减压预处理对槟榔气调贮藏品质的影响及模型表征

姚小玲，潘 嘹，卢立新，2*

(1江南大学，无锡214122；2江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，无锡 214122)

槟榔是海南的主要经济作物之一，也是广受人们喜欢的水果。鲜槟榔销售具有明显的季节性，采摘后感官品质变化快，易腐败变质，难以长期贮藏。现有槟榔保鲜技术可分为化学保鲜、生物保鲜以及物理保鲜3种。李雯等[1]研究发现，3%柠檬酸+2%CaCl2+0.1%施保功溶液涂膜结合10℃贮藏，可抑制槟榔呼吸作用，延缓褐变发生。张姣姣等[2]将果蜡涂覆与SO2气体熏蒸联合应用于槟榔保鲜，可有效降低腐烂率，其中果蜡可防止SO2直接接触槟榔，避免对细胞造成伤害。化学保鲜剂虽然成本低，但应用不当易对人体健康造成危害，生物保鲜剂主要来源于生物体自身或其代谢产物，具有无毒安全的特点，但现有研究显示，单独使用生物保鲜剂对槟榔的保鲜效果较差。张苏敏等[3]采用血桐提取液、壳聚糖溶液分别对槟榔进行浸泡处理，室温放置25 d后，好果率仅为23%和38%。

低温是果蔬常用的物理保鲜方式，与其他保鲜技术相结合可显著延长槟榔保鲜期。李洪立[4]、张彪等[5]研究表明，13℃是槟榔长期贮藏的适宜温度。何艾等[6]研究发现,7℃低温贮藏结合贝壳粉涂覆处理保鲜效果最好，贝壳粉涂覆可增强槟榔的抗冷害能力。气调保鲜也是有效的物理保鲜方式，夏兵等[7]、黄永生等[8]、李瑶瑶等[9]研究得出O2体积浓度降至2%—5%，同时提高CO2体积浓度，可降低槟榔病害，减缓果皮黄化发生，保持较高的硬度和外观。减压保鲜又称为低压保鲜，通过改变果蔬贮藏容器内的压强[10-11]，使各气体含量成比例降低，可显著抑制果蔬呼吸作用和细菌生长[12]。同时，减压腔内可提供一定的真空度，能使产品孔隙中的有害气体如乙烯、乙醇等膨胀后逸出[13-14]，防止其对果蔬贮藏品质造成影响，从而达到延长保鲜期的作用。减压保鲜已应用于水蜜桃[15]、松茸[16]、草莓[17]等果蔬的贮藏上，并获得了较好的保鲜效果，但在槟榔保鲜贮藏上尚未见相关报道。

前期槟榔气调贮藏的试验已获得优化的气调贮藏比例(4%O2，4%CO2，92%N2)，在此基础上，本试验进一步研究减压预处理与气调贮藏技术对槟榔保鲜的作用，探讨减压预处理对槟榔气调贮藏品质的影响，以期为延长槟榔贮藏期提供技术基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

槟榔产自海南万宁市，选取新鲜、大小基本一致、无病虫害的槟榔进行研究。

1.2 主要仪器设备

JYS-300型低气压多室异压保鲜贮藏试验设备(压强范围9.6—101 kPa)，上海鲜绿真空保鲜设备有限公司；GQ-160型气调保鲜箱(O2：0—50%，CO2：0—20%，温度误差±0.5℃，湿度波动±5%)，广州标际包装设备有限公司；CR-400型色彩色差计(仪表误差：ΔE*ab 0.6以内)，柯尼卡美能达(中国)投资有限公司；DDS-11C电导率仪(1—3 000μscm)，上海精密仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

将槟榔剪枝清洗后随机分组分装，放入真空减压室进行20 h减压处理，结束后放入气调箱内进行贮藏保鲜。其中，减压室内绝对压强设置10 kPa、20 kPa、30 kPa、101 kPa(对照组)4个处理，温度14 ℃，相对湿度85%±5%(用过饱和硝酸钾溶液调节)；气调保鲜箱内环境条件设置为：4%O2，4%CO2，92%N2；温度13℃，相对湿度 90%。

1.3.2 色差

采用色差计对槟榔表皮进行测试。每个处理组随机取5个槟榔，于槟榔直径最大处取3个点测定a值(红绿度)并记录，取平均值对比色差并作图分析。

1.3.3 相对电导率

切取长宽厚为20 mm×5 mm×0.5 mm的槟榔表皮(约2 g)，清洗2次并吸干多余水分后放入试管中，加50 mL去离子水振荡30 min，测定溶液电导率，沸水浴10 min，自然冷却至室温后再次测定其电导率。以前、后两次电导率的比值来表示槟榔的相对电导率。每组样品重复3次。

1.3.4 腐烂率

采用腐烂指数[18]表征腐烂程度。

其中0级为不发病，1级为发霉腐烂面积占0—20%，2级为发霉腐烂面积占20%—40%；3级为发霉腐烂面积占40%—60%，4级为发霉腐烂面积占60%以上。

1.3.5 可溶性固形物(SSC)

