不同氧分压和相对湿度气调冰箱对4种蔬菜保鲜效果的影响

崔伊，谷雨阁，郭慧媛

（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）

蔬菜是人体营养物质的主要来源之一，在国民膳食结构中不容忽视。合理饮食离不开蔬菜的适量摄入。相关数据显示，由于缺乏及时有效的保藏和利用，我国每年腐烂变质蔬菜高达8 000万t[1]；且随着人民生活水平的提高和健康观念的不断深入，人们更加关注食材的品质和安全，并对食材的新鲜程度和风味口感提出了更高的要求。因此研究和发展家用冰箱保鲜技术以延缓品质劣变，提高蔬菜贮藏期间品质，对提高我国蔬菜综合利用、改善人民生活品质具有重要意义。

冰箱作为家庭保鲜食物的重要载体，其影响蔬菜贮藏品质变化的关键因素为温度、相对湿度及气体成分[2]。目前的普通冰箱能够调控温度，但由于缺少湿度控制装置，冰箱湿度控制在30%～70%之间[3]，不符合蔬菜的最佳贮藏湿度范围（一般为85%～90%），且湿度波动较大；除此之外，冰箱运行时的气体组分和湿度也会受到冰箱门开关造成的影响，进而对蔬菜的贮藏品质产生不利影响。

为此，新型气调冰箱利用红外传感器对不同功能区精准控温，应用独特的富氧膜分离（Membrane Separation Atmosphere，MSA）技术综合调节氧分压和相对湿度，提高蔬菜的保鲜效果[4]。根据气体溶解度和扩散系数的不同，氧气和氮气的渗透速率不同。在气泵的作用下，氧气的渗透速率较快而排出，从而降低冰箱氧分压。但在冰箱工作过程中，气体渗透的同时会有水分的散失，进而造成冰箱相对湿度的被动调控。此外，新型气调冰箱抽屉滑轨自锁密封结构能够长期使蔬菜贮藏在特定较低氧分压、较高相对湿度环境下。目前，关于冰箱的温度和相对湿度因素对食品的保鲜效果的研究较多[5]，而对于冰箱气体成分调节的研究相对较少。为获得蔬菜最佳保鲜效果，新型气调冰箱综合调节氧分压和相对湿度的条件参数是研究的关键。

为了探究新型气调冰箱低氧分压与高湿度综合作用对蔬菜保鲜效果的影响，以不同氧分压和相对湿度的气调冰箱为研究对象，分别选取叶菜、果菜、茎菜中代表性蔬菜（生菜、蒜薹、菠菜、黄瓜），测定在贮藏期间（0、3、6、9、12 d）理化品质、生理代谢和微生物的变化，研究三种不同新型气调冰箱（A1：氧分压21%，相对湿度90%；A2：氧分压18%，相对湿度88%；A3：氧分压15%，相对湿度86%）对蔬菜品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

试验用材料菠菜、生菜、黄瓜和蒜薹购于北京美廉美超市（学清路店）。挑选大小均匀、成熟度一致、无病虫害、无机械损伤的蔬菜样品。

1.1.2 试剂

浓盐酸、甲醇色谱纯、酒石酸钾钠、氢氧化钠、冰醋酸、无水醋酸钠、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、TritonX-100、愈创木酚、过氧化氢、邻苯二酚、孟加拉红琼脂、磷酸盐缓冲液、平板计数琼脂培养基、无菌生理盐水。以上试剂，无特殊说明外均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AR5120型精密电子天平，美国OHAUS公司；PAL-1型数显糖度仪，日本Atago公司；DDS-11A台式电导率仪，上海精密仪器仪表有限公司；LDZX型立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂；DK-S28型电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；Centrifuge 5415D型离心机，德国Eppendorf公司；THZ-C型恒温振荡器，太仓市实验设备厂；SW-CJ-ICU型洁净工作台，江苏苏净集团有限公司；UV1240型紫外-可见光分光光度计，日本Shimadzu公司；SPX-400型智能型生化培养箱，宁波江南仪器厂。

