汪厚銀,史波林,歐克勤,鐘 葵,張璐璐,劉龍云,趙 鐳

(中國標準化研究院食品與農(nóng)業(yè)標準化研究所,北京 100091)

低溫冷藏是重要的食品保藏方式之一。家用電冰箱誕生于20世紀初期,隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展,冰箱已經(jīng)由奢侈品演化為最普通的家居用品,在日常食品保藏保鮮中扮演著最為重要的角色。冰箱雖然成為日常食品保藏保鮮的首選,但是仍有很多問題一直困擾著冰箱制造商及日常消費者,如食品在冰箱保藏過程中感官品質(zhì)及營養(yǎng)指標如何變化、冰箱冷藏食品保鮮效果有哪些評價指標、如何判定不同冰箱的保鮮效果等。上述核心問題,關(guān)系著企業(yè)產(chǎn)品的定位研發(fā),決定著消費者的購買及飲食決策。綜合評價基于產(chǎn)品的多方面信息,進行邏輯分類、科學(xué)提取,可以客觀準確地評價樣品的綜合品質(zhì)?；趯哟畏治龇ǖ哪：C合評價已被廣泛應(yīng)用于食品感官綜合評價中[1-4]。彭堅等[5]應(yīng)用模糊綜合評判方法,對紅腐乳的感官品質(zhì)進行了綜合評價,結(jié)果表明,模糊綜合評判法能夠客觀且準確地區(qū)分不同樣品的優(yōu)劣程度和等級;胡璇等[6]采用改進后的模糊綜合評判方法,對3種不同品牌的剁椒感官質(zhì)量進行了判定,同時結(jié)合樣品的色差和質(zhì)地結(jié)果,證實了評判結(jié)果的準確性。主成分分析法主要采用降維的思想,在簡化提取樣品信息的同時,最大限度地保留所測樣品的原始信息,用較少的綜合指標,概括大量所測數(shù)據(jù)中的各類信息,對樣品做出整體性的評價。陳軍輝等[7]采用主成分分析法,對12個西洋參樣品的23個變量進行了分類研究,提取出了西洋參樣品分類的第一、第二關(guān)鍵因素,對12個西洋參樣品進行了較好的分類;張興等[8]針對葡萄酒的質(zhì)量,采用主成分分析法提取了影響其品質(zhì)的主要指標,并通過相關(guān)系數(shù)分析和典型相關(guān)分析方法,建立了釀酒葡萄和葡萄酒的理化、感官品質(zhì)之間的關(guān)系。

本研究以典型冷藏食品——菠菜為代表,旨在分析其在冰箱冷藏過程中營養(yǎng)品質(zhì)和感官品質(zhì)的變化規(guī)律,篩選影響冰箱冷藏食品品質(zhì)及其新鮮度感知的關(guān)鍵指標,構(gòu)建評價冰箱冷藏食品新鮮度的綜合評價體系,并進行方法驗證,為有效評價家用冰箱保鮮效果提供技術(shù)支撐。此外,本研究對于指導(dǎo)企業(yè)產(chǎn)品定位研發(fā)、規(guī)范行業(yè)市場宣傳、增強產(chǎn)品市場競爭力并引導(dǎo)消費、提升公眾生活品質(zhì)和健康指數(shù)等方面有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮菠菜 品種為圓葉菠菜,購于北京市昌平區(qū)農(nóng)貿(mào)市場;抗壞血酸 分析純,國藥集團;2,6-二氯靛酚 分析純,國藥集團;偏磷酸 分析純,國藥集團;草酸 分析純,國藥集團;碳酸氫鈉 分析純,國藥集團;實驗用水 Milli-QA10超純水。

色差儀 HunterLab公司;ColorQuest XE紫外分光光度計 Varian;Cary 100電子天平 梅特勒公司,精確度為0.1 mg；確定測定條件所用三款冰箱信息見表1。

表1 三種冰箱的冷藏技術(shù)信息Table 1 Refrigeration technical parameters of the three refrigerators

