不同贮藏温度下油麦菜品质变化及其货架期预测

王海丹，普红梅，杨芳，于丽娟，李雪瑞

（云南省农业科学院农产品加工研究所，云南 昆明 650221）

油麦菜（Lactuca sativa L.）又名莜麦菜，菊科莴苣属，茎叶均可食用，是一种尖叶型叶用莴苣。油麦菜质地脆嫩，口感爽脆，且富含大量维生素和微量元素[1-3]。但由于油麦菜叶片较大，采后呼吸和蒸腾作用旺盛，叶片易失水、萎蔫、黄化、营养物质消耗较快、不易存放[4-5]。此外，油麦菜茎部切面易发生褐变也是降低油麦菜的感官品质的重要因素。油麦菜采后损失给农民与企业造成了较大的经济损失。

温控是延长果蔬货架期最有效的方法之一，温度直接影响了油麦菜采后贮藏期的生理活动，它与果蔬感官品质、营养成分等紧密相关[6-7]。适宜的低温环境被证实能够有效降低蔬菜的呼吸作用和新陈代谢，抑制酶活和微生物的滋生，减少营养成分流失[8-10]。但低温贮藏并非越低越好，一方面，温度过低易造成冷害或冻害，出现细胞膜透性、呼吸强度和乙烯释放量异常升高的现象[11-12]；另一方面，较低的温度条件，会增加贮藏成本，且我国部分地区仍存在冷链贮藏条件不足的情况，以云南为例，通过走访各蔬菜贮运基地发现，市面上贮藏油麦菜的冷库及冷链车温度多在2℃～8℃，近距离运输甚至会采用常温运输，很难达到油麦菜的最佳贮藏温度0℃～4℃。因此，研究冷链贮藏条件不足情况下，油麦菜以实际贮藏流通温度贮藏时的品质变化规律，建立科学的品质评价方法及预测模型，对油麦菜的贮藏流通条件控制和货架期决策具有重要的指导意义和理论价值。目前，已有少量关于不同贮藏温度对油麦菜贮藏品质影响的研究[3，13]，但基于动力学理论的油麦菜贮藏品质量化评价方法在国内外鲜见报道。

本文以油麦菜为研究对象，对油麦菜进行4种实际货架贮藏流通温度的贮藏试验，比较不同贮藏温度下油麦菜的茎部色值a*值、感官评分、失重率、还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量、细胞膜透性及多酚氧化酶的变化，并采用经典的Arrhenius方程结合零级或一级动力学模型建立油麦菜品质劣变动力学模型及货架期预测模型，以期为油麦菜的生产、贮藏、运输和销售过程中的品质监控和质量评价体系的建立提供理论依据与实践指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

油麦菜：云南省农垦蔬菜有限公司。采摘预冷后立即运回云南省农业科学院农产品加工所，挑选大小均匀、无病害和机械伤害的油麦菜用于试验。

99.5%草酸、99.0%钼酸铵、5%硫酸、99.5%醋酸、38%偏磷酸、95%乙醇：天津市风船化学试剂科技有限公司；乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）：上海源叶生物科技有限公司；多酚氧化酶试剂盒：苏州科铭生物技术有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

GT10-1型离心机：北京时代北利离心机有限公司；UV-1800PC型紫外可见分光光度计：上海美普达有限公司；CM-5型色差仪：日本美能达公司；PR-101α数字折射计：日本atogo公司；Universal 320R型高速冷冻离心机：德国hettich公司；HLR-310F型实验室冷藏箱：青岛海尔生物医疗股份有限公司；MGC-450HP-2型人工气候箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料处理方法

用已消毒的锋利不锈钢刀切去油麦菜出现轻微褐变的茎部，并除去外层3片～5片老叶、黄叶。用保鲜袋分装后，分别置于精准控温的实验室冷藏箱以及25℃的人工气候箱中保存，冷藏箱温度梯度分别为3、5℃和7℃。

1.3.2 感官评定

选用经过培训的感官评定人员对蔬菜进行评定。参考绿色食品白菜类蔬菜感官指标，从颜色、外形、气味、质地4个方面进行9分制评分。综合感官评分为4项评分的平均值，6分以下表明油麦菜已经不具备商业价值。评分标准见表1。

