微酸性电解水浸渍对天麻鲜切片贮藏品质影响的动力学研究

邓秋秋，庞文婷，亢凯杰，高 晴，和劲松

（云南农业大学食品科学技术学院，云南昆明 650201）

天麻（Gastrodiaelata），又名赤箭、独摇芝、离母等，为兰科天麻属植物，立冬后至次年清明前采挖（以冬麻为好），是著名的中药材，早在二千多年前就已入药，以云南昭通产者为优。2020 年，天麻被列入食药物质目录[1]，这意味着天麻在食品方面将会有更多的发展。目前天麻深加工技术缺乏，结合天麻的特性，市场主要以干制的初加工天麻为主进行销售。作为干制的天麻食品，丧失了其感官品质和口感要求，无法满足消费者的需求。鲜食天麻产品市场需求扩大，这为天麻产品的开发提供新的方向，鲜切天麻产品成为天麻产品开发新的方向。天麻鲜品具有很高的营养价值和功效，但天麻鲜品不耐贮藏，极易腐烂，常温一般只能存放3～5 d[2]。天麻鲜切片接触外界又容易造成褐变、腐败等不利影响，同时造成品质的衰变。针对天麻的品质特性将天麻鲜切片贮藏过程中的关键问题分为内部因素：自身代谢活动，如褐变；外部因素：微生物污染。现有的天麻鲜切片储藏手段成本高、添加剂使用造成潜在风险，为减缓天麻鲜切片在储藏过程中外观品质以及功效物质的衰变速度[2]，所以急需一种初加工的天麻鲜切片保真工艺。

近些年来，微酸性电解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW）被应用到许多领域，在食品领域也有涉及，具有瞬时、广谱、高效、安全、无残留等杀菌特点,且对皮肤无刺激性，已于2002 年6 月被日本厚生劳动省认定为食品添加物[3]。Park 等[4]、Issazacharia 等[5]、Okanda 等[6]、唐志龙等[7]发现SAEW 能有效抑制或杀灭鲜切果蔬表面的病原性微生物。目前国内外关于SAEW 的研究主要集中在杀菌效果、杀菌机理以及贮藏条件的探讨，对杀菌过程的动力学分析鲜有报道[8]。此外部分学者系统研究了SAEW对各类微生物的杀灭作用，但SAEW 对食材品质的影响未作深入探讨[9]。本实验将利用SAEW 新的使用方式（长期浸渍）对天麻鲜切片进行处理，研究浸渍过程中天麻鲜切片的品质衰变情况，探讨SAEW 浸渍对天麻鲜切片的保真工艺效果。

本实验建立了用于直接表征褐变度的测定方法，经过方法学论证准确、可靠，可用于直接表征褐变度，可作为天麻鲜切片的褐变情况评判标准；其次是将电解水以长期浸渍的方法进行天麻鲜切片处理，能持续性对天麻鲜切片进行作用，减缓品质衰变速度。因此本文探讨了SAEW 浸渍处理对天麻鲜切片贮藏品质的影响因素及其变化规律，在此基础上对天麻鲜切片理化指标及营养指标进行动力学分析。动力学模型系统可对贮藏过程中任一时期的指标变化情况进行实时监控，相关结果可对天麻鲜切片贮藏过程品质变化趋势预测提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜天麻（冬麻）云南省昭通市彝良县小草坝，采购后在4 ℃条件下贮藏备用；氯化钠、盐酸、硫代硫酸钠、苯酚、葡萄糖等分析纯、乙腈（色谱纯）天津市风船化学试剂科技有限公司；乙醇 分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。

HD-240LSAEW 生成机 上海旺旺集团；PL303分析天平 上海梅特勒-托利多仪器有限公司；YXQSG41-280A 高压蒸汽灭菌锅 上海生银医疗仪器仪表有限公司；HPX-9272ME 数显电热培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；JJCJ-CJ-1FD 超洁净工作台 苏州市金净净化设备科技有限公司；HC-2062 高速离心机 安徽中科中佳科技仪器有限公司；HH-6 电热恒温水浴锅 常州市普达科学仪器有限公司；UV-1800 紫外可见分光光度计 翱艺仪器上海有限公司；UItiMate3000 高效液相色谱 安捷伦科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 SAEW 的制备 SAEW 采用HD-240LSAEW生成机制成；通过电流的变化，可以反映出SAEW 中有效氯浓度（ACC）的变化，采用碘量法[10]测定有效氯浓度。

