货架温度对西兰花品质影响及预测模型建立

史萌，刘婧，杨沛洁，陈爱强，阎瑞香，刘斌，关文强，*

（1.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津300134；2.天津商业大学机械工程学院，天津300134；3.天津科技大学包装与印刷工程学院，天津300222）

西兰花又称绿菜花、青花菜，原产于欧洲地中海沿岸。由于具有高营养价值和防癌功效，西兰花已成为我国主要栽培和最重要的出口创汇蔬菜之一，被誉为“蔬菜皇冠”[1-2]。西兰花富含蛋白质、维生素，以及类黄酮、多酚等抗氧化物质[3]，但采后代谢水平的提高易造成花球黄化、萎蔫甚至霉变腐烂，故应选用适宜方法对西兰花进行保鲜贮藏。

现阶段西兰花的采后保鲜主要通过物理措施处理结合贮藏环境控制完成，包括低温贮藏、热激处理、气调保鲜、紫外照射等方式[4]，而温度作为重要物理因素可对西兰花生理代谢平衡、内部细胞结构组织造成直接影响[5]。研究表明，0 ℃、4 ℃下贮藏可保持西兰花总硫代葡萄糖苷含量和抗氧化能力，延缓VC、叶绿素等营养成分损失的速率[6]；Li 等[7]对采后西兰花进行低温和光照结合处理，发现 4 ℃、7 ℃结合 24 μmolm-2s-1光照可将鲜切西兰花的贮藏期延至10 d，而4 ℃与聚丙烯包装结合更能将西兰花贮藏期延长至28 d[8]。现有文献多探讨贮藏温度对西兰花品质的影响，但不同货架温度下西兰花品质的变化却少有报道。西兰花在货架期间品质劣变严重，损失程度较大，且相关研究较少[9]。因此，寻求合适的货架温度对于西兰花销售流通具有重要的意义。

目前，为了更直观反映温度对果蔬的影响，同时提高果蔬品质状态的实时监测能力，国内外已有不少学者采用Arrhenius 方程、WLF 方程以及Z 模型等构建货架期预测模型，并运用于肉类[10-11]、水产品[12-13]、果蔬[14-16]等领域，但系统研究温度对西兰花货架期间品质影响，且运用特征指标拟合西兰花预测模型的甚少。本文拟通过感官评价、测定叶绿素含量等指标来探究不同货架温度下西兰花的品质变化情况，进而确定西兰花的适宜货架温度。同时将Arrhenius 方程与反应动力学相拟合，构建合适的货架期预测模型并预测西兰花品质变化，为实际销售提供理论基础和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

西兰花：市售，挑选花球形状厚圆、花蕾颜色青绿均匀，无腐烂、无机械损伤、大小均匀的西兰花为试验材料。

1.1.2 试剂

无水乙醇（分析纯）：天津市赢达稀贵化学试剂厂；丙酮（分析纯）：天津市化学试剂供销公司。

1.2 仪器与设备

Evolution201 型紫外分光光度计：美国Thermo Scientific 公司；3-18k 型离心机：德国西格玛SIGMA公司；VA400 型复杂非物质视觉分析仪：法国Alpha M.O.S 公司；SYK-ES-100 型乙烯分析仪：意大利 FCE 公司；Check PointⅡ型O2/CO2气体分析仪：丹麦丹圣PBI Dansensor 公司。

1.3 试验方法

轻拭西兰花表面残余水渍，距花球2 片～3 叶片处，用干净刀具切掉球茎。花球完整分装于0.02 mm 聚乙烯保鲜袋中（1 个/袋，共 54 颗），均分 3 组后折口贮藏于4、10 ℃冷库和20 ℃恒温室（湿度80%～85%）以备指标测定。4 ℃下试验组每隔3 d 测量1 次，10 ℃试验组每2 d 测量1 次，20 ℃试验组每天测量1 次，各指标重复3 次平行试验。

1.3.1 感官评价

参考Annelie[17]、张丽[18]等方法，建立感官评价表。由10 名经专业训练的食品专业学生按表1 进行西兰花感官评价，并用加权法进行总分，各加权系数0.25。