1.4 数据处理

使用MATLAB软件进行数据分析和处理。

2 结果与分析

2.1 减压预处理对槟榔表皮色差的影响

果蔬外观是影响消费者购买欲的重要因素，槟榔在贮藏过程中叶绿素会逐渐降解并引起果皮变黄，保持槟榔颜色鲜绿是槟榔保鲜研究的目的之一。如图1所示，槟榔表皮色差值Δa逐渐变大，说明样品褪绿程度逐渐加重。贮藏前21 d，各试验组Δa差异较小，均在1.0以下。贮藏35 d时，10 kPa、20 kPa、30 kPa、101 kPa处理组的Δa值分别为3.49、1.36、1.65、2.42，20 kPa预处理20 h保鲜效果最好。10 kPa处理20 h后Δa最大，可能是预处理压强过小，导致槟榔内外压差过大，品质恶化，从而导致色差变化显著。

2.2 减压预处理对槟榔相对电导率的影响

槟榔在贮藏过程中，细胞中电解质向外渗透速度加快，相对电导率呈现逐渐增长的趋势。如图2所示，槟榔贮藏初始相对电导率为8.050%，至35d时，20 kPa和30 kPa处理组相对电导率分别为12.059%和13.989%，与常压对照组(16.947%)差异显著(P<0.05)，由此可见，适宜的减压预处理对保持细胞完整性有显著效果。减压预处理通过降低贮藏环境中的氧分压，可抑制病原菌侵染，维护细胞膜的完整性[17]。10 kPa处理组相对电导率变化最大，35d时，相对电导率为18.829%，为贮藏初期的2倍以上。槟榔细胞内外压差过大易造成细胞壁破坏，电解质渗透速度加快。

图1 减压预处理对槟榔表皮色差Δa的影响Fig.1 Effect of hypobaric treatments on Δa

图2 减压预处理对槟榔相对电导率的影响Fig.2 Effect of hypobaric treatments on relative conductivity

2.3 减压预处理对槟榔腐烂率的影响

果蔬贮藏期间出现微生物腐烂是降低果蔬商品率的原因之一。槟榔在贮藏后期，腐败菌和霉菌会造成槟榔果实发霉变软，使其失去食用价值。本试验发现，槟榔发霉腐烂一般先从果蒂处开始，并逐渐扩散至其他部位。其中，对照组和10 kPa处理组贮藏7 d后，个别槟榔果蒂处可见菌丝，腐烂指数分别为2.10%和0.80%，贮藏35 d后发霉腐烂指数达到31.25%和59.38%。10 kPa处理组初始发霉腐烂指数较对照组低，槟榔内外压差大可使微生物细胞破裂，抑制其繁殖，但同时也会破坏植物的细胞组织，增加膜透性，给微生物繁衍提供较多的营养物质，致使后期腐烂率急剧升高至59.38%，显著高于对照组。20 kPa、30 kPa预处理组在贮藏7 d后无明显发霉现象，14 d后，腐烂率均为2.50%，与对照组(6.50%)差异显著(P<0.05)。至第35天，其腐烂率分别为20.00%和22.00%，两组差异不显著(P>0.05)(图3)。

2.4 减压预处理对槟榔可溶性固形物的影响

可溶性固形物(SSC)含量是反映槟榔口感的重要指标之一。可溶性固形物主要指可溶糖类，其含量高低反应了槟榔口感好坏。随着时间的推移，SSC含量呈逐渐下降的趋势。20 kPa、30 kPa预处理在贮藏35 d时仍保持了较高的SSC含量，分别为初始值的86.3%和84.8%，对照组为初始值的80.9%。20 kPa处理组与对照组差异极显著(P<0.01)，30 kPa处理组与对照组差异显著(P<0.05)，10 kPa处理组初始SSC含量与其他减压预处理组无显著差异，后期因细胞破裂，微生物增多，消耗较多的可溶性固形物，仅为初始值的76.3%(图4)。

图3 减压预处理对槟榔腐烂率的影响Fig.3 Effect of hypobaric treatments on decay rate

图4 减压预处理对槟榔可溶性固形物的影响Fig.4 Effect of hypobaric treatments on soluble solids content

3 减压预处理后槟榔气调贮藏品质变化的模型表征

槟榔贮藏品质的下降表现在外观(表皮色差)、相对电导率、腐烂率和营养品质(以可溶性固形物含量为代表)的变化。研究减压预处理后槟榔的品质变化模型，有利于了解槟榔在贮藏期间的指标变化规律。食品贮藏过程中的品质变化可用化学反应动力学对其进行描述，不同指标的变化规律不尽相同。大多数品质变化是一级动力学反应，即指标的对数值与贮藏时间存在线性关系。模型如下：

C=C0ekt

(1)

式中，t为贮藏天数，C为贮藏t天时指标值，C0为指标的初始值，k为化学反应速率。

3.1 模型建立

为使不同压强条件下的指标变化规律能采用统一的模型进行表征，将相对电导率和可溶性固形物进行变换，使指标结果统一为过原点并呈逐渐增长趋势的曲线。即

(2)