1.2 實驗方法

1.2.1 測試樣品的確定 要評價冰箱保鮮效果,除了探究冰箱本身的能效參數(shù)外,還應(yīng)通過所保藏食品的理化感官指標的變化,間接反映其保鮮品質(zhì),實現(xiàn)優(yōu)劣評價。所選測試樣品應(yīng)考慮代表性、廣泛性、均勻性、穩(wěn)定性、易獲得性等幾個方面,基于上述原則在前期預(yù)實驗的研究基礎(chǔ)上,從草莓、櫻桃、菠菜、黃瓜等漿果類、核果類水果和葉菜類、瓜果類蔬菜的備選樣品中,最終選定菠菜開展研究。

新鮮菠菜葉片舒展,長短較為一致,無機械損傷和真菌感染,去除樣品中過長和過短菠菜,及異形、過熟和壓傷菠菜后,從中篩選出長短、顏色、質(zhì)地基本接近的菠菜樣品進行保鮮研究。

1.2.2 測試條件的確定 通過測定菠菜樣品在不同儲藏天數(shù)和在三款冰箱樣機不同儲藏位置(層數(shù))的理化、感官品質(zhì)變化,分析其品質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點或關(guān)鍵點,最終確定測試條件。

1.2.3 樣品品質(zhì)測定

1.2.3.1 理化指標的測定 失重率:采用重量法測定樣品失重率,按下列公式求出失重率:

式中:A-失重率,%;W-樣品的原始質(zhì)量,g;Wi-每次取樣測定時樣品的質(zhì)量,g。

色差:菠菜樣品葉片色差的測定采用追蹤法。隨機對冰箱每一層抽取具有代表性的菠菜,對選定的菠菜葉片的根部用標簽紙進行標記,考察這些帶有標記的菠菜葉片的狀況。采用色差儀對葉片中軸線上1/4、1/2、3/4處進行色差測量,計算總色差ΔE的大小:ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2。

葉綠素含量:菠菜樣品葉綠素含量的測定參照鄒琦的方法[9]。

維生素C含量:參照GB 6195-1986 水果、蔬菜維生素C含量測定法(2,6-二氯靛酚滴定法)[10]。

1.2.3.2 感官指標的測定 感官實驗采用6人描述性分析小組,分別對菠菜的光澤度、生青味等感官屬性及其整體印象應(yīng)用9點標度法進行感官評價,感官評價描述詞釋義見表2。

表2 菠菜感官評價描述詞釋義標度Table 2 Sensory attributes descriptors and intensity scale of spinach

1.2.4 綜合評價體系構(gòu)建與驗證 采用主成分分析法,對冷藏菠菜的品質(zhì)指標進行篩選、剔除和提取,提取體現(xiàn)冷藏效果的關(guān)鍵指標,用于構(gòu)建冰箱冷藏效果綜合評價體系,同時采用所建立的評價體系對7種市售冰箱進行評價和分類。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS Statistics 19軟件進行多元統(tǒng)計分析,利用Origin 8.5軟件進行數(shù)據(jù)處理及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冰箱冷藏食品儲藏天數(shù)對理化指標的影響

食品的新鮮程度體現(xiàn)在多個方面,包括理化、感官品質(zhì),可以具體到水分含量、重量損耗、維生素C含量、葉綠素含量、色澤、硬度等多個指標。劉開華等[11]通過測量甜櫻桃的感官指標、硬度、腐爛指數(shù)、可溶性固形物和維生素C含量,來評判復(fù)合涂膜技術(shù)對甜櫻桃的保鮮效果;孫樹杰等[12]測量菠菜的失重率、可滴定酸、維生素C及葉綠素含量,比較不同保鮮液對菠菜的保鮮效果;張繼武等[13]測定了在貯藏周期內(nèi)黃瓜的重量的變化、硬度、葉綠素含量、維生素C含量的變化，來衡量黃瓜的新鮮程度;關(guān)文強等[14]比較了青菜和西芹的失重率和維生素C含量變化,分析了高濕度冰箱和普通冷藏室內(nèi)的溫濕度變化規(guī)律。本文主要從失重率、色差值、葉綠素和維生素C含量變化以及光澤度、卷曲度、生青味、過熟味和總體品質(zhì)的變化來展開研究。

