宅配小青菜貯藏期間貨架期預(yù)測(cè)模型的建立

宋佳瑋 鞏建華 羅嗣育 郁志芳

(1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210095； 2 漢江師范學(xué)院生物化學(xué)與環(huán)境工程系,湖北 十堰 442000； 3泰州上膳源,江蘇 泰州 225300)

小青菜(Brassica chinensisL.)是我國(guó)大面積栽培的典型葉菜,因其色澤翠綠,富含維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維[1],適合多種烹飪方式而深受消費(fèi)者喜愛。 近年來,以電子商務(wù)為平臺(tái)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流迎來了發(fā)展機(jī)遇期,冷鏈宅配因及時(shí)、保鮮配送的優(yōu)勢(shì)受到政府、企業(yè)和消費(fèi)者關(guān)注。 但在冷鏈宅配過程中,由于冷鏈溫度控制不嚴(yán)、波動(dòng)較大等原因,小青菜的品質(zhì)極易發(fā)生劣變,對(duì)小青菜貨架期產(chǎn)生影響,造成不必要的浪費(fèi),也給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 因此,對(duì)冷鏈宅配小青菜進(jìn)行冷鏈環(huán)節(jié)研究,保證產(chǎn)品質(zhì)量、減少損失率刻不容緩。

目前,冷鏈研究大多集中在冷鏈物流路徑優(yōu)化[2-4]、冷鏈物流模式[5-6]等方面,而關(guān)于冷鏈配送整個(gè)過程中溫度、時(shí)間對(duì)食品影響的研究尚鮮見。 影響冷鏈配送中蔬菜品質(zhì)的因素有很多,如包裝方式、溫度、濕度、時(shí)間等。 張雷剛等[7]研究了不同包裝方式(氣調(diào)包裝袋、普通超市食品袋、妙潔保鮮袋)對(duì)綠蘆筍貨架期的影響,發(fā)現(xiàn)氣調(diào)包裝袋通過調(diào)控綠蘆筍菌落總數(shù)和多酚氧化酶、抗壞血酸過氧化物酶活性可延長(zhǎng)其貨架期4～6 d；Oliveira 等[8]對(duì)在不同溫度(0、5、10 和15℃)下貯藏的切片蘑菇品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)切片蘑菇的品質(zhì)有顯著影響(P＜0.05),且0℃貯藏的蘑菇保質(zhì)期最長(zhǎng)；Wrona 等[9]發(fā)現(xiàn)在包裝材料中加入綠茶提取物或焦亞硫酸鈉與檸檬酸的結(jié)合物均能延長(zhǎng)新鮮蘑菇的保質(zhì)期而不影響其新鮮狀態(tài)。

近年來,隨著食品貨架期預(yù)測(cè)方法的發(fā)展,越來越多的數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用到食品領(lǐng)域,主要包括以溫度為基礎(chǔ)的動(dòng)力學(xué)方程和Arrhenius 方程結(jié)合的預(yù)測(cè)模型[10]、統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)測(cè)模型[11]、以微生物指標(biāo)為基礎(chǔ)的模型[8]及其他預(yù)測(cè)模型等。 影響果蔬貯藏品質(zhì)的諸多環(huán)境因子中,溫度是最顯著的因素[12]。 通常情況下,溫度高低與果蔬品質(zhì)保持呈反比關(guān)系,即溫度越高,果蔬品質(zhì)保持越差,貨架期越短。 動(dòng)力學(xué)方程和Arrhenius 方程結(jié)合的模型能夠反映溫度與食品品質(zhì)變化的關(guān)系,且其預(yù)測(cè)精度高,已被廣泛應(yīng)用于貨架期預(yù)測(cè)。 此外,大多數(shù)蔬菜的品質(zhì)變化均可用如光降解、呼吸作用、酶反應(yīng)等生理指標(biāo)表示,這些指標(biāo)均可用動(dòng)力學(xué)方程[12]表示,通過一定條件下獲得的鮮活產(chǎn)品的某種品質(zhì)指標(biāo)隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)來確定反應(yīng)的級(jí)數(shù)和反應(yīng)速率[13]。 研究表明,不同鮮活產(chǎn)品的品質(zhì)反應(yīng)級(jí)數(shù)不同,但多數(shù)符合零級(jí)反應(yīng)或一級(jí)反應(yīng)。 王盼等[14]對(duì)在不同溫度下貯藏的香菇品質(zhì)變化進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)L?值、pH 值和褐變強(qiáng)度均符合一級(jí)反應(yīng),并確定褐變強(qiáng)度為預(yù)測(cè)貨架期的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)；Jaiswal 等[15]發(fā)現(xiàn)燙漂后的卷心菜抗氧化能力及多酚含量的變化遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)；謝晶等[16]研究發(fā)現(xiàn),雞毛菜的貯藏過程中零級(jí)反應(yīng)比一級(jí)反應(yīng)更適合描述葉綠素和Vc 的降解規(guī)律。