表1 感官评价Table 1 Sensory evaluation criteria

1.3.3 失重率测定

采用称重法测定失重率，计算贮藏第0天质量W0与该样品取样当天质量W的差值与第0天质量W0的比值。失重率计算公式如下。

1.3.4 还原型VC含量测定

还原型VC含量的测定参照项雯慧等[14]的方法。

1.3.5 叶绿素含量测定

叶绿素含量的测定参照张怡等[10]的方法。

1.3.6 可溶性固形物含量测定

可溶性固形物含量采用手持折光仪测定。

1.3.7 细胞膜透性的测定

细胞膜透性的测定参照Lopez-galvez等[15]的方法。

1.3.8 多酚氧化酶活性测定

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性的测定采用多酚氧化酶试剂盒。以反应液每毫克组织蛋白在每毫升反应体系中每分钟在波长525 nm下的吸光度值变化0.005为一个活力单位（U/mg prot）。

1.3.9 色差值测定

用色差仪测定油麦菜茎部切面的色度值，测定点分布于圆形切面的上下左右以及中心，每个处理组8颗，每棵测5个点，记录每个点L*（亮度）、a*（红绿色值）、b*值（黄蓝色值），以平均值表示色值。

1.3.10 贮藏期间油麦菜品质变化动力学模型的建立

对4个不同贮藏温度条件下油麦菜的还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量、细胞膜透性、失重率、PPO活性、色值a*值以及综合感官评分进行Pearson相关性分析，排除与其他品质指标相关系数较低的品质指标，得到贮藏期间影响油麦菜货架期的关键指标，并利用零级和一级动力学方程对关键指标数据进行指数回归分析。根据回归方程的决定系数确定适合的动力学模型，并计算反应常数。然后在Arrhenius动力学方程基础上，预测不同贮藏温度条件下油麦菜的货架期。

大多数食品在贮藏过程中品质变化基本符合零级或一级动力学反应方程[16]，具体如下。

式中：At为油麦菜贮藏在贮藏时间为t时的品质指标值；A0为品质指标初始值；k为品质变化速率常数，mg（/g·d）；t为时间，d。

Arrhenius方程作为描述化学基元反应的经典模型，可以用来描述食品营养素保存率与温度的关系[17]。Arrhenius方程：。取对数后：ln k-ln。其中：k0为方程指前因子，mg/（g·d）；Ea为活化能，kJ/mol；R为气体常数，8.314 J/（mol·K）；T为绝对温度，K。

1.4 数据处理

采用Origin Pro 9.1及SPSS 17.0进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同贮藏温度对油麦菜茎部色值的影响

不同贮藏温度对油麦菜茎部色值a*值的影响见图1。

图1 不同贮藏温度对油麦菜茎部色值a*值的影响Fig.1 Effect of different temperatures storage on the a*value in the stems of Lactuca sativa

油麦菜的茎部切面在贮运过程极易发生褐变，很大程度上降低了油麦菜的感官品质。通过茎部色值的测定可更精确反映其褐变程度，其中a*值可反映颜色的红绿程度，a*值越大表明茎部颜色偏红，油麦菜茎部褐变现象越严重，a*值为负值时，则表明茎部颜色偏绿。由图1可知，贮藏前，油麦菜的a*值为负值，颜色偏绿，随着贮藏时间的延长，油麦菜茎部的a*值不断上升，褐变程度加深。贮藏前期（0～8 d），贮藏温度越低，a*值上升的速率越慢，第8天时，3、5℃和7℃试验组油麦菜的茎部a*值分别为3.12、7.22和9.44，贮藏后期（16 d～20 d），a*值上升趋势减缓，这是由于贮藏后期褐变程度已经非常严重，a*值已经接近峰值。25℃试验组的a*值的上升速率明显快于低温试验组，这说明25℃贮藏条件中，油麦菜茎部更易发生褐变。

2.2 不同贮藏温度对感官评分的影响

不同贮藏温度下油麦菜感官评分的变化见图2。

图2 不同贮藏温度下油麦菜感官评分的变化Fig.2 Changes of sensory evaluation of Lactuca sativa under different storage temperatures

感官评价可辅助果蔬货架期的判断[18]。贮藏初期油麦菜颜色鲜绿、叶形饱满、气味清香、质地脆嫩。如图2所示，25℃试验组的油麦菜贮藏第6天时，颜色、外形、气味、质地评分已经降至4分～5分，叶片开始皱缩，出现黄化现象和异味，质地开始变软，失去商品价值。而低温试验组的油麦菜直至贮藏至第20天时，颜色、外形、气味、质地的感官评分才降至4分～5分。其中，7℃试验组的各项得分明显低于3℃和5℃试验组。贮藏前16 d，5℃试验组的感官评分要略高于3℃试验组，这可能与3℃试验组的油麦菜贮藏前期失重率相对较高有关。感官评分结果表明，3℃和5℃贮藏条件均可较好地维持油麦菜的感官品质，短期贮藏时，5℃贮藏条件即可。综合感官评分为4项感官评分值的平均值，以6分视为油麦菜商业价值临界值，则3、5、7℃和25℃贮藏温度下油麦菜的货架寿命分别为20、16、12 d和4 d。