2.1.1 不同儲藏時間菠菜理化指標的變化 圖1是3種代表性樣機(樣機1、樣機2、樣機3)不同儲藏時間下菠菜樣品理化指標的變化情況。失重率是蔬菜新鮮度表征的重要指標之一,充足的水分可以有效維持細胞膨壓,使蔬菜呈現(xiàn)出飽滿、堅挺的狀態(tài)。低溫冷藏可以較長時間保持菠菜水分,但隨著儲藏時間的延長,失重率增大仍然不可避免。由圖a～d可以看出,在所測儲藏時間內(nèi),失重率、色差值、葉綠素及維生素C損失率均呈現(xiàn)出逐漸增加的情況,但在4 d以內(nèi),3種樣機的各項理化指標的變化率較為接近,4 d以后,隨著儲藏時間的延長,不同樣機中菠菜理化指標的變化差異越來越大,其中樣機2的各項理化指標的變化率均小于其他兩種樣機。

圖1 不同儲藏時間菠菜理化指標的變化Fig.1 Changes of physiochemical indexes of spinach at different storage time注:a:失重率;b:總色差值;c:葉綠素損失率;d:維生素C損失率，圖3～圖5同。

田瑩等[15]研究發(fā)現(xiàn),菠菜葉片在2 ℃儲藏6 d后,葉綠素a含量比初始值降低了約33%,總?cè)~綠素降低約25%,比本研究所測得的損失率略低,這可能由于本研究中冰箱樣機的冷藏溫度略高,均為4 ℃左右。菠菜的維生素C含量比較豐富。謝晶等[16]研究表明,2 ℃儲藏條件下,菠菜中維生素C的含量先減少后增加再減少,與本研究中的變化趨勢有所差異,這可能與樣品采收時的成熟度有關(guān)[17]。

2.1.2 不同儲藏時間菠菜感官指標的變化 感官評價是判斷菠菜外觀品質(zhì)最直觀的方式。對不同儲藏時間下,不同樣機的菠菜樣品的各項感官指標作柱形圖分析,并且通過對不同儲藏時間的各項感官評價的數(shù)據(jù)進行方差分析,根據(jù)方差分析的結(jié)果找出出現(xiàn)顯著性差異的時間,確定儲藏期的關(guān)鍵測試點,儲藏的起始點為儲藏日當天(第0 d),其他采樣點為2、4、5、6、7、8 d。圖2顯示了3種代表樣機內(nèi)儲藏期間菠菜樣品的感官變化。

圖2 不同儲藏時間菠菜感官品質(zhì)的變化Fig.2 Sensory changes of spinach during different storage time注:a:光澤度;b:卷曲度;c:生青味;d:過熟味;e:總體品質(zhì)。不同肩標字母表示差異顯著(p<0.05)。

從圖2a可以看出,菠菜樣品光澤度的感官評分隨著儲藏時間越來越低,說明光澤度越來越差。光澤度在儲藏起始點(0～2 d)無顯著性差異(p>0.05),儲藏第4 d開始出現(xiàn)顯著性差異(p<0.05)。從圖2b可以看出,菠菜樣品卷曲度的感官評分隨著儲藏時間越來越高,說明樣品葉片的卷曲度越來越高。卷曲度評分開始出現(xiàn)顯著性差異的關(guān)鍵點是儲藏第4 d(p<0.05)。從圖2c可以看出,菠菜樣品的生青味的感官評分隨著儲藏時間越來越低,說明樣品的生青味越來越淡。生青味開始出現(xiàn)顯著性差異的關(guān)鍵點是儲藏第4 d(p<0.05),儲藏6 d之后生青味弱到評價員識別能力之下。從圖2d可以看出,測定樣品的過熟味的感官評分隨著儲藏時間越來越高,說明樣品的過熟味越來越濃。儲藏第0～5 d,過熟味的強度都在感官評價員的識別能力之下,儲藏第6 d是一個突變關(guān)鍵時間,過熟味開始出現(xiàn)顯著性差異的關(guān)鍵點是儲藏第6 d(p<0.05)。菠菜樣品總體品質(zhì)的感官評分隨著儲藏時間越來越低(圖2e),說明樣品的總體品質(zhì)越來越差?？傮w印象的感官評分在儲藏起始點(0～2 d)無顯著性差異(p>0.05),儲藏第4 d首次出現(xiàn)顯著性差異(p<0.05),后期評分雖然出現(xiàn)了輕微波動,但是儲藏第6、7、8 d之間仍有顯著性差異(p<0.05),儲藏第4 d仍然是一個突變關(guān)鍵時間。因此,總體印象開始出現(xiàn)顯著性差異的關(guān)鍵點是儲藏第4 d(p<0.05)。

