基于菠菜品质变化的 冰箱冷藏保鲜效果综合评价

汪厚银,史波林,欧克勤,钟 葵,张璐璐,刘龙云,赵 镭

(中国标准化研究院食品与农业标准化研究所,北京 100091)

低温冷藏是重要的食品保藏方式之一。家用电冰箱诞生于20世纪初期,随着工业化、城市化的快速发展,冰箱已经由奢侈品演化为最普通的家居用品,在日常食品保藏保鲜中扮演着最为重要的角色。冰箱虽然成为日常食品保藏保鲜的首选,但是仍有很多问题一直困扰着冰箱制造商及日常消费者,如食品在冰箱保藏过程中感官品质及营养指标如何变化、冰箱冷藏食品保鲜效果有哪些评价指标、如何判定不同冰箱的保鲜效果等。上述核心问题,关系着企业产品的定位研发,决定着消费者的购买及饮食决策。综合评价基于产品的多方面信息,进行逻辑分类、科学提取,可以客观准确地评价样品的综合品质。基于层次分析法的模糊综合评价已被广泛应用于食品感官综合评价中[1-4]。彭坚等[5]应用模糊综合评判方法,对红腐乳的感官品质进行了综合评价,结果表明,模糊综合评判法能够客观且准确地区分不同样品的优劣程度和等级;胡璇等[6]采用改进后的模糊综合评判方法,对3种不同品牌的剁椒感官质量进行了判定,同时结合样品的色差和质地结果,证实了评判结果的准确性。主成分分析法主要采用降维的思想,在简化提取样品信息的同时,最大限度地保留所测样品的原始信息,用较少的综合指标,概括大量所测数据中的各类信息,对样品做出整体性的评价。陈军辉等[7]采用主成分分析法,对12个西洋参样品的23个变量进行了分类研究,提取出了西洋参样品分类的第一、第二关键因素,对12个西洋参样品进行了较好的分类;张兴等[8]针对葡萄酒的质量,采用主成分分析法提取了影响其品质的主要指标,并通过相关系数分析和典型相关分析方法,建立了酿酒葡萄和葡萄酒的理化、感官品质之间的关系。

本研究以典型冷藏食品——菠菜为代表,旨在分析其在冰箱冷藏过程中营养品质和感官品质的变化规律,筛选影响冰箱冷藏食品品质及其新鲜度感知的关键指标,构建评价冰箱冷藏食品新鲜度的综合评价体系,并进行方法验证,为有效评价家用冰箱保鲜效果提供技术支撑。此外,本研究对于指导企业产品定位研发、规范行业市场宣传、增强产品市场竞争力并引导消费、提升公众生活品质和健康指数等方面有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜菠菜 品种为圆叶菠菜,购于北京市昌平区农贸市场;抗坏血酸 分析纯,国药集团;2,6-二氯靛酚 分析纯,国药集团;偏磷酸 分析纯,国药集团;草酸 分析纯,国药集团;碳酸氢钠 分析纯,国药集团;实验用水 Milli-QA10超纯水。

色差仪 HunterLab公司;ColorQuest XE紫外分光光度计 Varian;Cary 100电子天平 梅特勒公司,精确度为0.1 mg；确定测定条件所用三款冰箱信息见表1。

表1 三种冰箱的冷藏技术信息Table 1 Refrigeration technical parameters of the three refrigerators

1.2 实验方法

1.2.1 测试样品的确定 要评价冰箱保鲜效果,除了探究冰箱本身的能效参数外,还应通过所保藏食品的理化感官指标的变化,间接反映其保鲜品质,实现优劣评价。所选测试样品应考虑代表性、广泛性、均匀性、稳定性、易获得性等几个方面,基于上述原则在前期预实验的研究基础上,从草莓、樱桃、菠菜、黄瓜等浆果类、核果类水果和叶菜类、瓜果类蔬菜的备选样品中,最终选定菠菜开展研究。

新鲜菠菜叶片舒展,长短较为一致,无机械损伤和真菌感染,去除样品中过长和过短菠菜,及异形、过熟和压伤菠菜后,从中筛选出长短、颜色、质地基本接近的菠菜样品进行保鲜研究。

1.2.2 测试条件的确定 通过测定菠菜样品在不同储藏天数和在三款冰箱样机不同储藏位置(层数)的理化、感官品质变化,分析其品质变化的转折点或关键点,最终确定测试条件。