1.2.2 样品处理 将试样新鲜天麻用自来水洗净、擦干后进行削皮切片，之后用圆柱形模具压片成直径3 cm，厚度5 mm。首先，精密称取1 g 天麻装入15×22 cm 真空密封袋，按料液比（1:1、1:3、1:5 g/mL）加入参数为有效氯浓度30.2 mg/L，水流速度4.0 L/min，电流1.3 A 的SAEW 溶液，分组，每组设三个平行。其次，精密称取150 g 天麻装入15×22 cm 真空密封袋，记为未处理组。最后，将各天麻样品置于4 ℃冷库中进行保藏，每4 d 换同参数SAEW 溶液（保证有效氯浓度保持在一定范围）并取样进行各指标测定，每组3 个平行样，取平均值。

1.2.3 腐烂指数的测定 按料液比（1:1、1:3、1:5 g/mL）、未处理分组，称取50 g 左右天麻鲜切片装入真空密封袋，每组设3 个平行，于4 ℃冷库储藏；每4 d 换水一次。测定腐烂指数时，取出鲜切片擦干表面水分，整齐放置在白纸上于同一高度拍照，每个样品测定一次。使用ImageJ 软件处理。按照公式（1）计算：

腐烂级别分级依据表1[11]。

表1 腐烂分级标准Table 1 Rot grading standard

1.2.4 褐变度的测定

1.2.4.1 方法建立 褐变度方程的建立：以天冬酰胺和葡萄糖作为原料，用pH6.8 的磷酸盐缓冲溶液分别配制1 mol/L 的葡萄糖溶液和0.2 mol/L 的天冬酰胺溶液，取等摩尔比的葡萄糖溶液与天冬酰胺溶液于20 mL 耐热试管中密封。在140 ℃下油浴中分别加热5、10、15、20、25、30 min。将反应液稀释15 倍后利用分光色差仪测定L*、a*、b*值，同时于420 nm 处测定其吸光度（A），并计算褐变度（BD）：BD=10×A。每个样品3 个平行样，取平均值。利用Box-Behnken Design，以L*、a*、b*作为三因素，褐变度作为响应值，建立褐变度方程式。

方法论证：分别配制0.111、0.118、0.125、0.133、0.143、0.154、0.167、0.182、0.200、0.222 mg/mL 的褐色素溶液。以蒸馏水为空白对照（校零），于420 nm处测定吸光度，计算BD 值，以浓度为横坐标x，褐变度为纵坐标y，绘制标准曲线。并利用分光色差仪检测L*、a*、b*值，将L*、a*、b*值分别代入褐变度方程式中计算BD 值。分析以吸光度计算的BD 值与L*、a*、b*值计算的BD 值间的差异性及两者在变化趋势上的差异性。

1.2.4.2 色差测定 将不同分组样品的三个平行各取一片擦干后放置在白纸上，使用CR-400 色差计，采用国际照明委员会（Commission Internationale de L'Eclairage，CIE）的L*、a*、b*色彩空间对色差进行测定。测试时，首先让仪器充分预热，用仪器自带的白板校正后，对样品进行测定。每组三个平行，记录记录L*、a*、b*值，取平均值。L*、a*、b*分别表征了样品的黑白度、红绿度和黄蓝度，与参考点比较时∆L*为正代表白度增加，∆L*为负代表黑度增加，∆a*为正代表红色增加，∆a*为负代表绿色增加，∆b*为正代表黄色增加，∆b*为负代表蓝色增加。将L*、a*、b*带入褐变度方程计算。

1.2.5 褐变率的测定 按料液比（1:1、1:3、1:5 g/mL）、未处理进行分组，称取50 g 左右天麻鲜切片装入真空密封袋，每组设3 个平行，于4 ℃冷库储藏；每4 d换水一次。测定褐变率时，取出鲜切片擦干表面水分，整齐放置在白纸上于同一高度拍照，每个样品测定一次，每组3 个平行，取平均值。使用ImageJ 软件处理。按照公式（2）计算：

