主动自发气调对蒜薹保鲜效果的多变量分析

员丽苹，张玉笑，郭衍银，陈勇，刘莎莎，王亮

（山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博255049）

蒜薹为大蒜（Allium sativum L.）的幼嫩花薹，是调节蔬菜市场的品种之一[1]，含有丰富的大蒜素及脂溶性挥发物，具有抗癌、抗衰等功效[2]。由于蒜薹栽培特性，每年只产一季，人们为延长蒜薹采后贮藏期，保持蒜薹品质进行广泛深入的研究。目前，我国蒜薹贮藏保鲜大多采用气调结合低温冷藏的方法进行，基本可实现周年供应[3]。

除了贮藏方式，采收、预冷、运输及销售的过程都会对蒜薹品质产生影响。作为贮期最长，贮量最大的蔬菜品种之一，蒜薹物流运输环节存在严重的质量损失，但目前对蒜薹物流运输保鲜研究较少。目前，我国农产品冷链物流尚未广泛普及，经常导致冷链物流出现断点，严重影响了蒜薹冷链物流运输[4]。因此，寻求一种替代的安全高效物流运输保鲜方式显得尤为重要。

O2/CO2气调在西兰花[5-7]和生姜保鲜[8]方面具有独特优势。主动自发气调是密封保鲜的一种方法（不存在内外气体交换）[9]，只要充入适宜的初始气体，利用果蔬自身的呼吸作用使密封的气体环境达到平衡，就能达到很好的保鲜效果。本研究拟利用O2/CO2气调优势，结合主动自发气调，探究对蒜薹保鲜效果的影响。

评价果蔬贮藏品质的指标很多，且相互之间存在复杂的联系，常运用多元统计方法揭示果蔬品质与特征指标之间的关系。Lopez等[10]用主成分分析阐明在不同贮藏条件下影响消费者可接受度的苹果主要品质指标和香气成分。王友升等[11]综合主成分分析、通径分析以及相关性分析探讨减压处理对草莓果实氧化及抗氧化活性的影响。本文用单因素方差分析、主成分分析、相关性分析和通径分析4种方法，对不同初始比例的O2/CO2主动自发气调的蒜薹品质进行了综合评价和分析，以期为蒜薹物流运输保鲜提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

2018年11月于山东莱芜冷库采取经过在（-1±0.5）℃贮藏7个月左右的蒜薹，立即运到山东理工大学果蔬贮藏实验室，然后选择薹条长短粗细均匀，无机械伤，无老化黄化的蒜薹进行试验。

乙醇、浓硫酸：国药集团化学试剂有限公司；磷酸氢二钠、辛醇、亚硫酸钠、冰乙酸、丙酮、偏磷酸：天津致远化学药剂有限公司；硫脲、2，6-二氯酚靛钠：烟台市双双化工有限公司；2，4-二硝基苯肼（2，4-dinitrophenylhydrazine，DNPH）：上海展云化工试剂有限公司；VC：上海伯奥生物科技有限公司；硼酸钠、硫酸烷醇钠、乙烯乙二醇醚：天津市凯通化学试剂有限公司，所用试剂均为分析纯。干燥剂：上海添昌实业有限公司；乙烯脱除剂：大连昕连鑫保鲜剂有限公司；无孔不透气封口膜：上海创发包装材料有限公司；49 cm×15 cm×6 cm保鲜盒：路桥晨亨塑料厂。

1.2 仪器与设备

手持便携式色差仪（HL-2136）：瑞戈（上海）实业有限公司；低温冰箱（DW-FW351）：中科美菱低温科技有限责任公司；台式多功能高速冷冻离心机（GL-20G-2）：上海安亭仪器制造厂；紫外可见分光光度计（UV-1750）：岛津国际贸易有限公司；质构仪（XA.XTplus）：英国stablemicrosystems公司；纤维素测定仪（FT350）：福斯分析仪器公司；O2/CO2测定仪（MR-07825-00）：美国 FBI Dansensor公司；气调包装机（RDL380P）：罗迪博尔机械设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

试验共设置4个处理，每个处理30盒。称取1 kg左右的蒜薹放入保鲜盒中，为了防止保鲜盒内水分过多和乙烯影响[12]，每个保鲜盒内放15包干燥剂（每包约2 g）和3包乙烯脱除剂（每包约4 g）。然后使用气调包装机进行气调包装，充入气体比例分别为100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2和自然大气（CK），充入气体体积约为蒜薹体积的3倍，然后置于（10±0.5）℃冷库中贮藏，每7 d进行相关指标测定，3次重复。

