基于菠菜品質變化的 冰箱冷藏保鮮效果綜合評價

汪厚銀,史波林,歐克勤,鐘 葵,張璐璐,劉龍云,趙 鐳

(中國標準化研究院食品與農業標準化研究所,北京 100091)

低溫冷藏是重要的食品保藏方式之一。家用電冰箱誕生于20世紀初期,隨著工業化、城市化的快速發展,冰箱已經由奢侈品演化為最普通的家居用品,在日常食品保藏保鮮中扮演著最為重要的角色。冰箱雖然成為日常食品保藏保鮮的首選,但是仍有很多問題一直困擾著冰箱制造商及日常消費者,如食品在冰箱保藏過程中感官品質及營養指標如何變化、冰箱冷藏食品保鮮效果有哪些評價指標、如何判定不同冰箱的保鮮效果等。上述核心問題,關系著企業產品的定位研發,決定著消費者的購買及飲食決策。綜合評價基于產品的多方面信息,進行邏輯分類、科學提取,可以客觀準確地評價樣品的綜合品質。基于層次分析法的模糊綜合評價已被廣泛應用于食品感官綜合評價中[1-4]。彭堅等[5]應用模糊綜合評判方法,對紅腐乳的感官品質進行了綜合評價,結果表明,模糊綜合評判法能夠客觀且準確地區分不同樣品的優劣程度和等級;胡璇等[6]采用改進后的模糊綜合評判方法,對3種不同品牌的剁椒感官質量進行了判定,同時結合樣品的色差和質地結果,證實了評判結果的準確性。主成分分析法主要采用降維的思想,在簡化提取樣品信息的同時,最大限度地保留所測樣品的原始信息,用較少的綜合指標,概括大量所測數據中的各類信息,對樣品做出整體性的評價。陳軍輝等[7]采用主成分分析法,對12個西洋參樣品的23個變量進行了分類研究,提取出了西洋參樣品分類的第一、第二關鍵因素,對12個西洋參樣品進行了較好的分類;張興等[8]針對葡萄酒的質量,采用主成分分析法提取了影響其品質的主要指標,并通過相關系數分析和典型相關分析方法,建立了釀酒葡萄和葡萄酒的理化、感官品質之間的關系。

本研究以典型冷藏食品——菠菜為代表,旨在分析其在冰箱冷藏過程中營養品質和感官品質的變化規律,篩選影響冰箱冷藏食品品質及其新鮮度感知的關鍵指標,構建評價冰箱冷藏食品新鮮度的綜合評價體系,并進行方法驗證,為有效評價家用冰箱保鮮效果提供技術支撐。此外,本研究對于指導企業產品定位研發、規范行業市場宣傳、增強產品市場競爭力并引導消費、提升公眾生活品質和健康指數等方面有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮菠菜 品種為圓葉菠菜,購于北京市昌平區農貿市場;抗壞血酸 分析純,國藥集團;2,6-二氯靛酚 分析純,國藥集團;偏磷酸 分析純,國藥集團;草酸 分析純,國藥集團;碳酸氫鈉 分析純,國藥集團;實驗用水 Milli-QA10超純水。

色差儀 HunterLab公司;ColorQuest XE紫外分光光度計 Varian;Cary 100電子天平 梅特勒公司,精確度為0.1 mg；確定測定條件所用三款冰箱信息見表1。

表1 三種冰箱的冷藏技術信息Table 1 Refrigeration technical parameters of the three refrigerators

1.2 實驗方法

1.2.1 測試樣品的確定 要評價冰箱保鮮效果,除了探究冰箱本身的能效參數外,還應通過所保藏食品的理化感官指標的變化,間接反映其保鮮品質,實現優劣評價。所選測試樣品應考慮代表性、廣泛性、均勻性、穩定性、易獲得性等幾個方面,基于上述原則在前期預實驗的研究基礎上,從草莓、櫻桃、菠菜、黃瓜等漿果類、核果類水果和葉菜類、瓜果類蔬菜的備選樣品中,最終選定菠菜開展研究。

新鮮菠菜葉片舒展,長短較為一致,無機械損傷和真菌感染,去除樣品中過長和過短菠菜,及異形、過熟和壓傷菠菜后,從中篩選出長短、顏色、質地基本接近的菠菜樣品進行保鮮研究。

1.2.2 測試條件的確定 通過測定菠菜樣品在不同儲藏天數和在三款冰箱樣機不同儲藏位置(層數)的理化、感官品質變化,分析其品質變化的轉折點或關鍵點,最終確定測試條件。