BCD-520WICAU1实验冰箱：参数为温度4 ℃，A1冰箱：氧分压21.0%～21.5%，相对湿度90%～92%；A2冰箱：氧分压18.0%～18.5%，相对湿度87%～89%；A3冰箱：氧分压15.0%～15.5%，相对湿度84%～86%，样品放置于气调室中。

BCD-728WDCA普通冰箱：参数为温度4 ℃，氧分压21.0%～21.5%，相对湿度82.0%～83.0%。

1.3 方法

1.3.1 样品处理及保鲜

四种新鲜蔬菜分别去除泥沙、表面多余水分和萎蔫损坏部分。将各种蔬菜分成4组，分别放入无菌袋中开口放入冰箱的冷藏室贮藏，贮藏时间为12 d，分别于贮藏0、3、6、9、12 d取出蔬菜样品，进行测定。贮藏期间内，为保证气调贮藏效果，每天开关冰箱箱门各1次。

1.3.2 失重率测定

采用称质量法，通过精密电子天平进行称量。按照以下公式计算样品失重率。

式中：

R——样品失重率，%；

W0——样品初始质量，g；

W1——每次测定的最终质量，g。

1.3.3 营养指标测定

1.3.3.1 可溶性固形物的测定

采用数显糖度计测定。在蔬菜不同部位均匀取汁液数滴，用数显糖度计直接测定。

1.3.3.2 总酚的测定

采用曹建康等[6]的方法，用紫外分光光度法测定总酚。称取2.0 g果蔬组织样品，加入预冷的φ=1%HCl-甲醇溶液在冰浴条件下充分匀浆，并于4 ℃离心提取上清液，在波长280 nm下测定溶液的吸光值。以每克果蔬组织在波长280 nm处吸光度值表示总酚含量。

1.3.4 生理代谢指标测定

1.3.4.1 细胞膜渗透率的测定

用纱布擦净样品，用打孔器取直径8 mm、大小相同的圆片，共称取2.0 g。采用曹建康等[6]的方法，用电导率仪测定，每个试验组重复做3次。按照以下公式计算细胞膜渗透率。

式中：

γe——细胞膜渗透率，%。

Y1——蔬菜组织提取液电导率；

Y0——蔬菜组织加热死亡后提取液的电导率。

1.3.4.2 过氧化物酶活性的测定

采用愈创木酚氧化法测定[7]过氧化物酶活性，称取5.0 g果蔬组织样品，加入5.0 mL提取缓冲液在冰浴条件下研磨成匀浆，于4 ℃、12 000 r/min离心30 min后收集上清液。取0.5 mL酶提取液加入3.0 mL 25 mmol/L愈创木酚溶液和200 μL 0.5 mol/L H2O2溶液反应并开始计时，在反应15 s时开始记录反应体系在波长470 nm处吸光值，每间隔1 min记录一次并连续测定获取至少6个点数据，重复三次。以每毫克果蔬样品每分钟吸光度变化值增加1为1个活性单位，计算公式为：

式中：

U1——过氧化物酶活性，ΔOD470/(min·mg)；

ΔOD470——每分钟反应混合液吸光度变化值；

V1——提取液体积，mL；

Vs1——吸取样品液体积，mL；

m1——样品质量，g。

1.3.4.3 多酚氧化酶活性的计算

采用邻苯二酚氧化法测定[8]多酚氧化酶活性，称取5.0 g果蔬组织样品，加入5.0 mL提取缓冲液在冰浴条件下研磨成匀浆，于4 ℃、12 000 r/min离心30 min后收集上清液。取100 μL酶提取液加入4.0 mL 50 mmol/L、pH值5.5的乙酸-乙酸钠缓冲液和1.0 mL 50 mmol/L邻苯二酚溶液反应并开始计时，在反应15 s时开始记录反应体系在波长420 nm处吸光值，每间隔1 min记录一次并连续测定获取至少6个点数据，重复三次。以每毫克果蔬样品每分钟吸光度变化值增加1为1个活性单位，计算公式为：