1.3.2 指标测定

CO2含量用MR-07825-00型O2/CO2分析仪测定保鲜盒内顶空气体。失重率采用称重法进行测定。腐烂率以每盒中蒜薹腐烂根数占总根数的百分率表示。叶绿素参照邹琦[13]介绍的方法，蒜薹（0.2 g）冰浴研磨并用10 mL 80%丙酮萃取，在4℃下、5 000 r/min离心10 min，除去残留物，叶绿素含量用665、649、470 nm处的吸光度来确定。VC的含量采用2，4-二硝基苯肼法比色法[14]测定。电导率用焦丽霞[15]的方法测定。粗纤维用纤维素测定仪测定，取1 g研磨的干燥蒜薹于坩埚中，加入100 mL中性洗涤溶液（6.81 g硼酸钠和18.61 g磷酸氢二钠用1 000 mL蒸馏水加热溶解后加入30 g硫酸烷醇钠和10 mL乙烯乙二醇醚），0.5 g亚硫酸钠和几滴辛醇，加热至沸腾后回流60 min，沸水过滤清洗3次然后用丙酮清洗2次，105℃干燥8 h后冷却，称重，粗纤维/%=[（坩埚的质量+残渣的质量）-坩埚的质量]/样品的质量×100。色度 L*、a*、b*值用HL-2136型手持便携式色差仪测定距离薹苞下部5 cm～10 cm部位，平行测定10次后取平均值。质构（硬度、弹性、内聚性）采用冯雁丽[16]介绍的方法使用XA.XTplus型质构仪测定。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel软件作图，用SPSS 24.0进行LSD单因素方差分析、Pearson相关性分析、主成分分析和通径分析。

2 结果与分析

2.1 主动自发气调对蒜薹外观的影响

贮藏到32 d时的蒜薹图见图1。

图1 贮藏到32 d时的蒜薹图Fig.1 Picture of garlic bolts stored at 32 d

如图1所示，贮藏到32 d时，各处理组出现较大差别，100% O2处理后蒜薹质量明显优于90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2和CK处理，其中CK处理最差。

图2 主动自发气调过程中保鲜盒内CO2含量和蒜薹呼吸速率变化Fig.2 CO2content in container and respiratory rate under active modified atmospheres packaging of garlic bolts

2.2 主动自发气调过程中保鲜盒内CO2含量和蒜薹呼吸速率的变化

主动自发气调过程中保鲜盒内CO2含量和蒜薹呼吸速率变化见图2。

保鲜盒内只充入O2和CO2两种气体，所以只进行了CO2浓度的测定。如图2A所示，各处理CO2含量随贮藏时间延长均呈增长趋势。贮藏前期，100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2处理均为增加趋势。贮藏 14 d 后，90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2处理仍呈急剧增长，100% O2处理变化趋于平缓，O2、CO2达到平衡状态，28 d后CO2含量增长，可能与出现呼吸高峰有关。

蒜薹是典型的呼吸跃变型蔬菜[17]，采后会有呼吸高峰出现。蒜薹贮藏过程中呼吸速率的变化如图2B所示，100% O2处理呼吸速率低于90% O2+10% CO2和80% O2+20% CO2，呼吸速率一直较平稳，直到780 h（约32 d）出现呼吸高峰。420 h（约17 d）前90% O2+10% CO2呼吸高于其他处理，480 h（20 d）出现呼吸高峰，高峰后呼吸速率持续下降。贮藏前期，80% O2+20% CO2低于 90% O2+10% CO2处理，540 h（约 22 d）出现呼吸高峰。CK处理呼吸速率低于其他3个处理，且在300 h（约12 d）出现呼吸高峰。

2.3 单因素方差分析

蒜薹贮藏过程中各指标测定结果及单因素方差分析见表1。

如表1所示，蒜薹贮藏期间各处理失重率呈上升趋势。90% O2+10% CO2的失重率显著高于100% O2、80% O2+20% CO2和 CK 处理（P＜0.05）。前 14 d，100% O2高于CK处理，可能100% O2处理高氧含量促进了呼吸作用；21 d后，100% O2失重率低于CK处理，与100% O2处理O2、CO2迅速平衡有关。贮藏前14 d，各处理未出现腐烂现象，14 d后，CK和80% O2+20% CO2处理开始腐烂，21 d后，100% O2和90% O2+10% CO2处理也出现腐烂，且100% O2腐烂率低于90% O2+10% CO2处理。

