鲜核桃低温贮藏期间的指标响应

王纪辉 耿阳阳 侯娜

摘要：【目的】探讨低温冷藏期间鲜核桃指标响应及一级反应动力学非线性拟合，为鲜核桃贮藏提供一种新思路。【方法】以鲜核桃为试材，分别采用聚乙烯（PA/PE）复合膜真空袋和普通密封袋进行包裝，以自然存放为对照，置于1～2 ℃、相对湿度85%～90%的条件下贮藏，每18 d对酸价、过氧化值、丙二醛含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性指标进行测定，并结合一级反应动力学模型对相关指标的变化进行非线性拟合。【结果】真空包装贮藏鲜核桃的保鲜效果优于密封包装贮藏和对照。贮藏至第72 d，真空包装贮藏的鲜核桃酸价和过氧化值分别为143 mg/100 g和2.58 mmol/kg，与对照及密封包装贮藏相比分别降低了25.52%和12.80%、41.36%和17.04%，丙二醛含量为5.34 mmol/g，较密封包装贮藏减少19.58%;CAT活性出峰时间明显推迟;SOD活性出峰时间在第54 d，较对照及密封包装贮藏推迟18 d，且第72 d时真空包装贮藏的鲜核桃SOD活性较高，为82.74 mg/min，较此时的对照及密封包装贮藏高12.66%和5.16%。两个主成分的综合指标累积贡献率达98.597%，其中酸价和过氧化值对鲜核桃贮藏品质的贡献率最大; 一级反应动力学拟合的决定系数（R2）均在0.7000以上，真空包装贮藏下的酸价和过氧化值变化与一级反应动力学拟合程度最佳。【结论】真空包装贮藏能延缓鲜核桃果实油脂中不饱和脂肪酸被氧化、较好保持果实品质，一级反应动力学模型能较好地反映果实贮藏期间酸价、过氧化值和丙二醛等指标的变化;酸价和过氧化值与鲜核桃品质变化关系密切，可作为评价其品质的重要指标。

关键词： 鲜核桃;低温贮藏;真空包装;指标响应;一级反应动力学

中图分类号： S664.1                          文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2019）06-1312-07

Abstract：【Objective】The index response and nonlinear fitting with first-order reaction dynamics of fresh walnut du-ring storage with low temperature were discussed，which provided a new idea for fresh walnut storage. 【Method】Fresh walnut with husk was used as experimental material. The fresh walnuts were packaged by vacuum bag of composite membrane with polyethylene（PA/PE）， and ordinary common sealing bag were used for packaging，and the natural exposure was as thecontrol. Then they were stored at about 1-2 ℃，the relative humidity of 85%-90%. Acid value，peroxide value，malondialdehyde content，superoxide dismutase（SOD） activity and catalase（CAT） activity were measured every 18 d and nonlinear fitting combined with the first-order reaction dynamical model was carried out for the change of related indexes. 【Result】The results showed that the preservation effect with vacuum packaging storage was better than the other two stora-ge methods. The acid value and peroxide value of fresh walnut with husk of vacuum packaging storage on day 72 were respectively 143 mg/100 g and 2.58 mmol/kg，which were respectively decreased by 25.52% and 12.80%， 41.36% and 17.04% than those of control and sealed storage. The malondialdehyde content was 5.34 mmol/g，which was decreased by 19.58% than sealed storage. The peak time of CAT activity was obviously delayed. The peak time of SOD activity was on day 54，which was 18 d later than that of the control and sealed storage. The SOD activity of vacuum packaging storage was 82.74 mg/min on day 72， which increased by 12.66% and 5.16% compared with the control and sealed storage. The comprehensive indexes accumulative contribution rates of the two principle components reached 98.597%. The contribution rates of acid value and peroxide value were the largest. The determining coefficients（R2） of first-order reaction dynamics by fitting were all above 0.7000. The change of acid value and peroxide value under vacuum packaging storage was the best to fit first-order reaction dynamic. 【Conclusion】Vacuum packaging storage can effectively delay the oxidation of unsaturated fatty acids，and maintain the quality of fruit. The first-order reaction dynamical model can reflect the changes of acid value，peroxide value， MDA during fruit storage. Acid value and peroxide value are closely related to the quality change of fresh walnut，which can be used as an index to evaluate the quality of fresh walnut.

