不同溫度貯藏凌棗VC含量的動態變化模型

王晶晶,董福,馮敘橋,段小明,楊方威,呂佳煜,楊文晶

(1.渤海大學化學化工與食品安全學院,遼寧省食品安全重點實驗室,遼寧錦州 121013;2.沈陽農業大學食品學院,遼寧沈陽 110866)

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不同溫度貯藏凌棗VC含量的動態變化模型

王晶晶1,2,董福2,馮敘橋1,*,段小明1,楊方威1,呂佳煜1,楊文晶1

(1.渤海大學化學化工與食品安全學院,遼寧省食品安全重點實驗室,遼寧錦州 121013;2.沈陽農業大學食品學院,遼寧沈陽 110866)

模型,抗壞血酸,凌棗,冷藏

凌棗(ZizyphusjujubeMill. cv. Lingzao)又稱鈴棗,屬鮮食品種,主要分布于遼寧省凌源市,是遼西地區的特色栽培品種。因其口感脆甜、營養豐富而廣受消費者喜愛[1]。據已有研究報道,棗果的Vc含量高,一般能達到300 mg/100 g FW[2-3]。關于食品中營養成分的相關性,Fennema[4]的研究表明:就大多數食品而言,如果其抗壞血酸含量變化有限,則其它營養成分的損失也不會太大。因而想要了解凌棗在貯藏過程中品質的變化,可以從其貯藏期間VC含量的變化入手來進行判斷。

食品體系中營養成分含量的變化影響因素既來自于體系本身,又包括溫度、周圍氣體環境等諸多外界因素。正是由于所涉及化學或生化反應的復雜性,加之目前對于有機生命體食材營養成分合成代謝機理的研究尚未透徹,導致了建立以某一特定組分合成代謝機理為基礎、囊括所有影響因子、能夠用以對該組分含量變化進行準確預測以及優化加工工藝或貯藏條件的動力學模型的困難性[5]。因此在食品營養成分降解和品質劣變的動力學研究中,科研人員所使用的往往都是零級或一級動力學模型等經驗公式[6-7]。近年來,Weibull模型因其形狀參數β所賦予它的靈活性,在微生物動力學、酶動力學以及化學動力學方面均顯示出了廣闊的應用前景[8]。本文比較了零級動力學模型、一級動力學模型和一個基于Weibull分布的模型這三種模型對不同溫度貯藏下凌棗VC含量變化規律的擬合情況,并進而對擬合所得反應速率常數與溫度間關系用優于阿倫尼烏斯公式的Y=ln(1+exp[c(T-Tc)])模型進行擬合,考量該模型的適用性,以期為不同溫度和不同貯藏時間凌棗VC含量的預測提供可靠量化方法。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮凌棗遼寧省錦州市水果批發市場;2,6-二氯酚靛酚鈉、草酸、抗壞血酸均為分析純;MIR-254低溫恒溫培養箱日本SANYO公司。

1.2實驗方法

從10 kg所購材料中,挑選形狀大小、成熟度較為一致,且無機械傷和病蟲害的棗果平均分成4組,分別貯藏于0(273 K)、4(277 K)、10(283 K)、20 ℃(293 K)溫度條件下。每周對各實驗組凌棗Vc含量進行一輪測定,20 ℃實驗組在貯藏15和30 d增加兩個測量點用于模型檢驗。每組每個測量點測量3次,每次測量的取樣量為3顆棗。模型的檢驗使用各組中未用于模型擬合的兩測量點數據。

VC含量的測定:采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[9]。

1.3降解動力學模型

實驗所選用降解動力學模型方程式如下[10-11]:

(1)零級動力學模型:C=C0-k0t

(2)一級動力學模型:C=C0exp(-k1t)

(3)基于Weibull分布的模型(Weibull模型):C=C0exp[-(kαt)β]

C-t時間后的指標值;C0-指標初始值;k0-零級動力學模型速率常數;k1-一級動力學模型速率常數;kα-Weibull模型速率常數;β-Weibull模型形狀參數。

速率常數-溫度關系模型方程式如下[12]:

Y=ln(1+exp[c(T-Tc)])

T-溫度(K);Y-溫度T時的速率常數;Tc-速率常數開始急劇增大的轉折點溫度。

1.4數據處理和模型擬合度分析

應用Origin 8.5軟件對實驗測量數據進行單因素方差分析(ANOVA)、線性及非線性回歸分析。評價模型擬合優度的統計學參數和赤池信息量準則的具體計算公式如下[13-15]:

修正決定系數:

均方根誤差:

卡方:

赤池信息量準則:

R2-決定系數;μobserved-實驗實測值;μpredicted-模型預測值;N-擬合所用數據點數目;n-模型所含參數數目;RSS-殘差平方和。

2　結果與討論

2.1貯藏期間VC含量變化情況

果蔬在貯藏過程中,由于受到自身呼吸作用、VC代謝相關酶活性變化以及外界環境等多因素的影響,VC含量往往呈現下降的趨勢[16],凌棗在不同貯藏溫度下VC含量隨貯藏時間的變化結果也印證了這一規律(圖1～圖4)。0和4 ℃貯藏凌棗VC含量的降解模式為貯藏初期降解緩慢,中期急劇下降,隨后VC降解速率又逐漸趨于平緩,這體現在Weibull模型形狀參數β大于1上。若β小于1,則表示VC的降解模式將會是在貯藏初始階段含量急劇下降而后逐漸趨于平緩[8]。當β等于1時,Weibull模型即等同于一級動力學模型。10和20 ℃貯藏條件下Weibull模型的擬合結果即為形狀參數β接近于1,因而圖3、圖4中Weibull模型擬合曲線和一級動力學模型擬合曲線非常相近。與本實驗研究所不同的是,在王大鵬等[17]和王亞萍等[18]的研究中,棗果VC含量在貯藏的初始階段都經歷了一段上升的過程,這或許由實驗棗果品種、采摘成熟度或所采用保鮮方法的不同所致。

圖1　 0 ℃貯藏凌棗VC降解動力學模型擬合曲線Fig.1　Three different VC degradation kinetics models of Lingzao Stored at 0 ℃

圖2　4 ℃貯藏凌棗VC降解動力學模型擬合曲線Fig.2　Three different VC degradation kinetics models of Lingzao stored at 4 ℃

圖3　10 ℃貯藏凌棗VC降解動力學模型擬合曲線Fig.3　Three different VC degradation kinetics models of Lingzao stored at 10 ℃

圖4　 20 ℃貯藏凌棗VC降解動力學模型擬合曲線Fig.4　Three different VC degradation kinetics models of Lingzao stored at 20 ℃

2.2動力學模型擬合優度比較

2.3動力學模型的檢驗

本實驗在對數據進行模型擬合時,每個溫度都保留了2個測量點的測量值用以對最佳動力學模型的準確性進行檢驗。將每個溫度下所保留測量點對應的貯藏天數值分別帶入不同溫度下所對應的最佳模型中得到模型預測值,與實測值進行比較,結果見表2。由表2可以看出,所有預測值與實際值的相對誤差均不超過10%,說明不同溫度下的最佳模型均可以用于對相應溫度下貯藏的凌棗VC含量變化進行預測[20]。

表1　不同溫度下各模型擬合參數及評價指標值

2.4速率常數受溫度影響的動力學分析

果蔬任何一項品質指標在貯藏期間變化速率恒定的概率都是極小的,其在貯藏過程中的實際變化速率是無法用單一值表示的。因而由實驗數據擬合出的模型速率常數代表的不是某指標貯藏期間的實際變化速率,而應被理解為一個能夠反映該指標貯藏期間變化速率總體情況的量。大多數果蔬貯藏品質動力學研究中都采用阿倫尼烏斯公式來描述反應速率常數與溫度之間的關系[6-7]。然而Micha Peleg指出,阿倫尼烏斯公式的成立包含了一個隱含的前提,即溫度在各個溫度區間內對于速率常數的影響都是等同的[12]。這與食品中化學或生化反應只有在溫度達到特定值后反應速率才開始急劇升高,而在此前一段較低的溫度區間內反應則一直維持在相對穩定的狀態,受溫度影響較小相違背。因此本文采用了Y=ln(1+exp[c(T-Tc)])模型對速率常數與溫度之間的關系進行模擬。由該模型的表達式可知,當溫度T遠小于反應速率開始急劇增大的轉折點溫度Tc時,速率常數趨于0,而當T遠大于Tc時,Y=c(T-Tc),速率常數開始線性增加。此模型貼近速率常數受溫度影響的客觀規律。由于不同貯藏條件下均是Weibull模型的擬合度最高,且0、4及10 ℃下赤池信息量準則也均篩選出Weibull模型為預測凌棗VC含量變化的最佳模型,因此,本文將不同溫度下Weibull模型速率常數受溫度的影響依照上述模型進行擬合(圖5)。擬合方程為Y=ln(1+exp[0.06321(T-339.57)]),修正決定系數為0.9894,擬合效果較理想。

表2　不同溫度下預測模型的檢驗

圖5　速率常數受溫度影響變化規律模型擬合曲線Fig.5　Matched curve of rate constants affected by temperatures

3　結論

(2)分別對不同溫度下的最佳預測模型進行驗證,預測值與實測值之間的相對誤差在10%范圍內,模型較為可靠。

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Dynamic models of Lingzao VCcontent changes during storage at different storage temperatures

WANG Jing-jing1,2,DONG Fu2,FENG Xu-qiao1,*,DUAN Xiao-ming1,YANG Fang-wei1,LV Jia-yu1,YANG Wen-jing1

(1.Food Science Research Institute of Bohai University,Food Safety Key Lab of Liaoning Province,Jinzhou 121013,China;2.College of Food Science,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110866,China)

model;ascorbic acid;Lingzao;refrigeration

2015-02-12

王晶晶(1979-),女,博士研究生,講師,主要從事農產品加工與貯藏工程方面研究,E-mail:jjlive2007@126.com。

馮敘橋(1961-),男,博士,教授,主要從事果蔬質量與安全控制,E-mail:feng_xq@hotmail.com。

遼寧省科技廳農業攻關及成果產業化項目(2011205001);渤海大學人才引進基金項目(BHU20120301)。

TS

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000