表1 西兰花感官评价标准Table 1 Evaluation standards of broccoli sensory quality

1.3.2 黄化指数

黄化指数测定参照Olarte 等[19]颜色评价标准和Pen 等[20]褐变指数计算方法略有改动。

黄化指数=∑（黄花级别×黄化样品数目百分比）

当西兰花黄化指数大于2 时认为黄化程度严重，即不具有商品价值。西兰花的黄化级别按表2 判定。

表2 西兰花黄化级别评价标准Table 2 Evaluation standards of broccoli yellowing level

1.3.3 色差值

采用VA400 型复杂非物质视觉分析仪进行色差值测定，将拍摄结果用内部携带软件转化成L*、a*、b*值。其中 L*表示亮度，数值从 0（黑）到 100（白）；a*值为负表示绿色，为正表示红色；b*值为负表示蓝色，为正表示黄色。

1.3.4 失重率的测定

采用差量法进行测定[21]。公式如下：

式中：W 为失重率，%；m0为鲜样质量，g；mt为贮藏时间为t d 时的质量，g。

1.3.5 叶绿素含量的测定

参考Nath 等[22]方法并进行修改，采用丙酮与乙醇体积比为 2 ∶1 混合液提取，于 645 nm 和 663 nm 波长下测定吸光值。叶绿素含量的计算公式如下：

式中：C 为叶绿素含量，mg/g；A663为 663 nm 处吸光度值；A645为645 nm 处吸光度值；V 为提取液体积，L；M 为样品鲜重，g。

1.3.6 呼吸强度的测定

呼吸强度测定参考高俊凤方法[23]，将待测西兰花放置于体积为1.9 L 的密封保鲜盒中（聚丙烯，18 cm×11 cm×11 cm），使用气体分析仪测定CO2浓度起始值，密封4 h 后再次测定CO2浓度值，所示数值即为终止值。

1.3.7 乙烯释放量的测定

乙烯释放量参考曹建康等[24]方法，使用乙烯气体分析仪进行测定。将待测西兰花放置于体积为1.9 L的密封保鲜盒中（聚丙烯，18 cm×11 cm×11 cm），密封4 h 后测定盒中的乙烯含量。

1.4 数据处理

利用Excel 2010 进行数据整理，Origin8.5 绘图并拟合曲线，SPSS 16.0 对试验数据进行方差分析（P<0.05）。

1.5 货架期模型的构建

1.5.1 动力学模型的建立

选取西兰花品质降低的特征指标，结合化学反应动力学理论，即可拟合品质衰变函数，进而构建化学品质变化的动力学模型，以达预测食品货架期的目的[25]。通常零级和一级反应模型使用较为广泛。

零级反应模型：

一级反应模型：

式中：t 为贮藏时间，d；C0为特征指标初始测定值；C 为贮藏t 时化学指标值；k 为品质衰变速率。

1.5.2 品质变化预测模型的建立

Arrhenius 方程作为化学基元反应的经典模型，可描述化学反应速率与温度的关系，被广泛应用于食品货架期预测[15]。其基本表达式为：

式中：k 为速率常数；A 为指前因子；Ea为反应活化能，J/mol；R 为气体常数，8.3144 J/（mol·K）；T 为绝对温度，K。

将（3）式取对数可得

通过对lnk、1/T 线性拟合，即可依据斜率和截距获得 Ea和 A 值。将（4）式带入（1）、（2）式可得知西兰花在零级和一级反应的货架期预测模型：

式中：SL0为西兰花零级反应下的货架期预测模型；SL1为西兰花一级反应下的货架期预测模型，d；C0为特征指标初始值；C 为贮藏t d 时特征指标值。

2 结果与分析

2.1 货架温度对西兰花感官评分的影响

感官评分可直接描述果蔬品质与商品价值，分值的高低是衡量保鲜效果的重要标准[26]。不同货架温度对西兰花感官评分的影响如图1 所示。

图1 货架温度对西兰花感官评分的影响Fig.1 Effect of shelf temperature on sensory score of broccoli

由图1 可知，20 ℃货架温度下的西兰花在0～1 d品质下降速率最快（k=1.3），花球在第2 天开始出现黄化和褐色斑点，第4 天时腐烂严重并失去商品价值。10 ℃货架温度下的西兰花在2 d～4 d 和6 d～8 d 评分下降速率最快（k=0.5），花球在4 d 后出现黄化并在第10 天失去商品价值。相较于其它两组，4 ℃下的西兰花感官品质最佳，0～9 d 时感官评分均为5，12 d 后方出现明显下降（k=0.28），货架期能有效延长至21 d。综上可得，低温能推迟西兰花的黄化时间，延缓花球腐烂速率并保证优良的感官品质。该结果与Erika 等[8]的研究一致。