1.2.3 样品品质测定

1.2.3.1 理化指标的测定 失重率:采用重量法测定样品失重率,按下列公式求出失重率:

式中:A-失重率,%;W-样品的原始质量,g;Wi-每次取样测定时样品的质量,g。

色差:菠菜样品叶片色差的测定采用追踪法。随机对冰箱每一层抽取具有代表性的菠菜,对选定的菠菜叶片的根部用标签纸进行标记,考察这些带有标记的菠菜叶片的状况。采用色差仪对叶片中轴线上1/4、1/2、3/4处进行色差测量,计算总色差ΔE的大小:ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2。

叶绿素含量:菠菜样品叶绿素含量的测定参照邹琦的方法[9]。

维生素C含量:参照GB 6195-1986 水果、蔬菜维生素C含量测定法(2,6-二氯靛酚滴定法)[10]。

1.2.3.2 感官指标的测定 感官实验采用6人描述性分析小组,分别对菠菜的光泽度、生青味等感官属性及其整体印象应用9点标度法进行感官评价,感官评价描述词释义见表2。

表2 菠菜感官评价描述词释义标度Table 2 Sensory attributes descriptors and intensity scale of spinach

1.2.4 综合评价体系构建与验证 采用主成分分析法,对冷藏菠菜的品质指标进行筛选、剔除和提取,提取体现冷藏效果的关键指标,用于构建冰箱冷藏效果综合评价体系,同时采用所建立的评价体系对7种市售冰箱进行评价和分类。

1.3 数据处理

使用SPSS Statistics 19软件进行多元统计分析,利用Origin 8.5软件进行数据处理及绘图。

2 结果与分析

2.1 冰箱冷藏食品储藏天数对理化指标的影响

食品的新鲜程度体现在多个方面,包括理化、感官品质,可以具体到水分含量、重量损耗、维生素C含量、叶绿素含量、色泽、硬度等多个指标。刘开华等[11]通过测量甜樱桃的感官指标、硬度、腐烂指数、可溶性固形物和维生素C含量,来评判复合涂膜技术对甜樱桃的保鲜效果;孙树杰等[12]测量菠菜的失重率、可滴定酸、维生素C及叶绿素含量,比较不同保鲜液对菠菜的保鲜效果;张继武等[13]测定了在贮藏周期内黄瓜的重量的变化、硬度、叶绿素含量、维生素C含量的变化，来衡量黄瓜的新鲜程度;关文强等[14]比较了青菜和西芹的失重率和维生素C含量变化,分析了高湿度冰箱和普通冷藏室内的温湿度变化规律。本文主要从失重率、色差值、叶绿素和维生素C含量变化以及光泽度、卷曲度、生青味、过熟味和总体品质的变化来展开研究。

2.1.1 不同储藏时间菠菜理化指标的变化 图1是3种代表性样机(样机1、样机2、样机3)不同储藏时间下菠菜样品理化指标的变化情况。失重率是蔬菜新鲜度表征的重要指标之一,充足的水分可以有效维持细胞膨压,使蔬菜呈现出饱满、坚挺的状态。低温冷藏可以较长时间保持菠菜水分,但随着储藏时间的延长,失重率增大仍然不可避免。由图a～d可以看出,在所测储藏时间内,失重率、色差值、叶绿素及维生素C损失率均呈现出逐渐增加的情况,但在4 d以内,3种样机的各项理化指标的变化率较为接近,4 d以后,随着储藏时间的延长,不同样机中菠菜理化指标的变化差异越来越大,其中样机2的各项理化指标的变化率均小于其他两种样机。

图1 不同储藏时间菠菜理化指标的变化Fig.1 Changes of physiochemical indexes of spinach at different storage time注:a:失重率;b:总色差值;c:叶绿素损失率;d:维生素C损失率，图3～图5同。

田莹等[15]研究发现,菠菜叶片在2 ℃储藏6 d后,叶绿素a含量比初始值降低了约33%,总叶绿素降低约25%,比本研究所测得的损失率略低,这可能由于本研究中冰箱样机的冷藏温度略高,均为4 ℃左右。菠菜的维生素C含量比较丰富。谢晶等[16]研究表明,2 ℃储藏条件下,菠菜中维生素C的含量先减少后增加再减少,与本研究中的变化趋势有所差异,这可能与样品采收时的成熟度有关[17]。