式中：

U2——多酚氧化酶活性，ΔOD420/(min·mg)；

ΔOD420——每分钟反应混合液吸光度变化值；

V2——提取液体积，mL；

Vs2——吸取样品液体积，mL；

m2——样品质量，g。

1.3.4.4 霉菌和酵母菌测定

参照GB 4789.15食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数测定方法测定[9]。

1.3.5 数据分析

实验各指标测定设3个平行，实验数据为3次重复试验的平均值±标准差，实验数据采用Excel 2019、R 4.2.0、GraphPad Prism 8软件进行统计分析与制图：同一时间下，不同冰箱冷藏条件间采用单因素方差分析伴随Duncan多重检验，以P＜0.05为显著性标准。贮藏12 d的蔬菜样品与新鲜蔬菜间的差异采用t检验，在表中用*、**、***表示与新鲜蔬菜间存在显著性差异（分别代表P＜0.05、P＜0.01、P＜0.001）。

2 结果与分析

2.1 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜失重率的影响

失重率是反映蔬菜新鲜程度的重要指标，抑制细胞呼吸和叶片的蒸腾作用对保持蔬菜水分和新鲜状态具有重要作用。在贮藏期间，新型气调冰箱低氧分压和高湿度综合调节能够有效抑制蔬菜呼吸作用和蒸腾作用，进而降低其失重率并维持新鲜状态[10]。四种蔬菜在贮藏期间的失重率变化见图1。

图1 冷藏过程中菠菜（a）、生菜（b）、黄瓜（c）、蒜薹（d）失重率的变化Fig.1 The change of weight loss rate of spinach (a), lettuce (b),cucumber (c), garlic moss (d) during cold storage

图1可以看出，随着贮藏时间的增加，失重率均上升。以菠菜和生菜为代表的叶菜类蔬菜失重率最高，且在普通冰箱和气调冰箱中差别也最大。经测定，普通冰箱内叶菜类失重率高达30%～40%，而气调冰箱内蔬菜失重率仅8%～12%，A3冰箱内贮藏的叶菜类则不到10%。黄瓜、蒜薹在气调冰箱内失重率仅在5%以下。王剑功等[2]的研究证明普通冰箱内贮藏的叶菜失重率是高湿度冰箱组的1.35～1.99倍，发现高湿度冰箱在延长果蔬贮藏期的重要作用，本研究所得普通冰箱叶菜失重率是气调冰箱组的3.16～4.55倍左右，其原因主要是气调冰箱组增加氧分压控制因素，可更好地降低叶菜失重率。由于叶菜类比表面积大所造成的呼吸速率与蒸腾速率较强，导致其失重率较高。而黄瓜和蒜薹比表面积较小，外皮较紧实，呼吸和蒸腾速率较小，因此失重率较低。

蔬菜外观品质的变化直接影响着其商品价值的高低，同时在一定程度上可以反映蔬菜贮藏失重率的变化，不同冰箱中四种蔬菜的表观品质变化见图2。

图2 冷藏过程中菠菜（a）、生菜（b）、黄瓜（c）、蒜薹（d）外观品质的变化Fig.2 Changes of appearance quality of spinach (a), lettuce (b),cucumber (c), garlic moss (d) during cold storage

蔬菜采后贮藏期间新陈代谢和呼吸作用旺盛，快速消耗营养物质，外观品质变化大[11]。图2看出，在贮藏末期蔬菜在普通冰箱中失去光泽、颜色变深，明显失水变小，表面萎蔫且褐变明显，而在3台气调冰箱中的蔬菜较为新鲜，色泽变淡但仍有清香味，形态良好，气调冰箱对蔬菜外观品质的保藏效果更佳。

