不同温湿度条件下青花菜失水率预测模型的建立

孙 婧，李 媚，侯 军，杨 佩，石 英

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)

不同温湿度条件下青花菜失水率预测模型的建立

孙 婧，李 媚，侯 军，杨 佩，石 英*

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)

以“绿秀”青花菜为试材，研究了不同温湿度下青花菜的失水率随时间的变化规律，并以此为基础，运用化学反应动力学和阿伦方程(Arrhenius equation)得到青花菜失水率的预测模型(R2＞0.91)。

青花菜，失水率，温度，湿度，模型

青花菜(Brassica oleracea var.italica.L.)又名绿菜花、西兰花、嫩茎花椰菜等，属十字花科芸薹属甘蓝种的一个变种［1］。青花菜是目前我国主栽的蔬菜品种之一。根据营养学分析表明，每100g鲜重，含水91g，蛋白质3.6～4.1g，粗纤维0.6～0.8g，维生素C 90～150mg，维生素 A 2.3mg，钙72mg;另外，青花菜中VB1、VB2等含量也很高［2］。因此，在人类经常食用的多种蔬菜中，青花菜被认为是养分全、含量高的高营养蔬菜［1］;但由于青花菜的食用器官为幼嫩的花蕾，极易失水，导致花球松散，变黄，丧失其商品品质;本实验拟通过测定在不同温湿度条件下，无包装青花菜失水率随时间的变化规律，建立青花菜在货架期间失水率的预测模型，为控制及改进货架期环境条件以维持蔬菜商品品质提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试青花菜绿秀 挑选大小相似、色泽均匀，无机械损伤和病虫害的个体供实验用。

BY－2006B高低温(交变)湿热实验箱 北京博宇翔达有限公司;2NS－6H电子计重称 莆田市上得利电子仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 温湿度的设置

表1 实验温湿度设置(时间间隔，h)

1.2.2 失重率的测定及失水模型的建立

1.2.2.1 失重率的测定 按照表1的设置对青花菜的失重率进行固定时间间隔的测定。采用称重法［3］测定，随机取10棵青花菜进行编号，称重并记录，计算失重率:

失重率(%)=(初始质量－测定质量)/初始质量×100%

1.2.2.2 模型建立及数据处理 近年来关于食品在贮藏加工过程中的动力学研究情况在国外报道了很多［4－6］。大多都从动力学变化的角度来研究食品品质的损失。研究对象Q(如色泽、硬度、固形物等)的变化速率(损失率)可以表示为

大多数食品的质量与时间关系表现为零级或一级反应，即n=0或1［6］。而变化速率常数k与温度的关系一般符合Arrhenius方程

结合式(1)和式(2)，得到

将两边求积分，于是品质变化可以表示为

式(5)就是果蔬贮藏过程中的品质变化的通用动力学模型。公式左边是关于品质Q的函数，右边与温度T和贮藏的时间t有关。关于函数的表达形式则因果蔬种类、采收期、品质指标等因素的不同而有差异，须通过实验获得。

式中:K0－Arrhenius方程的指数因子，m2·s－1; EA－活化能，kJ·mol－1;R－普适气体常数，8.31kJ· mol－1·K－1;T－绝对温度，K。

将式(2)的方程取对数，在求得不同温度下的反应速率常数后，用－lnK对热力学温度的倒数［1/ (T+273)］作图，可得到一条斜率为EA/R的直线，由此可以求出Arrhenius方程中的活化能EA及k0。

所有数据用Excel2003进行分析处理。同时，使用Origin8.0软件对青花菜水分损失模型进行非线性拟合分析，得到不同湿度条件下青花菜失水率随时间和温度变化的三维曲面图。

上式变形可得到线形表达式

2 结果与讨论

2.1 结果分析

2.1.1 不同温度(固定湿度)下青花菜失水率的回归方程 由图1～图4可以看出，在一定温湿度下，青花菜失水率与时间呈现良好的线性关系，R2值均大于0.97。同一湿度条件下，随着温度的升高，失水速率(即直线斜率)逐渐升高;同一温度条件下，随着湿度的升高，失水速率(即直线斜率)逐渐降低，即低温、高湿条件有利于甘蓝水分的保持。