本研究通過模擬冷鏈宅配的流程,分析3、10、20℃下小青菜貯藏期間品質(zhì)變化,探究包裝方式和溫度對(duì)小青菜品質(zhì)的影響,建立品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型,預(yù)測(cè)小青菜的貨架期,同時(shí)驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的有效性,以期為優(yōu)化冷鏈配送和保鮮條件提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小青菜(品種為東方18 號(hào)；田間生長(zhǎng)30 d),由江蘇省泰州市上膳源有機(jī)農(nóng)場(chǎng)提供。 保鮮袋(定制)：材質(zhì)為聚乙烯,厚度為0.03 mm,規(guī)格為長(zhǎng)35 cm、寬26.5 cm,封口形式為膠粘自封口,每個(gè)袋正反兩面均勻分布直徑0.4 cm 的圓孔24 個(gè)。 保鮮盒(定制)：材質(zhì)為聚丙烯,厚度為0.22 mm,規(guī)格為長(zhǎng)20 cm、寬14.5 cm、高5.7 cm,封口形式為保鮮膜包裹,保鮮膜材質(zhì)為聚乙烯,厚度為0.012 mm,每個(gè)盒底面分布直徑0.5 cm 的圓孔8 個(gè)。

偏磷酸、碳酸氫鈉,均為分析純,購(gòu)自廣東光華科技股份有限公司；2,6-二氯靛酚,分析純,購(gòu)自上海瑞永生物科技有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

CR-400 色彩色差計(jì),日本konica minolta 公司；DJ300 精密電子天平,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；MIR-254-PC 低溫培養(yǎng)箱,日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社。

1.3 試驗(yàn)方法

按照田間采收(20 min)→運(yùn)至加工場(chǎng)地(10 min)→預(yù)冷(4℃,3 h)→包裝(4℃,30 min)→暫存(4℃,4 h)→運(yùn)輸(4℃,4 h)→暫存(4℃,6 h)→配送(4℃,1～6 h)→到戶的流程[17]進(jìn)行全程冷鏈運(yùn)輸模擬,冷鏈操作總時(shí)間控制在24 h 以內(nèi)。

試驗(yàn)分組設(shè)計(jì)：小青菜大小均勻一致、無病蟲害、無機(jī)械損傷,經(jīng)過嚴(yán)格挑選和去除不可食用部分后,分別采用保鮮袋和保鮮盒包裝形成凈菜產(chǎn)品,規(guī)格均為300 g。 兩種包裝的批量產(chǎn)品冷鏈模擬結(jié)束后,將小青菜隨機(jī)分為3 組,每組樣品量為20 袋和20 盒,分別置于3±0.5℃、10±0.5℃、20±0.5℃溫度下,在設(shè)定的時(shí)間間隔點(diǎn)隨機(jī)取3 個(gè)平行樣品進(jìn)行品質(zhì)分析,直到貨架期終點(diǎn)(貨架期終點(diǎn)的確定是以黃化率達(dá)到10%左右為標(biāo)準(zhǔn))。

