温度处理黄瓜保鲜效果的熵权法模糊综合评判

尹海蛟 杨昭 陈爱强 张娜

摘要：为了探讨贮前冷激处理与热激处理对黄瓜保鲜效果的影响差异，以“津优10”黄瓜为试材，测定了6种不同温度处理黄瓜在贮藏期间的硬度、色差、失重率、POD活性及腐烂指数变化。运用熵权及模糊数学理论，通过计算各温度处理组黄瓜与新鲜黄瓜的海明贴近度，实现了对各组黄瓜保鲜效果的模糊综合评判。评判结果表明：冷激处理较热激处理对黄瓜的保鲜效果更明显，0 ℃冷激处理40 min黄瓜的保鲜效果最好。该评判方法可为农副产品的等级划分及采后处理工艺优选提供方法参考。

关键词：模糊综合评判；保鲜；熵权；温度处理；黄瓜

中图分类号： TS255.3 文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.001

Fuzzy Comprehensive Evaluation on Preservation Effect of Temperature Treated Cucumber Based on Entropy Weight

YIN Hai-jiao，YANG Zhao，CHEN Ai-qiang，ZHANG Na

(Thermal Energy Research Institute, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ: In order to investigate the effect of cold shock treatment (CST) and heat shock treatment (HST) on preservation of cucumber, ‘Jinyou10 cucumber was used as test material, the firmness, total color difference (TCD), weight loss rate, POD activity and rot index of cucumber with different temperature treatments were measured. Based on entropy weight and fuzzy mathematics theory, the preservation effect of the treated cucumber was evaluated through calculating hamming approach degree between the treated cucumber and the fresh cucumber. The fuzzy evaluation results indicated that CST was more effective than HST in preservation for cucumber, and the cucumber with CST at 0 ℃ for 40 min achieved the best preservation effect in all the treated groups. The presented method can provide reference for grade division and processing optimization of agricultural byproducts.

Key words: fuzzy comprehensive evaluation; preservation; entropy weight; temperature treatment; cucumber

果蔬的新鲜度是建立在其外观、质地与营养风味等多个特征上的一个模糊概念，具有能否满足人们期望的属性[1]。影响果蔬保鲜效果的因素复杂多变，且各因素相互影响，因此很难对其保鲜效果优良进行综合性评价[2]。生产实践中，果蔬保鲜效果评价主要依据观察者的经验，主观随意性较大，评判结果缺乏客观准确性，且定性评价较多，而定量化评价较少。若以果蔬的各单项品质指标对其保鲜效果进行评价，所得结论常具有矛盾性和不相容性，且由于在各单项指标评价过程中所遗漏的关键性信息，最终可能得出错误的评判结论。模糊综合评判方法是一种以模糊数学为基础，将一些边界不清、不易描述的因素以模糊数学的隶属度理论进行量化，并实现对评价对象的综合评判，具有结果清晰，系统性强等优点[3]。

果蔬的冷、热激处理是指对采后果蔬进行不致发生冷害或高温热损伤的短时温度逆境胁迫处理，具有无毒、无污染、无残留等优点，目前受到了国内外学者的广泛关注。大量的研究表明果蔬冷激及热激处理均能不同程度的调节果蔬生理代谢，减轻果蔬冷害，延缓果蔬衰老及延长果蔬货架期[4-6]。针对国内外有关果蔬保鲜效果评价方法的缺乏，笔者提出了一种基于熵权的果蔬保鲜效果的模糊综合评判方法，并以黄瓜为试材，以不同温度处理方式（冷激与热激处理）为保鲜技术手段，以黄瓜冷藏期间的硬度、色差、失重率、POD活性及腐烂指数为评价指标，对不同温度处理黄瓜的保鲜效果进行了模糊综合评判，旨在为黄瓜的保鲜方法选择及果蔬的保鲜效果评判提供参考。

