不同貯藏溫度下油麥菜品質變化及其貨架期預測

王海丹，普紅梅，楊芳，于麗娟，李雪瑞

（云南省農業科學院農產品加工研究所，云南 昆明 650221）

油麥菜（Lactuca sativa L.）又名莜麥菜，菊科萵苣屬，莖葉均可食用，是一種尖葉型葉用萵苣。油麥菜質地脆嫩，口感爽脆，且富含大量維生素和微量元素[1-3]。但由于油麥菜葉片較大，采后呼吸和蒸騰作用旺盛，葉片易失水、萎蔫、黃化、營養物質消耗較快、不易存放[4-5]。此外，油麥菜莖部切面易發生褐變也是降低油麥菜的感官品質的重要因素。油麥菜采后損失給農民與企業造成了較大的經濟損失。

溫控是延長果蔬貨架期最有效的方法之一，溫度直接影響了油麥菜采后貯藏期的生理活動，它與果蔬感官品質、營養成分等緊密相關[6-7]。適宜的低溫環境被證實能夠有效降低蔬菜的呼吸作用和新陳代謝，抑制酶活和微生物的滋生，減少營養成分流失[8-10]。但低溫貯藏并非越低越好，一方面，溫度過低易造成冷害或凍害，出現細胞膜透性、呼吸強度和乙烯釋放量異常升高的現象[11-12]；另一方面，較低的溫度條件，會增加貯藏成本，且我國部分地區仍存在冷鏈貯藏條件不足的情況，以云南為例，通過走訪各蔬菜貯運基地發現，市面上貯藏油麥菜的冷庫及冷鏈車溫度多在2℃～8℃，近距離運輸甚至會采用常溫運輸，很難達到油麥菜的最佳貯藏溫度0℃～4℃。因此，研究冷鏈貯藏條件不足情況下，油麥菜以實際貯藏流通溫度貯藏時的品質變化規律，建立科學的品質評價方法及預測模型，對油麥菜的貯藏流通條件控制和貨架期決策具有重要的指導意義和理論價值。目前，已有少量關于不同貯藏溫度對油麥菜貯藏品質影響的研究[3，13]，但基于動力學理論的油麥菜貯藏品質量化評價方法在國內外鮮見報道。

本文以油麥菜為研究對象，對油麥菜進行4種實際貨架貯藏流通溫度的貯藏試驗，比較不同貯藏溫度下油麥菜的莖部色值a*值、感官評分、失重率、還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量、細胞膜透性及多酚氧化酶的變化，并采用經典的Arrhenius方程結合零級或一級動力學模型建立油麥菜品質劣變動力學模型及貨架期預測模型，以期為油麥菜的生產、貯藏、運輸和銷售過程中的品質監控和質量評價體系的建立提供理論依據與實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油麥菜：云南省農墾蔬菜有限公司。采摘預冷后立即運回云南省農業科學院農產品加工所，挑選大小均勻、無病害和機械傷害的油麥菜用于試驗。

99.5%草酸、99.0%鉬酸銨、5%硫酸、99.5%醋酸、38%偏磷酸、95%乙醇：天津市風船化學試劑科技有限公司；乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）：上海源葉生物科技有限公司；多酚氧化酶試劑盒：蘇州科銘生物技術有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

GT10-1型離心機：北京時代北利離心機有限公司；UV-1800PC型紫外可見分光光度計：上海美普達有限公司；CM-5型色差儀：日本美能達公司；PR-101α數字折射計：日本atogo公司；Universal 320R型高速冷凍離心機：德國hettich公司；HLR-310F型實驗室冷藏箱：青島海爾生物醫療股份有限公司；MGC-450HP-2型人工氣候箱：上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料處理方法

用已消毒的鋒利不銹鋼刀切去油麥菜出現輕微褐變的莖部，并除去外層3片～5片老葉、黃葉。用保鮮袋分裝后，分別置于精準控溫的實驗室冷藏箱以及25℃的人工氣候箱中保存，冷藏箱溫度梯度分別為3、5℃和7℃。

1.3.2 感官評定

選用經過培訓的感官評定人員對蔬菜進行評定。參考綠色食品白菜類蔬菜感官指標，從顏色、外形、氣味、質地4個方面進行9分制評分。綜合感官評分為4項評分的平均值，6分以下表明油麥菜已經不具備商業價值。評分標準見表1。