1.3.1 小青菜失重率的測(cè)定 采用稱重法測(cè)定完整包裝產(chǎn)品的失重,按照公式計(jì)算失重率：

1.3.2 小青菜色差的測(cè)定 以經(jīng)過白板校準(zhǔn)的色彩色差計(jì),按照Ali 等[18]的方法,分別測(cè)定小青菜葉片中間脈絡(luò)左上部顏色,每組測(cè)定30 片葉片,得到小青菜L?值、a?值和b?值,其色澤變化通過總色差ΔE來表示,即：

式中,L?、a?、b?分別表示貯藏期間小青菜色差指標(biāo)測(cè)定值；L0、a0、b0分別表示0 d 時(shí)小青菜色差指標(biāo)的測(cè)定值。

1.3.3 小青菜黃化率的測(cè)定 取完整包裝,即300 g產(chǎn)品,測(cè)定其黃化率。 按照公式計(jì)算黃化率：

1.3.4 小青菜維生素C 含量的測(cè)定 按照GB 5009.86-2016[19]方法測(cè)定。 小青菜樣品重量為10 g,Vc 含量單位為mg·100g-1。

1.3.5 動(dòng)力學(xué)模型的建立

1.3.5.1 動(dòng)力學(xué)模型 大多數(shù)蔬菜的品質(zhì)變化均可用下列動(dòng)力學(xué)方程[13]表示：

式中,Q 為品質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)；t 為貯藏時(shí)間；k 為化學(xué)反應(yīng)速率；n 為反應(yīng)級(jí)數(shù)。

1.3.5.2 Arrhenius方程 Arrhenius 模型的表達(dá)式[20]：

式中,T 表示絕對(duì)溫度,K；R 表示氣體常數(shù),8.314 J·mol-1·k-1或1.987 cal·mol-1·k-1；Ea 表示活化能；K0表示指前因子。

對(duì)式(4)取對(duì)數(shù)得：

實(shí)際應(yīng)用中,得到至少3 個(gè)溫度下的動(dòng)力學(xué)方程后,由方程確定不同溫度下對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)(k),通過對(duì)速率常數(shù)的對(duì)數(shù)(lnk)和溫度的倒數(shù)(1/T)進(jìn)行擬合,得到表觀活化能(Ea)和指前因子(k0),即品質(zhì)變化速率與溫度的關(guān)系。

Arrhenius 方程與動(dòng)力學(xué)方程結(jié)合預(yù)測(cè)貨架期可以通過2 個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：首先根據(jù)品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型確定反應(yīng)速率,然后通過擬合的Arrhenius 方程推算出產(chǎn)品貨架期。 貯藏過程中零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：

一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型：

式(7)和(8)中,c(t0)表示樣品起始品質(zhì)指標(biāo)；c(t)表示貯藏t時(shí)間時(shí)的品質(zhì)指標(biāo)；t表示貯藏時(shí)間,d；K0表示指前因子；T 表示絕對(duì)溫度,K；R 表示氣體常數(shù),8.314 J·mol-1·k-1或1.987 cal·mol-1·k-1；Ea 表示活化能。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)結(jié)果均為3 個(gè)生物學(xué)平行樣品的平均值。 采用Microsoft Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,用OriginPro 2016 進(jìn)行繪圖。 采用IBM SPSS Statistics 19軟件對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析,用Arrhenius 方程計(jì)算反應(yīng)活化能和指前因子,建立動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型,并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

2 結(jié)果與分析

2.1 包裝方式及貯藏溫度對(duì)小青菜品質(zhì)的影響

黃化是蔬菜采后最易發(fā)生的現(xiàn)象,組織褪綠黃化是導(dǎo)致其色澤變化的主要原因[21]。 由圖1可知,袋裝小青菜的黃化率均大于盒裝,盒裝和袋裝間存在顯著性差異(P＜0.05),且3℃低溫貯藏可有效延緩小青菜的黃化速率。 由表1、2 可知,貯藏期間,小青菜a?值、b?值、ΔE值均呈上升趨勢(shì)。 通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),黃化率與a?值、b?值、ΔE值成正相關(guān)關(guān)系。 顏色變化的主要原因是葉綠素脫鎂降解,而低pH 值和高溫均會(huì)導(dǎo)致脫鎂反應(yīng)的發(fā)生[22]。

表1 盒裝小青菜a?值、b?值、ΔE 值、黃化率與貯藏時(shí)間的關(guān)系Table1 The relationship between a?value， b?value， ΔE value， the yellowing rate and storage time of boxed Brassica chinensis L.