1材料和方法

1.1材料

以天津科润黄瓜研究所“津优10”黄瓜为试材，黄瓜产于天津蓟县，采后立即运往实验室。选择大小均匀、成熟度一致、无机械损伤、无病虫害的黄瓜备用。

1.2 处理方法

将黄瓜随机分为6组，每组约15 kg，第1组在0 ℃的冰水混合物中冷激处理20 min（C1）；第2组在0 ℃的冰水混合物中冷激处理40 min（C2）；第3组在0 ℃的冰水混合物中冷激处理60 min（C3）；第4组在40 ℃的热水中热激处理20 min（H1）；第5组在40 ℃的热水中热激处理40 min（H2）；第6组在40℃的热水中热激处理60 min（H3）。处理完毕后将各试验组黄瓜放置于温度为8 ℃，相对湿度为90%，风速为1.2 m·s-1的冷库内贮藏。

1.3 评价指标及测试方法

1.3.1硬度使用GY-3型果实硬度计测量黄瓜中段位置去皮后的硬度，探头直径为1 cm，测试压入深度为1 cm，每次测定3个样品，每3 d测试一次。

1.3.2 颜色使用WSC-S型色差计（上海精密仪器有限公司）测量黄瓜表面颜色，并选择Hunter表色系。颜色测量在各组固定的3根黄瓜的标记位置处进行，根据式（1）计算总色差TCD (Total Color Difference)。

TCD=■ （1）

式中：L为亮度；a为红绿轴色度；b为黄蓝轴色度；下标0为贮藏开始。

1.3.3失重率以全重称量法测量。

1.3.4POD活性采用愈创木酚法测定[7]。

1.3.5腐烂指数 根据黄瓜的腐烂面积对其腐烂程度进行分级，其中，0级（腐烂面积0%），1级（0%~5%），2级（大于5%~10%），3级（大于10%~20%），4级（大于20%~100%），每次统计固定10根黄瓜的腐烂情况，并根据式（2）计算腐烂指数[8]。

腐烂指数= ■×100%（2）

1.4数据处理

采用SPSS16软件进行试验数据分析。

2 模糊综合评判与熵权模型

2.1多级模糊综合评判模型

当欲评判的系统复杂时，仅由一级模型进行评判往往显得比较粗糙，不能很好地反映事物的本质，此时须进行多级评判。

（1）评价指标集

评价指标集U是综合评价指标的集合，它具有层次性，其中，一级指标为：U={U1, U2, …, Ui}；二级指标为：Ui={Ui1, Ui2, …, Uij}

（2）从优隶属度模糊矩阵

评价对象M及其特征v组成的评价矩阵Rnm为:

（3）

式中：Rnm为m个事物的n个指标的评价矩阵；Mj为第j个事物（j=1, 2, …, m）；vi为第i个评价指标（i=1, 2, …, n）；xij为第j个事物的第i个指标对应的数量值。

由于各评价指标对评价对象的影响不同，有的越大越好，有的越小越好，因此，对于不同的评价指标，其从优隶属度的计算公式分别为：

越大越优型： （4）

越小越优型：（5）

式中：rij为从优隶属度；max xij为评价指标中的最大值；min xij为评价指标中的最小值。

由此构建的从优隶属度模糊评判矩阵■nm为：

（6）

式中：Mst为评价时的标准参考对象；rij为第i个特征的从优隶属度。

2.2熵权模型

在确定评价指标权重时，通常所采用的专家经验法、AHP法等方法存在人为主观因素，因此会影响评价结果的客观性及准确性[9]。在信息论中，熵是对不确定性的一种度量，反映了事物携带信息的无序度，熵值越小，系统的无序程度越小，因此可以用信息熵评价所获系统信息的效用。即由评价指标所构成的评判矩阵确定各指标的权重，以消除各评价指标权重计算时的人为干扰，使评价结果更加符合实际。对于m个事物的n个评价指标，其各指标的熵Hi为[10]：

Hi=-■（■fij lnfij）

(i=1, 2,…, n；j=1, 2, …, m)（7）

其中，fij=■（8）

当fij=0时，ln fij没有意义，因此将式（8）修正为：

fij=■（9）

评价指标的熵权W为：

wi=■，w=（wj）1×m， ■wi=1（10）

2.3 海明贴近度

贴近度是模糊性度量的一种形式，表征了被评价对象与标准参考对象之间的接近程度。其值越大表示两者越接近，反之则差异越大。根据贴近度的大小可以对各评价对象的优劣程度进行排序或类别划分，贴近度的计算公式有多种，其中，加权海明距离法计算的海明贴近度为：[11]