1.2.3 樣品品質測定

1.2.3.1 理化指標的測定 失重率:采用重量法測定樣品失重率,按下列公式求出失重率:

式中:A-失重率,%;W-樣品的原始質量,g;Wi-每次取樣測定時樣品的質量,g。

色差:菠菜樣品葉片色差的測定采用追蹤法。隨機對冰箱每一層抽取具有代表性的菠菜,對選定的菠菜葉片的根部用標簽紙進行標記,考察這些帶有標記的菠菜葉片的狀況。采用色差儀對葉片中軸線上1/4、1/2、3/4處進行色差測量,計算總色差ΔE的大小:ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2。

葉綠素含量:菠菜樣品葉綠素含量的測定參照鄒琦的方法[9]。

維生素C含量:參照GB 6195-1986 水果、蔬菜維生素C含量測定法(2,6-二氯靛酚滴定法)[10]。

1.2.3.2 感官指標的測定 感官實驗采用6人描述性分析小組,分別對菠菜的光澤度、生青味等感官屬性及其整體印象應用9點標度法進行感官評價,感官評價描述詞釋義見表2。

表2 菠菜感官評價描述詞釋義標度Table 2 Sensory attributes descriptors and intensity scale of spinach

1.2.4 綜合評價體系構建與驗證 采用主成分分析法,對冷藏菠菜的品質指標進行篩選、剔除和提取,提取體現冷藏效果的關鍵指標,用于構建冰箱冷藏效果綜合評價體系,同時采用所建立的評價體系對7種市售冰箱進行評價和分類。

1.3 數據處理

使用SPSS Statistics 19軟件進行多元統計分析,利用Origin 8.5軟件進行數據處理及繪圖。

2 結果與分析

2.1 冰箱冷藏食品儲藏天數對理化指標的影響

食品的新鮮程度體現在多個方面,包括理化、感官品質,可以具體到水分含量、重量損耗、維生素C含量、葉綠素含量、色澤、硬度等多個指標。劉開華等[11]通過測量甜櫻桃的感官指標、硬度、腐爛指數、可溶性固形物和維生素C含量,來評判復合涂膜技術對甜櫻桃的保鮮效果;孫樹杰等[12]測量菠菜的失重率、可滴定酸、維生素C及葉綠素含量,比較不同保鮮液對菠菜的保鮮效果;張繼武等[13]測定了在貯藏周期內黃瓜的重量的變化、硬度、葉綠素含量、維生素C含量的變化，來衡量黃瓜的新鮮程度;關文強等[14]比較了青菜和西芹的失重率和維生素C含量變化,分析了高濕度冰箱和普通冷藏室內的溫濕度變化規律。本文主要從失重率、色差值、葉綠素和維生素C含量變化以及光澤度、卷曲度、生青味、過熟味和總體品質的變化來展開研究。

2.1.1 不同儲藏時間菠菜理化指標的變化 圖1是3種代表性樣機(樣機1、樣機2、樣機3)不同儲藏時間下菠菜樣品理化指標的變化情況。失重率是蔬菜新鮮度表征的重要指標之一,充足的水分可以有效維持細胞膨壓,使蔬菜呈現出飽滿、堅挺的狀態。低溫冷藏可以較長時間保持菠菜水分,但隨著儲藏時間的延長,失重率增大仍然不可避免。由圖a～d可以看出,在所測儲藏時間內,失重率、色差值、葉綠素及維生素C損失率均呈現出逐漸增加的情況,但在4 d以內,3種樣機的各項理化指標的變化率較為接近,4 d以后,隨著儲藏時間的延長,不同樣機中菠菜理化指標的變化差異越來越大,其中樣機2的各項理化指標的變化率均小于其他兩種樣機。

圖1 不同儲藏時間菠菜理化指標的變化Fig.1 Changes of physiochemical indexes of spinach at different storage time注:a:失重率;b:總色差值;c:葉綠素損失率;d:維生素C損失率，圖3～圖5同。

田瑩等[15]研究發現,菠菜葉片在2 ℃儲藏6 d后,葉綠素a含量比初始值降低了約33%,總葉綠素降低約25%,比本研究所測得的損失率略低,這可能由于本研究中冰箱樣機的冷藏溫度略高,均為4 ℃左右。菠菜的維生素C含量比較豐富。謝晶等[16]研究表明,2 ℃儲藏條件下,菠菜中維生素C的含量先減少后增加再減少,與本研究中的變化趨勢有所差異,這可能與樣品采收時的成熟度有關[17]。