表1 蒜薹贮藏过程中各指标测定结果及单因素方差分析Table 1 Results and one-way of garlic bolts quality indicators during storage time

贮藏期间叶绿素和VC含量均呈下降趋势，前14d各处理叶绿素急剧下降，14 d后CK处理仍急速下降，且含量显著低于其他3个处理（P＜0.05），而100% O2处理VC显著高于其他3个处理（P＜0.05）。

蒜薹贮藏期间相对电导率和粗纤维均呈上升趋势，电导率在前14 d上升速度较慢，14 d后急剧上升，100% O2处理显著低于其他 3个处理（P＜0.05），说明100% O2处理能在一定程度上保持细胞膜结构的完整性。粗纤维是评价蒜薹老化的一个重要指标，CK处理粗纤维增加速度最快，35 d时粗纤维的含量是第0天的 2.22 倍，100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2处理均能缓解蒜薹老化。

L*表示样品的亮暗程度（从0黑色到100白色），a*表示颜色的红绿（a*越小色调越绿），b*表示颜色黄蓝（b*越小色调越黄）[18]。贮藏期间L*值和a*值总体呈上升趋势，可能与贮藏期间叶绿素减少有关，但各处理L*值上升幅度不一。35 d时，100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2和 CK 处理 L*值分别比第0天时增加了15.49%、18.93%、18.95%和20.71%。蒜薹b*值随贮藏时间的延长而减小，贮藏7 d内，各处理b*值差别不大，7 d后各处理间表现出差异，100% O2显著高于其他3个处理（P＜0.05）。色度L*、a*和b*值变化说明 100% O2、90% O2+10% CO2、80% O2+20% CO2处理均能缓解蒜薹黄化。

蒜薹贮藏期间硬度呈下降趋势，90% O2+10% CO2处理显著低于 100% O2和 CK 处理（P＜0.05）。弹性指样品受到挤压后迅速恢复形变的能力，弹性越大果蔬质地越紧密。100% O2和90% O2+10% CO2处理呈先上升后下降趋势，均在14 d时出现峰值，且100% O2处理峰值显著高于90% O2+10% CO2处理（P＜0.05）。内聚性是口腔咀嚼时，组织抵抗受损并保持紧密连接，从而保持完整的性质，反映细胞间的结合力。同硬度变化相似，蒜薹内聚性也呈下降趋势，100% O2的内聚性显著高于其他3个处理（P＜0.05）。硬度、弹性和内聚性三者变化表明100% O2处理在保持蒜薹质构方面效果明显。

2.4 主成分分析及综合评价模型的构建

对蒜薹12个品质指标数据进行了主成分分析，得到方差贡献表见表2。

表2 方差贡献表Table 2 Variance contribution table

当特征根大于1，方差贡献率大于85%时确定主成分的个数。如表2所示，当提取1个主成分时，贡献率就达88.979%，且特征值为10.678，因此选取前1个主成分作为蒜薹各指标数据分析的有效成分，它代表了12个指标88.98%的信息量。主成分的载荷系数和特征向量见表3。

表3 主成分的载荷系数和特征向量Table 3 Load factor and eigenvector of principal component

由表3可知，可用F1这个新的综合指标来代替原来12个品质指标对蒜薹进行综合评价，得出线性组合为：F1=-0.292X1-0.264X2+0.286X3+0.301X4-0.296X5-0.300X6-0.296X7-0.293X8+0.291X9+0.295X10+0.249X11+0.296X12

第1主成分的方差贡献率为88.979%，构建综合评价模型F=0.88979F1。F值为综合评价指标，利用公式可计算出综合得分，见图4。

综合得分越高说明品质越好，F值＞0说明具有保鲜价值。贮藏期间所有处理综合得分随贮藏时间的延长而下降，CK和80% O2+20% CO2处理贮藏时间较短，100% O2和90% O2+10% CO2处理均能延长保鲜时间，其中100% O2处理综合得分一直高于其他处理，且保鲜时间最长，达到21 d以上。