2.2 货架温度对西兰花失重率的影响

随着货架时间的延长，西兰花由于自身呼吸及蒸腾作用的影响，重量损失增加，品质下降明显。货架温度对西兰花失重率的影响由图2 所示。

图2 货架温度对西兰花失重率的影响Fig.2 Effect of shelf temperature on weight lose of broccoli

在整个货架期间，各组西兰花的失重率随货架时间的延长而升高，20 ℃货架温度的失重率显著高于其余两组（P<0.05），并在第4 天增至4.26%后失去商品价值。4 ℃和10 ℃下西兰花的失重率始终保持在较低水平，最大值分别为1.26%、1.86%。因此，低温可有效延缓失重率的增长速度，进而保证西兰花货架品质，这与温度对鲜切菠菜失重率的影响效果一致[16]。

2.3 货架温度对西兰花色差值的影响

色差值是判断果蔬颜色变化的重要指标，L*与-a/b 值可直观反映西兰花的新鲜度与保绿程度[26]。货架温度对西兰花色差值的影响如图3 所示。

由图3 可知，不同货架温度下西兰花的L*值总体呈上升趋势，各组差异显著（P<0.05）。其中，20 ℃处理组的上升速率最快，4 d 即达58.83。在6 d～9 d 架期间4 ℃处理组的L*值有下降趋势，其原因可能为西兰花失水造成[24]。各处理组的-a/b 值逐渐下降且差异显著（P<0.05），其中4 ℃下降速率最慢。上述结果与感官评分相符（图1），由此表明低温能延缓西兰花转黄速度，进而保证良好的感官品质和商品价值。

图3 货架温度对西兰花L*值、-a/b 值的影响Fig.3 Effect of shelf temperature on L*value and-a/b value of broccoli

2.4 货架温度对西兰花叶绿素的影响

叶绿素是高等植物进行光合作用的重要色素，也是衡量绿色蔬菜品质的指标之一。西兰花在货架期间的颜色变化情况也与叶绿素含量密切相关。货架温度对西兰花叶绿素的影响如图4 所示。

图4 货架温度对西兰花叶绿素含量的影响Fig.4 Effect of shelf temperature on chlorophyll content of broccoli

由图4 可知，货架温度可显著影响西兰花叶绿素的下降速度（P<0.05），且货架温度的高低与下降速率呈正相关。20 ℃下的西兰花叶绿素含量在0～2 d 下降速率最快，1 d 即降低54.7%，而4 ℃和10 ℃分别下降22.3%、32.7%。与其他温度相比，4 ℃护绿效果最好，西兰花在12 d 仍能维持较高水平，且4 ℃下放置18 d与10 ℃下放置8 d、20 ℃下放置3 d 的叶绿素含量相当，这与Jia 等[27]的研究结论一致。上述结果可进一步证明低温能减缓叶绿素的降解速度，进而维持西兰花的营养成分。

2.5 货架温度对西兰花呼吸强度的影响

呼吸作用是造成西兰花在货架期间生理变化的主要原因，其强度的大小可为西兰花的保鲜效果提供重要参考[28]。货架温度对西兰花呼吸强度的影响见图5。

图5 货架温度对西兰花呼吸强度的影响Fig.5 Effect of shelf temperature on respiration intensity of broccoli

从图5 可看出，20 ℃下的西兰花在0～2 d 呼吸作用旺盛，并于第2 天达到最高峰值148.7 mg CO2/（kg·h）。货架初期，4 ℃和10 ℃下西兰花的呼吸强度由于低温作用而呈下降趋势[29]，10 ℃下的西兰花于第8 天达到最高峰值69.0 mg CO2/（kg·h），比20 ℃推迟了6 d；4 ℃的西兰花则在15 d 出现呼吸高峰，呼吸强度为45.2 mg CO2/（kg·h）。上述结果表明，低温可有效降低西兰花呼吸强度、推迟呼吸跃变的启动，进而降低其生理指标变化速率，延长货架期寿命。这与Chairat 等[28]研究的温度对CO2产生速率的影响结果相符。