表1 感官評價Table 1 Sensory evaluation criteria

1.3.3 失重率測定

采用稱重法測定失重率，計算貯藏第0天質量W0與該樣品取樣當天質量W的差值與第0天質量W0的比值。失重率計算公式如下。

1.3.4 還原型VC含量測定

還原型VC含量的測定參照項雯慧等[14]的方法。

1.3.5 葉綠素含量測定

葉綠素含量的測定參照張怡等[10]的方法。

1.3.6 可溶性固形物含量測定

可溶性固形物含量采用手持折光儀測定。

1.3.7 細胞膜透性的測定

細胞膜透性的測定參照Lopez-galvez等[15]的方法。

1.3.8 多酚氧化酶活性測定

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性的測定采用多酚氧化酶試劑盒。以反應液每毫克組織蛋白在每毫升反應體系中每分鐘在波長525 nm下的吸光度值變化0.005為一個活力單位（U/mg prot）。

1.3.9 色差值測定

用色差儀測定油麥菜莖部切面的色度值，測定點分布于圓形切面的上下左右以及中心，每個處理組8顆，每棵測5個點，記錄每個點L*（亮度）、a*（紅綠色值）、b*值（黃藍色值），以平均值表示色值。

1.3.10 貯藏期間油麥菜品質變化動力學模型的建立

對4個不同貯藏溫度條件下油麥菜的還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量、細胞膜透性、失重率、PPO活性、色值a*值以及綜合感官評分進行Pearson相關性分析，排除與其他品質指標相關系數較低的品質指標，得到貯藏期間影響油麥菜貨架期的關鍵指標，并利用零級和一級動力學方程對關鍵指標數據進行指數回歸分析。根據回歸方程的決定系數確定適合的動力學模型，并計算反應常數。然后在Arrhenius動力學方程基礎上，預測不同貯藏溫度條件下油麥菜的貨架期。

大多數食品在貯藏過程中品質變化基本符合零級或一級動力學反應方程[16]，具體如下。

式中：At為油麥菜貯藏在貯藏時間為t時的品質指標值；A0為品質指標初始值；k為品質變化速率常數，mg（/g·d）；t為時間，d。

Arrhenius方程作為描述化學基元反應的經典模型，可以用來描述食品營養素保存率與溫度的關系[17]。Arrhenius方程：。取對數后：ln k-ln。其中：k0為方程指前因子，mg/（g·d）；Ea為活化能，kJ/mol；R為氣體常數，8.314 J/（mol·K）；T為絕對溫度，K。

1.4 數據處理

采用Origin Pro 9.1及SPSS 17.0進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同貯藏溫度對油麥菜莖部色值的影響

不同貯藏溫度對油麥菜莖部色值a*值的影響見圖1。

圖1 不同貯藏溫度對油麥菜莖部色值a*值的影響Fig.1 Effect of different temperatures storage on the a*value in the stems of Lactuca sativa

油麥菜的莖部切面在貯運過程極易發生褐變，很大程度上降低了油麥菜的感官品質。通過莖部色值的測定可更精確反映其褐變程度，其中a*值可反映顏色的紅綠程度，a*值越大表明莖部顏色偏紅，油麥菜莖部褐變現象越嚴重，a*值為負值時，則表明莖部顏色偏綠。由圖1可知，貯藏前，油麥菜的a*值為負值，顏色偏綠，隨著貯藏時間的延長，油麥菜莖部的a*值不斷上升，褐變程度加深。貯藏前期（0～8 d），貯藏溫度越低，a*值上升的速率越慢，第8天時，3、5℃和7℃試驗組油麥菜的莖部a*值分別為3.12、7.22和9.44，貯藏后期（16 d～20 d），a*值上升趨勢減緩，這是由于貯藏后期褐變程度已經非常嚴重，a*值已經接近峰值。25℃試驗組的a*值的上升速率明顯快于低溫試驗組，這說明25℃貯藏條件中，油麥菜莖部更易發生褐變。

2.2 不同貯藏溫度對感官評分的影響

不同貯藏溫度下油麥菜感官評分的變化見圖2。

圖2 不同貯藏溫度下油麥菜感官評分的變化Fig.2 Changes of sensory evaluation of Lactuca sativa under different storage temperatures

感官評價可輔助果蔬貨架期的判斷[18]。貯藏初期油麥菜顏色鮮綠、葉形飽滿、氣味清香、質地脆嫩。如圖2所示，25℃試驗組的油麥菜貯藏第6天時，顏色、外形、氣味、質地評分已經降至4分～5分，葉片開始皺縮，出現黃化現象和異味，質地開始變軟，失去商品價值。而低溫試驗組的油麥菜直至貯藏至第20天時，顏色、外形、氣味、質地的感官評分才降至4分～5分。其中，7℃試驗組的各項得分明顯低于3℃和5℃試驗組。貯藏前16 d，5℃試驗組的感官評分要略高于3℃試驗組，這可能與3℃試驗組的油麥菜貯藏前期失重率相對較高有關。感官評分結果表明，3℃和5℃貯藏條件均可較好地維持油麥菜的感官品質，短期貯藏時，5℃貯藏條件即可。綜合感官評分為4項感官評分值的平均值，以6分視為油麥菜商業價值臨界值，則3、5、7℃和25℃貯藏溫度下油麥菜的貨架壽命分別為20、16、12 d和4 d。