图4 蒜薹贮藏品质综合评价Fig.4 Comprehensive evaluation storage of quality of garlic bolts

2.5 相关性分析

对蒜薹12个指标进行相关性分析，结果见表4。

表4 品质指标间相关性分析Table 4 Correlation analysis among different quality indexes

除失重率和b*值为显著相关外，其他指标间均为极显著相关。指标可分为两组，一组为叶绿素、VC、硬度、弹性和内聚性，两两之间均呈极显著正相关关系；一组为失重率、腐烂率、电导率、粗纤维、L*值和a*值，两两指标间均呈极显著正相关关系。这两组指标间均成极显著负相关关系。

2.6 通径分析

通径分析是相关性分析的继续。因试验是在密闭容器中进行，水分蒸发的影响基本可以忽略，蒜薹失重主要是生理代谢消耗营养物质所致，故以失重率进行通径分析。以失重率为因变量对蒜薹指标进行正态性检验，shapiro-wilk统计量0.911，显著水平 Sig.=0.165，大于0.05，所以因变量失重率服从正态分布，即可进一步将蒜薹的各项指标做线性回归分析。得到线性回归方程为：Y=-11.897-0.082X1-0.115X2-0.037X3+0.046X4-1.085X5+0.313X6-0.156X7+0.036X8-0.012X9+1.508X10+0.803X11。其中 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11分别代表腐烂率、叶绿素、VC、电导率、粗纤维、L*、a*、b*值、硬度、弹性和内聚性。回归方程的相关系数R=0.993，决定系数R2=0.986，则剩余因子，该值较小，说明对失重率有影响的自变量大部分都考虑到了。F=78.165，P=0.000，该方程具有极显著意义，进一步做通径分析。

以失重率为因变量的通径分析见表5。

表5 以失重率为因变量的通径分析Table 5 Results of path analysis taking weight loss rate as dependent variable

如表5所示，各指标对失重率直接通径系数从大到小依次为 L*、硬度、电导率、粗纤维、腐烂率、a*、VC、叶绿素、内聚性、b*、弹性，其中L*值对失重率的直接通径系数高达0.756，表明L*值对失重率有较大的正直接作用，同时，L*值主要通过硬度和电导率对失重率起较强的正间接影响。叶绿素对失重率直接作用较小，但通过L*值和硬度对失重率产生间接作用较强。b*、弹性和内聚性对失重率产生的直接和间接影响较弱。

3 讨论与结论

蒜薹采后运输过程中极易老化[18]，老化的主要原因是代谢活动旺盛[19]。主成分分析综合得分表明，贮藏7 d 后，100% O2、90% O2+10% CO2和 80% O2+20% CO2处理综合得分高于CK，说明主动自发气调相较于被动自发气调有较好的保鲜效果，这可能与主动自发气调缩短了呼吸速率达到平衡的时间有关，跟Sivakumar等[20]研究结论一致。

100% O2处理虽然初始O2浓度最高，但呼吸代谢速率比90% O2+10% CO2处理缓慢，说明呼吸速率与氧气浓度并不呈简单的线性相关，而与O2和CO2的比例有关[21]。随着时间的延长，100% O2处理的保鲜优势越来越明显。100% O2处理只是初始气体是纯氧气，随着呼吸作用的进行，氧气浓度下降，二氧化碳浓度上升，可并很快达到一个气体平衡，故能很好的控制蒜薹的呼吸作用[22-24]。

相关性分析可以衡量两个变量的相关密切程度，各品质指标间均存在着显著或极显著相关关系。蒜薹品质劣变伴随着叶绿素、VC、硬度、弹性和内聚性的下降，失重率、腐烂率、电导率、粗纤维、L*值和a*值的上升，说明指标之间相互影响，共同决定蒜薹品质。

蒜薹老化伴随着薹条发糠和空心会导致质量变轻，所以失重率是评价蒜薹品质的重要指标，故本研究以失重率为因变量进行通径分析。L*值和硬度对失重率直接系数作用较大，且其他因子也主要通过这两者对失重率起主要间接作用。这与Fagundes C等[25]研究发现的圣女果在主动自发气调过程中能较好维持果实硬度与控制失重率上升有关的结论一致。

本次试验材料为冷库贮藏后的蒜薹，在经过7个月左右的（-1±0.5）℃冷库贮藏后，蒜薹品质已很大程度的下降。本试验的目的主要是研究针对物流运输与销售环节的蒜薹保鲜，故选用该时期的蒜薹为材料。本研究结果蒜薹的保鲜期为21 d以上，可能与蒜薹选材有关。

总之，本试验条件下，100% O2处理的主动自发气调对蒜薹具有很好的保鲜效果，可作为蒜薹物流运输保鲜的理论参考。