应用综合指数稳定法建立油麦菜的储存期预测模型

陈 晨，李 强，顾海宁，张 倩

（中海油能源发展股份有限公司 配餐服务分公司，天津 300452）

0 前言

油麦菜（Lactuca sativa L），又名莜麦菜，属菊料[1]，是以嫩梢、嫩叶为产品的尖叶型叶用莴苣，含有大量维生素和钙、铁、蛋白质、脂肪等营养成分，是一种具有降低胆固醇、治疗神经衰弱、清燥润肺、化痰止咳等功效的低热量蔬菜.油麦菜食用广泛，但由于其叶表面积大、含水量高、组织脆嫩等特点，采摘后极易出现腐烂变质现象.当前，已有部分人员对油麦菜的储存特性及保鲜方法进行了研究，但是关于其储存期预测方面的研究却相对较少.

目前，食品储存期预测多数采用Arrhenius 方程，且大量的研究是使用单一的品质指标来预测食品的货架期[2-3].2006 年Achour[4]提出了综合稳定指数（General Stability Index，GSI）的概念，打破了评价食品在储存过程中品质损失程度的局限性，他根据食品的各种品质（如感官品质、理化品质、微生物品质等）对综合品质的重要性，将各种食品品质整合为一个指标，即综合稳定指数.通过综合稳定指数，可以更全面地评价储存过程中食品品质的变化情况.

笔者拟将GSI 的概念引入到油麦菜储存品质评价中，建立主客观指标间的联系，将多个指标整合为一个，提出对油麦菜储存品质更加全面的评价方法，研究油麦菜在储存过程中GSI 的反应动力学，并结合Arrhenius 方程，建立油麦菜储存期预测模型，为油麦菜的储存期预测提供新的研究方法和试验依据.

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜油麦菜由天津市思源萝卜合作社提供.

1.2 仪器与试剂

1.2.1 试剂

冰乙酸：维克特（天津）化工产品贸易有限公司；二甲苯：天津市河东区红岩试剂厂；碳酸氢钠、无水乙酸钠：天津市光复科技发展有限公司；偏磷酸、抗坏血酸：天津市光复精细化工研究所；无水乙醇：博欧特（天津）化工贸易有限公司；2，6-二氯靛酚吲哚酚钠盐：Sigma-Aldrich 公司.以上试剂均为分析纯.

1.2.2 仪器

752 型紫外可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；4184 型榨汁机：德国博朗公司；HPS-250型生化培养箱：哈尔滨市东联生化仪器有限公司；PHSJ-4A 型PH 计：上海科密科学仪器有限公司.

1.3 试验方法

1.3.1 相关性试验

将供应商提供的新鲜油麦菜样品随机分成10组，每组约200 g，编号并记录每组的初始质量，于室温下储存，每天相同时间取油麦菜样品进行感官评价，并测定其失重率和Vc 含量.

1.3.2 储存试验

供应商提供的新鲜油麦菜样品随机分组，每组约200 g，编号并记录每组的初始质量，以10 组为1 份，随机分成4 份，分别于5、15、25、35 ℃恒温箱中储存，定期取各个温度下一组油麦菜进行感官评价，并测定其失重率和维生素C 含量，其中5 ℃下每隔2 d 测1 次，15 ℃下每天测1 次，25 ℃下每天测2 次，35 ℃下每天测3 次.

1.3.3 感官评价

根据中海油能源发展股份有限公司配餐服务分公司采购加工中心叶菜验收标准制定油麦菜感官评价标准，见表1.感官评价小组由7 名经过训练的评价员组成，从变色、光泽、萎蔫、腐烂、气味、综合6 个方面进行评价，根据强制决定法中的“0-4 法”[5]制定各个品质指标的权重，分别为0.184 4、0.173 9、0.194 4、0.151 1、0.131 1、0.165 1，每个方面满分为10 分，6 个方面加权求和后得到最后的感官评分.

1.3.4 失重率的计算

失重率ω 按公式（1）[6]计算.

式中：G0为新鲜油麦菜的起始质量；G 为测量时油麦菜的实际质量.

每种试样取3 个样品进行测试，结果取平均值.

表1 油麦菜感官评定标准

1.3.5 VC的测定

按GB 6195 水果、蔬菜VC含量测定法（2，6-二氯靛酚滴定法）[7]要求测定.

1.4 品质预测模型和储存期预测模型的建立

1.4.1 综合稳定指数的计算

综合稳定指数旨在将食品的多个品质指标整合成一个指标GSI，从而通过一个指标体现食品的综合品质.

记变异指数Vij，品质指标i 在储存时间j（d）时的变异值，按公式（2）计算.

式中：Cij为品质指标i 在储存时间j（d）时的测定值；Ci0为品质指标i 的初始值；Li为品质指标i 的储存终点临界值.

记综合稳定指数GSI 在储存时间j（d）时的值为GSIj，其值按公式（3）[3]计算：

式中：ai为品质指标i 的权重，按各个品质指标的重要性分配，且∑ai=1；n 为品质指标个数.

1.4.2 预测模型的建立

食品品质变化可以从动力学的角度分析，综合稳定指数GSI 的反应动力学可以按公式（4）[3]拟合.

在储存期内计算各储存温度条件下样品综合稳定指数，获得各温度下综合稳定指数随储存时间的变化规律，得到GSI 的反应动力学级数，通过回归分析，得到综合稳定指数的反应动力学速率常数.

Arrhenius 公式常用来描述温度决定条件下的反应速率常数k 与温度的关系：

式中：k0为指前因子（与温度无关）；Ea为活化能，J/mol；R 为理想气体常数，8.314 J·mol-1·K-1；T 为热力学温度，K.

