温度对金针菇贮藏品质的影响及货架期的预测模型

牛耀星，王 霆，毕 阳，张 雨，刘 宏，贠建民

（甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070）

金针菇（Flammulina velutipes）又名构菌、冬菇、毛柄金钱菌等，其因滑嫩的口感和较高的营养价值广受消费者喜爱[1]，是目前国内生产量及消费量最大的食用菌之一，也是工厂化生产规模最大的食用菌[2]。但由于新鲜的金针菇子实体自身质地脆嫩、含水量高、营养丰富，在采后流通贮藏中仍进行着强烈的呼吸代谢活动[3]，极易发生腐败变质，降低了金针菇的食用价值和商品价值，很大程度上缩短了金针菇的货架期，带来了巨大的经济损失。因此实时监控贮藏流通过程中金针菇的品质变化及剩余货架期，有助于企业和商家实时控制贮藏和流通条件，从而有效降低其采后损失，具有重要的现实意义。

近年来，随着学科的交叉与相互渗透，一些经典的数学方程已经广泛地应用到各类农产品的货架期预测中[4]。Arrhenius方程作为描述化学基元反应的经典模型，结合各种参数及动力学方程被广泛应用于食品货架期预测中[5]。Giannakourou等[6]发现Arrhenius方程结合一级动力学方程能很好地描述4 种冻藏绿色蔬菜在－20～－3 ℃的VC含量变化（R2＞0.980）。张福生等[7]建立了基于果实腐烂指数的草莓货架期预测模型，经验证，该模型的相对误差均在10%以内，可以较好地预测273～300 K温度下草莓果实贮运过程中的货架期。目前国内外的研究主要集中在生鲜果蔬[8-9]、水产品[10-11]、肉制品[12-14]等各类食品中，均具有良好的预测精度，能够快速准确地预测食品的货架期。但是，目前应用于金针菇货架期预测模型的研究还鲜见报道，因此研究并建立其货架期模型具有重要的指导意义。

为此，本实验以新鲜的金针菇子实体为材料，对金针菇子实体进行3 种实际货架贮藏流通温度的贮藏实验，比较不同贮藏温度下金针菇子实体感官品质、质量损失率、病害指数、褐变度、可溶性固形物质量分数、丙二醛含量、游离脯氨酸含量的变化。基于以上品质指标采用经典的Arrhenius方程结合一级动力学模型建立4～25 ℃范围内的品质劣变动力学模型及货架期预测模型，并进行验证评价，以期为快速预测金针菇子实体在采后贮藏流通过程中的品质与剩余货架期提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金针菇子实体为日本白金品系，采自兰州市和平食用菌生产基地，4 h内冷链运回实验室后，放入冷库（4 ℃左右）预冷2 h，去除有损伤或烂的金针菇子实体，挑选同一批次采收、成熟度一致的（颜色洁白、菇柄长度、菇盖直径基本相同）、菇柄和菇盖处没有机械损伤的新鲜金针菇子实体进行实验。

L-脯氨酸、水合茚三酮、三氯乙酸、氢氧化钠、甲苯、磺基水杨酸、乙酸 天津市光复精细化工研究所；硫代巴比妥酸 南京化学试剂股份有限公司。

1.2 仪器与设备

THZ-98A恒温振荡器、HWS-型电热恒温水浴锅上海一恒科学仪器有限公司；PHS-3C型pH计、FA1004B电子天平、UV756CRT紫外-可见分光光度计 上海佑科仪器仪表有限公司；101-1-S-II电热恒温培养箱 北京科伟永兴仪器有限公司；TD-45手持折光仪 浙江托普仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 金针菇子实体样品处理及贮藏

根据贮藏温度将实验分为3 组。每组取金针菇子实体（500±20）g置于经过消毒的聚乙烯塑料保鲜筐内，每组设置10 个保鲜筐，同时用聚乙烯保鲜膜（厚度为0.05 mm，具有良好的真空性和阻氧性）对塑料筐进行密封，分别在4 ℃（冷库贮藏及冷链运输）、15 ℃（低温柜货架销售）、25 ℃（常温货架销售）恒温冷库中进行贮藏实验；其中4 ℃条件下的样品每4 d、15 ℃条件下每2 d、25 ℃条件下每天进行取样并测定其感官指标、理化指标，实验均进行3 个平行。

