鄭賀云,姚 軍,李 超,張翠環(huán),耿新麗

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所, 新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意義】甜瓜為葫蘆科一年生蔓生植物,甜瓜是我國新疆的名優(yōu)產(chǎn)品[1]。甜瓜含糖量高,富含蛋白質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)[2],但是采摘時氣溫比較高,上市時間相對集中,由于含糖、水分都高,生理代謝旺盛,加快了果實的后熟衰老速度,容易被病原菌侵染致使果實腐爛嚴(yán)重,縮短了甜瓜的壽命,降低其使用和商品價值[3]。實時監(jiān)控貯藏、流通過程中甜瓜的品質(zhì)變化規(guī)律,構(gòu)建貨架期壽命預(yù)測模型,對減少甜瓜貯藏和流通過程中果實損失具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】近年來,隨著各學(xué)科的互相滲透和交叉,Arrhenius方程作為描述化學(xué)基元反應(yīng)的經(jīng)典模型[4],結(jié)合各種參數(shù)及動力學(xué)方程被廣泛應(yīng)用到水果[5-6]、蔬菜[7-8]、水產(chǎn)品[9-10]、肉類[11-12]等各類農(nóng)產(chǎn)品的貨架預(yù)測中,并取得較好效果?！颈狙芯壳腥朦c】果蔬在高溫、高濕的貯藏條件下容易腐爛變質(zhì),而低溫條件能夠有效抑制果蔬采后衰老,保持品質(zhì),延長貨架期,但是不適宜的低溫也能引起冷害,加重果實表面變色與病斑發(fā)生。根據(jù)甜瓜品種的不同,最適貯藏溫度差異顯著,9～10℃為白蘭瓜適宜的貯藏溫度,4～5℃條件下貯藏會發(fā)生冷害[13];而86-1最適的貯藏溫度為5℃[14];西州密17號和西州密25號最適的貯藏溫度為6～8℃[15],6℃貯藏條件下能夠較好地保持日本甜寶甜瓜果面的色澤和亮度[16]。目前適合黃夢脆貯藏的最適溫度和貨架期預(yù)測模型的研究均鮮見報道。需研究不同貯藏溫度對甜瓜貯藏特性的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究黃夢脆甜瓜冷藏的適宜溫度,比較不同貯藏溫度下甜瓜質(zhì)量損失率、病害指數(shù)、冷害率、呼吸速率、乙烯釋放量、果實硬度和可溶性固形物的變化。并采用Arrhenius方程基于質(zhì)量損失率、果實硬度的變化建立貯藏期預(yù)測模型,并給予驗證評價,為黃夢脆貯藏及運輸提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以甜瓜品種黃夢脆為材料,由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈密瓜研究中心育成。甜瓜2019年10月1日購于新疆鄯善縣魯克沁鎮(zhèn),發(fā)泡網(wǎng)套瓜裝箱,當(dāng)天運回新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所實驗室,選擇成熟度一致、大小一致,無機械損傷、無病蟲害、留2～3 cm果柄的果實用于試驗處理。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

用無損測糖儀測定可溶性固形物含量15%左右的甜瓜120個,分別放入4、6、8、10℃的低溫恒溫箱中,每個恒溫箱放置30個果實。每7 d測定甜瓜可溶性固形物、果肉硬度、失重率、腐爛率等指標(biāo)的變化。

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 呼吸強度

呼吸強度利用紅外CO2呼吸速率測定儀測定,將甜瓜果實和紅外CO2呼吸速率測定儀同時放在有機玻璃罐中,加蓋密封,1 h后讀取數(shù)值。呼吸強度以每千克果實每分鐘釋放的CO2的量表示(ng/(kg·min))

1.2.2.2 乙烯釋放量

每個處理選擇1個果實分別放入有機玻璃罐中,利用便攜式乙烯測定儀測定密封1 h后的乙烯含量。乙烯釋放量(CH2ng/(kg·min))

1.2.2.3 果實硬度

果實的硬度用硬度計測定。將甜瓜果實從赤道切開,在果皮向內(nèi)2.5 cm處用果實硬度計測定(kg/cm2),每個果實沿對稱點測定10次。

1.2.2.4 可溶性固形物含量

用無損測糖儀(型號K-BA100R)對每組的果實的可溶性固形物含量進(jìn)行測定,取其平均值(%)。

1.2.2.5 果實失重率

采用稱重法計算果實失重率,每組選擇30個果實,其計算公式為:失重率=(初始重量-貯藏后重量)/初始重量×100%。

(1)

