主動自發氣調對蒜薹保鮮效果的多變量分析

員麗蘋，張玉笑，郭衍銀，陳勇，劉莎莎，王亮

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博255049）

蒜薹為大蒜（Allium sativum L.）的幼嫩花薹，是調節蔬菜市場的品種之一[1]，含有豐富的大蒜素及脂溶性揮發物，具有抗癌、抗衰等功效[2]。由于蒜薹栽培特性，每年只產一季，人們為延長蒜薹采后貯藏期，保持蒜薹品質進行廣泛深入的研究。目前，我國蒜薹貯藏保鮮大多采用氣調結合低溫冷藏的方法進行，基本可實現周年供應[3]。

除了貯藏方式，采收、預冷、運輸及銷售的過程都會對蒜薹品質產生影響。作為貯期最長，貯量最大的蔬菜品種之一，蒜薹物流運輸環節存在嚴重的質量損失，但目前對蒜薹物流運輸保鮮研究較少。目前，我國農產品冷鏈物流尚未廣泛普及，經常導致冷鏈物流出現斷點，嚴重影響了蒜薹冷鏈物流運輸[4]。因此，尋求一種替代的安全高效物流運輸保鮮方式顯得尤為重要。

O2/CO2氣調在西蘭花[5-7]和生姜保鮮[8]方面具有獨特優勢。主動自發氣調是密封保鮮的一種方法（不存在內外氣體交換）[9]，只要充入適宜的初始氣體，利用果蔬自身的呼吸作用使密封的氣體環境達到平衡，就能達到很好的保鮮效果。本研究擬利用O2/CO2氣調優勢，結合主動自發氣調，探究對蒜薹保鮮效果的影響。

評價果蔬貯藏品質的指標很多，且相互之間存在復雜的聯系，常運用多元統計方法揭示果蔬品質與特征指標之間的關系。Lopez等[10]用主成分分析闡明在不同貯藏條件下影響消費者可接受度的蘋果主要品質指標和香氣成分。王友升等[11]綜合主成分分析、通徑分析以及相關性分析探討減壓處理對草莓果實氧化及抗氧化活性的影響。本文用單因素方差分析、主成分分析、相關性分析和通徑分析4種方法，對不同初始比例的O2/CO2主動自發氣調的蒜薹品質進行了綜合評價和分析，以期為蒜薹物流運輸保鮮提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2018年11月于山東萊蕪冷庫采取經過在（-1±0.5）℃貯藏7個月左右的蒜薹，立即運到山東理工大學果蔬貯藏實驗室，然后選擇薹條長短粗細均勻，無機械傷，無老化黃化的蒜薹進行試驗。

乙醇、濃硫酸：國藥集團化學試劑有限公司；磷酸氫二鈉、辛醇、亞硫酸鈉、冰乙酸、丙酮、偏磷酸：天津致遠化學藥劑有限公司；硫脲、2，6-二氯酚靛鈉：煙臺市雙雙化工有限公司；2，4-二硝基苯肼（2，4-dinitrophenylhydrazine，DNPH）：上海展云化工試劑有限公司；VC：上海伯奧生物科技有限公司；硼酸鈉、硫酸烷醇鈉、乙烯乙二醇醚：天津市凱通化學試劑有限公司，所用試劑均為分析純。干燥劑：上海添昌實業有限公司；乙烯脫除劑：大連昕連鑫保鮮劑有限公司；無孔不透氣封口膜：上海創發包裝材料有限公司；49 cm×15 cm×6 cm保鮮盒：路橋晨亨塑料廠。

1.2 儀器與設備

手持便攜式色差儀（HL-2136）：瑞戈（上海）實業有限公司；低溫冰箱（DW-FW351）：中科美菱低溫科技有限責任公司；臺式多功能高速冷凍離心機（GL-20G-2）：上海安亭儀器制造廠；紫外可見分光光度計（UV-1750）：島津國際貿易有限公司；質構儀（XA.XTplus）：英國stablemicrosystems公司；纖維素測定儀（FT350）：福斯分析儀器公司；O2/CO2測定儀（MR-07825-00）：美國 FBI Dansensor公司；氣調包裝機（RDL380P）：羅迪博爾機械設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計

試驗共設置4個處理，每個處理30盒。稱取1 kg左右的蒜薹放入保鮮盒中，為了防止保鮮盒內水分過多和乙烯影響[12]，每個保鮮盒內放15包干燥劑（每包約2 g）和3包乙烯脫除劑（每包約4 g）。然后使用氣調包裝機進行氣調包裝，充入氣體比例分別為100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2和自然大氣（CK），充入氣體體積約為蒜薹體積的3倍，然后置于（10±0.5）℃冷庫中貯藏，每7 d進行相關指標測定，3次重復。