1.3.2 感官评分的测定

感官评价参照张红娟等[15]的方法并进行修改，结合本实验中金针菇子实体的特点来制订金针菇子实体感官评价标准。由受过专业培训的10 人（男6 人、女4 人）对金针菇子实体的色泽、气味、菌盖形态、菌柄形态及腐败程度进行评定（表1），为了防止气味散失及品质劣变，评定需在相应温度下1 h内完成。

表1 金针菇子实体贮藏期间感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of F.velutipes

1.3.3 质量损失率的测定

质量损失率测定采用称质量法进行，具体计算见公式（1）。

1.3.4 病害指数测定

参照文献赵建廷等[16]的方法，结合本实验金针菇子实体的特点制定病害等级划分表（表2）。病害指数按公式（2）计算。

表2 病害指数等级划分标准Table 2 Disease index rating

1.3.5 褐变度测定

褐变度参照单楠等[17]的方法测定。准确称取5 g金针菇子实体于研钵中，在冰浴条件下用0.2 mol/L磷酸钠缓冲液（pH 6.5）进行研磨并定容至25 mL，静置提取色素10 min，然后在4 ℃、10 000 r/min条件下离心15 min，取上清液备用，测定上清液在450 nm波长处的吸光度。褐变度按公式（3）计算。

1.3.6 可溶性固形物质量分数测定

可溶性固形物质量分数采用手持折光仪测定。

1.3.7 丙二醛含量测定

丙二醛含量参照曹建康等[18]的硫代巴比妥酸法进行测定。

1.3.8 游离脯氨酸含量测定

游离脯氨酸含量的测定参照曹建康等[18]的方法并稍作修改，以脯氨酸制作标准曲线。取2 g金针菇子实体于研钵中，加入5 mL 30 g/L磺基水杨酸溶液，研磨匀浆后，转入试管。将试管置于沸水浴中煮沸提取10 min。取出冷却后于12 000 r/min离心15 min，收集上清液即为脯氨酸提取液。

吸取2 mL提取液，加入2 mL冰醋酸及3 mL酸性茚三酮试剂，在沸水浴中加热30 min，冷却后加入4 mL甲苯，摇荡30 s，静置。待溶液分层后，吸取上层脯氨酸-甲苯溶液于520 nm波长处进行比色，并按标准曲线计算游离脯氨酸含量。

1.3.9 贮藏期间金针菇子实体品质变化动力学模型的建立

1.3.9.1 贮藏期间金针菇子实体品质变化动力学模型

对于监测金针菇品质随着贮藏时间、温度的变化规律以及预测金针菇子实体货架期，数学动力学模型是一种有效的工具和手段，具有广泛的应用前景。已有大量文献指出一级动力学模型结合Arrhenius方程在生鲜产品货架期中具有较高的准确性[19-21]，在实际生鲜物流过程中具有重要的应用价值。其中一级动力学见公式（4）。

式中：t为贮藏时间/d；A为贮藏t时刻的品质指标数值；A0为品质指标初始值；k为品质变化速率常数；n为反应级数（n＝1）。

1.3.9.2 不同贮藏温度下各品质指标Arrhenius方程的建立

Arrhenius方程（式（5））描述的是反应速率常数与温度之间的关系[22]，为方便计算，对公式（5）取对数得到公式（6）。

式中：k为反应速率常数；k0为方程指前因子；Ea为活化能/（kJ/mol）；R为气体常数（8.314 J/（mol·K））；T为贮藏温度/K。

1.3.9.3 金针菇子实体品质指标货架期预测模型的建立

将一级动力学方程和Arrhenius方程结合起来，只要确定感官评定终点对应的贮藏品质指标值以及某一贮藏温度，即可对金针菇货架期进行理论预测，并得到货架期预测公式（7）。

式中：SL为货架期/d。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2010软件统计数据，所有数据为3 次平行实验所得，计算平均值和标准偏差，使用Origin Pro 9.0软件对数据进行拟合并绘图；采用SPSS 22.0软件对数据进行差异显著性分析，采用Duncan's法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间金针菇子实体品质的变化