1.2.6 水分活度的测定 按照GB 5009.238-2016《食品安全国家标准 食品水分活度的测定》[12]中的水分活度仪扩散法进行测定。25 ℃，用饱和氯化钠溶液进行校准（水分活度为0.753）。取不同分组天麻鲜切片10 g，剪碎后均匀放置在水分活度仪测试盒中，测试温度25 ℃，测试时间10 min。

1.2.7 菌落总数的测定 根据国家标准GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》[13]方法。取天麻鲜切片3 g，立即放入27 mL 灭菌后的生理盐水中，震荡摇匀；选择102、103、104三个稀释梯度（12 d 后选择104、105、106）加入1 mL 菌液；之后倒入15～20 mL 平板计数培养基，培养48 h 后进行读数。

1.2.8 天麻素的测定 参考中国药典法2015 版一部[14]《药材和饮片》中天麻素的测定方法。

1.2.8.1 高效液相色谱（HPLC）分析样品前处理 精密称取1.0000 g 干燥天麻供试品（70 ℃，烘干6 h），加入烧杯中，按固液比1:20 g/mL 加入55%乙醇保鲜膜密封后，在提取温度60 °C、提取时间40 min 下进行超声提取，提取完成后3000 r/min 离心5 min、过滤，在70 ℃下减压浓缩至液体不可流动为止，加3 mL 乙腈水（3:97）溶解，定容至5 mL 容量瓶。

1.2.8.2 HPLC 标准曲线的建立 色谱条件：色谱柱Syncronis C18（250×4.6 mm×5 μg）；柱温：30 ℃；流速：1.0000 mL/min；流动相：乙腈:0.5%磷酸溶液=3:97；波长：220 nm；进样量：20 μL；进样方式：恒流。

标准曲线的制作：利用外标法测定天麻素的含量：精密称取17.5 mg 天麻素标准品，用乙腈:水=3:97 溶解，配成0.35 mg/mL 溶液，稀释成1.75 mg/mL标准溶液。取2 mL 标准溶液于进样瓶中，按进样量2、3、4、5、6、7 μL 进行天麻素测定。以质量为横坐标，峰面积为纵坐标做标准曲线。

1.2.8.3 HPLC 测样品中天麻素含量 将前处理后配制的溶液吸取2 mL 注入进样瓶，在标准曲线的条件下测定样品中天麻素含量，mg/100 g。

1.2.9 维生素C 测定 根据王丽霞[15]碘酸钾法进行测定。取天麻样品20 g 放入研钵，加入2%的HCl溶液5～10 mL，研磨均匀，移至100 mL 容量瓶用2% HCl 定容，摇匀并过滤，取1% KI 溶液2 mL、10%淀粉溶液1～2 mL 及滤液5 mL 于锥形瓶，加蒸馏水至10 mL 摇匀，用0.001 mol/L 的KIO3溶液滴定。

1.2.10 动力学分析 以未处理组作为对照，选取料液比1:1、1:3、1:5 g/mL，将天麻鲜切片SAEW 浸渍处理，在4 ℃储藏过程中测定其理化、营养指标（每4 d 测定一次，测定周期为28 d），并建立品质衰变动力学模型系统。

由于天麻鲜切片在储藏过程中，各指标变化规律存在差异性，单一模型不能使用，故本实验采用多动力学模型配合使用。腐烂指数、褐变率指标使用Asymptotic1 模型进行拟合，褐变度、天麻素含量、维生素C 含量指标使用一级反应动力学模型进行拟合，水分活度指标使用Expdec2 模型进行拟合，菌落总数指标使用Logistic 模型进行拟合。

1.3 数据处理

应用Origin 软件进行作图与非线性拟合分析，ImageJ 处理图片，Excel 软件进行数据处理，用SPSS软件对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 腐烂指数的动力学拟合