δj=1-（■wi|ri0-rij|）

（j=1, 2, …, m） （11）

因此，可得各评价对象的海明贴近度矩阵Rδ为

（12）

3 试验结果及分析

贮藏期内各温度处理组黄瓜的硬度、颜色、失重率、POD活性及腐烂指数变化分别如图1~5所示。

3.1 硬 度

由图1可见，各组黄瓜的硬度在贮藏期内呈下降趋势。热激组黄瓜的硬度下降较快，贮藏第15 d时，H1、H2及H3的硬度分别下降了26.9%，27.4%及28.5%。与热激黄瓜相比，各冷激组黄瓜的硬度下降相对缓慢，且以C3组黄瓜的硬度最大，C2次之，C3最小，贮藏第15 d时，冷激黄瓜C1、C2及C3的硬度分别下降了25.2%，24.6%及22.8%。可见增加冷激处理时间有利于维持黄瓜贮藏时的硬度。

3.2颜 色

由图2可见，贮藏期间各温度处理黄瓜的色差均不断增大，贮藏期的前3 d各组黄瓜的色差增幅明显，贮藏3 d以后色差变化相对缓慢。热激组中以H3的色差变化最明显，H2次之，H1的色差变化最小，说明长时间的热激处理将会加剧黄瓜贮藏时的颜色变化。冷激组C1、C2及C3在贮藏期内的颜色变化无显著差异（P>0.05）。

3.3失重率

由图3可见，冷藏期内黄瓜的失重率不断增加。与冷激组黄瓜相比，热激组黄瓜的失重率相对较大，且以H3的失重率最大，H2次之，H1的失重率最小，贮藏第15 d时，H3的失重率达19.6%。冷激组黄瓜的失重率明显低于热激组（P<0.05），且以C2最小，贮藏第15 d时，C2失重率为11.9%，贮藏期内C1与C3的失重率较接近。可见冷激处理能够有效减小黄瓜贮藏时的失重，而热激处理将加速贮藏黄瓜的失重，并且热激处理时间越长这种不利影响越明显。

3.4POD活性

Peroxidase（POD）是植物体内一类重要的膜脂保护酶，能够及时清除细胞内O2-和H2O2，对组织和细胞具有保护作用[12]。由图4可见，冷藏期内冷激与热激黄瓜的POD活性不断降低，与热激处理黄瓜相比，冷激处理黄瓜的POD活性较高，说明冷激处理能够有效抑制黄瓜POD活性的下降，有利于抵抗黄瓜贮藏期间的氧化与衰老。各处理组中，C2组黄瓜的POD活性最高，而H3组黄瓜的POD活性最低。

3.5腐烂指数

由图5可见，热激组黄瓜出现腐烂的时间较早，腐烂指数较大，且以H3组的腐烂最为严重，H2次之，贮藏15 d时，H3与H2的腐烂指数分别达75%及25%。与热激处理相比，冷激处理能够显著降低冷藏黄瓜的腐烂，贮藏前12 d各冷激组黄瓜均未有腐烂发生，贮藏第15 d时，C1与C3的腐烂指数分别为17%及8%，C2组仍未有腐烂发生。

由上述的试验结果可知，不同处理组黄瓜的各评价指标在贮藏期内变化复杂，各单项指标的评价结论相互矛盾，不能得到统一的综合性评价结果。

4黄瓜保鲜效果的多级模糊综合评判

多级模糊综合评价体系如图6所示，评价体系由黄瓜硬度、颜色、失重率、POD活性及腐烂指数作为隶属于综合保鲜效果的第1级评价层，分别以上述各单项评价指标第3、6、9、12及15 d的测试值作为隶属于该单项指标的第2级评价层组成。其中，第1级评价层的指标权重采用熵权法确定，第2级评价层的权重采用经验法确定。

4.1模糊评判矩阵构建

随着贮藏时间的增加，不同温度处理方式对黄瓜保鲜效果的影响差异越明显，确定第2级的权重向量为W2=(0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)，归一化处理后W2=(0.067, 0.133, 0.200, 0.267, 0.333)。采用M(·, +)算法计算2级评价层各单项评价指标的模糊值。以C1组硬度为例，第3，6，9，12，15天C1组的硬度测试值分别为5.17，4.75，4.53，4.27，