图1 不同温度下青花菜失水率的变化曲线(相对湿度35%)

图2 不同温度下青花菜失水率的变化曲线(相对湿度55%)

2.1.2 水分损失预测模型的建立 分别将图1～图4中回归方程斜率的负对数(－lnK)与对应的绝对温度的倒数［1/(T+273)］作图，得到青花菜失水率的Arrhenius曲线，由此可以求出Arrhenius方程中的活化能EA和K0，其相关系数均在0.91以上(如表2所示)，表明青花菜失水速率与温度之间呈现较好的指数关系。

图3 不同温度下青花菜失水率的变化曲线(相对湿度75%)

图4 不同温度下青花菜失水率的变化曲线(相对湿度95%)

表2 不同湿度下青花菜失水率变化的动力学模型参数

青花菜失水率与温度、时间的关系可以表示为

式中:z－失水率(%);x－温度(℃);y－时间(h); B，C为常数，B=K0，C=－EA/R。

使用Origin8.0软件对得到的水分损失预测模型进行非线性回归拟合，可以拟合出不同湿度条件下青花菜失水率随时间和温度变化的三维曲面，分别如图5～图8所示。由四图中可以看出，青花菜失水率与温度、时间之间存在相关关系。

图5 相对湿度35%下青花菜失水率随温度和时间变化的三维曲面图

2.2 讨论

2.2.1 失重率与失水率 果蔬采后，由于只有蒸腾作用而失去了水分的补充，因此在贮藏和运输中会失水萎蔫，导致其含水量不断降低，产品的重量不断降低，这种失重通常称为“自然损耗”。自然损耗包括水分和干物质两方面的损失，青花菜属于非呼吸跃变型果实，食用部分是无数个小花蕾组成的花球及肉质花茎，且含水量在90%左右，所以自然损耗中干物质的损失很少，主要是失水［7］，所以本实验中通过测定青花菜失重率来代表青花菜失水率。

图6 相对湿度55%下青花菜失水率随温度和时间变化的三维曲面图

图7 相对湿度75%下青花菜失水率随温度和时间变化的三维曲面图

图8 相对湿度95%下青花菜失水率随温度和时间变化的三维曲面图

2.2.2 失水率的影响因素 果蔬的失水率主要受产品自身和环境因素的影响，自身因素包括表面积比、种类和品种、实验个体成熟度、机械伤、细胞持水力等;环境因素包括温度、风速和空气湿度等［7］。实验中，控制所取青花菜的品种、成熟度等自身因素一致，同时在恒温恒湿箱中风速也保持一致，从而使影响青花菜失水的主要是温度和空气湿度两个因素。

2.2.3 失水率的线性回归方程的建立 虽然很多研究表明［8－11］，青花菜以及其他蔬菜的失水率、硬度、色泽等一些品质指标，在恒定的环境中随时间的变化是非线性的，但由于之前他人的研究中涉及的实验时间较长，一般在20d以上;而本实验测定时间小于48h，这个较短的时间内青花菜的失水率随时间的变化可以被近似以直线拟合。

3 结论

实验得到了青花菜水分损失随时间呈现良好的线性关系(R2＞0.95)，建立了不同温湿度条件下的线性方程，并用阿伦方程进行指数方程拟合，模型拟合度在0.91以上;说明此模型可以很好地预测青花菜失水率随温度和时间的变化情况。

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Predictive modelling of moisture loss of broccoli on different storage conditions

SUN Jing，LI Mei，HOU Jun，YANG Pei，SHI Ying*
(College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China)

The changes of the moisture loss of broccoli(Brassica oleracea lvxiu)on different storage conditions (e.g.temperature and relative humidity)were investigated，the prediction model of the moisture loss of broccoli by chemical kinetics and Arrhenius law were obtained.

broccoli;moisture loss;temperature;humidity;model

TS255.1

A

1002－0306(2011)12－0069－03

2010－07－25 *通讯联系人

孙婧(1986－)，女，硕士研究生，研究方向:果蔬贮运保鲜。基金项目:国家863计划项目基金支持(2008AA100803)。