Key words： fresh walnut; low temperature storage; vacuum package; index response; first-order reaction dynamics

收稿日期：2018-12-02

作者简介：*为通讯作者，侯娜（1983-），高级工程师，主要从事核桃遗传育种研究工作，E-mail：1833247257@qq.com。王纪辉（1988-），主要从事林产品开发研究工作，E-mail：shikewangjihui@163.com

0 引言

【研究意义】核桃（Juglans regia）又名胡桃、羌桃，为胡桃科（Juglandaceae）植物，与扁桃、腰果、榛子并称为“四大干果”（王纪辉等，2018）。核桃仁含有丰富的营养物质，每百克含蛋白质15～20 g、碳水化合物10 g，脂肪较多，尤以不饱和脂肪酸含量较丰富，被誉为天然的脑黄金，是深受大众喜爱的坚果类食品之一（王纪辉等，2017;耿阳阳等，2018）。鲜核桃因其果仁飽满、澄白、滋味甘甜，目前已在我国消费市场上广泛流通，深受消费者喜爱（耿阳阳等，2016），但鲜核桃呼吸强度大、水分含量高，加之不饱和脂肪酸含量丰富、各种氧化酶活性较活跃，导致鲜核桃采后极易发生失水、霉烂等不良现象，一般条件较难贮藏。因此，研究鲜核桃采后保藏技术及贮藏思路对更好地开发利用鲜核桃资源具有重要意义。【前人研究进展】目前，国内外已有不少学者对鲜核桃贮藏进行研究。马艳萍等（2010）研究发现，低温贮藏能适当延长鲜核桃保藏时间，贮藏至40 d时，鲜核桃表面才出现发霉现象。Christopoulos和Tsantili（2012）研究发现，鲜核桃在1 ℃下贮藏至40 d时，其果仁品质仍保持较佳。耿阳阳等（2013）研究发现，脱青皮核桃自然封装冷藏期间，其蛋白质、粗脂肪、还原糖及维生素含量均逐渐降低，各种氧化酶活性呈升—降趋势变化。郭园园等（2014）研究发现，青核桃低温贮藏后，水分及色泽保持较佳，呼吸强度明显下降，青核桃仁过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性保持良好，脂氧合酶（LOX）活性出峰时间明显推迟。杨曦等（2015）对青核桃鲜果展开研究，发现真空包装贮藏至120 d时，青皮褐变指数较低，且鲜核桃果仁保护酶活性较高。韩强等（2017）采用二氧化氯（ClO2）结合不同包装方式处理鲜核桃仁，结果发现较低浓度ClO2处理结合真空包装贮藏能明显抑制果仁呼吸强度及LOX活性，降低营养成分的分解速度，推迟保护酶活性出峰时间。魏雯雯等（2017）研究报道，低温贮藏下使用CF保鲜剂处理青核桃果实，其呼吸强度明显降低，多酚氧化酶（PPO）活性被抑制，核桃青皮褐变指数较低，且对种皮和核仁风味影响较小。【本研究切入点】当前有关鲜核桃贮藏的研究主要集中在鲜核桃的防霉技术、鲜核桃和传统干核桃贮藏生理及品质变化等方面，而针对低温结合不同贮藏方式保藏鲜核桃方面的研究鲜见报道，而运用一级反应动力学模型结合鲜核桃生理指标预测鲜核桃品质变化的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】以青核桃为试材，分别采用真空袋和普通密封袋进行包装，以自然存放为对照，研究不同贮藏方式下鲜核桃酸价、过氧化值、丙二醛含量、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化，并运用一级反应动力学模型对鲜核桃相关指标变化进行非线性拟合，对比分析3种贮藏方式的差异性，旨在为青核桃贮藏提供一种新思路。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

