光照影响下真空包装水煮笋的品质变化动力学

潘梦垚，卢立新，2，*，唐亚丽，2，卢苏越

（1.江南大学，江苏无锡214122；2.中国包装总公司食品包装技术与安全重点实验室，江苏无锡214122）

蒸煮袋真空包装水煮笋货架期长，方便销售和食用，受到越来越多消费者的青睐。这种竹笋加工制品是解决鲜笋难于长期储藏、长途运输问题的有效手段。将采收后的鲜竹笋蒸煮后放置于18L马口铁罐中，经排气密封、杀菌后，可保存2 ～3年，将其用于蒸煮袋包装水煮笋制品的生产，能够满足一年四季的销售和出口需求。为确保产品的可视性，市场上的水煮笋基本采用透明软包装材料，产品于货架上直接接受光线辐射，因此，光照对笋的品质有着不可忽视的影响。水煮笋色泽鲜亮，富含蛋白质和维生素C[1]，这些成分在货架期内的变化最终导致水煮笋的变质。然而，关于真空包装水煮笋色泽、蛋白质和维生素C的相关反应与环境光照的关系，至今尚未得到答案。Yen等[2]提出，食品色泽在储藏过程中发生褪色是由自然光中的紫外线引起的，属于光化学反应，光照能够促进色素分解。关于食品色泽劣变的动力学，李卓思等[3]证明番茄汁的色差值变化符合一级动力学规律；Lalit等[4]对竹笋切片的研究表明L*和b*值的下降符合一级动力学模型，而a*值和ΔE的增加则符合零级动力学模型。Dalsgaard等[5]提出蛋白质是除了维生素和脂肪之外的另一主要光致氧化物质。水煮笋的蛋白质中含有大量光敏氨基酸，如色氨酸、组氨酸和酪氨酸等，它们极易吸收光能量，造成肽链断裂，使蛋白质失去活性。此外，国内外众多研究者[6-8]关注了维生素C的光降解反应，表明光照对维生素C的损失有影响。在此基础上，本文研究不同光照强度下真空包装水煮笋色泽、可溶性蛋白质和维生素C的反应动力学，确定光照对各指标反应速率的影响，为包装材料透过照度的选择以及水煮笋制品保质包装技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

水煮笋 浙江省某企业提供的18L马口铁罐装水煮毛竹笋，于实验当天开罐取笋，用于蒸煮袋真空包装笋制的制备；包装材料 耐高温复合薄膜蒸煮袋（KPA/PE），氧气透过系数为0.67×10-15cm3·cm/cm2·s·Pa，厚度为85μm。

DZQ400-2D单室真空包装机 三联包装（无锡）有限公司；DSX-280A手提式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂；PRX-450C智能人工气候箱 常州诺基仪器有限公司；TES-1332A数字测光仪 上海嘉定学联仪表厂；WSC-S测色色差计 上海精密科学仪器有限公司；UV-2802紫外可见分光光度计 龙尼柯（上海）仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 试样制备 将水煮毛竹笋从铁罐中取出，于60℃左右的热水中浸泡6min，洗去表面白色沉淀物，取出晾干，利用蒸煮袋KPA/PE进行包装（每袋70g），然后抽真空封口，真空时间为9s，真空度达到-0.1MPa。将包装好的样品进行高压蒸汽灭菌，杀菌温度为115℃，保压时间为15min，杀菌完毕后立即用流动水冷却至室温35℃以下，擦干包装袋表面水迹后于30℃下保温一周，未出现胀袋现象即为试样成品。

1.2.2 不同光照强度储存实验 将制得的样品分为3组，分别放置于人工气候箱中进行加速实验储藏，设置光照强度分别为0（无光）、1800、3000lx，储藏温湿度为33℃，75%RH。样品摆放在试样架中间位置均匀接受来自左右两侧的灯光照射，使用测光仪测量透过包装材料内部的光照强度，得到水煮笋表面实际接受的光照分别为0、1400、2800lx。每隔4 ～5d取出不同光照强度下的三组样品进行各指标的检测。