可溶性固形物含量直接反映果蔬成熟程度和贮藏过程中的品质状况[12]。淀粉和可溶性固形物之间的相互转化，与糖类物质在蔬菜体内合成、运输以及代谢调控有关[13]。

从表1可以看出，贮藏12 d后，气调冰箱内蔬菜的可溶性固形物与普通冰箱相比有显著性差异（P＜0.05）。但与贮藏0 d相比，气调冰箱贮藏12 d的蔬菜可溶性固形物无明显差异。在贮藏12 d后四种蔬菜可溶性固形物含量变化趋势不同。黄瓜在贮藏12 d后可溶性固形物含量下降，其中普通冰箱可溶性固形物含量显著低于气调冰箱A1、A2、A3组（P＜0.05）；A3组可溶性固形物含量变化最小，仅下降了21.28%。而菠菜、生菜、蒜薹三种蔬菜在贮藏12 d后可溶性固形物含量上升，普通冰箱可溶性固形物含量显著高于A1、A2、A3组且具有显著性差异（P＜0.05）。

表1 冷藏过程中四种蔬菜可溶性固形物含量的变化（%）Table 1 Changes of soluble solid content in four kinds of vegetables during cold storage (%)

不同蔬菜贮藏时成熟度不同，可溶性固形物含量不同，不同样品可溶性固形物含量可能增加或减少。在贮藏前期，蔬菜中淀粉和纤维素在酶的作用下降解为可溶性糖，可溶性固形物积累量增多；在贮藏后期，呼吸作用强，消耗产能加快，可溶性固形物出现下降趋势[14]。王勇等[15]研究紫苏可溶性固形物含量与冰点温度的关系发现，可溶性固形物与蔬菜贮藏冰点温度变化关系密切，冰点温度因蔬菜可溶性固形物含量升高而呈现明显的下降趋势，有利于果蔬贮藏防冻，这与本研究中蔬菜在气调冰箱内贮藏可溶性固形物含量上升一致。随着贮藏时间延长，蔬菜呼吸作用消耗营养物质，可溶性固形物含量下降，蔬菜品质降低[16]。

2.2 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜营养指标的影响

2.2.1 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜可溶性固形物的影响

2.2.2 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜总酚的影响

蔬菜中含有丰富的酚类化合物，在抗氧化过程中发挥着重要的作用[17]。气调冷藏对多酚的影响取决于蔬菜的类型，在贮藏过程中蔬菜中的总酚含量的变化规律往往不同[18]。

由表2可知，与新鲜蔬菜相比，贮藏12 d蔬菜总酚含量变化明显，不同蔬菜的多酚变化不同。气调冰箱内贮藏的四种蔬菜总酚含量均显著高于普通冰箱（P＜0.05）。A2冰箱内贮藏12 d的黄瓜和蒜薹总酚含量下降，蒜薹总酚损失率仅为18.60%。A3冰箱内贮藏12 d的菠菜和生菜总酚含量增加，菠菜总酚含量增加了46.48%，生菜总酚含量增加了56.19%，与其他气调冰箱之间具有显著性差异（P＜0.05），说明A2、A3冰箱的气调保鲜调控效果最好。与普通冰箱相比，气调冰箱内贮藏的菠菜多酚含量明显上升（P＜0.05），与糖类、有机酸等转化为合成酚类物质的底物有关[19]。A2气调冰箱对果菜（黄瓜）和茎菜（蒜薹）总酚的保存效果较好，而A3气调冰箱对叶菜类（菠菜和生菜）总酚的保存效果较好。

表2 冷藏过程中四种蔬菜的总酚含量的变化（mg/g）Table 2 Changes of total phenolics in four vegetables during cold storage (mg/g)

2.3 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜生理代谢的影响

2.3.1 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜细胞膜渗透率的影响

细胞膜对细胞内微环境的稳定和生物的正常新陈代谢至关重要，生物膜通透性的增加会使胞内电解质外渗，进而影响蔬菜组织细胞内环境稳态失衡, 导致组织结构的显著变化[20]。细胞膜电解质的渗透率是细胞活性大小的重要指标之一[21]，因此细胞膜渗透率是反映蔬菜在低温贮藏期间的细胞衰老的重要指标[22]。