以山东济南核桃良种种植园的核桃品种香玲为试材。乙醚、无水乙醇、正己烷、酚酞、冰乙酸、氢氧化钾、磷酸氢二钾、硫酸、碘化钾、三氯甲烷、盐酸、高锰酸钾和硫代硫酸钠均为分析纯，购自成都金山化学试剂有限公司。主要仪器设备：L5S型紫外可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）、DZ400/2D型真空包装机（温州市鹿城区黄龙华能机械厂）、MS104TS型电子精密天平[梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司]、101型数显鼓风干燥箱（上海叶拓仪器仪表有限公司）和DKB-8型数显恒温水浴锅（上海精宏实验设备有限公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验设计 选取大小适中、青皮无褐变、无机械损伤、无病虫害、充分成熟的果实，带果柄剪下，置于4 ℃下预冷3 d后，分别用透明聚乙烯（PA/PE）复合膜真空袋和普通密封袋进行包装，以自然存放为对照（CK），置于1～2 ℃、相对湿度85%～90%的条件下进行贮藏，每次取样测定时先测丙二醛含量及CAT和SOD活性，然后取剩余样品进行酸价和过氧化值测定。每个指标测定3次，取其平均值（杨曦等，2015）。

1. 2. 2 一级反应动力学模型建立 基于鲜核桃果实脂肪氧化建立一级反应动力学拟合模型。一级反应动力学方程表达式：

表达式（1）可变性为：

式中，A为品质因子数值，A0为初始值，t为贮藏时间，k为反应速率常数，n为反应级数。

反应级数（n）的确定：大多数食品的品质与时间关系均符合零级或一级反应动力学模型，即n=0或n=1（李婷婷等，2015）。Labuza（1984）认为由于微生物繁殖及相关物质的氧化还原反应引起的食品品质变化一般遵循一级反应方程，而鲜核桃的腐败变质主要通过微生物作用及脂肪氧化共同作用导致，因此n取1。

反应速率常数（k）的确定：用一级反应动力学模型对不同贮藏方式下的鲜核桃酸价、过氧化值及硫代巴比妥酸值进行非线性回归拟合，可得到各氧化指标值的反应速率常数k。

式中，Di表示各指标对鲜核桃品质的作用大小，i表示某一指标，Fij表示该指标在第i主成分上的负荷量，Yij表示第j主成分的贡献率，Wi表示各指标的权重。

1. 3 测定项目及方法

分别参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》和GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》测定酸价和过氧化值;参照曹建康（2007）的方法测定CAT和SOD活性及丙二醛含量;参照王萍等（2015）的方法提取核桃仁油脂。

1. 4 统计分析

试验数据采用SPSS 19.0中的Duncan’s新复极差法进行多重比较，SPSS 19.0降维中的因子分析法进行主成分分析，Origin 9.1制图。

2 结果与分析

2. 1 低温贮藏下鲜核桃果实酸价的变化

酸价是油脂中游离脂肪酸含量的标志，反映油脂酸败程度。由图1可知，3种贮藏方式下的鲜核桃果实油脂酸价均随贮藏时间的延长而逐渐增加，说明鲜核桃在贮藏过程中，脂肪在LOX的作用下水解生成游离脂肪酸逐渐增多。贮藏0～18 d，3种贮藏方式下的鲜核桃果实酸价变化幅度均较小，贮藏18～72 d，对照的果实酸价上升趋势最明显，变化幅度最大;贮藏至第18 d时，对照及密封包装和真空包装贮藏的鲜核桃果实酸价分别為74、67和55 mg/100 g，贮藏至第72 d时，其酸价分别增至192、164和143 mg/100 g，分别是第18 d酸价的2.59、2.45和2.60倍。从组间方差分析结果可知，贮藏至第18和36 d时，对照与密封包装贮藏间无显著差异（P>0.05，下同），但二者与真空包装贮藏的差异均达显著水平（P<0.05，下同），贮藏至第54和72 d时，3种贮藏方式间均存在显著差异。可见，3种贮藏方式下，真空包装贮藏对鲜核桃的保鲜效果最佳，密封包装贮藏次之，而自然存放贮藏效果最差。