2.1.2 不同储藏时间菠菜感官指标的变化 感官评价是判断菠菜外观品质最直观的方式。对不同储藏时间下,不同样机的菠菜样品的各项感官指标作柱形图分析,并且通过对不同储藏时间的各项感官评价的数据进行方差分析,根据方差分析的结果找出出现显著性差异的时间,确定储藏期的关键测试点,储藏的起始点为储藏日当天(第0 d),其他采样点为2、4、5、6、7、8 d。图2显示了3种代表样机内储藏期间菠菜样品的感官变化。

图2 不同储藏时间菠菜感官品质的变化Fig.2 Sensory changes of spinach during different storage time注:a:光泽度;b:卷曲度;c:生青味;d:过熟味;e:总体品质。不同肩标字母表示差异显著(p<0.05)。

从图2a可以看出,菠菜样品光泽度的感官评分随着储藏时间越来越低,说明光泽度越来越差。光泽度在储藏起始点(0～2 d)无显著性差异(p>0.05),储藏第4 d开始出现显著性差异(p<0.05)。从图2b可以看出,菠菜样品卷曲度的感官评分随着储藏时间越来越高,说明样品叶片的卷曲度越来越高。卷曲度评分开始出现显著性差异的关键点是储藏第4 d(p<0.05)。从图2c可以看出,菠菜样品的生青味的感官评分随着储藏时间越来越低,说明样品的生青味越来越淡。生青味开始出现显著性差异的关键点是储藏第4 d(p<0.05),储藏6 d之后生青味弱到评价员识别能力之下。从图2d可以看出,测定样品的过熟味的感官评分随着储藏时间越来越高,说明样品的过熟味越来越浓。储藏第0～5 d,过熟味的强度都在感官评价员的识别能力之下,储藏第6 d是一个突变关键时间,过熟味开始出现显著性差异的关键点是储藏第6 d(p<0.05)。菠菜样品总体品质的感官评分随着储藏时间越来越低(图2e),说明样品的总体品质越来越差。总体印象的感官评分在储藏起始点(0～2 d)无显著性差异(p>0.05),储藏第4 d首次出现显著性差异(p<0.05),后期评分虽然出现了轻微波动,但是储藏第6、7、8 d之间仍有显著性差异(p<0.05),储藏第4 d仍然是一个突变关键时间。因此,总体印象开始出现显著性差异的关键点是储藏第4 d(p<0.05)。

以上感官品质的变化说明,菠菜在冷藏过程中感官品质逐步下降,这主要由于，其采后呼吸速率高,生理代谢旺盛,同时低温贮藏环境中较低的相对湿度造成叶片失水萎蔫,引起皱缩及色泽衰变,从而使其感官品质发生变化。

2.2 冰箱冷藏食品储藏层数对菠菜理化指标的影响

在上述冰箱冷藏食品储藏天数对理化感官指标的影响分析中得出，对大多数感官指标而言,开始出现显著性差异的关键时间为储藏的第4 d(p<0.05),结合储藏的起始点和储藏的截止点,因此在研究储藏层数对感官理化指标的影响时,选择关键点前一个时间点、关键时间点、关键时间点后一个时间点以及储藏的截止时间点进行考察。

图3是代表性样机1不同储藏菠菜理化指标的变化情况。图3a～d分别是失重率、总色差、叶绿素含量损失率和维生素C含量的损失率随着储藏时间的变化情况。由图3a～b可以看出,不同储藏层数的失重率、总色差值相差较大,尤其是总色差值的差异性较大。图3c～d无法明显看出不同储藏层数叶绿素、维生素C含量的损失率之间的差异性。

图3 样机1不同储藏层数菠菜理化指标的变化Fig.3 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 1

图4是代表性样机2不同储藏层菠菜理化指标的变化情况。图4a～d分别是失重率、总色差、叶绿素含量损失率和维生素C含量的损失率随着储藏时间的变化情况。失重率的差异性较大,叶绿素、维生素C含量的损失率之间的差异性不明显。

图4 样机2不同储藏层数菠菜理化指标的变化Fig.4 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 2