2.3 不同貯藏溫度對油麥菜失重率的影響

不同貯藏溫度對油麥菜失重率的影響見圖3。

圖3 不同貯藏溫度對油麥菜失重率的影響Fig.3 Effect of different temperatures storage on the weight loss rate of Lactuca sativa

呼吸和蒸騰作用是造成蔬菜采后質量損失的主要原因之一[19]，呼吸和蒸騰作用越大，質量損失越多。失重率是評價油麥菜質量損失及外觀品質的重要指標。由圖3可知，失重率隨貯藏時間的延長不斷上升，不同貯藏溫度下，油麥菜失重率的變化趨勢有較為明顯的差異，其中25℃試驗組的上升速率最快。在貯藏前期（0 d～8 d），3℃試驗組的失重率要高于5℃試驗組，貯藏后期（12 d～16 d）則相反，這可能與貯藏前期油麥菜對較低的溫度環境作出適應性變化有關。但總體而言，溫度越低越有利于降低油麥菜的失重率，這可能是由于低溫貯藏環境抑制了油麥菜體內分子間的運動，降低了油麥菜的呼吸速率，從而緩解蒸騰引起的水分散失[20]。

2.4 不同貯藏溫度對油麥菜還原型VC含量的影響

不同貯藏溫度對油麥菜還原型VC含量的影響見圖4。

圖4 不同貯藏溫度對油麥菜還原型VC含量的影響Fig.4 Effect of different temperatures storage on the VCcontent of Lactuca sativa

由圖4可知，不同貯藏溫度下，油麥菜的還原型VC含量均隨貯藏時間的延長不斷下降。油麥菜在貯藏期間還原型VC含量下降速度順序為25℃＞7℃＞5℃＞3℃，貯藏至第4天時，3、5、7℃和25℃試驗組油麥菜的還原型VC含量損失率分別為7.04%、10.9%、29.2%和36.3%。在25℃貯藏條件下，第6天時，油麥菜還原型VC含量已下降至0.163 mg/g。結果表明低溫貯藏可有效減少VC的降解，而3℃試驗組貯藏效果優于5℃和7℃試驗組。

2.5 不同貯藏溫度對油麥菜總葉綠素含量的影響

不同貯藏溫度對油麥菜總葉綠素含量的影響見圖5。

圖5 不同貯藏溫度對油麥菜總葉綠素含量的影響Fig.5 Effect of different temperatures storage on the chlorophyll content of Lactuca sativa

葉綠素含量是評定蔬菜營養價值的重要參數。由圖5可知，隨著貯藏時間的延長，不同貯藏溫度下油麥菜的總葉綠素含量均呈下降趨勢。其中，25℃試驗組油麥菜葉綠素含量下降速度最快，貯藏至第6天時，總葉綠素含量已下降到0.779 mg/g。低溫貯藏條件下（3、5、7℃），貯藏前期油麥菜葉綠素含量下降相對較快，而貯藏后期下降趨勢較緩；貯藏中后期（12 d～20 d），3℃試驗組下降速度要略低于5℃試驗組和7℃試驗組。以上結果表明，低溫貯藏能延緩葉綠素的降解，維持油麥菜中葉綠素的含量。

2.6 不同貯藏溫度對油麥菜可溶性固形物含量的影響

不同貯藏溫度對油麥菜可溶性固形物含量的影響見圖6。

圖6 不同貯藏溫度對油麥菜可溶性固形物含量的影響Fig.6 Effect of different temperatures storage on the soluble solids content of Lactuca sativa

由圖6可知，在不同貯藏溫度下，油麥菜的可溶性固形物含量均呈下降趨勢。3、5℃和7℃試驗組油麥菜的可溶性固形物含量下降的速率呈先快后緩的趨勢，且下降幅度的差異較小，第20天時，油麥菜的可溶性固形物含量分別從初始值1.43%下降至1.1%、1.07%、1.07%。在25℃貯藏條件下，油麥菜的可溶性固形物含量下降幅度最大，第6天時油麥菜可溶性固形物含量保持率僅為62.9%。由此可見，低溫貯藏條件可延緩油麥菜可溶性固形物的損失。