水分占葉菜重量的90%以上,其變化對(duì)菜品的新鮮程度有重要影響,因此常以菜品的失重率作為評(píng)價(jià)貯藏品質(zhì)的指標(biāo)之一[23]。 小青菜組織柔嫩、易失水,通常常溫下3～4 d 就黃化萎蔫,是采后較易腐爛變質(zhì)的葉菜之一,其失水萎蔫會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增大,進(jìn)而加快葉片的衰老[24]。 由圖2可知,無論盒裝還是袋裝的小青菜,3、10、20℃條件下分別貯藏至貨架期終點(diǎn)(15、7、3 d)時(shí),失重率均不超過5%；但袋裝小青菜的失重率高于盒裝,這可能與包裝袋具有較多的小孔有關(guān)。 基于上述結(jié)果,配送與貯藏期間小青菜宜采用盒裝并保持低溫。

維生素C(vitaninc,Vc)作為蔬菜的重要營(yíng)養(yǎng)成分[25],其含量變化可作為評(píng)判蔬菜貯藏效果的重要指標(biāo)。 由圖3可知,貯藏期間小青菜Vc 含量均有所減少,以3℃貯藏的小青菜Vc 減少量最小,貯藏溫度越高Vc損失越多；盒裝小青菜Vc 含量高于袋裝,且存在顯著性差異(P＜0.05)。 統(tǒng)計(jì)分析表明,小青菜Vc 含量與黃化率、失重率之間均存在顯著相關(guān)性(P＜0.05),這可能是由于Vc 降解與小青菜的黃化和失重均有關(guān)系。 因此,控制黃化和水分損失對(duì)保持新鮮小青菜的品質(zhì)和商品性至關(guān)重要,且控制貯藏溫度是關(guān)鍵。

表2 袋裝小青菜a?值、b?值、ΔE 值、黃化率與貯藏時(shí)間的關(guān)系Table2 The relationship between a?value， b?value， ΔE value， the yellowing rate and storage time of bagged Brassica chinensis L.

圖1 包裝方式與貯藏溫度對(duì)貨架期終點(diǎn)小青菜黃化率的影響Fig.1 Effect of packaging method and storage temperature on the yellowing rate at the end of shelf of Brassica chinensis L.

圖2 包裝方式與溫度對(duì)小青菜貨架期終點(diǎn)失重率的影響Fig.2 Effect of packaging method and storage temperature on the weight loss at the end of shelf of Brassica chinensis L.

圖3 包裝方式與貯藏溫度對(duì)小青菜貨架期終點(diǎn)Vc 含量的影響Fig.3 Effect of packaging method and storage temperature on the Vc content at the end of shelf of Brassica chinensis L.

2.2 動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建及貨架期預(yù)測(cè)

2.2.1 小青菜色澤變化動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建及驗(yàn)證 由圖4可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),小青菜a?值、b?值及ΔE值均呈上升趨勢(shì),小青菜葉片呈現(xiàn)黃化癥狀。 小青菜貯藏溫度與色澤變化速率成正比,其中,20℃貯藏溫度下小青菜的色澤變化明顯快于3℃。對(duì)小青菜色澤變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(表3)可知,a?值和ΔE值指標(biāo)零級(jí)反應(yīng)的決定系數(shù)R2大于一級(jí)反應(yīng),故小青菜a?值和ΔE值的變化符合零級(jí)反應(yīng)；b?值的零級(jí)反應(yīng)和一級(jí)反應(yīng)決定系數(shù)R2相差不大,但從反應(yīng)速率常數(shù)(k)來看,更符合零級(jí)反應(yīng)[26]。 綜上,小青菜色澤的變化符合零級(jí)反應(yīng),即隨著貯藏溫度升高,a?值、b?值和ΔE值的反應(yīng)速率常數(shù)增大,色澤變化也逐漸增大。