2.3 不同贮藏温度对油麦菜失重率的影响

不同贮藏温度对油麦菜失重率的影响见图3。

图3 不同贮藏温度对油麦菜失重率的影响Fig.3 Effect of different temperatures storage on the weight loss rate of Lactuca sativa

呼吸和蒸腾作用是造成蔬菜采后质量损失的主要原因之一[19]，呼吸和蒸腾作用越大，质量损失越多。失重率是评价油麦菜质量损失及外观品质的重要指标。由图3可知，失重率随贮藏时间的延长不断上升，不同贮藏温度下，油麦菜失重率的变化趋势有较为明显的差异，其中25℃试验组的上升速率最快。在贮藏前期（0 d～8 d），3℃试验组的失重率要高于5℃试验组，贮藏后期（12 d～16 d）则相反，这可能与贮藏前期油麦菜对较低的温度环境作出适应性变化有关。但总体而言，温度越低越有利于降低油麦菜的失重率，这可能是由于低温贮藏环境抑制了油麦菜体内分子间的运动，降低了油麦菜的呼吸速率，从而缓解蒸腾引起的水分散失[20]。

2.4 不同贮藏温度对油麦菜还原型VC含量的影响

不同贮藏温度对油麦菜还原型VC含量的影响见图4。

图4 不同贮藏温度对油麦菜还原型VC含量的影响Fig.4 Effect of different temperatures storage on the VCcontent of Lactuca sativa

由图4可知，不同贮藏温度下，油麦菜的还原型VC含量均随贮藏时间的延长不断下降。油麦菜在贮藏期间还原型VC含量下降速度顺序为25℃＞7℃＞5℃＞3℃，贮藏至第4天时，3、5、7℃和25℃试验组油麦菜的还原型VC含量损失率分别为7.04%、10.9%、29.2%和36.3%。在25℃贮藏条件下，第6天时，油麦菜还原型VC含量已下降至0.163 mg/g。结果表明低温贮藏可有效减少VC的降解，而3℃试验组贮藏效果优于5℃和7℃试验组。

2.5 不同贮藏温度对油麦菜总叶绿素含量的影响

不同贮藏温度对油麦菜总叶绿素含量的影响见图5。

图5 不同贮藏温度对油麦菜总叶绿素含量的影响Fig.5 Effect of different temperatures storage on the chlorophyll content of Lactuca sativa

叶绿素含量是评定蔬菜营养价值的重要参数。由图5可知，随着贮藏时间的延长，不同贮藏温度下油麦菜的总叶绿素含量均呈下降趋势。其中，25℃试验组油麦菜叶绿素含量下降速度最快，贮藏至第6天时，总叶绿素含量已下降到0.779 mg/g。低温贮藏条件下（3、5、7℃），贮藏前期油麦菜叶绿素含量下降相对较快，而贮藏后期下降趋势较缓；贮藏中后期（12 d～20 d），3℃试验组下降速度要略低于5℃试验组和7℃试验组。以上结果表明，低温贮藏能延缓叶绿素的降解，维持油麦菜中叶绿素的含量。

2.6 不同贮藏温度对油麦菜可溶性固形物含量的影响

不同贮藏温度对油麦菜可溶性固形物含量的影响见图6。

图6 不同贮藏温度对油麦菜可溶性固形物含量的影响Fig.6 Effect of different temperatures storage on the soluble solids content of Lactuca sativa

由图6可知，在不同贮藏温度下，油麦菜的可溶性固形物含量均呈下降趋势。3、5℃和7℃试验组油麦菜的可溶性固形物含量下降的速率呈先快后缓的趋势，且下降幅度的差异较小，第20天时，油麦菜的可溶性固形物含量分别从初始值1.43%下降至1.1%、1.07%、1.07%。在25℃贮藏条件下，油麦菜的可溶性固形物含量下降幅度最大，第6天时油麦菜可溶性固形物含量保持率仅为62.9%。由此可见，低温贮藏条件可延缓油麦菜可溶性固形物的损失。