由图1 可知，天麻鲜切片随着储藏时间增加，未处理组天麻鲜切片腐烂率呈上升趋势，而SAEW 浸渍组均未出现腐烂现象，所以证明SAEW 浸渍能阻止腐烂现象。根据数据分布形态，对腐烂指数进行一阶动力学方程拟合，未处理组拟合曲线和腐烂指数数据基本重合，Asymptotic1 模型（一阶指数渐进回归模型1）动力学方程（3）如下：

图1 腐烂指数的一阶指数动力学拟合Fig.1 First order exponential kinetic fitting of decay index

式中：y 为腐烂指数（%）；a 为渐近线参数；b 为响应范围；c 为衰变速率（d-1）；x 为储藏时间（d）。

在拟合曲线中，未处理组的a 为108.06±12.21，b 为116.40±17.38，c 为0.87±0.05，回归系数R2为0.902，模型预测性良好。

詹苑等[16]研究表明，SAEW 处理野生菌不仅能控制其表面微生物增长量，还能减缓贮藏品质的劣变速度。刘培红等[17]探讨SAEW 对鲜米线储藏过程中的杀菌及延长保鲜期的作用，试验组鲜米线保鲜期比对照组延长约16 h，从而降低了鲜米线腐败变质的速率。结果表明，SAEW 浸渍能阻止天麻鲜切片的腐烂现象，未处理组拟合后回归系数R2为0.902，模型预测性良好，腐烂指数变化符合Asymptotic1 模型动力学方程（3）的规律。

2.2 褐变度的动力学拟合

2.2.1 褐变度方程的建立 利用Box-Behnken Design，以L*、a*、b*作为三因素，褐变度作为响应值，得到多元一次方程式。按照公式（4）计算：

2.2.2 褐变度标准曲线 以褐色素标准品浓度为横坐标，褐变度（BD）为纵坐标，在420 nm 处测定吸光值。制作褐变度标准曲线。绘制的标准曲线y=0.0846+40.6078x，R2=0.999，具有良好的线性关系。

由图2 可知，经过统计分析，以吸光度计算的BD 值与L*、a*、b*值计算的BD 值间不存在差异性（P>0.05），两者在变化趋势上也不存在差异性（P>0.05）。说明将测定的L*、a*、b*值代入（4）式中计算BD 值的方法是可靠的，该方法可用来测定固体样品的褐变度值。

图2 BD 值两种计算方法对比Fig.2 Comparison of two calculation methods for BD value

2.2.3 褐变度的动力学拟合 由图3 中可以看出，通过对褐变度进行一级动力学拟合，拟合曲线和褐变度数据基本重合。一级反应动力学模型[18]的方程为：

图3 褐变度的一级动力学拟合Fig.3 First order kinetic fitting of Browning degree

式中：A 为样品贮藏至第t d 时天麻素含量（%）；A0为样品的初始天麻素含量（%）；k 为样品天麻素含量变化速率常数；t 为样品的贮藏时间（d）。

在拟合曲线中，褐变度呈指数上升；变化速率常数k 反映了褐变度变化，k 越大，褐变度越高。在表2中可以看出，未处理组和料液比1:1g/mL 决定系数R2大于0.9，有很好的预测效果。通过拟合结果可知，褐变度变化符合一级动力学模型。

表2 褐变度一级动力学拟合参数Table 2 First orde kinetic fitting parameters of browning degree

2.3 褐变率的动力学拟合结果

由图4 可知，天麻鲜切片随着储藏时间增加，未处理组褐变率呈上升趋势，在12 d 时达到最大值100%；料液比1:1 g/mL 组在12 d 达到最大值14.8%，之后略有下降；料液比1:3 g/mL 在4 和8 d 出现褐变，褐变率分别为0.29%和0.11%；可能是实验过程中造成的误差，料液比1:5 g/mL 组未出现褐变。与未处理组相比，SAEW 浸渍能有效抑制天麻鲜切片表面产生褐变现象。将Asymptotic1 模型（一阶指数渐进回归模型1）按照动力学方程（3）进行拟合，拟合曲线与褐变率数据基本重合，从表3 中可知，未处理组决定系数R2大于0.8，模型预测性良好。