圖4 不同貯藏溫度下小青菜色澤變化與貯藏時(shí)間的關(guān)系Fig.4 The relationship between color change and storage time of Brassica chinensis L.at different storage temperatures

為預(yù)測(cè)小青菜的貨架期,通過對(duì)lnk 和1/T 進(jìn)行作圖,根據(jù)得到的斜率和截距推算出活化能和指前因子。 活化能的大小決定了化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的難易程度[26]。 由表4可知,a?值、b?值和ΔE值活化能均較小,分別為4.27×104、4.28×104、4.49×104J·mol-1,表明貯藏期間小青菜色澤變化的反應(yīng)容易發(fā)生。

a?值、b?值、ΔE值的品質(zhì)變化方程均符合零級(jí)反應(yīng),分別以a?值、b?值、ΔE值的k0、Ea 值代入零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,得到下列貨架期模型：

表3 不同貯藏溫度下色澤的零級(jí)、一級(jí)反應(yīng)的速率與決定系數(shù)Table3 Reaction rate and determination coefficient of zero-order and first-order reaction at different storage temperature

圖5 不同貯藏溫度下小青菜色澤變化預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系Fig.5 The relationship between the predicted value and the measured value of the color change of Brassica chinensis L.at different storage temperature

表4 小青菜色澤變化零級(jí)反應(yīng)的指前因子與活化能Table4 Pre-exponential factors and activation energy of zero-order reaction in color change of Brassica chinensis L.

為驗(yàn)證貨架期預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性,設(shè)計(jì)了獨(dú)立的驗(yàn)證試驗(yàn),按照模型建立時(shí)的方法,在設(shè)定時(shí)間點(diǎn)測(cè)定小青菜a?值、b?值并計(jì)算ΔE值,并將實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較,結(jié)果見圖5。 3、10、20℃下小青菜a?值、b?值、ΔE值的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.936、0.977、0.978,0.998、0.989、0.996 和0.996、0.998、0.999,均大于0.93 且達(dá)顯著性水平。 其中,3℃下的a?值的預(yù)測(cè)值小于實(shí)測(cè)值,且相關(guān)性較差于其他溫度,這可能是由于低溫下a?值變化緩慢,結(jié)果不明顯,導(dǎo)致離散程度較大,但總體趨勢(shì)是正確的。 由此表明,與小青菜黃化相關(guān)的3 個(gè)指標(biāo)(a?值、b?值、ΔE值)的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值之間擬合度好,3 個(gè)單一的預(yù)測(cè)模型均能表現(xiàn)出溫度和貨架期之間的關(guān)系,可用于實(shí)際小青菜貨架期的預(yù)測(cè)。

2.2.2 小青菜黃化率變化動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建與驗(yàn)證黃化率能直觀反映蔬菜貯藏過程中的品質(zhì)變化,可以作為判斷葉菜類品質(zhì)變化的指標(biāo)。 由圖6可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),小青菜黃化率呈上升趨勢(shì),且貯藏溫度越高,小青菜黃化速率越快。 由表5可知,小青菜黃化率零級(jí)反應(yīng)的決定系數(shù)之和(2.978 3)大于一級(jí)反應(yīng)(2.854 9),故小青菜的黃化率變化符合零級(jí)反應(yīng)。 求得不同貯藏溫度下小青菜黃化反應(yīng)速率(k),并對(duì)lnk 和溫度T 的倒數(shù)(1/T)作圖,得到Arrhenius方程,計(jì)算k0和Ea 分別為5.63×105和3.77×104J·mol-1。 小青菜黃化率變化符合零級(jí)反應(yīng),因此將反應(yīng)的k0和Ea 代入零級(jí)反應(yīng)貨架期模型,得到模型：

注：T=276 K 時(shí),t=t+14；T=283 K 時(shí),t=t+6；T=293 K 時(shí),t=t+2。 下同。

圖6 不同貯藏溫度下小青菜黃化率與貯藏時(shí)間的關(guān)系Fig.6 The relationship between yellowing rate and storage time of Brassica chinensis L.at different storage temperatures