1.3.2 指標測定

CO2含量用MR-07825-00型O2/CO2分析儀測定保鮮盒內頂空氣體。失重率采用稱重法進行測定。腐爛率以每盒中蒜薹腐爛根數占總根數的百分率表示。葉綠素參照鄒琦[13]介紹的方法，蒜薹（0.2 g）冰浴研磨并用10 mL 80%丙酮萃取，在4℃下、5 000 r/min離心10 min，除去殘留物，葉綠素含量用665、649、470 nm處的吸光度來確定。VC的含量采用2，4-二硝基苯肼法比色法[14]測定。電導率用焦麗霞[15]的方法測定。粗纖維用纖維素測定儀測定，取1 g研磨的干燥蒜薹于坩堝中，加入100 mL中性洗滌溶液（6.81 g硼酸鈉和18.61 g磷酸氫二鈉用1 000 mL蒸餾水加熱溶解后加入30 g硫酸烷醇鈉和10 mL乙烯乙二醇醚），0.5 g亞硫酸鈉和幾滴辛醇，加熱至沸騰后回流60 min，沸水過濾清洗3次然后用丙酮清洗2次，105℃干燥8 h后冷卻，稱重，粗纖維/%=[（坩堝的質量+殘渣的質量）-坩堝的質量]/樣品的質量×100。色度 L*、a*、b*值用HL-2136型手持便攜式色差儀測定距離薹苞下部5 cm～10 cm部位，平行測定10次后取平均值。質構（硬度、彈性、內聚性）采用馮雁麗[16]介紹的方法使用XA.XTplus型質構儀測定。

1.4 數據分析

用Microsoft Excel軟件作圖，用SPSS 24.0進行LSD單因素方差分析、Pearson相關性分析、主成分分析和通徑分析。

2 結果與分析

2.1 主動自發氣調對蒜薹外觀的影響

貯藏到32 d時的蒜薹圖見圖1。

圖1 貯藏到32 d時的蒜薹圖Fig.1 Picture of garlic bolts stored at 32 d

如圖1所示，貯藏到32 d時，各處理組出現較大差別，100% O2處理后蒜薹質量明顯優于90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2和CK處理，其中CK處理最差。

圖2 主動自發氣調過程中保鮮盒內CO2含量和蒜薹呼吸速率變化Fig.2 CO2content in container and respiratory rate under active modified atmospheres packaging of garlic bolts

2.2 主動自發氣調過程中保鮮盒內CO2含量和蒜薹呼吸速率的變化

主動自發氣調過程中保鮮盒內CO2含量和蒜薹呼吸速率變化見圖2。

保鮮盒內只充入O2和CO2兩種氣體，所以只進行了CO2濃度的測定。如圖2A所示，各處理CO2含量隨貯藏時間延長均呈增長趨勢。貯藏前期，100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2處理均為增加趨勢。貯藏 14 d 后，90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2處理仍呈急劇增長，100% O2處理變化趨于平緩，O2、CO2達到平衡狀態，28 d后CO2含量增長，可能與出現呼吸高峰有關。

蒜薹是典型的呼吸躍變型蔬菜[17]，采后會有呼吸高峰出現。蒜薹貯藏過程中呼吸速率的變化如圖2B所示，100% O2處理呼吸速率低于90% O2+10% CO2和80% O2+20% CO2，呼吸速率一直較平穩，直到780 h（約32 d）出現呼吸高峰。420 h（約17 d）前90% O2+10% CO2呼吸高于其他處理，480 h（20 d）出現呼吸高峰，高峰后呼吸速率持續下降。貯藏前期，80% O2+20% CO2低于 90% O2+10% CO2處理，540 h（約 22 d）出現呼吸高峰。CK處理呼吸速率低于其他3個處理，且在300 h（約12 d）出現呼吸高峰。

2.3 單因素方差分析

蒜薹貯藏過程中各指標測定結果及單因素方差分析見表1。

如表1所示，蒜薹貯藏期間各處理失重率呈上升趨勢。90% O2+10% CO2的失重率顯著高于100% O2、80% O2+20% CO2和 CK 處理（P＜0.05）。前 14 d，100% O2高于CK處理，可能100% O2處理高氧含量促進了呼吸作用；21 d后，100% O2失重率低于CK處理，與100% O2處理O2、CO2迅速平衡有關。貯藏前14 d，各處理未出現腐爛現象，14 d后，CK和80% O2+20% CO2處理開始腐爛，21 d后，100% O2和90% O2+10% CO2處理也出現腐爛，且100% O2腐爛率低于90% O2+10% CO2處理。