式中，P′为相对电导率变化率，Pi为贮藏i天后槟榔的相对电导率，P0为贮藏初期的相对电导率，S′为可溶性固形物变化率，Si为贮藏i天后槟榔的可溶性固形物含量，S0为贮藏初期的可溶性固形物含量。

适当的减压预处理能有效提高槟榔贮藏品质，随着贮藏时间的推移，经数学变换后各项品质参数呈指数上升趋势，简化一级反应模型并建立槟榔品质参数随贮藏时间变化的指数模型：

Qn=ekt-1

(3)

式中，Qn为槟榔随时间变化的指标参数，其中n=1表示Δa，n=2表示相对电导率变化率，n=3表示腐烂率，n=4表示可溶性固形物变化率。

3.2 模型验证及其参数识别

为验证式(3)的准确性，将式(3)进一步变换为：

ln(Qn+1)=kt

(4)

同时，结合试验数据，利用目标函数对式(4)中的模型参数进行识别。

(5)

式中，δ为残差平方和，当δ⟹min时，可得出对应模型参数；eTi、eEi分别为槟榔贮藏i天后品质参数的模型值、试验值。

利用式(5)对式(4)中的模型参数进行表征，可得到不同压强处理后贮藏品质模型的模型参数(表1)。简化后的一级反应模型能较好地表示贮藏期内槟榔品质的变化，除20 kPa处理组的相对电导率指标模型外，其余模型相关系数R2均在0.9以上。

由图5—8可知，槟榔在气调贮藏过程中，其品质变化与预处理压强存在相关性，在20 kPa、30 kPa、101 kPa对照组中，随着预处理压强的增加,k值变大，即指标变化越明显，品质下降越快。10 kPa处理组由于压强过低，超出槟榔压强可承受范围，导致槟榔品质变化机理发生变化。k值最大，贮藏品质最低，说明预处理压强越低其保鲜影响并非越好，这与王亚萍等[20]用不同压强对冬枣进行处理得出的结论一致。

表1 不同压强处理条件下各指标的模型参数

图5 槟榔表皮色差Δa值的模型验证Fig.5 Model validation of Δa

图6 槟榔相对电导率变化率的模型验证Fig.6 Model validation of change rate of relative conductivity

图7 槟榔腐烂率的模型验证Fig.7 Model validation of decay rate

图8 槟榔可溶性固形物变化率的模型验证Fig.8 Model validation of change rate of soluble solids content

3.3 基于预处理压强影响的指标模型统一表征

为更好地描述槟榔各品质在不同压强处理下的变化规律，预测减压处理后槟榔的贮藏品质，进一步对槟榔贮藏品质参数模型进行统一表征。在预处理压强为20—101 kPa时，参数k随着压强的增加而增加(表1)。因此将参数k转化为关于预处理压强的函数，并结合式(3)得到不同指标在不同压强预处理下的统一表征：

Qn=e(KP+C)·t-1

(6)

式中，P为预处理压强(20—101 kPa)，K、C为模型参数。

应用最小二乘法进行不同压强预处理下槟榔品质变化速率k与预处理压强P的拟合，得到模型参数K、C(表2)。图9—12可知，上述模型能有效反映不同预处理压强下指标的变化。

表2 基于预处理压强的指标模型参数

图9 槟榔表皮色差△a模型参数拟合曲线Fig.9 Model parameter fitting curve of △a

图10 槟榔相对电导率变化率模型参数拟合曲线Fig.10 Model parameter fitting curve of relative conductivity change rate

图11 槟榔腐烂率模型参数拟合曲线Fig.11 Model parameter fitting curve of decay rate

图12 槟榔SSC变化率模型参数拟合曲线Fig.12 Model parameter fitting curve SSC change rate

4 结论

本研究分析不同减压预处理对槟榔气调贮藏品质的影响，测定贮藏期内表皮色差、相对电导率、腐烂率和可溶性固形物含量的变化并建立基于预处理压强的品质变化模型。结果表明：(1)减压预处理通过快速降低贮藏容器内的压强和氧气含量，使槟榔采摘后的生理活性得到有效抑制，从而有效延缓槟榔气调贮藏品质的下降。在20—101 kPa，预处理压强越小，槟榔的品质越好，减压预处理在保持槟榔细胞完整性、可溶性固形物含量和降低腐烂率上效果显著，对槟榔的护绿效果不显著，气调贮藏的低氧环境具有较好的护绿保鲜效果。其中，20 kPa预处理20h保鲜效果最佳。预处理压强过低(低于10 kPa时)则会引起细胞破坏，加快电解质的渗出，使相对电导率较高，继而导致腐烂率加大。本研究未对保鲜机理进行深入阐明，今后需要进一步研究减压预处理对槟榔气调贮藏品质的保鲜作用机理。(2)建立的品质参数与预处理压强、贮藏时间关系的数学模型，与试验值拟合度较高，为研究减压预处理与气调贮藏结合处理方式对槟榔的贮藏品质影响提供依据。