青花菜貯藏期間顏色動力學(xué)模型的建立

青花菜貯藏期間顏色動力學(xué)模型的建立

0青花菜品質(zhì)特性青花菜的基本食物是綠色的花球。它的葉子是淺綠色的，非常柔軟，味道清新。它對提高人體的自然抗癌系統(tǒng)具有一定的保健功能。據(jù)了解,美國的青花菜產(chǎn)量已占蔬菜總量的18%,列五大速凍蔬菜之首。我國近年發(fā)展較快,目前花椰菜、青花菜年種植面積約14萬hm2,已成為華南地區(qū)內(nèi)銷與出口的重要蔬菜。青花菜采收后呼吸代謝十分旺盛,極易衰老,室溫(15℃左右)下2～3天就出現(xiàn)萎蔫、黃化,其采后保鮮的主要障礙是失水萎蔫、黃化和開花。呼吸強度強,葡萄糖的消耗量大,是導(dǎo)致青花菜失綠轉(zhuǎn)黃、開花變質(zhì)的主要因素。青花菜的人工分級指標主要包括鮮重、色澤、外觀品質(zhì)。其中顏色是青花菜最為重要的品質(zhì)特性之一。近年對青花菜顏色變化的研究已有報道,青花菜葉綠素的熱降解模型和以O(shè)2消耗量為變量因子的顏色變化模型已建立,可用于預(yù)測其品質(zhì)劣變情況。Tijskens等(2001年)建立青花菜在漂燙中的顏色變化模型,用-a*/b*表示綠色的變化,并指明色澤的形成和劣變與處理過程中色素物質(zhì)緊密相關(guān)。Kidmose等(1999年)報道,煮制中青花菜的葉綠素含量、黃化級數(shù)和儀器色澤參數(shù)之間有很好的相關(guān)性。國內(nèi)已有以花蕾黃化級數(shù)作為分級標準的報道,以葉綠素含量作為花球耐貯性鑒定指標也有試驗基礎(chǔ)。但貯藏青花菜在溫度和貯藏時間共同作用下的顏色變化動力學(xué)模型還尚未見報道。本文旨在建立此模型,其結(jié)果將有助于預(yù)測青花菜采后品質(zhì)劣變情況,同時為利用計算機視覺技術(shù)進行青花菜分級的參數(shù)設(shè)定打下基礎(chǔ)。1品質(zhì)變化的動力學(xué)模型近年來有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品在貯藏加工過程中的動力學(xué)研究在國內(nèi)外報道較多。這些研究大多從動力學(xué)變化的角度研究食品品質(zhì)的損失。其品質(zhì)因子Q(如色澤、硬度及固形物等)的變化速率(損失率)可以表示為dQdt=?k(Q)ndQdt=-k(Q)n(1)式中n——反應(yīng)級數(shù);k——反應(yīng)速率常數(shù),單位由反應(yīng)級數(shù)n決定;t——貯藏時間,d。大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與時間關(guān)系表現(xiàn)出零級或一級的反應(yīng),即n=0或1。動力學(xué)方程分別為零級反應(yīng):Q=Q0-kt(2)一級反應(yīng):Q=Q0exp(-kt)(3)其對數(shù)模型也廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的變化描述Q=Q0=Qt1+exp[k(t?t0)]Q=Q0=Qt1+exp[k(t-t0)](4)式中Q0——初始品質(zhì)參數(shù);Qt——t時間后的品質(zhì)變化量;t0——初始時間,d。而變化速率常數(shù)k值與溫度T(K)的關(guān)系符合Arrhenius方程形式k=krefexp[?EαR(1T?1Tref)]=A?exp(?Eα/RT)(5)k=krefexp[-EαR(1Τ-1Τref)]=A?exp(-Eα/RΤ)(5)式中kref——參考溫度下的速率變化常數(shù);Eα——反應(yīng)活化能,kJ·mol-1;R——氣體常量,8.314J·(mol·K)-1;Tref——參考溫度,K;A——方程常數(shù)。