2.7 不同贮藏温度对油麦菜细胞膜透性的影响

不同贮藏温度对油麦菜细胞膜透性的影响见图7。

图7 不同贮藏温度对油麦菜细胞膜透性的影响Fig.7 Effect of different temperatures storage on the membrane permeability of Lactuca sativa

细胞膜透性是评判蔬菜新鲜程度的重要指标之一，油麦菜自身衰老及逆境胁迫状态易造成细胞内部电解质外渗，因此细胞膜透性可通过反映细胞完整性来判断其贮藏过程中的状态[21-22]。相对电导率是衡量细胞膜透性的重要指标，与细胞膜透性呈正相关。如图7所示，不同贮藏条件下，油麦菜的相对电导率均呈上升趋势，这说明贮藏期间油麦菜的细胞膜完整性逐渐遭到破坏，细胞膜透性增加。其中，25℃试验组油麦菜的相对电导率的上升速率最快，第4天时，相对电导率已达到20.86%；3℃和5℃试验组上升幅度无明显差异，7℃试验组油麦菜的相对电导率的上升幅度大于3℃和5℃试验组。结果表明，低温贮藏环境能有效减缓油麦菜细胞膜透性的上升，抑制细胞衰老。

2.8 不同贮藏温度对油麦菜多酚氧化酶活性的影响

不同贮藏温度对油麦菜多酚氧化酶活性的影响见图8。

图8 不同贮藏温度对油麦菜多酚氧化酶活性的影响Fig.8 Effect of different temperatures storage on the polyphenol oxidase activity of Lactuca sativa

多酚氧化酶是催化果蔬酶促褐变的重要酶类之一。PPO在果蔬中一般与叶绿体膜紧密结合，以非活性的状态存在，当果蔬成熟、衰老或组织细胞受到伤害后，其活性会显著提高[14，20]，PPO与多酚类底物及酚类衍生物反应，导致褐变，因此，PPO活性与褐变程度呈正相关，PPO活性可以作为衡量预测果蔬褐变敏感性的一个指标[23]。图8显示了油麦菜贮藏期间PPO活性的变化情况，其变化规律基本遵循先上升再下降的趋势。PPO活性的增加可能与贮藏过程中油麦菜成熟、衰老以及前期处理造成的细胞组织破坏有关。25℃试验组油麦菜在贮藏第4天时其活性达到最大，PPO活性上升至30.58 U/mg prot；3、5℃和7℃试验组油麦菜的PPO活性的变化趋势没有明显的差异，在贮藏第12天时PPO活性均达到最高，分别为30.97、31.88、31.71 U/mg prot，此后PPO活性迅速下降，这可能是由于随着贮藏时间的延长，酶促反应的底物不断减少，导致酶活性降低[24]。以上结果说明，低温贮藏在一定程度上抑制了油麦菜的PPO活性，这有利于抑制油麦菜的褐变。

2.9 油麦菜货架期预测模型的建立

2.9.1 相关性分析

油麦菜贮藏期间各品质指标与其综合感官评分之间的Pearson相关系数见表2。

表2 油麦菜贮藏期间品质指标与综合感官评分之间的Pearson相关系数Table 2 Pearson correlation coefficients between quality indexes and sensory score of Lactuca sativa during storage

续表2 油麦菜贮藏期间品质指标与综合感官评分之间的Pearson相关系数Continue table 2 Pearson correlation coefficients between quality indexes and sensory score of Lactuca sativa during storage

除PPO活性与综合感官评分间的相关性在3℃及25℃贮藏温度下不显著外，其他各贮藏品质指标与综合感官评分间均为显著或极显著相关。还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量与感官评分间呈正相关，其他指标与感官评分间均呈负相关。在7种油麦菜贮藏品质指标中，PPO活性和细胞膜透性与其他品质指标间的相关系数相对较低，这和PPO活性与细胞膜透性在整个贮藏过程呈现先上升后下降的变化趋势有关。因此，除PPO活性与细胞膜透性外，其他品质指标均可作为影响油麦菜贮藏品质和货架期动力学预测模型的关键因素。

2.9.2 确定反应级数

通过对品质指标变化与时间进行线性回归拟合和相关性分析，可得到不同贮藏温度条件下品质指标与时间的线性回归方程、速率常数k以及决定系数R2，从而通过比较决定系数R2确定反应级数，结果如表3所示。

表3 油麦菜零级与一级动力学回归速率常数k及决定系数R2Table 3 Reaction rate constant k and determination coefficient R2of determination for zero and first order regression of Lactuca sativa