表1 蒜薹貯藏過程中各指標測定結果及單因素方差分析Table 1 Results and one-way of garlic bolts quality indicators during storage time

貯藏期間葉綠素和VC含量均呈下降趨勢，前14d各處理葉綠素急劇下降，14 d后CK處理仍急速下降，且含量顯著低于其他3個處理（P＜0.05），而100% O2處理VC顯著高于其他3個處理（P＜0.05）。

蒜薹貯藏期間相對電導率和粗纖維均呈上升趨勢，電導率在前14 d上升速度較慢，14 d后急劇上升，100% O2處理顯著低于其他 3個處理（P＜0.05），說明100% O2處理能在一定程度上保持細胞膜結構的完整性。粗纖維是評價蒜薹老化的一個重要指標，CK處理粗纖維增加速度最快，35 d時粗纖維的含量是第0天的 2.22 倍，100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2處理均能緩解蒜薹老化。

L*表示樣品的亮暗程度（從0黑色到100白色），a*表示顏色的紅綠（a*越小色調越綠），b*表示顏色黃藍（b*越小色調越黃）[18]。貯藏期間L*值和a*值總體呈上升趨勢，可能與貯藏期間葉綠素減少有關，但各處理L*值上升幅度不一。35 d時，100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2和 CK 處理 L*值分別比第0天時增加了15.49%、18.93%、18.95%和20.71%。蒜薹b*值隨貯藏時間的延長而減小，貯藏7 d內，各處理b*值差別不大，7 d后各處理間表現出差異，100% O2顯著高于其他3個處理（P＜0.05）。色度L*、a*和b*值變化說明 100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2處理均能緩解蒜薹黃化。

蒜薹貯藏期間硬度呈下降趨勢，90% O2+10% CO2處理顯著低于 100% O2和 CK 處理（P＜0.05）。彈性指樣品受到擠壓后迅速恢復形變的能力，彈性越大果蔬質地越緊密。100% O2和90% O2+10% CO2處理呈先上升后下降趨勢，均在14 d時出現峰值，且100% O2處理峰值顯著高于90% O2+10% CO2處理（P＜0.05）。內聚性是口腔咀嚼時，組織抵抗受損并保持緊密連接，從而保持完整的性質，反映細胞間的結合力。同硬度變化相似，蒜薹內聚性也呈下降趨勢，100% O2的內聚性顯著高于其他3個處理（P＜0.05）。硬度、彈性和內聚性三者變化表明100% O2處理在保持蒜薹質構方面效果明顯。

2.4 主成分分析及綜合評價模型的構建

對蒜薹12個品質指標數據進行了主成分分析，得到方差貢獻表見表2。

表2 方差貢獻表Table 2 Variance contribution table

當特征根大于1，方差貢獻率大于85%時確定主成分的個數。如表2所示，當提取1個主成分時，貢獻率就達88.979%，且特征值為10.678，因此選取前1個主成分作為蒜薹各指標數據分析的有效成分，它代表了12個指標88.98%的信息量。主成分的載荷系數和特征向量見表3。

表3 主成分的載荷系數和特征向量Table 3 Load factor and eigenvector of principal component

由表3可知，可用F1這個新的綜合指標來代替原來12個品質指標對蒜薹進行綜合評價，得出線性組合為：F1=-0.292X1-0.264X2+0.286X3+0.301X4-0.296X5-0.300X6-0.296X7-0.293X8+0.291X9+0.295X10+0.249X11+0.296X12

第1主成分的方差貢獻率為88.979%，構建綜合評價模型F=0.88979F1。F值為綜合評價指標，利用公式可計算出綜合得分，見圖4。

綜合得分越高說明品質越好，F值＞0說明具有保鮮價值。貯藏期間所有處理綜合得分隨貯藏時間的延長而下降，CK和80% O2+20% CO2處理貯藏時間較短，100% O2和90% O2+10% CO2處理均能延長保鮮時間，其中100% O2處理綜合得分一直高于其他處理，且保鮮時間最長，達到21 d以上。