2.6 货架温度对西兰花乙烯释放速率的影响

乙烯作为重要内源性激素，其释放量的高低可有效反映果蔬的成熟与衰老程度。货架温度对西兰花乙烯释放率的影响见图6。

从图6 可看出，各温度条件下西兰花的乙烯释放量随货架期的延长而增加。该趋势与不同温度对猕猴桃乙烯释放量影响的研究结果相似[30]。与20 ℃的急剧上升相比，4 ℃和10 ℃下西兰花的乙烯释放量受到明显抑制，峰值各出现于21 d 和6 d，其值分别为2.18 μL/（kg·h）和3.30 μL/（kg·h），这与呼吸强度（图5）的变化相对应。综上可知，较低的货架温度可有效抑制乙烯释放量，推迟释放峰值出现时间，进而延缓西兰花衰老。

图6 货架温度对西兰花乙烯释放率的影响Fig.6 Effect of shelf temperature on ethylene formation rate of broccoli

2.7 动力学分析及货架期模型的预测

由于感官品质会作为消费者购买的决定性因素[26]，故将感官评分作为中间指标，建立其与测量指标的关联程度，进而筛选出适宜指标来构建货架期预测模型。不同货架温度下西兰花感官评分与其他测量指标间的相关性见表3。

表3 不同货架温度下西兰花感官评分与其他测量指标间的相关性Table 3 Correlation coefficient between sensory score and other parameters of broccoli under different shelf life temperature

从表3 可看出，各组西兰花的失重率和叶绿素均与感官得分呈极显著相关性（P<0.01）。故选取失重率和叶绿素来建立品质学动力模型，以便更好地预测西兰花的货架期限。

2.7.1 动力学分析

西兰花品质指标的衰变函数大多符合零级或一级动力学反应模型[31]，因此将叶绿素和失重率的测量值分别带入（1）、（2）式中，通过 Origin8.5 进行线性和非线性拟合，所得结果如表4 所示。依据表4 中R2均值结果，决定采用一级动力学研究西兰花中叶绿素的变化，用零级动力学进行失重率的研究。

2.7.2 货架期模型的建立

根据西兰花在4、10、20 ℃货架温度下叶绿素、失重率的变化，按照公式（4）进行线性拟合，以1/T 为横坐标，lnk 为纵坐标作图，其中叶绿素以ln（-k）为纵坐标。由此可得指前因子k0、活化能Ea等模型参数，具体数值如表5 所示。

表4 零级和一级动力学反应速率常数k 及决定系数R2Table 4 Zero and first-order kinetic reaction rate constants k and coefficient of determination R2

表5 品质指标货架期预测模型参数Table 5 The parameter of prediction model for the shelf-life

将表 5 中的结果带入公式（5）、（6）可得货架期模型如下：

式中：Cchlo、为西兰花达货架期终点时叶绿素的测定值；CWL为西兰花达货架期终点时失重率的测定值；SLchlo为叶绿素含量货架期预测模型；SLWL为失重率货架期预测模型。

2.7.3 货架期模型的验证

以消费者对产品的接受度作为货架期的终点，依据图1 感官评分结果，综合色泽、气味等多方面因素，确定当感官评分降至3 分时为样品的货架期终点，各温度下的货架期终点时间记为货架期实测值[32]。将感官评分为3 时，各温度的下叶绿素和失重率带入（7）、（8）式，即得货架期预测值。不同温度下品质指标的实测值与预测值见表6。

表6 不同温度下品质指标的实测值与预测值Table 6 Experimental and predicted quality values under different temperature

表6 反映了预测值与实测值的分析比较结果。由表6 可知，叶绿素模型的预测值在20 ℃下误差较高（60%），但在4 ℃和10 ℃下的相对误差均优于失重率。这说明构建的叶绿素和失重率模型可在一定条件下较好预测西兰花的货架期。其中，SLchlo在低温条件下预测更准确，而SLWL平均相对误差较小，仅为8.75%。

3 结论

本试验探究了不同货架温度（4、10、20 ℃）对西兰花采后品质的影响。结果表明，4 ℃和10 ℃低温条件能延缓西兰花的转黄与叶绿素下降速率，抑制呼吸强度和乙烯释放量的上升，并能推迟峰值的出现时间，从而保证西兰花的货架品质与营养价值。其中4 ℃保鲜效果最好，能有效延长西兰花货架期至21 d。试验另将Arrhenius 方程与化学动力学反应相结合，通过叶绿素和失重率来建立西兰花货架期预测模型。结果发现，叶绿素和失重率的预测模型相关系数分别为0.969 94、0.901 33，SLchlo在低温条件下预测更准确（<10%），但平均相对误差比SLWL高15.93%。故两种模型相结合可获得更准确的预测参数，进而为西兰花货架期监测提供理论基础。