4.00 kg·cm-2，则C1组硬度的模糊评价值为0.067×5.17+0.133×4.75+0.200×4.53+0.267×4.27+0.333×4.00=4.356，同理求得C1的颜色、失重率、POD活性及腐烂指数的模糊评价值分别为2.182，9.963，126.458，5.551，则C1的模糊评价向量RC1=(4.356, 2.182, 9.963, 126.458, 5.551)T，以同样方法确定其他各组黄瓜的模糊评判向量。另外，以刚采摘后新鲜黄瓜的硬度、色差、失重率、POD活性及腐烂指数为标准参考对象，其构成的标准模糊向量Rck=[5.420, 0.000, 0.000, 160.230, 0.000]T。上述向量组成的模糊评判矩阵为：

4.2从优隶属度模糊评判矩阵

将模糊评判矩阵Rnm进行归一化处理，对硬度及POD活性（数据越大越佳的因素）按式（4）计算，对色差、失重率及腐烂指数（数据越小越佳的因素）按式（5）计算，从而建立的从优隶属度模糊评判矩阵■nm为：

4.3熵权法确定权重

由所得的从优隶属度模糊评判矩阵■nm，根据式（7）与式（9）计算各评价指标（分别为硬度、色差、失重率、POD活性及腐烂指数）的熵为：

Hi=(0.996 5, 0.997 4, 0.996 1, 0.991 5, 0.987 8)T

由式（10）计算各评价指标的熵权为：

W1=(0.114 4, 0.084 5, 0.127 9, 0.274 9, 0.398 3)T

评价指标的熵值越小、熵权越大时，说明该指标对评判结果更具敏感性，对评价结果有较大的影响。由熵和熵权的计算结果可知，黄瓜的腐烂指数对其综合保鲜评价结果的影响最大，而颜色的影响最小。

4.4模糊综合评价结果分析

根据式（11）计算各处理组黄瓜与标准新鲜度黄瓜组的海明贴近度矩阵Rδ为：

计算结果越大，说明该处理组黄瓜与新鲜黄瓜越接近，保鲜效果越好。根据计算得出的海明贴近度，对各处理组黄瓜进行排序，其综合保鲜效果由好到差依次为：C2（0 ℃冷激处理40 min）、C1（0 ℃冷激处理20 min）、C3（0 ℃冷激处理60 min）、H1（40 ℃热激处理20 min）、H2（40℃热激处理40 min）、H3（40 ℃热激处理60 min）。

5 结 论

（1）果蔬保鲜效果评价需要统筹考虑多个指标属性，在评价方法的研究上应注重实效性和理论性。模糊综合评判方法可以综合考虑各有关因素对总体效果的综合贡献，而不是各单项指标评价结果的简单加合。将熵权理论及模糊数学理论应用在果蔬保鲜效果的综合评价中，能够取得较客观的结果，并且能够量化不同组别间的保鲜效果差异。基于熵权的模糊综合评判方法在果蔬保鲜效果评价方面实用可行，同时该评价方法可为其他农副产品的等级评价及采后处理工艺优选提供方法参考。

（2）黄瓜贮藏过程中的腐烂是影响其综合保鲜效果的主要因素。对6种不同温度处理黄瓜保鲜效果的模糊综合评价结果表明，试验参数范围内，冷激处理较热激处理更有利于黄瓜的采后保鲜。各处理组黄瓜保鲜效果的优劣排序为：0 ℃冷激处理40 min组＞0 ℃冷激处理20 min组＞0 ℃冷激处理60 min组＞40 ℃热激处理20 min组＞40 ℃热激处理40 min组＞40 ℃热激处理60 min组。

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收稿日期：2011-11-30；修订日期：2012-02-01

基金项目：国家自然科学基金项目（51076112）；教育部博士点基金项目（200800560041）

作者简介：尹海蛟（1983-），男，内蒙古赤峰人，在读博士生，主要从事制冷及农产品贮藏技术研究。