通过对设定温度下的反应速率常数k 和其对应的温度T 的线性拟合，可以得到综合稳定指数的反应活化能和Arrhenius 方程，由Arrhenius 方程预测在特定温度下综合稳定指数的反应速率常数，进而对食品在该温度下的综合品质进行预测，获得食品在该温度下的储存期[8]，通过比较试验值和预测值，对模型的准确性进行评价.

1.5 数据处理与结果分析

数据统计采用Microsoft Excel 2007，图形绘制和回归分析采用Origin 8.0.

2 结果与讨论

2.1 理化指标与感官指标回归分析

通过对感官指标和理化指标的回归分析，建立主客观指标之间的联系.表2 给出了理化指标与感官评分的回归分析结果.由表2 可见，失重率与感官评分的回归方程为：y=7.249 1x+72.915 1，VC含量与感官评分的回归方程为：y=2.179 11x-4.964 39，且理化指标与感官评分的拟合度较高，均高于0.9.

表2 理化指标与感官指标回归分析结果

2.2 品质指标储存临界点的计算

由于目前没有关于油麦菜品质指标储存终点的标准，本研究参考Ansorena 等[9]的方法，确定油麦菜感官评分的储存终点的临界值为5 分.通过失重率、VC含量与感官评分的回归分析结果，将感官评分的储存终点临界值5 代入回归方程，计算得出失重率和VC含量储存终点的临界值分别为：36.67%和5.93 mg/100 g.

2.3 油麦菜在储存过程中GSI 的变化规律

蔬菜在储存过程中的主要品质变化有感官品质降低、失水萎缩、营养素损失等，本试验中用来评价油麦菜品质的指标有3 个，分别为：感官品质、失重率、VC含量，5、15、25、35 ℃恒温储存试验得到的各指标的变化情况见表3.

表3 油麦菜在不同储存温度下感官评分、失重率、VC含量的变化

通过表3、各品质指标的临界值、公式（2）可计算油麦菜各指标的变异指数.运用皮尔逊相关系数法[10]确定油麦菜各个品质指标感官品质、失重率、VC含量在GSI 计算中的权重比分别为0.4∶0.3∶0.3，并根据公式（3）计算油麦菜的GSI，得到了油麦菜GSI 在不同温度下的变化情况，结果见图1.

由图1 可以看出，在同一温度下，油麦菜的GSI 值随着储存时间的延长而逐渐减小，储存0 点时GSI 值为1，储存终点时GSI 值为0；在相同的储存期内，温度越高，GSI 的下降速率越快；在5 ℃储存条件下，前2 d 内GSI 值的变化较小，从第3 天开始才有明显的差距，说明油麦菜在5 ℃下，对温度的反应灵敏度相对较低.

2.4 油麦菜GSI 的反应动力学分析

Labuza 指出，在食品加工和储存过程中，大多数与食品品质有关的指标变化都遵循零级或一级动力学模型[11]，假定本试验中油麦菜GSI 的反应动力学符合零级或一级动力学反应模型，根据公式（4），结合回归分析，计算油麦菜GSI 按零级或一级反应模型的反应速率常数和相应的决定系数R2，结果见表4.

图1 不同储存温度条件下油麦菜GSI 的变化

表4 不同储存温度下油麦菜GSI的反应动力学模型拟合结果

由表4 可以看出，不同温度下油麦菜GSI 按零级反应模型的决定系数和3.882 3 大于按一级反应模型的决定系数和3.787 8，说明油麦菜GSI 随时间的变化按零级反应模型的拟合情况较好，因此可以认为油麦菜GSI 反应动力学符合零级反应动力学模型.在一定的温度下，油麦菜GSI 随着储存时间的延长，以一定的变化速率下降.

以lnk 为纵坐标、1/T 为横坐标作图[12]，结果见图2.活化能Ea可由直线的斜率-Ea求出，指前因子k0可由截距lnk0求出.

图2 油麦菜lnk 与1/T 的关系

由公式（5）结合图3 计算得到油麦菜GSI 的反应动力学活化能Ea为37.54 kJ/mol，指前因子k0为1.19×106，油麦菜GSI 反应速率常数k 与温度T的关系为：

2.5 油麦菜品质和储存期预测模型的建立

油麦菜的品质通过GSI 表示，其值介于0 和1之间，GSI 等于1 表示油麦菜品质完好，GSI 等于0表示油麦菜达到储存期终点，以GSI 等于0 时的储存时间作为油麦菜的储存期终点.

根据公式（3）和（6）可得，油麦菜的品质预测模型为：

式中：GSI 为油麦菜在温度T（K）条件下储存7 d时的综合稳定指数的预测值；t 为储存时间，d；T 为储存温度，K.

油麦菜的储存期预测模型为：

式中：θ 为在温度T（K）条件下油麦菜储存期预测值；T 为储存温度，K.

3 结论

本试验将油麦菜的感官品质、失重率、VC含量整合为一个指标GSI，采用GSI 评价油麦菜的品质；以GSI 为指标建立了油麦菜货架期预测模型，克服了通过单一指标预测食品货架期的局限，为GSI 在食品货架期预测中的应用提供了新的试验手段.

在恒温储存过程中，油麦菜GSI 呈线性规律下降，其反应动力学符合零级动力学模型，活化能Ea为37.54 kJ/mol，指前因子k0为1.19×106.

以油麦菜GSI 为指标建立的油麦菜储存品质预测模型为：GSI=1-t×e-4515.2/T+13.992；储存期预测模型为：θ=e4515.2/T-13.992.

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