由表3可以看出与新鲜蔬菜相比，气调冷藏保鲜条件下蔬菜细胞膜渗透率均有所上升，出现不同程度的组织损伤。A3冰箱内生菜的细胞膜渗透率为18.65%，与贮藏0 d相比无显著性差异（P＜0.05）。与其他气调冰箱相比，A3冰箱内贮藏12 d的蔬菜细胞膜渗透率渗透率变化较小，说明A3冰箱对蔬菜组织细胞影响较小，气调保鲜效果最好。张苹苹等[23]研究也发现，罗汉果在4 ℃低温下，氧分压为2%～3%、二氧化碳分压为5%的气调冰箱内长时间贮藏细胞膜渗透率为14.90%，有利于罗汉果的长期贮藏，说明气调贮藏在蔬菜贮藏中的广泛应用。

表3 冷藏过程中四种蔬菜的细胞膜渗透率变化（%）Table 3 Changes of cell membrane permeability of four vegetables during cold storage (%)

表4 贮藏12 d样品表面霉菌、酵母菌含量（lg CFU/g）Table 4 The content of mold and yeast on the surface of samples stored for 12 days (lg CFU/g)

2.3.2 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜酶活性的影响

2.3.2.1 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜过氧化物酶活性的影响

过氧化物酶（Peroxidase，POD）在自然界中广泛存在，可催化蔬菜氧化还原反应发生褐变，降低蔬菜的商品价值[24]。蔬菜中大部分的褐变与POD酶的活力有关[25]。POD酶主要起到降解H2O2的作用，避免对细胞膜产生伤害，其活性主要受到氧气浓度的影响。一般情况下，在进行低温处理或遭受低温胁迫情况下，冷敏植物的酶系统表现差异较大[24]，黄瓜是典型的冷敏性果蔬[26]，因此对生菜、菠菜、蒜薹的POD酶活性进行测定。

从图3生菜、菠菜、蒜薹三种蔬菜POD活性变化可以看出，贮藏过程中POD酶活性呈现先上升后下降的趋势，均在贮藏6 d时到达峰值。A3条件下的菠菜在贮藏12 d过程中，POD酶活性始终最低，最高值仅为4.89 ∆OD470/(min·mg)。在贮藏至12 d时，A3冰箱内菠菜POD酶活性仅为0.93 ∆OD470/(min·mg)，显著低于其余两组（P＜0.05）。由于低氧分压对POD酶活性的抑制作用较强，A3氧分压最低，因此A3中贮藏的菠菜酶活性最低。贮藏前期，低温胁迫导致蔬菜POD酶活性增强，维持体内活性氧代谢平衡，一定程度上提高蔬菜的耐受性[27]。贮藏后期，POD酶活性紊乱导致活性氧代谢失调，活性氧在果蔬组织中过度积累加重对果蔬细胞结构的破坏，影响果蔬生理代谢[28]。较低的氧分压也对POD酶活性起到一定的抑制作用。

图3 冷藏过程中菠菜（a）、生菜（b）、蒜薹（c）的POD酶活性变化Fig.3 Changes of POD activity of spinach (a), lettuce (b) and garlic sprouts (c) during cold storage

2.3.2.2 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜多酚氧化酶活性的影响

多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）与组织褐变关系密切，PPO酶对酚类物质氧化起催化作用并促使形成棕褐色的聚合物质[29]。不同蔬菜其褐变的主要酚类物质均有所不同，导致酶褐变活性也有所差异。根据王清章等[30]的研究，O2浓度的下降会抑制多酚氧化酶的活性，进而抑制多酚氧化酶催化的酚氧化过程，阻止蔬菜褐变反应，更好保持贮藏过程中蔬菜品质。低温处理条件下黄瓜酶系统表现不稳定[25]，因此对生菜、菠菜、蒜薹的PPO酶活性进行测定。