2.1.2 不同儲藏時間菠菜感官指標的變化 感官評價是判斷菠菜外觀品質最直觀的方式。對不同儲藏時間下,不同樣機的菠菜樣品的各項感官指標作柱形圖分析,并且通過對不同儲藏時間的各項感官評價的數據進行方差分析,根據方差分析的結果找出出現顯著性差異的時間,確定儲藏期的關鍵測試點,儲藏的起始點為儲藏日當天(第0 d),其他采樣點為2、4、5、6、7、8 d。圖2顯示了3種代表樣機內儲藏期間菠菜樣品的感官變化。

圖2 不同儲藏時間菠菜感官品質的變化Fig.2 Sensory changes of spinach during different storage time注:a:光澤度;b:卷曲度;c:生青味;d:過熟味;e:總體品質。不同肩標字母表示差異顯著(p<0.05)。

從圖2a可以看出,菠菜樣品光澤度的感官評分隨著儲藏時間越來越低,說明光澤度越來越差。光澤度在儲藏起始點(0～2 d)無顯著性差異(p>0.05),儲藏第4 d開始出現顯著性差異(p<0.05)。從圖2b可以看出,菠菜樣品卷曲度的感官評分隨著儲藏時間越來越高,說明樣品葉片的卷曲度越來越高。卷曲度評分開始出現顯著性差異的關鍵點是儲藏第4 d(p<0.05)。從圖2c可以看出,菠菜樣品的生青味的感官評分隨著儲藏時間越來越低,說明樣品的生青味越來越淡。生青味開始出現顯著性差異的關鍵點是儲藏第4 d(p<0.05),儲藏6 d之后生青味弱到評價員識別能力之下。從圖2d可以看出,測定樣品的過熟味的感官評分隨著儲藏時間越來越高,說明樣品的過熟味越來越濃。儲藏第0～5 d,過熟味的強度都在感官評價員的識別能力之下,儲藏第6 d是一個突變關鍵時間,過熟味開始出現顯著性差異的關鍵點是儲藏第6 d(p<0.05)。菠菜樣品總體品質的感官評分隨著儲藏時間越來越低(圖2e),說明樣品的總體品質越來越差。總體印象的感官評分在儲藏起始點(0～2 d)無顯著性差異(p>0.05),儲藏第4 d首次出現顯著性差異(p<0.05),后期評分雖然出現了輕微波動,但是儲藏第6、7、8 d之間仍有顯著性差異(p<0.05),儲藏第4 d仍然是一個突變關鍵時間。因此,總體印象開始出現顯著性差異的關鍵點是儲藏第4 d(p<0.05)。

以上感官品質的變化說明,菠菜在冷藏過程中感官品質逐步下降,這主要由于，其采后呼吸速率高,生理代謝旺盛,同時低溫貯藏環境中較低的相對濕度造成葉片失水萎蔫,引起皺縮及色澤衰變,從而使其感官品質發生變化。

2.2 冰箱冷藏食品儲藏層數對菠菜理化指標的影響

在上述冰箱冷藏食品儲藏天數對理化感官指標的影響分析中得出，對大多數感官指標而言,開始出現顯著性差異的關鍵時間為儲藏的第4 d(p<0.05),結合儲藏的起始點和儲藏的截止點,因此在研究儲藏層數對感官理化指標的影響時,選擇關鍵點前一個時間點、關鍵時間點、關鍵時間點后一個時間點以及儲藏的截止時間點進行考察。

圖3是代表性樣機1不同儲藏菠菜理化指標的變化情況。圖3a～d分別是失重率、總色差、葉綠素含量損失率和維生素C含量的損失率隨著儲藏時間的變化情況。由圖3a～b可以看出,不同儲藏層數的失重率、總色差值相差較大,尤其是總色差值的差異性較大。圖3c～d無法明顯看出不同儲藏層數葉綠素、維生素C含量的損失率之間的差異性。

圖3 樣機1不同儲藏層數菠菜理化指標的變化Fig.3 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 1

圖4是代表性樣機2不同儲藏層菠菜理化指標的變化情況。圖4a～d分別是失重率、總色差、葉綠素含量損失率和維生素C含量的損失率隨著儲藏時間的變化情況。失重率的差異性較大,葉綠素、維生素C含量的損失率之間的差異性不明顯。