以上感官品質(zhì)的變化說明,菠菜在冷藏過程中感官品質(zhì)逐步下降,這主要由于，其采后呼吸速率高,生理代謝旺盛,同時低溫貯藏環(huán)境中較低的相對濕度造成葉片失水萎蔫,引起皺縮及色澤衰變,從而使其感官品質(zhì)發(fā)生變化。

2.2 冰箱冷藏食品儲藏層數(shù)對菠菜理化指標的影響

在上述冰箱冷藏食品儲藏天數(shù)對理化感官指標的影響分析中得出，對大多數(shù)感官指標而言,開始出現(xiàn)顯著性差異的關(guān)鍵時間為儲藏的第4 d(p<0.05),結(jié)合儲藏的起始點和儲藏的截止點,因此在研究儲藏層數(shù)對感官理化指標的影響時,選擇關(guān)鍵點前一個時間點、關(guān)鍵時間點、關(guān)鍵時間點后一個時間點以及儲藏的截止時間點進行考察。

圖3是代表性樣機1不同儲藏菠菜理化指標的變化情況。圖3a～d分別是失重率、總色差、葉綠素含量損失率和維生素C含量的損失率隨著儲藏時間的變化情況。由圖3a～b可以看出,不同儲藏層數(shù)的失重率、總色差值相差較大,尤其是總色差值的差異性較大。圖3c～d無法明顯看出不同儲藏層數(shù)葉綠素、維生素C含量的損失率之間的差異性。

圖3 樣機1不同儲藏層數(shù)菠菜理化指標的變化Fig.3 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 1

圖4是代表性樣機2不同儲藏層菠菜理化指標的變化情況。圖4a～d分別是失重率、總色差、葉綠素含量損失率和維生素C含量的損失率隨著儲藏時間的變化情況。失重率的差異性較大,葉綠素、維生素C含量的損失率之間的差異性不明顯。

圖4 樣機2不同儲藏層數(shù)菠菜理化指標的變化Fig.4 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 2

圖5是代表性樣機3不同儲藏層菠菜理化指標的變化情況。圖5a～d分別是失重率、總色差、葉綠素含量損失率和維生素C含量的損失率隨著儲藏時間的變化情況。不同儲藏層數(shù)的失重率、總色差值且差距均較大,但葉綠素、維生素C含量的損失率之間的差異性不明顯。葉蘭英等分析了病區(qū)醫(yī)用冰箱不同儲藏位置的溫度分布,結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冰箱體不同區(qū)域的溫度差異顯著,且具有統(tǒng)計學(xué)意義[18]。但對家用冰箱不同位置的溫度分布則未見報道。

圖5 樣機3不同儲藏層數(shù)理化指標變化情況Fig.5 Changes of physiochemical indexes of spinach stored at different areas in refrigerator 3

由上述3種有代表性的樣機的不同儲藏層數(shù)的理化指標的折線圖可以看出,部分理化指標的不同儲藏層數(shù)之間差異性很大,結(jié)合冰箱樣機自身的結(jié)構(gòu)層次特點,冰箱樣機儲藏層包括冷藏室擱板、冷藏室保鮮盒、變溫室保鮮盒等,不同品牌不同型號冰箱擱板的層數(shù)、冷藏室保鮮盒的層數(shù)、變溫室保鮮盒的層數(shù)不盡一致,如果只選擇一層進行評價,可能會造成最終評價結(jié)果的片面性。因此,無論不同儲藏層數(shù)的感官指標的評價值是何種趨勢,樣機的所有儲藏層數(shù)都應(yīng)該考慮,最終確定對所有區(qū)域進行貯藏測定,結(jié)果取平均值。