图4 褐变率的一阶指数动力学拟合Fig.4 First order exponential kinetic fitting of Browning rate

表3 褐变率的一阶指数动力学拟合参数Table 3 First order exponential kinetic fitting parameters of browning rate

马卓云等[19]研究表明，利用阿伦尼乌斯方程建立鲜切山药MDA 含量和褐变度品质指标的一级动力学模型来模拟鲜切山药的货架期模型，可以更好地反映鲜切山药的品质指标变化。邓清云等[20]研究AEW 对鲜切马铃薯酶促褐变的抑制效果，发现处理时间、处理方式（静止浸泡、流水冲洗、振荡）对AEW 的褐变抑制效果均产生影响，而料液比变化对AEW 的褐变抑制效果影响不大。与本研究的结论相符。

2.4 水分活度的动力学拟合

由图5 可知，天麻鲜切片随着储藏时间增加水分活度呈先上升后下降趋势，在第8 d 时各组水分活度值达到最大；未处理组、料液比（1:1、1:3、1:5 g/mL）水分活度分别为0.931、0.948、0.951、0.952，不同料液比SAEW 处理组天麻鲜切片水分活度均高于未处理组，与未处理相比，SAEW 浸渍天麻鲜切片减缓其水分活度下降速度。通过对水分活度进行二阶指数动力学拟合，拟合曲线和水分活度数据基本重合，Expdec2 模型（两阶指数增长模型）动力学方程（6）如下：

图5 水分活度二阶动力学拟合Fig.5 Second order kinetic fitting of water activity

式中：y 为某一时刻的品质指标；y0为偏移量；A1为第一段曲线振幅；t1为第一段曲线时间常数，A2为第二段曲线振幅；t2为第二段曲线时间常数。

在拟合曲线中，参数t2反映了水分活度降低速度，t2值越大水分活度下降变化越快。在表4 中可以看出，各分组决定系数R2都大于0.8，结果表明水分活度变化符合二阶指数增长模型。

表4 水分活度二阶动力学拟合参数Table 4 Second order kinetic fitting parameters of water activity

陈建福等[21]研究表明，SAEW 处理可延缓褐变及总酸度的增加，减少水分含量的丧失。综上可见，SAEW 浸渍天麻鲜切片减缓其水分活度下降速度，拟合后各分组决定系数R2都大于0.8，水分活度变化符合二阶指数增长模型规律。

2.5 菌落总数的Logistic 模型拟合

由图6 可知，天麻鲜切片菌落总数随储藏时间延长呈上升趋势，其中未处理组菌落总数上升趋势远远高于SAEW 浸渍处理组；与未处理组相比，SAEW浸渍能有效抑制微生物，且与SAEW 添加量无关。通过对菌落总数进行Logistic 模型拟合，拟合曲线和菌落总数数据基本重合。Logistic 模型能体现产品在贮藏时菌落总数变化与时间的关系[22]，Logistic 模型的方程为：

图6 菌落总数的Logistic 模型拟合Fig.6 Logistic model fitting of total bacterial count

式中：y 为样品贮藏至第x d 时菌落总数（log CFU/g）；A1、A2、x0、P 为模型参数；x 为样品的贮藏时间（d）。在拟合曲线中，菌落总数呈指数上升。在表5中可以看出，SAEW 浸渍组决定系数R2均大于0.9，有很好的预测效果，结果表明菌落总数变化符合Logistic 模型。

表5 菌落总数的Logistic 模型拟合参数Table 5 Logistic model fitting parameters of total bacterial count

周智宇等[23]研究表明，SAEW 处理能有效控制样品表面微生物数量，还能减缓贮藏品质的劣变速度。张国治等[24]结果表明，根据不同模型计算微生物生长动力学参数，所有模型均可以可靠、快速地预测青麦糕的腐败程度，从而保证青麦糕产品的食用品质和安全。结果表明，菌落总数变化遵循Logistic模型。