圖4 樣機2不同儲藏層數菠菜理化指標的變化Fig.4 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 2

圖5是代表性樣機3不同儲藏層菠菜理化指標的變化情況。圖5a～d分別是失重率、總色差、葉綠素含量損失率和維生素C含量的損失率隨著儲藏時間的變化情況。不同儲藏層數的失重率、總色差值且差距均較大,但葉綠素、維生素C含量的損失率之間的差異性不明顯。葉蘭英等分析了病區醫用冰箱不同儲藏位置的溫度分布,結果發現，冰箱體不同區域的溫度差異顯著,且具有統計學意義[18]。但對家用冰箱不同位置的溫度分布則未見報道。

圖5 樣機3不同儲藏層數理化指標變化情況Fig.5 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 3

由上述3種有代表性的樣機的不同儲藏層數的理化指標的折線圖可以看出,部分理化指標的不同儲藏層數之間差異性很大,結合冰箱樣機自身的結構層次特點,冰箱樣機儲藏層包括冷藏室擱板、冷藏室保鮮盒、變溫室保鮮盒等,不同品牌不同型號冰箱擱板的層數、冷藏室保鮮盒的層數、變溫室保鮮盒的層數不盡一致,如果只選擇一層進行評價,可能會造成最終評價結果的片面性。因此,無論不同儲藏層數的感官指標的評價值是何種趨勢,樣機的所有儲藏層數都應該考慮,最終確定對所有區域進行貯藏測定,結果取平均值。

由上述實驗結果最終確定所采用的冰箱保鮮效果評價的儲藏條件為:冰箱自動冷藏環境下的所有冷藏區域,儲藏時間為4 d。

2.3 冰箱保鮮效果評價指標的篩選及其權重確定

2.3.1 理化指標和感官指標的篩選 由于研究中所測理化指標代表了菠菜新鮮度評價的主要理化特性,因此未對其進行剔除。

圖6 不同感官屬性主成分分析Fig.6 PCA of different sensory attributes

感官指標由評價員討論獲得,其雖然按照標準方法進行測定,但是指標間可能存在信息重復,因此決定對感官指標進行篩選及剔除。通過多元統計分析,結果發現菠菜感官評價中,卷曲度與樣品偏離較遠,屬于無法很好進行給分的屬性,因此予以剔除;而過熟味與生青味負相關,可以選擇正向指標生青味對樣品進行評價。

2.3.2 理化指標權重的確定 理化指標權重的確定總共分為5個步驟進行:第一,采用SPSS軟件自帶的系統進行指標無量綱標準化處理。第二,進行相關系數矩陣分析,判定是否適合主成分分析。結果見表3。由相關性分析可見,除了維生素C損失率和色差的相關性低于0.1外,其余指標的相關性均在0.2～0.7范圍內,說明其各指標間具有一定的相關性[19],可進行主成分分析進行成分提取。第三,采用主成分分析,獲得各個指標在各主成分線性組合中的系數如表4所示。第四,確定各成分的方差貢獻率。根據特征值大于1原則,第一主成分對總方差的貢獻率為λ1=54.694%;第二主成分對總方差的貢獻率為λ2=29.732%;前兩個主成分累計貢獻率為84.426%。這表明，所提取出的前兩個主成分可以代表所有變量約85%的變異,不僅很好地實現了降維,而且能較好地反映原來變量的信息。第五,將指標權重進行歸一化處理,最終確定綜合得分計算公式為:

表3 不同冰箱理化指標的相關系數矩陣Table 3 Correlation coefficient matrix of physichemical indicators of different refrigerators

表4 主成分載荷矩陣Table 4 Principal component loading matrix

F1=0.572X1+0.075X2+0.559X3+0.595X4

F2=0.229X1+0.883X2-0.356X3-0.064X4

F=[λ1/(λ1+λ2)]F1+[λ2/(λ1+λ2)]F2=0.648F1+0.352F2

通過測量冷藏菠菜的失重率、色差、葉綠素損失率和維生素C損失率,采用F1、F2的計算公式,即可獲得兩個主成分的值。將其值代入總和得分的計算公式,可計算出F的值,即樣品的理化特性總和得分,該數據直觀反映了理化特性在保鮮過程中的衰敗情況。