2.1.1 不同贮藏温度下金针菇子实体感官评分的变化

感官评分是评价采后食用菌品质最直观的一项重要指标[23]。由图1、2可知，随着贮藏时间的延长，金针菇子实体发生感官品质的劣变及腐烂变质。贮藏期内，不同温度下的金针菇子实体的感官评分均呈现不断下降的趋势，4、15 ℃和25 ℃下贮藏的金针菇子实体分别在第20、10、3天到达其感官拒绝点。25 ℃下在贮藏第3天时大部分菌伞发黏凹陷，出现了严重的开伞、菌柄发黄和开裂现象，大部分子实体表面附着霉菌，各项感官指标得分均在3 分以下，已经失去了食用价值和商品价值；而在4 ℃下贮藏的金针菇子实体贮藏期长达20 d。可见，低温可有效延缓金针菇子实体贮藏流通过程中感官品质的劣变，延长金针菇子实体的贮藏期。

图1 不同贮藏温度下金针菇子实体感官评分雷达图Fig.1 Radar maps of sensory scores of F.velutipes at different storage temperatures

图2 不同贮藏温度下金针菇子实体的外观变化Fig.2 Changes in appearance of F.velutipes at different storage temperatures

2.1.2 不同贮藏温度下金针菇子实体质量损失率的变化

图3 温度对贮藏期间金针菇子实体质量损失率的影响Fig.3 Effect of storage temperature on mass loss rate of F.velutipes

质量损失率是评定果蔬是否新鲜的一项重要指标[24]。由图3可知，25 ℃下贮藏3 d时金针菇子实体的质量损失率为2.79%；15 ℃下贮藏10 d时金针菇子实体的质量损失率为2.57%；而4 ℃下贮藏20 d时金针菇的质量损失率为1.83%，明显低于其他温度下贮藏末期的质量损失率。在同一贮藏时间，金针菇子实体的质量损失率随着温度的升高而增加，因此在贮藏过程中可以通过降低温度来降低金针菇子实体的质量损失率，从而达到延长其货架期的目的。

2.1.3 不同贮藏温度下金针菇子实体病害指数的变化

图4 温度对贮藏期间金针菇子实体病害指数的影响Fig.4 Effect of storage temperature on disease index of F.velutipes

病害指数反映了果蔬受微生物侵染腐烂和发霉的情况，是反映果蔬品质的一项重要指标[25]。由图4可知，25 ℃下贮藏3 d时金针菇的病害指数为92.78%，此时金针菇子实体菌柄和菌盖上附着霉菌并发黄，已经失去了商品价值；15 ℃下贮藏10 d金针菇子实体的病害指数为53.89%；而4 ℃下贮藏20 d时金针菇子实体的病害指数为31.67%，明显低于其他各温度条件下贮藏末期的金针菇子实体病害指数。可见，低温能抑制金针菇子实体受微生物侵染的几率，有效减少腐烂及霉变，延长金针菇子实体的货架期。

2.1.4 贮藏温度对金针菇子实体褐变度的影响

食用菌褐变的主要原因是由于采后呼吸代谢旺盛，菇体本身含有大量的酚类物质，贮藏期间容易被多酚氧化酶催化发生酶促褐变[26]。褐变很大程度上降低了金针菇的感官品质及营养价值，因此，褐变度是反映金针菇子实体贮藏品质的一个重要指标。由图5可知，金针菇子实体的初始褐变度为1.29，贮藏期内，不同温度下金针菇子实体的褐变度不断上升，25 ℃下褐变度上升的幅度最大，在第3天时褐变度上升到4.39，4 ℃贮藏条件下贮藏末期20 d时褐变度为3.37，明显低于其他各温度条件下贮藏末期的褐变度。可见，低温可以有效减缓金针菇子实体的褐变程度，延缓贮藏期间的褐变和品质的劣变，延长货架期。

图5 温度对贮藏期间金针菇子实体褐变度的影响Fig.5 Effect of storage temperature on browning degree of F.velutipes

2.1.5 贮藏温度对金针菇子实体可溶性固形物质量分数的影响

图6 温度对贮藏期间金针菇子实体可溶性固形物质量分数的影响Fig.6 Effect of storage temperature on soluble solid content of F.velutipes

可溶性固形物是果蔬中所有可溶性化合物的总称，主要包括可溶性糖类、蛋白质、氨基酸和脂类化合物等，采后强烈的呼吸作用会消耗这些营养物质，所以可溶性固形物质量分数是体现果蔬贮藏品质的一个重要品质指标[27]。由图6可知，随着贮藏时间的延长，不同温度下金针菇子实体可溶性固形物的质量分数呈不断下降的趋势。25 ℃下可溶性固形物质量分数下降较快，在第3天时下降到3.9%，而4 ℃下可溶性固形物质量分数的降低较为缓慢，在第20天时质量分数仍保持在6.3%，明显高于4 ℃和15 ℃下贮藏末期的质量分数。可见，低温抑制了金针菇子实体采后的呼吸代谢，延缓了可溶性固形物质量分数的下降，延长了金针菇子实体的货架期。