表5 不同貯藏溫度下小青菜黃化率零級(jí)、一級(jí)反應(yīng)的速率及決定系數(shù)Table5 The reaction rates and determination coefficients for zero-order and first-order reactions of Brassica chinensis L.at different temperatures

對(duì)以上模型進(jìn)行驗(yàn)證,設(shè)計(jì)了單獨(dú)的試驗(yàn)測(cè)定選定時(shí)間點(diǎn)的黃化率,將得到的實(shí)測(cè)值與模型預(yù)測(cè)值作圖(圖7),并對(duì)小青菜黃化率實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析。 結(jié)果顯示,3、10、20℃下小青菜黃花率預(yù)測(cè)模型相關(guān)系數(shù)分別為0.998、0.995、0.989,均大于0.98,表明相關(guān)性高,模型的準(zhǔn)確性好,可預(yù)測(cè)小青菜貯藏期間黃化率隨時(shí)間和溫度的變化。

黃化率預(yù)測(cè)模型與色澤預(yù)測(cè)模型均是從感官品質(zhì)方面進(jìn)行預(yù)測(cè),綜合2.2.1 和2.2.2 結(jié)果分析可知,ΔE值預(yù)測(cè)模型精確度最高,黃化率預(yù)測(cè)模型和b?值預(yù)測(cè)模型一般,a?值預(yù)測(cè)模型較差。

圖7 不同貯藏溫度下小青菜黃化率的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系Fig.7 The relationship between predicted and measured values of yellowing rate of Brassica chinensis L.at different storage temperatures

2.2.3 小青菜Vc 含量變化動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建與驗(yàn)證 由圖8可知,隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),不同貯藏溫度下的小青菜Vc 含量均呈下降趨勢(shì),其中,3℃下小青菜Vc 含量下降速度最慢,說明低溫可以延緩Vc 損失,這與謝晶等[16]對(duì)雞毛菜的研究結(jié)果一致。 對(duì)不同溫度下小青菜Vc 含量進(jìn)行擬合分析(表6),發(fā)現(xiàn)小青菜Vc 含量模型一級(jí)反應(yīng)的∑R2為2.968 1,大于零級(jí)反應(yīng)(2.830 1),說明小青菜Vc 含量變化符合一級(jí)反應(yīng),這與Huang 等[27]的研究相符。 小青菜Vc 降解速率反應(yīng)的決定系數(shù)為0.986 2,擬合性好,適合用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型描述貯藏期間小青菜Vc 損失。 根據(jù)一級(jí)反應(yīng)速率k,對(duì)lnk 和1/T 作圖,得出Ea 和k0分別為4.30×104J·mol-1和4.07×106。

表6 不同貯藏溫度下小青菜Vc 含量的零級(jí)和一級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)速率及決定系數(shù)Table6 The reaction rate and coefficient of determination for zero-order and first-order reactions of Vc content of Brassica chinensis L.at different storage temperatures

圖8 不同貯藏溫度下貯藏的小青菜Vc 含量與貯藏時(shí)間的關(guān)系Fig.8 The relationship between Vc content and storage time of Brassica chinensis L.at different storage temperatures

將Ea、k0代入一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,得到公式：

對(duì)以上模型進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)得到的設(shè)定貯藏時(shí)間實(shí)測(cè)值與由模型得到的預(yù)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析(圖9),得出相關(guān)性系數(shù)分別為0.991、0.997、0.996,均大于0.9,說明模型擬合性好,準(zhǔn)確性高,Vc 含量變化一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能夠作為小青菜貨架期Vc 含量的預(yù)測(cè)模型。

2.3 綜合模型的構(gòu)建

圖9 不同貯藏溫度下小青菜Vc 含量的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系Fig.9 The relationship between the predicted and measured values of Vc content of Brassica chinensis L.at different storage temperatures