由上述實驗結(jié)果最終確定所采用的冰箱保鮮效果評價的儲藏條件為:冰箱自動冷藏環(huán)境下的所有冷藏區(qū)域,儲藏時間為4 d。

2.3 冰箱保鮮效果評價指標的篩選及其權(quán)重確定

2.3.1 理化指標和感官指標的篩選 由于研究中所測理化指標代表了菠菜新鮮度評價的主要理化特性,因此未對其進行剔除。

圖6 不同感官屬性主成分分析Fig.6 PCA of different sensory attributes

感官指標由評價員討論獲得,其雖然按照標準方法進行測定,但是指標間可能存在信息重復(fù),因此決定對感官指標進行篩選及剔除。通過多元統(tǒng)計分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)菠菜感官評價中,卷曲度與樣品偏離較遠,屬于無法很好進行給分的屬性,因此予以剔除;而過熟味與生青味負相關(guān),可以選擇正向指標生青味對樣品進行評價。

2.3.2 理化指標權(quán)重的確定 理化指標權(quán)重的確定總共分為5個步驟進行:第一,采用SPSS軟件自帶的系統(tǒng)進行指標無量綱標準化處理。第二,進行相關(guān)系數(shù)矩陣分析,判定是否適合主成分分析。結(jié)果見表3。由相關(guān)性分析可見,除了維生素C損失率和色差的相關(guān)性低于0.1外,其余指標的相關(guān)性均在0.2～0.7范圍內(nèi),說明其各指標間具有一定的相關(guān)性[19],可進行主成分分析進行成分提取。第三,采用主成分分析,獲得各個指標在各主成分線性組合中的系數(shù)如表4所示。第四,確定各成分的方差貢獻率。根據(jù)特征值大于1原則,第一主成分對總方差的貢獻率為λ1=54.694%;第二主成分對總方差的貢獻率為λ2=29.732%;前兩個主成分累計貢獻率為84.426%。這表明，所提取出的前兩個主成分可以代表所有變量約85%的變異,不僅很好地實現(xiàn)了降維,而且能較好地反映原來變量的信息。第五,將指標權(quán)重進行歸一化處理,最終確定綜合得分計算公式為:

表3 不同冰箱理化指標的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation coefficient matrix of physichemical indicators of different refrigerators

表4 主成分載荷矩陣Table 4 Principal component loading matrix

F1=0.572X1+0.075X2+0.559X3+0.595X4

F2=0.229X1+0.883X2-0.356X3-0.064X4

F=[λ1/(λ1+λ2)]F1+[λ2/(λ1+λ2)]F2=0.648F1+0.352F2

通過測量冷藏菠菜的失重率、色差、葉綠素損失率和維生素C損失率,采用F1、F2的計算公式,即可獲得兩個主成分的值。將其值代入總和得分的計算公式,可計算出F的值,即樣品的理化特性總和得分,該數(shù)據(jù)直觀反映了理化特性在保鮮過程中的衰敗情況。

2.3.3 感官指標權(quán)重的確定 感官指標權(quán)重的確定主要分成3個步驟進行:第一,開展消費者調(diào)查,通過兩兩重要性比較確定評價體系各指標權(quán)重。通過對331名年齡性別專業(yè)背景不同的消費者進行調(diào)查,讓其就給出的兩個因素進行兩兩比較,判斷誰更重要,之后統(tǒng)計結(jié)果構(gòu)建判斷矩陣,如表5所示。該矩陣最大特征值為4.1341,CI為一致性指標,CR為隨機一致性指標,隨機一致性比率CR值小于0.1時矩陣可用。最終所得其特征向量即為其所占權(quán)重。第二,確定評語評價集及評價等級值域。采用優(yōu)、良、中、較差、差五等作為評價集。采用表6的轉(zhuǎn)換方式，對九點打分的感官評分進行轉(zhuǎn)化。第三,根據(jù)權(quán)重計算公式與轉(zhuǎn)化值域,確定感官得分計算公式如下。

表5 感官指標判斷矩陣Table 5 Judgment matrix of sensory indicators

表6 菠菜感官品質(zhì)的評價等級值域Table 6 Rating range of sensory quality of spinach

A=W×R=(0.352,0.101,0.049,0.498)×(S1,S2,S3,S4)