2.1.6 贮藏期间金针菇子实体丙二醛含量的变化

丙二醛含量能反映植物细胞膜脂过氧化的程度，其高低可表征细胞的受伤害程度[28]。由图7可知，随着贮藏时间的延长，金针菇子实体内丙二醛含量呈不断上升的趋势。贮藏末期，25 ℃下丙二醛的含量高于4 ℃和15 ℃下的含量。表明低温可以抑制金针菇子实体贮藏过程中丙二醛含量的上升，减缓膜脂的过氧化，延长金针菇子实体的货架期。

图7 温度对贮藏期间金针菇子实体丙二醛含量的影响Fig.7 Effect of storage temperature on malondialdehyde content of F.velutipes

2.1.7 贮藏温度对金针菇子实体游离脯氨酸含量的影响

图8 温度对贮藏期间金针菇子实体游离脯氨酸含量的影响Fig.8 Effect of storage temperature on free proline content of F.velutipes

游离脯氨酸亲水性极强，可以防止细胞水分散失，还可以稳定原生质胶体及组织内的代谢过程[18]。菇体的抗寒性与游离脯氨酸含量呈正相关关系[29]。由图8可知，15 ℃和25 ℃下贮藏的金针菇子实体游离脯氨酸含量由于呼吸代谢的作用呈现不断下降的趋势，而4 ℃下游离脯氨酸的含量呈现先上升后下降的趋势，且相同贮藏时间时均明显高于其他温度组的游离脯氨酸含量。这可能是由于低温胁迫下，组织中游离脯氨酸的含量会明显升高，对金针菇子实体组织具有保护作用[30]。后期出现下降的现象可能是贮藏后期细胞严重受损所致。说明低温可以抑制游离脯氨酸含量的下降，延长金针菇子实体的货架期。

2.2 货架期预测模型的建立及评价结果

2.2.1 基于品质指标的品质劣变动力学模型的建立

研究表明，一级动力学模型能够准确地反映食品贮藏过程中品质的劣变[31]。将实验所得数据代入式（4）中，通过Origin Pro 9.0软件进行数据拟合，得到表3。由表3可知，金针菇的病害指数、质量损失率、褐变度、可溶性固形物质量分数及丙二醛含量的一级反应决定系数R2均大于0.9，表明贮藏期间金针菇子实体这些理化指标的变化符合一级反应动力学模型，而脯氨酸含量的变化不符合动力学反应模型，同时丙二醛含量测定相对复杂，且需要一定设备和时间，不适用于货架期的快速预测。因此，选用一级动力学方程作为金针菇病害指数、质量损失率、褐变度、可溶性固形物质量分数的能级方程。进一步分析得到褐变度在各温度下∑R2最高（2.964 4），说明以褐变度所建的动力学模型拟合精度更好。

表3 不同温度条件下金针菇各品质指标随贮藏时间变化的一级动力学模型参数Table 3 First-order kinetic model parameters for quality indexes of F.velutipes at different storage temperatures

2.2.2 不同贮藏温度下各品质指标Arrhenius方程的建立

将表3中各个温度下各项指标的k值代入式（6）计算Ea和k0。利用Origin Pro 9.0软件进行线性回归分析，得到表4。由表4可知，3 种不同贮藏温度下各指标的回归方程中决定系数R2均超过了0.90，进一步证实了金针菇的病害指数、质量损失率、褐变度、可溶性固形物质量分数均可作为建立金针菇架期预测模型的关键品质因子。

表4 不同贮藏温度下基于金针菇各项品质指标的Arrhenius回归方程Table 4 Arrhenius equations for various quality indexes of F.velutipes at different storage temperatures

2.2.3 金针菇子实体货架期预测模型的建立

根据表4，将求得的金针菇的病害指数、质量损失率、褐变度、可溶性固形物分数和Arrhenius方程中Ea和k0分别代入公式（7）中，得到以金针菇的病害指数、质量损失率、褐变度、可溶性固形物含量为指标的货架期预测模型，分别如公式（8）～（11）所示。