由表7可知,小青菜各指標(biāo)間均存在顯著相關(guān)性,KMO 和Bartlett 球形檢驗(yàn)分析顯示,KMO 系數(shù)和Bartlett 檢驗(yàn)的P值分別為0.810、0.000,KMO 系數(shù)大于0.6,且P值小于0.05,拒絕了球形檢驗(yàn)的假設(shè),故根據(jù)Kaiser 規(guī)定這些數(shù)據(jù)可進(jìn)行因子分析[28]。 對(duì)表7數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,由表8、表9可知,第一個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率為95.025%(≥90%),其他因子的重要性逐漸減小。 圖10 為因子和特征值之間的關(guān)系,陡直線說明對(duì)應(yīng)因子特征值差值較大,緩直線則說明特征值差值小[29]。 本試驗(yàn)考察特征值大于1 的成分?jǐn)?shù),結(jié)果顯示只有一個(gè)因子的特征值超過1,且其他因子間連線較平緩,故提取一個(gè)因子作為主成分。

表7 貯藏期間小青菜品質(zhì)指標(biāo)間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)Table7 Pearson correlation coefficient among different quality indicators of Brassica chinensis L.during storage

表8 貯藏期間小青菜品質(zhì)指標(biāo)的初始特征值Table8 Initial values of various quality indicators of Brassica chinensis L.during storage

表9 主成分得分系數(shù)矩陣Table9 Component score coefficient matrix

圖10 碎石圖Fig.10 Gravel Map

表9為主成分得分系數(shù)矩陣,得出因子得分函數(shù)：

將因子F 定義為小青菜品質(zhì)的綜合指標(biāo),通過以上公式計(jì)算出各貯藏溫度下F值,對(duì)其進(jìn)行貨架期預(yù)測(cè)。 小青菜綜合指標(biāo)的變化符合零級(jí)反應(yīng),對(duì)lnk 和1/T 作圖得到Arrhenius 方程,為lnk = 19.492 2-5 129.448 1×1/T,由此可計(jì)算出k0和Ea,進(jìn)而得出小青菜綜合指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)模型：

由于新鮮蔬菜貨架期較短,且受到測(cè)定指標(biāo)時(shí)間間隔的影響,因此設(shè)定當(dāng)相對(duì)誤差≤10%時(shí),即認(rèn)為貨架期模型精確度較好。 由表10 可知,不同貯藏溫度下,小青菜綜合指標(biāo)的預(yù)測(cè)值普遍大于實(shí)測(cè)值,且實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差均小于10%,表明小青菜綜合指標(biāo)的貨架期預(yù)測(cè)模型較為精準(zhǔn)。

表10 小青菜綜合指標(biāo)模型的驗(yàn)證結(jié)果Table10 Verification results of a comprehensive indicator model for Brassica chinensis L.

3 討論

新鮮葉菜保鮮和維持商品性需要解決的主要問題為失水、黃化和腐敗,可通過適當(dāng)?shù)陌b方式抑制新鮮果蔬的生理活動(dòng)來減緩蔬菜的衰老進(jìn)程,并減少產(chǎn)品的水分損失,保持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。 密封的環(huán)境可導(dǎo)致包裝內(nèi)部溫度升高和濕度過大,加速葉菜的腐爛,而開孔的包裝方式可改善透水、透氣性能,在生產(chǎn)實(shí)踐中得到普遍應(yīng)用。 Jiang 等[30]以納米包裝材料處理紫背天葵時(shí)發(fā)現(xiàn),納米材料結(jié)合氣調(diào)包裝可以有效保持其品質(zhì),延緩衰老；王靜[31]發(fā)現(xiàn)打孔膜包裝可以有效延長(zhǎng)小青菜和菠菜的貯藏時(shí)間,保持其貨架期品質(zhì)。 本研究中,盒裝方式有效減輕了貯藏期間小青菜失重率、黃化率和Vc 含量的下降,表明該包裝方式能更有效延緩小青菜貯藏期間的品質(zhì)劣變。 與袋裝相比,盒裝有利于小青菜保鮮,可能與其能較好地保持包裝形態(tài)、減少產(chǎn)品損傷、防止包裝內(nèi)部因濕度過飽和而出現(xiàn)水分凝結(jié)有關(guān)。