M=(95,85,75,65,30)T

P=A×M

通過感官評定冷藏菠菜的光澤度、硬度、生青味和總印象,采用上述計算公式,即可獲得A、M的值。然后將其值代入P的計算公式,可計算出P的值,即樣品的感官特性總和得分,該數(shù)據(jù)直觀反映了樣品在冷藏過程中的感官品質(zhì)。

2.4 冰箱保鮮效果綜合評價體系的建立及應(yīng)用

由于感官指標代表得分,理化指標代表損失率情況,在綜合得分上,為盡可能實現(xiàn)冰箱保鮮度劃分,采用G=感官得分(P)/理化變化率(F)的值來表征其綜合得分。并采用該方法對市場7種冰箱進行保鮮度得分計算。這7款冰箱樣機1～7分別為海爾BCD-316WDCM、西門子KK28F4860W、美菱BCD-278WP3BD、美的BCD-236TGEMA、容聲BCD-316WPMB-XA22、夏普BCD-293WB-S、松下NR-C28WPD1-S。

表7 7種樣機綜合得分(感官/理化)Table 7 Overall score of the seven refrigerators(sensory/physichemical)

采用聚類分析,可將這7款樣機分為三類,如表8所示。

表8 測試的7款樣機分類Table 8 Classification of the seven refrigerators

其中樣機2和樣機4制冷方式為直冷,其他樣機為風冷,由此可見制冷方式是影響冰箱保鮮效果的一個重要因素。且樣機2和樣機4冷藏室的容積相對較小,可能也有助于提升其保鮮效果。盡管嘗試將這7款冰箱的評分與其市場定價和網(wǎng)友評價進行對比分析,但是由于其價格及網(wǎng)友評價還與其設(shè)計、生產(chǎn)成本、其他性能、品牌效應(yīng)以及網(wǎng)友的個人喜好等多個影響因素有關(guān),因此并未發(fā)現(xiàn)本研究中的保鮮效果綜合評分與市場價格或網(wǎng)友評價有直接對應(yīng)關(guān)系,也間接說明并不是價位越高的冰箱,其保鮮效果就越好。

3 結(jié)論

本文研究了冰箱內(nèi)冷藏天數(shù)、不同儲藏層數(shù)對冷藏食品(菠菜)理化、感官指標的影響,通過篩選理化指標、感官評價指標及確定各指標權(quán)重,最后構(gòu)建了基于菠菜品質(zhì)的冰箱冷藏保鮮效果綜合評價體系,并將體系應(yīng)用于不同冰箱冷藏保鮮效果的綜合評價中,對冰箱冷藏品質(zhì)進行了評價和分類。得出以下結(jié)論:菠菜的感官和理化品質(zhì)隨儲藏時間的延長而降低,儲藏第4 d是關(guān)鍵測試時間。菠菜儲藏在冰箱不同位置,其感官和理化品質(zhì)差異較大,為保證評測的全面和客觀,本研究對所有貯藏區(qū)域進行測定,結(jié)果取平均值。失重率(X1)、總色差(X2)、葉綠素損失率(X3)和維生素C損失率(X4)體現(xiàn)了菠菜新鮮度的主要理化特性。主成分分析提取出前兩個主成分,其貢獻率分別為54.694%、29.732%,累計貢獻率為84.426%。理化特性的評價公式為:F=0.648×(0.572X1+0.075X2+0.559X3+0.595X4)+0.352×(0.229X1+0.883X2-0.356X3-0.064X4)。多元統(tǒng)計分析篩選出光澤度(S1)、硬度(S2)、生青味(S3)和總體印象(S4)作為菠菜新鮮度感官品質(zhì)表征的主要指標,感官特性的評價公式為P=(0.352,0.101,0.049,0.498)×(S1,S2,S3,S4)×(95,85,75,65,30)T。綜合理化、感官指標及其權(quán)重,得出總新鮮度的評價公式為G=P/F。通過計算不同樣機菠菜新鮮度的評分,對市售七種冰箱保鮮效果進行了綜合評分和分類,驗證了所建立評價體系的適用性。