2. 2 低温贮藏下鲜核桃果实过氧化值的变化

过氧化值能很好地反映鲜核桃仁发生氧化酸败的程度。由图2可知，3种贮藏方式下的鲜核桃果实过氧化值均随贮藏时间的延长而升高。其中，对照的鲜核桃果实过氧化值最大，变化最明显;密封包装贮藏次之;真空包装贮藏的过氧化值最低，变化趋势较平缓。从整个变化趋势来看，对照的鲜核桃贮藏至第18 d时过氧化值迅速增加，而密封包装贮藏的果实过氧化值缓慢升高，真空包装贮藏至第54 d时果实的过氧化值增加幅度较大;贮藏至第18 d时，对照及密封包装和真空包装贮藏的鲜核桃果实过氧化值分别为2.88、1.74和1.42 mmol/kg，与初始值相比分别升高150.43%、51.30%和23.48%。从组间方差分析结果可知，贮藏至第18 d时，密封包装与真空包装贮藏间无显著差异，但均与对照存在显著差异，贮藏至第36、54和72 d时3种贮藏方式间的差异均达显著水平。

2. 3 低温贮藏下鲜核桃果实丙二醛含量的变化

丙二醛含量是膜脂过氧化产物，能有效折射出细胞膜脂被氧化及细胞膜系统被破坏的程度，据此可判断果实衰老及代谢情况（Vanhanen and Savage，2006）。由图3可知，鲜核桃果实丙二醛含量随贮藏时间的延长而逐渐增加，3种贮藏方式下，对照的果实丙二醛含量一直最高，而密封包装和真空包装贮藏基于一定的保护，果实与空气及微生物接触程度较轻，果实被氧化程度较低，故丙二醛含量一直低于自然存放;3种贮藏方式下鲜核桃果实的丙二醛含量拐点均出现在第18 d，此时对照及密封和真空包装贮藏的果实丙二醛含量分别为3.12、2.86和2.64 mmol/g，与初始值相比分别增加33.31%、22.30%和12.82%。由组间方差分析结果可知，贮藏至第18 d，对照与密封包装贮藏间、密封包装与真空包装贮藏间无显著差异;贮藏至第36和54 d，3种贮藏方式间均表现出显著差异;贮藏至第72 d，对照与密封贮藏间无显著差异，但二者与真空包装贮藏间存在显著差异。

2. 4 低温贮藏下鲜核桃果实CAT活性的变化

CAT是一种氧化还原酶，可促使H2O2发生分解生成H2O和O2，能有效破坏鲜核桃果实在贮藏期间因氧化作用生成的有毒有害物质，进而保护果仁品质。由图4可知，3种贮藏方式下鲜核桃果实CAT活性的变化趋势有所不同，其中密封和真空包装贮藏下CAT活性变化较一致。对照的鲜核桃果实CAT活性呈先减后增再减的变化趋势，且酶活性峰值于第54 d出现，而密封和真空包装贮藏下果实的CAT活性峰值尚未观察到，可能是贮藏时间不足，两种包装贮藏的果实CAT活性峰值还未出现。贮藏后期，密封和真空包装贮藏的鲜核桃果实CAT活性呈升高趋势，且密封包装贮藏下CAT活性高于真空包装贮藏。从组间方差分析结果可知，贮藏至第18 d，密封与真空包装贮藏的鲜核桃果实CAT活性间无显著差异，但均显著高于对照;贮藏至第36 d，真空包装贮藏与对照、密封包装贮藏间均达显著差异水平;至第54 d时，密封与真空包装贮藏的差异不显著，但均显著低于对照;贮藏至第72 d时，密封与真空包装贮藏间存在显著差异。