通過公式的轉(zhuǎn)換,品質(zhì)變化最終可表示為F(Q)=kt=A·exp(-Eα/RT)·t(6)式(6)就是農(nóng)產(chǎn)品貯藏過程中品質(zhì)變化的通用動力學(xué)模型。公式左邊是關(guān)于品質(zhì)Q的函數(shù),右邊與貯藏的時間t和溫度T有關(guān)。關(guān)于函數(shù)的表達形式因農(nóng)產(chǎn)品種類、品種、采收期、品質(zhì)指標等因素的不同而有差異,必須通過試驗獲得。顏色作為青花菜品質(zhì)的重要組成部分之一,其變化規(guī)律可利用動力學(xué)理論進行分析和研究,建立顏色變化模型。2材料和方法2.1試驗材料青花菜,購于南京白云亭蔬菜批發(fā)市場,品種為海芝,新鮮潔凈,無異味,花球緊密,花蕾未開,無病蟲害及其它傷害。2.2黃化面積測定試驗分為0℃、5℃、10℃下分別在HDPE薄膜單球包裝與不包裝兩種情況下進行。由預(yù)試驗可知,青花菜10℃、5℃下分別在10d、25d后完全失去商品性狀(即花蕾黃化面積大于95%),0℃下可貯藏60d,為計算方便,本試驗取0℃、5℃下分別貯藏30d、25d,每5d測一次各項指標,10℃下貯藏10d,每2d測一次,每組三次重復(fù)。同時測定青花菜的黃化級數(shù)、色澤參數(shù)和葉綠素總量,并進行比較分析。2.3測量指標1重量損失率w%W=(W0-Wt)/W0×100%式中W0——貯藏前鮮重,g;Wt——貯藏t時間后鮮重,g。2顏色模型參數(shù)的確定用MINOLTA公司的CR-200型色差儀,光源為D65(相當于色溫6500K的白晝光),以標準板標定。測定CIE-L*a*b*表色系中的L*(明度,反映色澤的亮度),a*(Hunter標度中的a軸值,正數(shù)代表紅色,負數(shù)代表綠色),b*(Hunter標度中的b軸值,正數(shù)代表黃色,負數(shù)代表藍色)。每株色澤讀取8個點,分別選取頂部和周邊4點,取平均值。顏色模型參數(shù)還包括:色調(diào)(Hue,簡稱H,以色澤角H°或色澤比a*/b*表示),是顏色的基本特征;總色差(TotalColorDifference,簡稱TCD),指明整體色澤的變化程度。換算公式分別為:H°=tan?1(b?/a?)TCK=(ΔL?)2+(Δa?)2+(Δb?)2?????????????????????√Η°=tan-1(b*/a*)ΤCΚ=(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)23顯微變黃或花球中3?；ㄇ蜃凕S的情況根據(jù)花蕾黃化的實際情況為測試組進行人工分級,分級標準如下:0級——目測不到花蕾變黃,球堅挺;1級——花球中有輕微變黃或花球中有1～3?；ɡ僮凕S;3級——花蕾變黃,占整個花球的5%;5級——花蕾變黃,占整個花球的50%;7級——花蕾變黃,占整個花球的75%;9級——花蕾變黃,占整個花球的100%;Y=∑(Ym·Nm)/(Yh·Na)式中Y——花蕾黃化級數(shù);Ym——單株黃化級數(shù);Nm——該級株數(shù);Yh——最高黃化級數(shù);Na——總株數(shù)。42維生素損失率c%分光光度計法C=(C0-Ct)/C0×100%式中C0——貯藏前葉綠素總量,mg/g;Ct——貯藏t時間后葉綠素總量,mg/g。5可溶性固形物含量ssc手持阿貝折光儀法。2.4lpo權(quán)軟件選擇方差分析采用SPSS11.0(StatisticalProductandServiceSolutions)軟件處理;回歸分析采用DPS(DataProcessingSystem)軟件處理。3結(jié)果與分析3.1套袋包裝對青花菜葉綠素損失率的影響貯藏前期青花菜的固形物含量因為大分子物質(zhì)的分解呈上升趨勢,但隨著呼吸躍變的到來,可溶性固形物被迅速消耗,呈現(xiàn)下降趨勢。因此青花菜的呼吸躍變與SSC的第一次峰值有密切關(guān)系。