1.2.2.6 冷害率及腐爛指數(shù)

根據(jù)甜瓜果實表面病斑大小作為判別果實腐爛級別的依據(jù)。按照果實腐爛面積大小將果實腐爛級別分為5個等級[17]:

零級:果實新鮮,完好無損;一級:腐爛面積占整果的5%～10%;二級:腐爛面積占整果的10%～15%;三級:腐爛面積占整果的15%～20%;四級:腐爛面積占整果的20%及以上。

腐爛指數(shù)(%)=∑[(腐爛級別×本級果實數(shù))/(總果實數(shù)×最高級別)]×100[17]。

(2)

腐爛率(%)=(腐爛果數(shù)/總果實數(shù))×100[17]。

(3)

1.2.3 貨架期模型的構(gòu)建

1.2.3.1 動力學(xué)模型的建立

從動力學(xué)變化的角度對食品的品質(zhì)(化學(xué)、物理和微生物)變化分析,果蔬中品質(zhì)指標(biāo)C的動力學(xué)反應(yīng)多采用零級或者一級反應(yīng)描述[18-20]。

零級反應(yīng)模型為:Ct=C0+kt.

(4)

一級反應(yīng)模型為:lnCt=lnC0-kt.

(5)

式中,t為貨架時間(d);Ct為貨架時間為t時的品質(zhì)指標(biāo)值;C0為品質(zhì)指標(biāo)的初始值;k為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)。

1.2.3.2 品質(zhì)變化預(yù)測模型的建立[5,7,8]

化學(xué)基元反應(yīng)的經(jīng)典模型Arrhenius方程,可描述溫度與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系。

其公式為k=k0exp(-Ea/RT).

(6)

式中,k:化學(xué)反應(yīng)的速率常數(shù);Ea:反應(yīng)的活化能/(kJ/mol);T:絕對溫度/K;k0:指前因子;R:氣體常數(shù)(8.314 J/(mol·K))。

lnk與1/T呈線性關(guān)系,直線斜率為-Ea/R,在Y軸上截距為lnk0。求得4、6、8和10℃各不同貯藏溫度下各指標(biāo)的速率常數(shù)k后,以lnk-1/T做圖可以計算出活化能Ea和指前因子k0。

將(5)式取對數(shù)可得lnk=-Ea/RT+lnk0.

(7)

通過對lnk、1/T線性擬合,依據(jù)直線的斜率和截距分別計算反應(yīng)活化能Ea和指前因子k0值,將(6)式帶入(3)、(4)式可得到甜瓜在零級和一級反應(yīng)的貨架期預(yù)測模型:

零級反應(yīng)貨架期預(yù)測模型:SL0=(C-C0)/k0exp(-Ea/RT).

(8)

一級反應(yīng)貨架期預(yù)測模型:SL1=ln(C/C0)/k0exp(-Ea/RT).

(9)

式中,SL0:零級反應(yīng)下甜瓜的貨架期預(yù)測模型;SL1:一級反應(yīng)下甜瓜的貨架期預(yù)測模型;C0:品質(zhì)指標(biāo)的起始值;C:貯藏td時品質(zhì)指標(biāo)終止值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel2003對每個指標(biāo)的測定數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理,方差分析(P<0.05)采用SPSS17.0數(shù)據(jù)分析軟件完成,并利用Origin8.5繪圖并擬合曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜瓜貨架期間品質(zhì)指標(biāo)的變化與動力學(xué)

2.1.1 貯藏溫度對甜瓜外觀質(zhì)量的影響

研究表明,黃夢脆果實在4和6℃貯藏條件下,果實表面發(fā)生冷害,表現(xiàn)最為突出的就是果皮褐變、萎蔫,分別在14和21 d時就失去了外觀商品價值;8和10℃下貯藏的黃夢脆果實基本保持了其固有的風(fēng)味,但10℃下的果實果面色澤保持相對較好。