2. 5 低温贮藏下鲜核桃果实SOD活性的变化

SOD的主要作用是清除植物体内因自由基代谢失衡而产生的多余阴离子氧，并将其歧化为失去毒性的O2及毒性稍低的H2O2，其活性峰值过后，果蔬则表现为衰老（Jiang et al.，2015）。由图5可知，3种贮藏方式下鲜核桃果实的SOD活性均呈先增后减的变化趋势，但其出峰时间有所不同。其中，对照及密封包装贮藏果实的SOD活性峰值出现较早，出峰时间均在第36 d，但密封包装贮藏果实的SOD活性高于对照;真空包装贮藏果实的SOD活性在第54 d时最高。由组间方差分析结果可知，贮藏至第18和54 d时，3种贮藏方式间存在显著差异;至第36 d时，对照与密封包装贮藏间差异不显著，但二者的果实SOD活性均显著高于真空包装贮藏;贮藏至第72 d时，真空包装与密封包装贮藏间无显著差异，但真空包装贮藏果实的SOD活性显著高于对照。

2. 6 鲜核桃贮藏期间生理指标的主成分分析结果

对鲜核桃酸价、过氧化值、丙二醛含量、SOD和CAT活性5项生理指标进行主成分分析，根据贡献率判断各生理指标的重要性。由表1可知，两个主成分的综合指标累积贡献率达98.597%，说明前两项主成分能充分反映鲜核桃贮藏期间品质变化情况。其中第一主成分（PC1）的特征值为3.529，贡献率为70.582%，包括酸价、过氧化值、丙二醛含量和CAT活性4项生理指标，该主成分与这4项生理指标有较强的相关性;第二主成分（PC2）的特征值为1.401，贡献率为28.014%，包括SOD活性1项生理指标，该主成分与SOD活性有较强的相关性。综上所述，酸价和过氧化值的贡献率最大，可作为鲜核桃品质评价鉴定的重要指标。

2. 7 鲜核桃贮藏过程中油脂氧化一级反应动力学

在一级反应动力学模型下对不同贮藏方式鲜核桃的酸价、过氧化值及丙二醛含量进行非线性回归拟合，得到各理化指标值的反应速率常数k（表2）。从表2可看出，不同贮藏方式下，鲜核桃生理指标的决定系数（R2）有所不同，R2越大，表明油脂氧化指标与一级反应动力学拟合程度越好。对于酸价，3种贮藏方式下，对照的R2最小（0.9444），真空包裝贮藏的R2最大（0.9855）;对于过氧化值，真空包装贮藏的R2最大，为0.9851，对照的R2最小，为0.7770;对于丙二醛含量，密封包装贮藏的R2最大，为0.9673。综上所述，真空和密封包装贮藏下油脂氧化与一级反应动力学模型拟合程度均优于对照，其中，真空包装贮藏下酸价和过氧化值变化与一级反应动力学拟合程度最佳，密封包装贮藏下丙二醛含量与一级反应动力学拟合程度最佳。

3 讨论

酸价和过氧化值能很好反映油脂氧化程度，油脂氧化酸败越严重，则指标值越高。杨曦等（2015）研究报道，真空塑料包装能明显延缓鲜核桃油脂氧化速率。王萍等（2016）研究发现，真空包装处理鲜核桃仁，其贮藏时间明显延长，果仁酸价和过氧化值增加缓慢、脂肪氧化速率下降，果仁酸败程度显著减轻。本研究发现，真空包装贮藏效果明显优于密封包装及对照贮藏，真空包装贮藏因能限制贮藏环境中的氧气浓度，避免其与果实直接接触发生氧化酸败，所以真空包装贮藏下果实酸价及过氧化值较低，速率增加较慢，与卢义龙（2016）在干核桃上得出的结论一致。鲜核桃经真空包装贮藏，其贮藏期限明显延长，酸价和过氧化值较对照和密封包装贮藏低。真空包装贮藏下鲜核桃果实酸价和过氧化值仍在缓慢升高，其原因可能是真空包装贮藏虽隔绝空气，可抑制好氧微生物的生长繁殖，但同时为厌氧微生物创造了一个生存环境，在微生物及果实本身水分等复杂条件的综合作用下，LOX活性增强，造成脂肪水解产生游离脂肪酸，进一步被氧化而变质，引起脂肪含量下降，致使真空包装贮藏下鲜核桃果实酸价和过氧化值表现为缓慢升高（马艳萍等，2011;冯文煜等，2013）。