图5是代表性样机3不同储藏层菠菜理化指标的变化情况。图5a～d分别是失重率、总色差、叶绿素含量损失率和维生素C含量的损失率随着储藏时间的变化情况。不同储藏层数的失重率、总色差值且差距均较大,但叶绿素、维生素C含量的损失率之间的差异性不明显。叶兰英等分析了病区医用冰箱不同储藏位置的温度分布,结果发现，冰箱体不同区域的温度差异显著,且具有统计学意义[18]。但对家用冰箱不同位置的温度分布则未见报道。

图5 样机3不同储藏层数理化指标变化情况Fig.5 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 3

由上述3种有代表性的样机的不同储藏层数的理化指标的折线图可以看出,部分理化指标的不同储藏层数之间差异性很大,结合冰箱样机自身的结构层次特点,冰箱样机储藏层包括冷藏室搁板、冷藏室保鲜盒、变温室保鲜盒等,不同品牌不同型号冰箱搁板的层数、冷藏室保鲜盒的层数、变温室保鲜盒的层数不尽一致,如果只选择一层进行评价,可能会造成最终评价结果的片面性。因此,无论不同储藏层数的感官指标的评价值是何种趋势,样机的所有储藏层数都应该考虑,最终确定对所有区域进行贮藏测定,结果取平均值。

由上述实验结果最终确定所采用的冰箱保鲜效果评价的储藏条件为:冰箱自动冷藏环境下的所有冷藏区域,储藏时间为4 d。

2.3 冰箱保鲜效果评价指标的筛选及其权重确定

2.3.1 理化指标和感官指标的筛选 由于研究中所测理化指标代表了菠菜新鲜度评价的主要理化特性,因此未对其进行剔除。

图6 不同感官属性主成分分析Fig.6 PCA of different sensory attributes

感官指标由评价员讨论获得,其虽然按照标准方法进行测定,但是指标间可能存在信息重复,因此决定对感官指标进行筛选及剔除。通过多元统计分析,结果发现菠菜感官评价中,卷曲度与样品偏离较远,属于无法很好进行给分的属性,因此予以剔除;而过熟味与生青味负相关,可以选择正向指标生青味对样品进行评价。

2.3.2 理化指标权重的确定 理化指标权重的确定总共分为5个步骤进行:第一,采用SPSS软件自带的系统进行指标无量纲标准化处理。第二,进行相关系数矩阵分析,判定是否适合主成分分析。结果见表3。由相关性分析可见,除了维生素C损失率和色差的相关性低于0.1外,其余指标的相关性均在0.2～0.7范围内,说明其各指标间具有一定的相关性[19],可进行主成分分析进行成分提取。第三,采用主成分分析,获得各个指标在各主成分线性组合中的系数如表4所示。第四,确定各成分的方差贡献率。根据特征值大于1原则,第一主成分对总方差的贡献率为λ1=54.694%;第二主成分对总方差的贡献率为λ2=29.732%;前两个主成分累计贡献率为84.426%。这表明，所提取出的前两个主成分可以代表所有变量约85%的变异,不仅很好地实现了降维,而且能较好地反映原来变量的信息。第五,将指标权重进行归一化处理,最终确定综合得分计算公式为:

表3 不同冰箱理化指标的相关系数矩阵Table 3 Correlation coefficient matrix of physichemical indicators of different refrigerators

表4 主成分载荷矩阵Table 4 Principal component loading matrix

F1=0.572X1+0.075X2+0.559X3+0.595X4

F2=0.229X1+0.883X2-0.356X3-0.064X4

F=[λ1/(λ1+λ2)]F1+[λ2/(λ1+λ2)]F2=0.648F1+0.352F2

通过测量冷藏菠菜的失重率、色差、叶绿素损失率和维生素C损失率,采用F1、F2的计算公式,即可获得两个主成分的值。将其值代入总和得分的计算公式,可计算出F的值,即样品的理化特性总和得分,该数据直观反映了理化特性在保鲜过程中的衰败情况。