2.7 不同貯藏溫度對油麥菜細胞膜透性的影響

不同貯藏溫度對油麥菜細胞膜透性的影響見圖7。

圖7 不同貯藏溫度對油麥菜細胞膜透性的影響Fig.7 Effect of different temperatures storage on the membrane permeability of Lactuca sativa

細胞膜透性是評判蔬菜新鮮程度的重要指標之一，油麥菜自身衰老及逆境脅迫狀態易造成細胞內部電解質外滲，因此細胞膜透性可通過反映細胞完整性來判斷其貯藏過程中的狀態[21-22]。相對電導率是衡量細胞膜透性的重要指標，與細胞膜透性呈正相關。如圖7所示，不同貯藏條件下，油麥菜的相對電導率均呈上升趨勢，這說明貯藏期間油麥菜的細胞膜完整性逐漸遭到破壞，細胞膜透性增加。其中，25℃試驗組油麥菜的相對電導率的上升速率最快，第4天時，相對電導率已達到20.86%；3℃和5℃試驗組上升幅度無明顯差異，7℃試驗組油麥菜的相對電導率的上升幅度大于3℃和5℃試驗組。結果表明，低溫貯藏環境能有效減緩油麥菜細胞膜透性的上升，抑制細胞衰老。

2.8 不同貯藏溫度對油麥菜多酚氧化酶活性的影響

不同貯藏溫度對油麥菜多酚氧化酶活性的影響見圖8。

圖8 不同貯藏溫度對油麥菜多酚氧化酶活性的影響Fig.8 Effect of different temperatures storage on the polyphenol oxidase activity of Lactuca sativa

多酚氧化酶是催化果蔬酶促褐變的重要酶類之一。PPO在果蔬中一般與葉綠體膜緊密結合，以非活性的狀態存在，當果蔬成熟、衰老或組織細胞受到傷害后，其活性會顯著提高[14，20]，PPO與多酚類底物及酚類衍生物反應，導致褐變，因此，PPO活性與褐變程度呈正相關，PPO活性可以作為衡量預測果蔬褐變敏感性的一個指標[23]。圖8顯示了油麥菜貯藏期間PPO活性的變化情況，其變化規律基本遵循先上升再下降的趨勢。PPO活性的增加可能與貯藏過程中油麥菜成熟、衰老以及前期處理造成的細胞組織破壞有關。25℃試驗組油麥菜在貯藏第4天時其活性達到最大，PPO活性上升至30.58 U/mg prot；3、5℃和7℃試驗組油麥菜的PPO活性的變化趨勢沒有明顯的差異，在貯藏第12天時PPO活性均達到最高，分別為30.97、31.88、31.71 U/mg prot，此后PPO活性迅速下降，這可能是由于隨著貯藏時間的延長，酶促反應的底物不斷減少，導致酶活性降低[24]。以上結果說明，低溫貯藏在一定程度上抑制了油麥菜的PPO活性，這有利于抑制油麥菜的褐變。

2.9 油麥菜貨架期預測模型的建立

2.9.1 相關性分析

油麥菜貯藏期間各品質指標與其綜合感官評分之間的Pearson相關系數見表2。

表2 油麥菜貯藏期間品質指標與綜合感官評分之間的Pearson相關系數Table 2 Pearson correlation coefficients between quality indexes and sensory score of Lactuca sativa during storage

續表2 油麥菜貯藏期間品質指標與綜合感官評分之間的Pearson相關系數Continue table 2 Pearson correlation coefficients between quality indexes and sensory score of Lactuca sativa during storage

除PPO活性與綜合感官評分間的相關性在3℃及25℃貯藏溫度下不顯著外，其他各貯藏品質指標與綜合感官評分間均為顯著或極顯著相關。還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量與感官評分間呈正相關，其他指標與感官評分間均呈負相關。在7種油麥菜貯藏品質指標中，PPO活性和細胞膜透性與其他品質指標間的相關系數相對較低，這和PPO活性與細胞膜透性在整個貯藏過程呈現先上升后下降的變化趨勢有關。因此，除PPO活性與細胞膜透性外，其他品質指標均可作為影響油麥菜貯藏品質和貨架期動力學預測模型的關鍵因素。

2.9.2 確定反應級數

通過對品質指標變化與時間進行線性回歸擬合和相關性分析，可得到不同貯藏溫度條件下品質指標與時間的線性回歸方程、速率常數k以及決定系數R2，從而通過比較決定系數R2確定反應級數，結果如表3所示。

表3 油麥菜零級與一級動力學回歸速率常數k及決定系數R2Table 3 Reaction rate constant k and determination coefficient R2of determination for zero and first order regression of Lactuca sativa