從圖1中SSC峰值出現(xiàn)時間的變化可明顯看出,相同溫度下套袋組的SSC峰值出現(xiàn)時間均比不套袋組延遲,說明套袋包裝延遲了青花菜呼吸躍變。通過回歸分析可知,鮮重變化符合零級反應(yīng),其斜率即為各處理組的失重率。從圖2(5℃和10℃均取商品性狀完全損失時的失重率,0℃取30d后的失重率)中可看出在各處理溫度下套袋組的失重率均比不套袋組的小的多,說明套袋對青花菜貯藏期間的失重率有顯著影響(p<0.05)。而溫度又進一步影響其失重速率,溫度越高,失重率越大。圖3(5℃和10℃均取商品性狀完全損失時的葉綠素損失率,0℃取30天后的葉綠素損失率)結(jié)果顯示,套袋包裝和低溫均對延緩葉綠素降解作用顯著,0℃套袋包裝組貯藏30天的損失率是18%,為最好水平。0℃與5℃的葉綠素損失率具有顯著性差異(p<0.05),而5℃與10℃的葉綠素損失率差異不明顯。3.2青花菜色澤參數(shù)b#和tcd的動力學(xué)響應(yīng)根據(jù)青花菜各顏色參數(shù)在貯藏過程中的變化規(guī)律,可以建立顏色的貯藏動力學(xué)模型。本試驗同時以L*a*b*表色系統(tǒng)中的a*、b*、H°和TCD四個參數(shù)來評價青花菜貯藏期間整體色澤的改變。從圖4和圖5可見,青花菜采后衰老過程中,b*值和TCD的變化屬于典型的指數(shù)形式,可以用式(3)表示:b*=b*0exp(-kt);TCD=TCD0exp(-kt)圖6和圖7表明,a*值和H°值的變化可用多項式表示:a*=A1t2+A2T+B1;H°=A3t2+A4t+B2式中A1,A2,A3,A4,B1,B2——均為方程常數(shù),由試驗數(shù)據(jù)確定。非線性回歸分析的結(jié)果表明,色澤參數(shù)b*和TCD的速率常數(shù)符合Arrhenius模型,模型符合一級動力學(xué)反應(yīng),各組b*、TCD的活化能以及以0℃為參考溫度的變化速率常數(shù)k見表1;而a*和H°的變化則可用多項式表示,決定系數(shù)R2范圍分別為0.811～0.989和0.768～0.994。非線性回歸分析表明,套袋組與不套袋組的b*值的模型檢驗相對R2在87.6%～92.4%之間,而套袋組與不套袋組的TCD值的模型檢驗相對R2處于87.6%～91.3%之間,說明模型的預(yù)測值與試驗數(shù)據(jù)間具有較高的一致性。通過表1中已建立的色澤參數(shù)b*和TCD的動力學(xué)模型,可對貯藏中青花菜的色澤變化進行時-溫預(yù)測,并根據(jù)實際情況進行有效的監(jiān)控。從表1還可發(fā)現(xiàn),套袋組b*值(反映黃化程度)的活化能比不套袋組提高了0.932kJ·mol-1(見表1),說明套袋形成了CO2氣調(diào)的小環(huán)境,在動力學(xué)上表現(xiàn)為提升了青花菜的活化能,延后青花菜采后呼吸躍變的啟動。進一步研究發(fā)現(xiàn)套袋對b*值的變化趨勢并沒有影響,只是減緩了變化的速度。3.3對一定的相關(guān)性青花菜黃化的主要原因是貯藏中葉綠素的不斷降解,而黃化級數(shù)作為人工分級的主要顏色標準,b*值有一定的相關(guān)性。圖8(10℃套袋組的結(jié)果顯示)黃化級數(shù)與b*值的決定系數(shù)R2的范圍在套袋與不套袋的情況下分別為0.902～0.998和0.899～0.997,兩者的變化趨勢也表明它們之間具有較好的相關(guān)性,其動力學(xué)模型均符合一級反應(yīng),說明顏色系統(tǒng)參數(shù)的變化與人工分級指標具有一致性。4青花菜色澤回歸分析結(jié)果1)試驗結(jié)果顯示,包裝提升了青花菜貯藏期間的活化能,延遲了呼吸躍變的啟動,對失重率有顯著影響(p<0.05);0℃與5℃的葉綠素損失率和速率變化常數(shù)k均具有顯著性差異(p<0.05)。2)非線性回歸分析的結(jié)果表明,色澤參數(shù)b*和TC