2.3.3 感官指标权重的确定 感官指标权重的确定主要分成3个步骤进行:第一,开展消费者调查,通过两两重要性比较确定评价体系各指标权重。通过对331名年龄性别专业背景不同的消费者进行调查,让其就给出的两个因素进行两两比较,判断谁更重要,之后统计结果构建判断矩阵,如表5所示。该矩阵最大特征值为4.1341,CI为一致性指标,CR为随机一致性指标,随机一致性比率CR值小于0.1时矩阵可用。最终所得其特征向量即为其所占权重。第二,确定评语评价集及评价等级值域。采用优、良、中、较差、差五等作为评价集。采用表6的转换方式，对九点打分的感官评分进行转化。第三,根据权重计算公式与转化值域,确定感官得分计算公式如下。

表5 感官指标判断矩阵Table 5 Judgment matrix of sensory indicators

表6 菠菜感官品质的评价等级值域Table 6 Rating range of sensory quality of spinach

A=W×R=(0.352,0.101,0.049,0.498)×(S1,S2,S3,S4)

M=(95,85,75,65,30)T

P=A×M

通过感官评定冷藏菠菜的光泽度、硬度、生青味和总印象,采用上述计算公式,即可获得A、M的值。然后将其值代入P的计算公式,可计算出P的值,即样品的感官特性总和得分,该数据直观反映了样品在冷藏过程中的感官品质。

2.4 冰箱保鲜效果综合评价体系的建立及应用

由于感官指标代表得分,理化指标代表损失率情况,在综合得分上,为尽可能实现冰箱保鲜度划分,采用G=感官得分(P)/理化变化率(F)的值来表征其综合得分。并采用该方法对市场7种冰箱进行保鲜度得分计算。这7款冰箱样机1～7分别为海尔BCD-316WDCM、西门子KK28F4860W、美菱BCD-278WP3BD、美的BCD-236TGEMA、容声BCD-316WPMB-XA22、夏普BCD-293WB-S、松下NR-C28WPD1-S。

表7 7种样机综合得分(感官/理化)Table 7 Overall score of the seven refrigerators(sensory/physichemical)

采用聚类分析,可将这7款样机分为三类,如表8所示。

表8 测试的7款样机分类Table 8 Classification of the seven refrigerators

其中样机2和样机4制冷方式为直冷,其他样机为风冷,由此可见制冷方式是影响冰箱保鲜效果的一个重要因素。且样机2和样机4冷藏室的容积相对较小,可能也有助于提升其保鲜效果。尽管尝试将这7款冰箱的评分与其市场定价和网友评价进行对比分析,但是由于其价格及网友评价还与其设计、生产成本、其他性能、品牌效应以及网友的个人喜好等多个影响因素有关,因此并未发现本研究中的保鲜效果综合评分与市场价格或网友评价有直接对应关系,也间接说明并不是价位越高的冰箱,其保鲜效果就越好。

3 结论

本文研究了冰箱内冷藏天数、不同储藏层数对冷藏食品(菠菜)理化、感官指标的影响,通过筛选理化指标、感官评价指标及确定各指标权重,最后构建了基于菠菜品质的冰箱冷藏保鲜效果综合评价体系,并将体系应用于不同冰箱冷藏保鲜效果的综合评价中,对冰箱冷藏品质进行了评价和分类。得出以下结论:菠菜的感官和理化品质随储藏时间的延长而降低,储藏第4 d是关键测试时间。菠菜储藏在冰箱不同位置,其感官和理化品质差异较大,为保证评测的全面和客观,本研究对所有贮藏区域进行测定,结果取平均值。失重率(X1)、总色差(X2)、叶绿素损失率(X3)和维生素C损失率(X4)体现了菠菜新鲜度的主要理化特性。主成分分析提取出前两个主成分,其贡献率分别为54.694%、29.732%,累计贡献率为84.426%。理化特性的评价公式为:F=0.648×(0.572X1+0.075X2+0.559X3+0.595X4)+0.352×(0.229X1+0.883X2-0.356X3-0.064X4)。多元统计分析筛选出光泽度(S1)、硬度(S2)、生青味(S3)和总体印象(S4)作为菠菜新鲜度感官品质表征的主要指标,感官特性的评价公式为P=(0.352,0.101,0.049,0.498)×(S1,S2,S3,S4)×(95,85,75,65,30)T。综合理化、感官指标及其权重,得出总新鲜度的评价公式为G=P/F。通过计算不同样机菠菜新鲜度的评分,对市售七种冰箱保鲜效果进行了综合评分和分类,验证了所建立评价体系的适用性。