2.3.3 感官指標權重的確定 感官指標權重的確定主要分成3個步驟進行:第一,開展消費者調查,通過兩兩重要性比較確定評價體系各指標權重。通過對331名年齡性別專業背景不同的消費者進行調查,讓其就給出的兩個因素進行兩兩比較,判斷誰更重要,之后統計結果構建判斷矩陣,如表5所示。該矩陣最大特征值為4.1341,CI為一致性指標,CR為隨機一致性指標,隨機一致性比率CR值小于0.1時矩陣可用。最終所得其特征向量即為其所占權重。第二,確定評語評價集及評價等級值域。采用優、良、中、較差、差五等作為評價集。采用表6的轉換方式，對九點打分的感官評分進行轉化。第三,根據權重計算公式與轉化值域,確定感官得分計算公式如下。

表5 感官指標判斷矩陣Table 5 Judgment matrix of sensory indicators

表6 菠菜感官品質的評價等級值域Table 6 Rating range of sensory quality of spinach

A=W×R=(0.352,0.101,0.049,0.498)×(S1,S2,S3,S4)

M=(95,85,75,65,30)T

P=A×M

通過感官評定冷藏菠菜的光澤度、硬度、生青味和總印象,采用上述計算公式,即可獲得A、M的值。然后將其值代入P的計算公式,可計算出P的值,即樣品的感官特性總和得分,該數據直觀反映了樣品在冷藏過程中的感官品質。

2.4 冰箱保鮮效果綜合評價體系的建立及應用

由于感官指標代表得分,理化指標代表損失率情況,在綜合得分上,為盡可能實現冰箱保鮮度劃分,采用G=感官得分(P)/理化變化率(F)的值來表征其綜合得分。并采用該方法對市場7種冰箱進行保鮮度得分計算。這7款冰箱樣機1～7分別為海爾BCD-316WDCM、西門子KK28F4860W、美菱BCD-278WP3BD、美的BCD-236TGEMA、容聲BCD-316WPMB-XA22、夏普BCD-293WB-S、松下NR-C28WPD1-S。

表7 7種樣機綜合得分(感官/理化)Table 7 Overall score of the seven refrigerators(sensory/physichemical)

采用聚類分析,可將這7款樣機分為三類,如表8所示。

表8 測試的7款樣機分類Table 8 Classification of the seven refrigerators

其中樣機2和樣機4制冷方式為直冷,其他樣機為風冷,由此可見制冷方式是影響冰箱保鮮效果的一個重要因素。且樣機2和樣機4冷藏室的容積相對較小,可能也有助于提升其保鮮效果。盡管嘗試將這7款冰箱的評分與其市場定價和網友評價進行對比分析,但是由于其價格及網友評價還與其設計、生產成本、其他性能、品牌效應以及網友的個人喜好等多個影響因素有關,因此并未發現本研究中的保鮮效果綜合評分與市場價格或網友評價有直接對應關系,也間接說明并不是價位越高的冰箱,其保鮮效果就越好。

3 結論

本文研究了冰箱內冷藏天數、不同儲藏層數對冷藏食品(菠菜)理化、感官指標的影響,通過篩選理化指標、感官評價指標及確定各指標權重,最后構建了基于菠菜品質的冰箱冷藏保鮮效果綜合評價體系,并將體系應用于不同冰箱冷藏保鮮效果的綜合評價中,對冰箱冷藏品質進行了評價和分類。得出以下結論:菠菜的感官和理化品質隨儲藏時間的延長而降低,儲藏第4 d是關鍵測試時間。菠菜儲藏在冰箱不同位置,其感官和理化品質差異較大,為保證評測的全面和客觀,本研究對所有貯藏區域進行測定,結果取平均值。失重率(X1)、總色差(X2)、葉綠素損失率(X3)和維生素C損失率(X4)體現了菠菜新鮮度的主要理化特性。主成分分析提取出前兩個主成分,其貢獻率分別為54.694%、29.732%,累計貢獻率為84.426%。理化特性的評價公式為:F=0.648×(0.572X1+0.075X2+0.559X3+0.595X4)+0.352×(0.229X1+0.883X2-0.356X3-0.064X4)。多元統計分析篩選出光澤度(S1)、硬度(S2)、生青味(S3)和總體印象(S4)作為菠菜新鮮度感官品質表征的主要指標,感官特性的評價公式為P=(0.352,0.101,0.049,0.498)×(S1,S2,S3,S4)×(95,85,75,65,30)T。綜合理化、感官指標及其權重,得出總新鮮度的評價公式為G=P/F。通過計算不同樣機菠菜新鮮度的評分,對市售七種冰箱保鮮效果進行了綜合評分和分類,驗證了所建立評價體系的適用性。