3 討 論

質量損失和萎蔫是金針菇子實體采后貯藏過程中主要的品質劣變表現(xiàn)。食用菌采后貯藏過程中的質量損失一方面是因為細胞呼吸作用消耗營養(yǎng)物質；另一方面是蒸騰作用散失水分[33]。新鮮金針菇子實體的含水量較高、營養(yǎng)物質豐富，在貯藏期間，金針菇質量損失會引起金針菇子實體的軟化，使金針菇子實體萎蔫收縮[34]，使其新鮮程度降低，影響其商業(yè)價值。低溫貨架貯藏條件抑制了金針菇子實體的質量損失，延緩了可溶性固形物質量分數(shù)的下降，使其具有更好的感官品質及更長的貨架期，這可能是由于低溫貯藏可降低菇體的呼吸作用，延緩其成熟、衰老，有利于保持營養(yǎng)成分和新鮮度[35]。

子實體褐變也是金針菇品質劣變的主要表現(xiàn)之一。目前的研究發(fā)現(xiàn)，食用菌褐變的主要原因是酶促褐變及微生物的侵染[36]。本研究中低溫貯藏條件下病害指數(shù)、丙二醛含量、褐變度均較低，且不同溫度間差異較大。貯藏期內金針菇子實體丙二醛含量反映了細胞內膜脂的過氧化程度[37]，膜脂的過氧化能破壞細胞的完整性，增加細胞膜的透性，一方面加速了細胞內酶促反應的發(fā)生；另一方面使細胞組織液外溢，導致微生物的大量侵染，從而導致子實體褐變[38]。低溫貯藏下游離脯氨酸含量上升較快，這可能是由于菇體遭受低溫脅迫時，會產(chǎn)生大量保護性的酶系，細胞內脯氨酸含量就會大量積累，以調節(jié)其抗寒性[39]。因此，細胞膜脂系統(tǒng)的破壞，也會使游離脯氨酸嚴重流失。因此，本研究中低溫貨架貯藏延緩了膜脂的過氧化，保持了組織細胞的完整性，減少了酶促褐變和微生物侵染的機會，從而延緩了金針菇子實體的褐變。

Arrhenius方程結合動力學方程預測貨架期的研究已經(jīng)十分廣泛，并且都具有較高的預測精度。本研究建立的采后金針菇子實體貨架期預測模型，決定系數(shù)R2均在0.90以上，模型擬合精度較高，可基于簡便易測的指標，實現(xiàn)快捷實時監(jiān)控采后金針菇子實體的品質變化情況和剩余貨架期，有助于企業(yè)和商家實時控制貯藏和運輸條件，從而有效降低其采后損失，具有重要的現(xiàn)實意義。

綜上，在采后貯藏運輸過程中嚴格控制冷鏈運輸?shù)募百A藏的溫度對于保持金針菇子實體的品質和延長金針菇子實體的貨架期有著十分重要的意義。同時，本研究僅建立了以溫度為變量的金針菇子實體貨架期預測模型，可能還具有一定的局限性，還可基于本模型研究多變量下貨架期的預測，以期全方位更準確地預測其貨架期。

4 結 論

采后金針菇子實體貨架貯藏過程中，低溫貯藏有效的抑制金針菇子實體的質量損失、褐變及發(fā)病，延緩了可溶性固形物質量分數(shù)的下降，延緩了丙二醛含量的上升和游離脯氨酸含量的下降，保持了細胞膜脂系統(tǒng)的完整性，延長了金針菇子實體的貯藏期。

基于金針菇子實體質量損失率、病害指數(shù)、褐變度、可溶性固形物質量分數(shù)的變化采用動力學模型結合經(jīng)典的Arrhenius方程成功建立了4～25 ℃范圍內的品質劣變動力學模型及貨架期預測模型，并對其預測精確度進行了評價。所建立的模型的決定系數(shù)R2均在0.90以上，貨架期預測相對誤差均在10%之內，其中，以可溶性固形物質量分數(shù)預測的貨架期精度最高。