失重率与a*值不同于其他指标，相对于一级模型ln At=ln A0-kt来讲，由于失重率的初始值为零，意味着A0=0，a*值的初始值为负值，即A0为负数，因此失重率与a*值的变化过程无法使用一级函数模型进行拟合，选用零级动力学模型。还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量以及综合感官评分的一级动力学模型的决定系数之和分别为3.768、3.632、3.710和3.856，均比其零级动力学模型的决定系数之和大，选用一级动力学模型。

2.9.3 油麦菜货架期预测模型的建立

将一级动力学模型ln At=ln A0-kt与Arrehenius方程结合，即可得到如下油麦菜还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量以及综合感官评分预测模型公式。

将零级动力学品质函数At=A0-kt与Arrhenius方程结合，即可得到如下油麦菜a*值和失重率评分预测模型公式。

根据不同贮藏温度条件下品质指标随时间的变化规律，建立动力学预测模型。以ln（-k）为y值、1/T为x值作Arrehenius曲线，由此曲线可以计算出油麦菜品质指标活化能Ea和指前因子k0，结果见表4。

表4 品质指标零级或一级变化的活化能Ea和指前因子k0Table 4 Active energy（Ea）and frequency coefficient（k0）for zero and first order change of quality indexes

由表4可知，不同贮藏温度条件下油麦菜品质指标变化的Arrhenius方程曲线的R2值均大于0.90，说明模型拟合度较高。将各品质指标的活化能Ea和指前因子k0带入相应的方程，即可得到如下贮藏期预测模型公式。

2.10 模型验证

利用建立的油麦菜货架期预测模型方程对油麦菜贮藏期进行预测，以还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量、综合感官评分、a*值与失重率为指标，将货架期的实测值和预测值进行比较，验证结果如表5所示。

表5 不同贮藏温度下各品质指标的货架期预测及实测值Table 5 Shelf life prediction based on different quality indexes at different storage temperatures

续表5 不同贮藏温度下各品质指标的货架期预测及实测值Continue table 5 Shelf life prediction based on different quality indexes at different storage temperatures

由表5可知，综合感官评分、a*值以及还原型VC含量建立的动力学模型对3、5、7℃和25℃条件下贮藏的油麦菜预测值准确率较好，预测值与实测值的相对误差均在13%以内，可作为4个温度下的通用货架期预测模型。

3 结论

本研究表明，低温贮藏可有效减缓油麦菜贮藏期间营养物质的流失（还原型VC含量、叶绿素含量和可溶性固形物含量）、感官评分的下降以及失重率和细胞膜透性的上升，抑制油麦菜多酚氧化酶活性及其茎部褐变。相关性分析显示，除PPO活性与细胞膜透性与其他品质指标间的相关系数相对较低外，其他指标间相关性系数均较高，且显著相关，因此可将还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物、综合感官评分、a*值与失重率作为货架期预测模型的指标。一级动力学模型可较好地描述3℃～25℃贮藏条件下油麦菜还原型VC含量、叶绿素含量、可溶性固形物含量和综合感官评分的变化规律，零级动力学模型可描述油麦菜失重率与a*值的变化过程，其结合Arrhenius方程均能预测油麦菜的货架期，得到货架期预测方程。验证试验证明了预测结果的准确性，预测值与实测值的偏差均在13%以内。因此，还原型VC含量、综合感官评分与a*值均可作为动力学模型进行油麦菜货架寿命的预测。本研究构建的模型可较好的进行油麦菜货架期预测，成本较低，可以作为计算油麦菜不同品质指标对应的剩余货架期及感官寿命的预测手段被广泛使用。其中，本研究创新性的应用油麦菜贮运过程中茎部褐变的变化规律特性，通过色值的测定，以a*值为品质指标进行货架期预测，相较于还原型VC含量、叶绿素含量等需要取样检测的指标，检测该指标的优势是不损坏样品，属于无损检测，且不需要复杂的检测流程，方便快捷；而相较于感官品质指标，a*值采用仪器测定相对精确，避免人为主观因素的干扰。在今后的研究中，可根据油麦菜的实际贮运设备条件、销售条件、消费者购买后可能的存放习惯以及货架期时长需求，进行温度条件的调整或组合，使油麦菜的贮运温度更贴合实际需求，优化其冷链物流工艺。本研究通过建立动力学模型，对油麦菜贮藏过程中的品质变化进行预测，进而为油麦菜贮运过程中的品质监控体系及冷链物流技术标准的构建提供理论依据。