圖4 蒜薹貯藏品質綜合評價Fig.4 Comprehensive evaluation storage of quality of garlic bolts

2.5 相關性分析

對蒜薹12個指標進行相關性分析，結果見表4。

表4 品質指標間相關性分析Table 4 Correlation analysis among different quality indexes

除失重率和b*值為顯著相關外，其他指標間均為極顯著相關。指標可分為兩組，一組為葉綠素、VC、硬度、彈性和內聚性，兩兩之間均呈極顯著正相關關系；一組為失重率、腐爛率、電導率、粗纖維、L*值和a*值，兩兩指標間均呈極顯著正相關關系。這兩組指標間均成極顯著負相關關系。

2.6 通徑分析

通徑分析是相關性分析的繼續。因試驗是在密閉容器中進行，水分蒸發的影響基本可以忽略，蒜薹失重主要是生理代謝消耗營養物質所致，故以失重率進行通徑分析。以失重率為因變量對蒜薹指標進行正態性檢驗，shapiro-wilk統計量0.911，顯著水平 Sig.=0.165，大于0.05，所以因變量失重率服從正態分布，即可進一步將蒜薹的各項指標做線性回歸分析。得到線性回歸方程為：Y=-11.897-0.082X1-0.115X2-0.037X3+0.046X4-1.085X5+0.313X6-0.156X7+0.036X8-0.012X9+1.508X10+0.803X11。其中 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11分別代表腐爛率、葉綠素、VC、電導率、粗纖維、L*、a*、b*值、硬度、彈性和內聚性。回歸方程的相關系數R=0.993，決定系數R2=0.986，則剩余因子，該值較小，說明對失重率有影響的自變量大部分都考慮到了。F=78.165，P=0.000，該方程具有極顯著意義，進一步做通徑分析。

以失重率為因變量的通徑分析見表5。

表5 以失重率為因變量的通徑分析Table 5 Results of path analysis taking weight loss rate as dependent variable

如表5所示，各指標對失重率直接通徑系數從大到小依次為 L*、硬度、電導率、粗纖維、腐爛率、a*、VC、葉綠素、內聚性、b*、彈性，其中L*值對失重率的直接通徑系數高達0.756，表明L*值對失重率有較大的正直接作用，同時，L*值主要通過硬度和電導率對失重率起較強的正間接影響。葉綠素對失重率直接作用較小，但通過L*值和硬度對失重率產生間接作用較強。b*、彈性和內聚性對失重率產生的直接和間接影響較弱。

3 討論與結論

蒜薹采后運輸過程中極易老化[18]，老化的主要原因是代謝活動旺盛[19]。主成分分析綜合得分表明，貯藏7 d 后，100% O2、90% O2+10% CO2和 80% O2+20% CO2處理綜合得分高于CK，說明主動自發氣調相較于被動自發氣調有較好的保鮮效果，這可能與主動自發氣調縮短了呼吸速率達到平衡的時間有關，跟Sivakumar等[20]研究結論一致。

100% O2處理雖然初始O2濃度最高，但呼吸代謝速率比90% O2+10% CO2處理緩慢，說明呼吸速率與氧氣濃度并不呈簡單的線性相關，而與O2和CO2的比例有關[21]。隨著時間的延長，100% O2處理的保鮮優勢越來越明顯。100% O2處理只是初始氣體是純氧氣，隨著呼吸作用的進行，氧氣濃度下降，二氧化碳濃度上升，可并很快達到一個氣體平衡，故能很好的控制蒜薹的呼吸作用[22-24]。

相關性分析可以衡量兩個變量的相關密切程度，各品質指標間均存在著顯著或極顯著相關關系。蒜薹品質劣變伴隨著葉綠素、VC、硬度、彈性和內聚性的下降，失重率、腐爛率、電導率、粗纖維、L*值和a*值的上升，說明指標之間相互影響，共同決定蒜薹品質。

蒜薹老化伴隨著薹條發糠和空心會導致質量變輕，所以失重率是評價蒜薹品質的重要指標，故本研究以失重率為因變量進行通徑分析。L*值和硬度對失重率直接系數作用較大，且其他因子也主要通過這兩者對失重率起主要間接作用。這與Fagundes C等[25]研究發現的圣女果在主動自發氣調過程中能較好維持果實硬度與控制失重率上升有關的結論一致。

本次試驗材料為冷庫貯藏后的蒜薹，在經過7個月左右的（-1±0.5）℃冷庫貯藏后，蒜薹品質已很大程度的下降。本試驗的目的主要是研究針對物流運輸與銷售環節的蒜薹保鮮，故選用該時期的蒜薹為材料。本研究結果蒜薹的保鮮期為21 d以上，可能與蒜薹選材有關。

總之，本試驗條件下，100% O2處理的主動自發氣調對蒜薹具有很好的保鮮效果，可作為蒜薹物流運輸保鮮的理論參考。