1.2.3 色泽的检测 采用WSC-S测色色差计检测笋肉的色度指数亮度L*值、红度a*值和黄度b*值，每次选取笋的赤道部位进行检测，每个样检测3次，舍去离群值后取平均值。利用测得的L*值、a*值和b*值计算色差ΔE，计算公式[9]如下：

式中，Lt*、at*、bt*分别为实验期第t天的亮度值、红度值和黄度值；L0*、a0*、b0*分别为亮度、红度和黄度的初始值。

1.2.4 可溶性蛋白质的检测 参照Bradford的考马斯亮蓝染色法[10]。首先绘制标准曲线，利用牛血清白蛋白配制浓度为250μg/mL的标准溶液，然后取6支试管，依次加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL的蛋白质标准溶液，并补加蒸馏水至总体积为1mL，用刻度吸管加入5mL考马斯亮蓝G-250试剂，摇匀后静置10min，用1cm比色皿于595nm波长下测定吸光值。以吸光值为纵坐标，以蛋白质含量（μg）为横坐标，绘制标准曲。得到标准曲线的方程为：y=0.00304x+0.03086，R2=0.993。

称取2g水煮笋样品，混合18mL蒸馏水，于多功能食品加工机中捣成匀浆，过滤，取上清液0.5mL加入试管中，再加入0.5mL蒸馏水和5mL考马斯亮蓝G-250试剂，充分混合，放置10min，待溶液转变为亮蓝色后于595nm波长下测定其吸光值，以空白液调零。每个样品重复3次。由测出的吸光值根据标准曲线算出样品中蛋白质的含量，单位以mg/g表示，计算公式为：

式中，P为可溶性蛋白质含量（mg/g）；V1为样液总体积（mL）；V2为测定时加样量（mL）；W为样品质量（g）。

1.2.5 维生素C的检测 维生素C的检测采用2，6-二氯靛酚滴定法。每次称取40g样品，混合40mL草酸于食品加工机中捣成匀浆，过滤后取浆状样品40g进行检测，每个样品检测3次，具体方法参照国家标准GB 6195-86[11]。

2 结果与分析

2.1 光照影响下水煮笋色泽的变化规律及动力学方程

水煮笋中含有胡萝卜素和类黄酮等有机色素，所以水煮笋的色泽表现为骨黄色。这些有机色素带有发色团和助色团结构，属于食品光敏剂，极易吸收光能而产生单线态氧1O2，单线态氧作用于发色团上的-C=C-键，使双碳键断裂，从而导致色素发生不可逆的分解破坏[12]，因此水煮笋在储藏过程中色泽逐渐褪去，由原本的鲜亮骨黄色转变为晦暗的灰白色。实验结果如图1所示，无论有无光照，水煮笋亮度L*值、红度a*值和黄度b*值在储藏期间的变化规律一致，均为亮度下降，红度提高，黄度减小。同时，光照强度的变化会引起水煮笋三个色度指数变化速率的差异。无光照的情况下，笋肉亮度L*值下降缓慢，给予光照处理后，光强度越大，L*值衰减的速率越大；与L*值相比，水煮笋a*值和b*值受光照强度的影响较小，但其变化速率也随光强度的增加而加快。因此，光照强度对水煮笋的三个色度指数L*、a*和b*值有影响。

图2为光照对水煮笋色差值ΔE的影响。由图2可以看出，无光照条件下（0lx），样品的色差值在32d内仅增长至8.084，而1400lx和2800lx光照下，水煮笋的色差值在实验周期内的增长幅度显著增大。光照与缓慢渗入包装材料内的氧气共同作用于产品，促使水煮笋色素分解与氧化[13]，同时，光照强度的提高加速了笋内营养成分的化学反应，例如蛋白质的辐射破坏和维生素C的光降解，这一系列的反应会导致含有色素的成分损失，进而造成笋体色泽的改变。

为研究真空包装水煮笋在光照影响下色差值变化的动力学规律，现分别用零级和一级反应模型对其进行拟合，得到图3所示拟合曲线，由图3可以看出，各光照强度下，水煮笋色差的实验检测值更加符合零级模型拟合线。各反应拟合方程与速率常数见表1。零级模型拟合相关系数的R2均在0.98以上，而一级模型拟合的R2较小。显然，光照影响下真空包装水煮笋的色差变化符合零级动力学反应规律，随着光照强度的提高，反应速率常数也相应增大。