如图4所示生菜、菠菜、蒜薹三种蔬菜PPO酶活性变化，贮藏过程中生菜、菠菜、蒜薹PPO酶活性变化呈现上升趋势。张苹苹等[23]研究发现，气调贮藏60 d过程中罗汉果果实PPO酶活性呈现先上升后下降趋势，存在峰值。本研究可能由于贮藏时间较短，PPO酶活性处于上升趋势且未到达峰值。低温是影响PPO基因表达的关键因素，能够促进PPO基因的表达，增加酶的表达量并进一步促进酶活化，进而使酶促褐变反应速度加快。通常在植物中存在的为非活性状态的PPO酶，在外界刺激作用的情况下易活化后具有活性[31]。在12 d贮藏过程中，蔬菜在A3实验条件下PPO酶活性始终最低，是因为氧分压的降低增强了对PPO酶活性的抑制作用。

图4 冷藏过程中菠菜（a）、生菜（b）、蒜薹（c）PPO酶活性变化Fig.4 Changes of PPO activity in spinach (a), lettuce (b) and garlic sprouts (c) during cold storage

2.4 不同氧分压和相对湿度气调冰箱对蔬菜表面微生物的影响

新鲜蔬菜丰富的营养素有利于微生物的生长繁殖，加速蔬菜腐败变质，通过控制环境温度、氧浓度、水分活度等影响微生物生长繁殖条件[32]。研究发现，低温、低氧分压和低湿度能够有效减缓微生物的生长和繁殖速度[33,34]，有利于蔬菜品质的保持。

通过对比试验冰箱和对照冰箱贮藏12 d后蔬菜表面霉菌、酵母菌的差异，可以看出普通冰箱中四种蔬菜样品的微生物数量最低且具有显著性差异（P＜0.05），而A1和A2冰箱中四种蔬菜霉菌、酵母菌含量相对较高。钟立青等[34]研究发现，相对湿度对真菌的传播有重要的作用，提高环境的相对湿度，会造成真菌的快速繁殖。对比相同氧分压、不同湿度的普通与A1冰箱，湿度较高的A1冰箱内霉菌、酵母菌生长较快。在三台试验冰箱中，A1和A2冰箱中四种蔬菜霉菌、酵母菌含量较高，而A3冰箱中四种蔬菜霉菌、酵母菌含量较低。可见低氧分压、低湿度的协调作用共同抑制蔬菜表面霉菌酵母菌的繁殖。

3 结论

本文以具有代表性的叶菜类的生菜、菠菜，茎菜类的蒜薹和果菜类的黄瓜为研究对象，研究了4种蔬菜在不同参数的试验冰箱中贮藏12 d的品质变化，以期了解新型气调冰箱对蔬菜保鲜效果的影响。

通过比较分析不同指标试验结果发现：与普通冰箱相比，在气调冰箱中贮藏12 d的蔬菜品质保持较好。气调冰箱能有效抑制蔬菜水分的散失，蔬菜失重率仅为8%～12%，A3冰箱内贮藏的叶菜类则低于10%。保持蔬菜的良好外观品质，有效提高蔬菜可溶性固形物、总酚、还原糖的保存率。与普通冰箱相比，气调冰箱内贮藏的蔬菜细胞膜渗透率低，组织结构较为完整。同时气调冰箱对蔬菜POD酶活性抑制作用较强，较大程度抑制PPO酶活性，进而改善蔬菜褐变。氧分压15%，相对湿度86%的A3气调冰箱保鲜效果最好。气调冰箱贮藏条件下霉菌、酵母菌含量相对较高。与A1、A2冰箱相比，低氧分压、低湿度的A3冰箱内蔬菜表面的微生物含量相对较少，可见A3冰箱对蔬菜具有良好的气调保鲜效果。

气调冰箱对蔬菜的保鲜作用可能因蔬菜品种、成熟度的不同而不同，气调技术会导致相对湿度的被动调控，对蔬菜保鲜效果的影响是温度、湿度的综合作用的结果。因此，气调冰箱保鲜技术应进一步优化，实现氧分压和相对湿度的单因素控制，保证蔬菜贮藏的品质最优化。