溫度是影響采后蔬菜品質(zhì)的重要因素之一。 溫度升高會(huì)加速呼吸和促進(jìn)蒸騰作用,加速葉菜體內(nèi)的物質(zhì)降解過程,如葉綠素降解速率加快致使葉片發(fā)黃、Vc 減少而使其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低等[32]；溫度升高也能導(dǎo)致乙烯的合成速率加快,進(jìn)而加快細(xì)胞膜衰老進(jìn)程。本研究結(jié)果表明,小青菜貯藏溫度與其失重率、黃化率、色差變化成正比,與Vc 含量成反比；3℃條件下小青菜的貨架期為15 d,而20℃條件下其貨架期僅為3 d,表明適宜的低溫有利于小青菜的貯藏保鮮,這與劉敏[33]、李文文等[34]的研究結(jié)果極為相似。

貨架期作為食品壽命的標(biāo)簽,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)食品貨架期不僅能夠保證產(chǎn)品在流通、銷售等過程中質(zhì)量的穩(wěn)定,而且也能夠滿足消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品安全、新鮮、營(yíng)養(yǎng)的更高要求。 本試驗(yàn)結(jié)果表明,小青菜的黃化率和色差變化符合零級(jí)反應(yīng),Vc 含量變化符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng),這與劉春菊等[26]、Giannakourou 等[35]的研究結(jié)果相似。 Arrhenius 方程與動(dòng)力學(xué)規(guī)律結(jié)合是食品貨架期預(yù)測(cè)中常用的一種預(yù)測(cè)方法。 該方法可以通過升高溫度來加快食品腐敗速度,加快試驗(yàn)進(jìn)程,從而在高溫下獲取數(shù)據(jù)建立模型,再通過外推的方法獲得低溫下的貨架期。 因此,本研究采用以零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合Arrhenius 方程建立小青菜貨架期預(yù)測(cè)模型,能夠較精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)貨架期。

目前,有關(guān)小青菜貨架期預(yù)測(cè)模型的建立都是基于單一指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型,在預(yù)測(cè)精確度方面存在一定的缺陷。 本研究的綜合模型將與小青菜品質(zhì)變化相關(guān)的指標(biāo)按照一定的比例代入模型,增加了模型的準(zhǔn)確性。 通過對(duì)小青菜的包裝方式及冷鏈運(yùn)輸流程進(jìn)行模擬,為冷鏈宅配小青菜的包裝方式提供了參考,構(gòu)建的小青菜貨架期綜合預(yù)測(cè)模型為小青菜冷鏈宅配和隨后存放期間品質(zhì)變化預(yù)測(cè)提供了依據(jù)。 本研究建立的預(yù)測(cè)模型也存在一定的不足,如未考察小青菜品種、季節(jié)性、發(fā)育程度、批次性等對(duì)預(yù)測(cè)模型建立的影響；模型本身存在缺陷問題,如對(duì)低于試驗(yàn)溫度進(jìn)行外推時(shí),所求得的活化能誤差會(huì)變大,影響貨架期預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性。 此外,本研究中選擇的貯藏溫度范圍相對(duì)較窄,后續(xù)應(yīng)擴(kuò)大貯藏溫度范圍,并對(duì)更多的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行擬合,建立精確度更高的模型,以期更準(zhǔn)確地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

4 結(jié)論

本研究探究了宅配小青菜冷鏈流通期間溫度和時(shí)間對(duì)品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)貯藏溫度越高,貯藏時(shí)間越長(zhǎng),小青菜的失重率和黃化率越高,Vc 損失越快,色澤變化越明顯,較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間的貯藏不利于小青菜品質(zhì)保持。 比較兩種包裝方式顯示,盒裝小青菜保鮮效果顯著優(yōu)于袋裝(P＜0.05)。 依據(jù)不同溫度下小青菜品質(zhì)性狀變化構(gòu)建的小青菜綜合指標(biāo)預(yù)測(cè)模型,具有準(zhǔn)確性較高、擬合性好、相對(duì)誤差小的特點(diǎn),這為商業(yè)冷鏈配送小青菜提供了技術(shù)支持和理論依據(jù)。