2.6 天麻素含量的动力学拟合

由图7 可知，天麻鲜切片随着储藏时间增加，天麻素含量均呈逐渐下降趋势；其中未处理组天麻素含量减少量始终低于SAEW 浸渍处理组，储藏效果最好。与未处理组相比，SAEW 浸渍在一定程度上会造成天麻素的损失，但与SAEW 添加量无关。天麻素初始含量为0.38%，28 d 时，未处理组、料液比（1:1、1:3、1:5 g/mL）天麻素含量分别为0.25%、0.24%、0.24%、0.24%。通过对天麻素含量进行一级动力学拟合，拟合曲线和天麻素含量数据基本重合，在拟合曲线中，天麻素含量呈指数下降，系数k 反映了天麻素含量变化，k 越大，天麻素含量降低越快，证明天麻素含量的降解速度与贮藏时间呈负相关。从表6 中可以看出，各分组决定系数R2均大于0.9，有很好的预测效果。

图7 天麻素含量的一级动力学拟合Fig.7 First order kinetic fitting of gastrodin content

表6 天麻素含量的一级动力学拟合参数Table 6 First order kinetic fitting parameters of gastrodin content

陈琛等[25]研究中，不同保鲜液浸泡贮藏期间天麻素含量呈下降趋势。曹森等[26]研究发现，复合保鲜剂能延缓其天麻素和多糖含量的下降。SAEW 浸渍在一定程度上会造成天麻素的损失，模型决定系数R2均大于0.9，说明天麻鲜切片在贮藏过程中天麻素含量变化符合一级反应动力学规律。

2.7 维生素C 测定的动力学拟合

由图8 可知，天麻维生素C 随储藏时间增加呈逐渐减少趋势，并且SAEW 浸渍组维生素C 含量均高于未处理组，与未处理组相比，SAEW 浸渍能在减缓维生素C 损失。在第8 d 之前，四个组间并无明显差异，在第8 d 之后，料液比1:1 g/mL 组维生素C 含量均高于其余三组；并且SAEW 浸渍组（料液比1:1、1:3、1:5 g/mL）维生素C 含量均高于未处理组。

图8 维生素C 含量的动力学拟合Fig.8 Kinetic fitting of VC content

通过对天麻维生素C 含量进行一级动力学拟合，拟合曲线和天麻维生素C 含量数据基本重合，在拟合曲线中，维生素C 含量呈指数下降；变化速率常数k 反映了维生素C 含量变化速度；k 越大，维生素C降低越快。从表7 中可以看出，料液比1:1、1:3 g/mL决定系数R2大于0.9，表明方程的拟合精度高，维生素C 含量变化符合一级动力学模型。

表7 维生素C 的动力学拟合参数Table 7 Kinetic fitting parameters of VC

赵德锟等[27]研究SAEW 处理对鲜切云南红梨贮藏过程中品质的影响，结果表明SAEW 处理能够有效控制云南红梨鲜切品表面微生物数量，并延缓其贮藏过程中维生素C 含量的衰减。Giannakourou等[28]发现不同贮藏条件下冷冻绿色蔬菜维生素C的损失过程也可以用一级动力学模型描述。李敏等[29]研究表明大白菜在贮藏过程中维生素C 降解符合一级反应动力学规律，反应速率常数k 随贮藏温度的增加而增加。综上可见，维生素C 含量变化符合一级动力学规律。

3 结论

通过对SAEW 浸渍（料液比1:1、1:3、1:5 g/mL）、未处理组在储藏过程中天麻鲜切片理化指标及营养指标的检测，SAEW 浸渍能有效抑制褐变度、褐变率和腐败的发生；抑制微生物繁殖，同时能延缓水分活度、天麻素、维生素C 等指标的衰变速度。综上所述，本研究提出的SAEW 浸渍能有效减缓天麻鲜切片品质衰变速度，可用于解决天麻鲜切片储藏问题；同时建立了SAEW 浸渍处理对天麻鲜切片的菌落总数、褐变度、褐变率、腐烂指数、水分活度、天麻素和维生素C 等指标影响模型系统，拟合后决定系数R2均大于0.8，表明方程的拟合精度高，此外通过以上动力学模型可以对天麻鲜切片在不同贮藏时间下的理化及营养指标变化进行动态控制，方便产品质量的监测。相关结果能为SAEW 在鲜品贮藏过程中的应用提供技术指导。