抗氧化酶系可有效清除活性氧，维持植物体内活性氧代谢平衡。本研究发现，3种贮藏方式下的鲜核桃果实CAT活性变化趋势有所不同，自然存放时，果实CAT活性呈降—升—降的变化趋势，CAT活性峰值出现时间最早，而真空和密封贮藏的果实CAT活性先降后升;就SOD活性而言，3种贮藏方式的鲜核桃果实SOD活性变化趋势一致，与王萍等（2016）的研究结果存在相似性。究其原因，可能是鲜核桃采摘后，在贮藏期内活性氧及自由基迅速积累，SOD作为植物机体防御的第一道防线开始发挥作用，经过一系列反应将超氧化物歧化为H2O2，因此贮藏初期SOD活性呈上升趋势;贮藏初期因H2O2的浓度较低，还不足以激发CAT活性，因此初期CAT活性表现为下降。贮藏至36～72 d，在前期SOD作用下，H2O2大量累积，此时CAT活性被激发，将大量的H2O2分解为H2O和O2;贮藏后期，当超出SOD歧化能力时，果实细胞膜系统和抗氧化酶系统遭到破坏，SOD活性迅速下降，果实逐渐呈现衰老（董慧等，2016）。本研究中，对照和密封包装贮藏下，SOD活性峰值出现较早，且出峰时间一致，而真空包装贮藏的SOD活性峰值出现时间较晚，且数值最高，说明真空包装贮藏能有效延缓鲜核桃果实机体内氧化物质的积累、推迟氧化物清除系统平衡点的出现，进而更有效延长鲜核桃果实贮藏时间（杨曦等，2015）。本研究还发现，虽同为抗氧化酶，但SOD反应较迅速，CAT反应则较滞后，说明不同抗氧化酶的响应速度有所差异。

鲜核桃果实在贮藏过程中，不可避免的会接触到空气、金属离子、微生物等，在众多复杂而并非单一因素的作用下，果实发生一系列的氧化反应及酶促褐变，致使果实中油脂发生水解、不饱和脂肪酸被氧化，膜脂过氧化产物丙二醛逐渐累积。在食品加工和贮藏过程中，大多数与食品质量有关的品质变化都遵循零级或一级反应动力学规律。鲜核桃在贮藏过程中理化指标的降低是由氧化酸败所引起，其反应规律符合化学动力学规律，而油脂的氧化过程遵循一级化学反应动力学规律（卢义龙，2016）。本研究通过对酸价、过氧化值和丙二醛进行非线性回归拟合，发现在低温贮藏下鲜核桃果实的R2均大于0.7000。酸价与一级反应动力学方程拟合精度最好，R2分别为0.9444（对照）、0.9577（密封贮藏）和0.9855（真空包装贮藏），说明酸价数据点距离拟合曲线较近，丙二醛拟合精度较好，R2大于0.9000。可见，一级反应动力学方程可很好地描述一定冷藏温度下鲜核桃果实的脂肪氧化情况。

4 结论

真空包装可限制贮藏环境中氧气浓度，延缓油脂酸价和过氧化值升高，降低氧化速率，减少果实中不饱和脂肪酸的转化损失;CAT活性出峰时间明显后移，SOD活性保持良好，减少丙二醛生成量，较好保持果实品质;一级反应动力学模型能较好地拟合鲜核桃贮藏期间相关指标的变化;酸价和过氧化值对鲜核桃贮藏品质的贡献率最大，可作为鲜核桃品质评价鉴定的重要指标。

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（責任编辑 罗 丽）