式中：下标DI、WL、BD、SSC分别指基于病害指数、质量损失率、褐变度、可溶性固形物质量分数的相应指标。

2.2.4 品质指标货架期预测模型的验证与评价

表5是以金针菇子实体在10 ℃和20 ℃贮藏时货架期品质的验证实验结果，可以看到相对误差均在10%之内。研究表明，货架期预测误差在10%之内具有良好的预测精度[32]。因此，本实验所建立的金针菇子实体剩余货架期的预测模型具有较好的可靠性，能够有效地预测4～25 ℃下的金针菇子实体的剩余货架期。以可溶性固形物质量分数预测的货架期相对误差之和最小，说明以可溶性固形物质量分数的下降来预测金针菇子实体剩余货架期具有较高的精确度。

表5 金针菇子实体品质指标预测货架期相对误差Table 5 Relative errors between actual shelf life of F.velutipes and that predicted based on quality indices

3 讨 论

质量损失和萎蔫是金针菇子实体采后贮藏过程中主要的品质劣变表现。食用菌采后贮藏过程中的质量损失一方面是因为细胞呼吸作用消耗营养物质；另一方面是蒸腾作用散失水分[33]。新鲜金针菇子实体的含水量较高、营养物质丰富，在贮藏期间，金针菇质量损失会引起金针菇子实体的软化，使金针菇子实体萎蔫收缩[34]，使其新鲜程度降低，影响其商业价值。低温货架贮藏条件抑制了金针菇子实体的质量损失，延缓了可溶性固形物质量分数的下降，使其具有更好的感官品质及更长的货架期，这可能是由于低温贮藏可降低菇体的呼吸作用，延缓其成熟、衰老，有利于保持营养成分和新鲜度[35]。

子实体褐变也是金针菇品质劣变的主要表现之一。目前的研究发现，食用菌褐变的主要原因是酶促褐变及微生物的侵染[36]。本研究中低温贮藏条件下病害指数、丙二醛含量、褐变度均较低，且不同温度间差异较大。贮藏期内金针菇子实体丙二醛含量反映了细胞内膜脂的过氧化程度[37]，膜脂的过氧化能破坏细胞的完整性，增加细胞膜的透性，一方面加速了细胞内酶促反应的发生；另一方面使细胞组织液外溢，导致微生物的大量侵染，从而导致子实体褐变[38]。低温贮藏下游离脯氨酸含量上升较快，这可能是由于菇体遭受低温胁迫时，会产生大量保护性的酶系，细胞内脯氨酸含量就会大量积累，以调节其抗寒性[39]。因此，细胞膜脂系统的破坏，也会使游离脯氨酸严重流失。因此，本研究中低温货架贮藏延缓了膜脂的过氧化，保持了组织细胞的完整性，减少了酶促褐变和微生物侵染的机会，从而延缓了金针菇子实体的褐变。

Arrhenius方程结合动力学方程预测货架期的研究已经十分广泛，并且都具有较高的预测精度。本研究建立的采后金针菇子实体货架期预测模型，决定系数R2均在0.90以上，模型拟合精度较高，可基于简便易测的指标，实现快捷实时监控采后金针菇子实体的品质变化情况和剩余货架期，有助于企业和商家实时控制贮藏和运输条件，从而有效降低其采后损失，具有重要的现实意义。

综上，在采后贮藏运输过程中严格控制冷链运输的及贮藏的温度对于保持金针菇子实体的品质和延长金针菇子实体的货架期有着十分重要的意义。同时，本研究仅建立了以温度为变量的金针菇子实体货架期预测模型，可能还具有一定的局限性，还可基于本模型研究多变量下货架期的预测，以期全方位更准确地预测其货架期。

4 结 论

采后金针菇子实体货架贮藏过程中，低温贮藏有效的抑制金针菇子实体的质量损失、褐变及发病，延缓了可溶性固形物质量分数的下降，延缓了丙二醛含量的上升和游离脯氨酸含量的下降，保持了细胞膜脂系统的完整性，延长了金针菇子实体的贮藏期。

基于金针菇子实体质量损失率、病害指数、褐变度、可溶性固形物质量分数的变化采用动力学模型结合经典的Arrhenius方程成功建立了4～25 ℃范围内的品质劣变动力学模型及货架期预测模型，并对其预测精确度进行了评价。所建立的模型的决定系数R2均在0.90以上，货架期预测相对误差均在10%之内，其中，以可溶性固形物质量分数预测的货架期精度最高。