2.2 光照影响下水煮笋可溶性蛋白质的损失及动力学方程

图1 不同光照强度下水煮笋亮度L*值、红度a*值和黄度b*值的变化Fig.1 ChangesinbrightnessL*value、rednessa*valueandyellowness b*value of boiled bamboo shoots under different intensity of light

图2 不同光照强度下水煮笋色差值ΔE的变化Fig.2 Changes in chromatism value ΔE of boiled bamboo shoots under different intensity of light

图3 水煮笋色差值ΔE的增长动力学模型拟合曲线Fig.3 Fitting curves using kinetics model for chromatism value ΔE of boiled bamboo shoots

光照对水煮笋蛋白质的影响主要体现在两方面：一是蛋白质受光辐射作用导致其物理结构的破坏；二是水煮笋中含有大量光敏物质，光敏氨基酸吸收光能后导致蛋白质肽链断裂，造成蛋白质总量的减少，另外，水煮笋中的核黄素发生光氧化后产生单线态氧1O2，进而将蛋白质中的氨基氧化，造成蛋白质总量以及基础氨基酸的损失[14]。

关于蛋白质的反应动力学，研究显示，食品蛋白质的损失符合指数规律[15-16]，因此使用一级动力学方程对各组样品检测值进行拟合，如图4所示。由图4可知，光照对水煮笋蛋白质含量有影响，无光条件下，笋内蛋白质含量缓慢减少，在第32d时还剩余10.442mg/g，但水煮笋经光照处理后，蛋白质大量损失，反应速率显著加快。表2为各光照强度下蛋白质损失的动力学方程和反应速率常数，R2均在0.99以上，表明一级反应方程拟合精度极高。

表1 不同光照强度下水煮笋色差值ΔE增长动力学方程拟合结果Table 1 Kinetics equations for chromatism value ΔE of boiled bamboo shoots under different intensity of light

图4 水煮笋光照蛋白质损失与一级动力学模型拟合Fig.4 Protein loss of boiled bamboo shoots storaged under different intensity of light and fitting curves with first-order kinetic model

表2 不同光照强度下水煮笋蛋白质反应动力学方程和速率常数Table 2 Kinetics equations and rate constants for protein loss of boiled bamboo shoots under different intensity of light

2.3 光照影响下水煮笋维生素C的降解及动力学方程

由于水煮笋中含有光敏剂，如核黄素、蛋氨酸等，当产品暴露于可见光下时，维生素C的降解将会加剧。原因是这些光敏物质吸收光能后产生单线态氧1O2，1O2作用于维生素C分子上的-C=C-，造成维生素C的氧化破坏，生成抗坏血酸自由基[7]。

大量研究已证明，光照在VC的降解过程中起重要作用[17]，且VC的降解符合一级动力学反应规律[18]。因此使用一级动力学方程对不同光照强度下VC含量的变化进行拟合，求得各组样品的反应速率常数k，结果见图5和表3。结果表明，三种光照强度下，水煮笋VC降解反应均符合一级动力学模型，拟合相关系数高达0.98以上。无光照时，水煮笋维生素C氧化降解缓慢，给予光照处理后维生素C损失速率大大提高，此结果明确反映了光照对水煮笋VC的降解速率有影响。

图5 水煮笋光照VC损失与一级动力学模型拟合Fig.5 VCdegradation of boiled bamboo shoots storaged under different intensity of light and fitting curves with first-order kinetic model

表3 光照影响下水煮笋维生素C降解的动力学方程及速率常数Table 3 Kinetics equations and rate constants for VCloss of boiled bamboo shoots under influence of illumination

3 结论

无论有无光照，真空包装水煮笋的变质都表现为笋肉褪色、蛋白质含量和维生素C含量减少。其中，色差值ΔE的增长遵循零级动力学规律，可溶性蛋白质和维生素C的损失均符合一级动力学规律，且各指标反应速率随光照强度的提高而增大，光照对水煮笋的品质劣变影响显著。因此，应选择光阻隔性优的透明软包装材料进行水煮笋制品的包装，同时，在储运过程中应尽量避免水煮笋直射日光。

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