失重率與a*值不同于其他指標，相對于一級模型ln At=ln A0-kt來講，由于失重率的初始值為零，意味著A0=0，a*值的初始值為負值，即A0為負數，因此失重率與a*值的變化過程無法使用一級函數模型進行擬合，選用零級動力學模型。還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量以及綜合感官評分的一級動力學模型的決定系數之和分別為3.768、3.632、3.710和3.856，均比其零級動力學模型的決定系數之和大，選用一級動力學模型。

2.9.3 油麥菜貨架期預測模型的建立

將一級動力學模型ln At=ln A0-kt與Arrehenius方程結合，即可得到如下油麥菜還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量以及綜合感官評分預測模型公式。

將零級動力學品質函數At=A0-kt與Arrhenius方程結合，即可得到如下油麥菜a*值和失重率評分預測模型公式。

根據不同貯藏溫度條件下品質指標隨時間的變化規律，建立動力學預測模型。以ln（-k）為y值、1/T為x值作Arrehenius曲線，由此曲線可以計算出油麥菜品質指標活化能Ea和指前因子k0，結果見表4。

表4 品質指標零級或一級變化的活化能Ea和指前因子k0Table 4 Active energy（Ea）and frequency coefficient（k0）for zero and first order change of quality indexes

由表4可知，不同貯藏溫度條件下油麥菜品質指標變化的Arrhenius方程曲線的R2值均大于0.90，說明模型擬合度較高。將各品質指標的活化能Ea和指前因子k0帶入相應的方程，即可得到如下貯藏期預測模型公式。

2.10 模型驗證

利用建立的油麥菜貨架期預測模型方程對油麥菜貯藏期進行預測，以還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量、綜合感官評分、a*值與失重率為指標，將貨架期的實測值和預測值進行比較，驗證結果如表5所示。

表5 不同貯藏溫度下各品質指標的貨架期預測及實測值Table 5 Shelf life prediction based on different quality indexes at different storage temperatures

續表5 不同貯藏溫度下各品質指標的貨架期預測及實測值Continue table 5 Shelf life prediction based on different quality indexes at different storage temperatures

由表5可知，綜合感官評分、a*值以及還原型VC含量建立的動力學模型對3、5、7℃和25℃條件下貯藏的油麥菜預測值準確率較好，預測值與實測值的相對誤差均在13%以內，可作為4個溫度下的通用貨架期預測模型。

3 結論

本研究表明，低溫貯藏可有效減緩油麥菜貯藏期間營養物質的流失（還原型VC含量、葉綠素含量和可溶性固形物含量）、感官評分的下降以及失重率和細胞膜透性的上升，抑制油麥菜多酚氧化酶活性及其莖部褐變。相關性分析顯示，除PPO活性與細胞膜透性與其他品質指標間的相關系數相對較低外，其他指標間相關性系數均較高，且顯著相關，因此可將還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物、綜合感官評分、a*值與失重率作為貨架期預測模型的指標。一級動力學模型可較好地描述3℃～25℃貯藏條件下油麥菜還原型VC含量、葉綠素含量、可溶性固形物含量和綜合感官評分的變化規律，零級動力學模型可描述油麥菜失重率與a*值的變化過程，其結合Arrhenius方程均能預測油麥菜的貨架期，得到貨架期預測方程。驗證試驗證明了預測結果的準確性，預測值與實測值的偏差均在13%以內。因此，還原型VC含量、綜合感官評分與a*值均可作為動力學模型進行油麥菜貨架壽命的預測。本研究構建的模型可較好的進行油麥菜貨架期預測，成本較低，可以作為計算油麥菜不同品質指標對應的剩余貨架期及感官壽命的預測手段被廣泛使用。其中，本研究創新性的應用油麥菜貯運過程中莖部褐變的變化規律特性，通過色值的測定，以a*值為品質指標進行貨架期預測，相較于還原型VC含量、葉綠素含量等需要取樣檢測的指標，檢測該指標的優勢是不損壞樣品，屬于無損檢測，且不需要復雜的檢測流程，方便快捷；而相較于感官品質指標，a*值采用儀器測定相對精確，避免人為主觀因素的干擾。在今后的研究中，可根據油麥菜的實際貯運設備條件、銷售條件、消費者購買后可能的存放習慣以及貨架期時長需求，進行溫度條件的調整或組合，使油麥菜的貯運溫度更貼合實際需求，優化其冷鏈物流工藝。本研究通過建立動力學模型，對油麥菜貯藏過程中的品質變化進行預測，進而為油麥菜貯運過程中的品質監控體系及冷鏈物流技術標準的構建提供理論依據。