2.1.2 貯藏溫度對甜瓜冷害和腐爛的影響

研究表明,隨著貯藏時間的增加,各處理的果實冷害程度和腐爛指數(shù)不斷增大,且果面褐變率存在明顯差異。貯藏14 d時,各處理果實表面出現(xiàn)不同程度的褐變,4、6、8和10℃條件的果實果面褐變率分別達(dá)到48.15%、25.93%、11.11%和7.41%,貯藏到21 d時4℃條件下沒有被病原菌侵染的病斑,但是果實表面褐變達(dá)到80.95%,比10℃條件下增長47.05%,已失去商品價值;6℃條件下貯藏的甜瓜果實表面褐變率也高達(dá)57.14%,也基本失去了商品價值;貯藏28 d時,8和10℃的腐爛率分別為25.00%和26.67%。低溫貯藏能夠抑制病原菌的侵染,但是溫度過低會使果實出現(xiàn)冷害,使果面發(fā)生萎蔫、褐變,導(dǎo)致果實失去商品價值。表1

表1 不同溫度下貯藏甜瓜冷害、腐爛變化

2.1.3 貯藏溫度對甜瓜呼吸速率的影響

研究表明,4℃貯藏條件下的果實呼吸強度的變化相對平緩,其它3個貯藏溫度下果實的呼吸變化趨勢整體呈先上升后下降,有明顯的呼吸高峰出現(xiàn)。6和8℃的果實貯藏16 d時呼吸達(dá)到最高,分別為4.84和3.70 ng/(kg·min),10℃條件下果實的呼吸速率在18 d時達(dá)到高峰,呼吸速率為5.63 ng/(kg·min)。

4℃的平均呼吸強度最低為3.80 ng/(kg·min),極顯著低于其它處理(P<0.01),6℃與其它處理之間差異極顯著(P<0.05),而8和10℃之間差異不顯著(P>0.05)。圖1

圖1 不同貯藏溫度下甜瓜呼吸強度變化

2.1.4 貯藏溫度對甜瓜乙烯釋放的影響

研究表明,乙烯是果蔬的內(nèi)源激素,能夠催化果實成熟,加速果實衰,隨著乙烯的釋放,果實也逐漸開始衰老。黃夢脆甜瓜貯藏過程中各處理的乙烯釋放量明顯,并且出現(xiàn)乙烯釋放高峰,乙烯釋放與貯藏溫度密切相關(guān)。在4～10℃的貯藏溫度范圍內(nèi),貯藏前期(0～14 d)各處理的乙烯釋放量都處于一個相對平緩狀態(tài),但是到貯藏第14 d時各處理的乙烯釋放量迅速增高,且4℃貯藏的果實乙烯釋放量最高,達(dá)到0.010 51 ng/(kg·min)而10℃條件下貯藏的果實乙烯釋放量相對較低0.005 704 ng/(kg·min),貯藏14 d以后,各處理組的果實乙烯釋放量又處于平緩狀態(tài)。圖2

圖2 不同貯藏溫度下甜瓜乙烯釋放量變化

2.1.5 貯藏溫度對甜瓜可溶性固形物含量的影響

研究表明,隨著貯藏天數(shù)的增加,各處理的黃夢脆甜瓜果實的可溶性固形物含量都呈上升趨勢,差異均不顯著(P>0.05)。貯藏21 d前各處理果實可溶性固形物的變化幅度不明顯,4、6、8和10℃條件分別增加1.41%、1.42%、3.29%、3.26%;在貯藏第28 d時,果實可溶性糖的含量分別增加6.74%、6.99%、8.88%、7.07%。圖3

圖3 不同貯藏溫度下甜瓜可溶性固形物含量變化

2.1.6 貯藏溫度對甜瓜失重率的影響

研究表明,各處理組的甜瓜質(zhì)量損失率均隨溫度和時間的增加而不斷增加,溫度越高質(zhì)量損失率就越大,但各處理差異性不顯著(P>0.5)。貯藏14 d之前失重率較小,4、6、8和10℃條件下貯藏的甜瓜失重率分別為2.60%、2.60%、2.58%、2.65%,貯藏28d時各處理的甜瓜失重率分別達(dá)到5.25%、5.34%、5.53%、5.70%。圖4

圖4 不同貯藏溫度下甜瓜失重率變化

2.1.7 貯藏溫度對甜瓜果肉硬度的影響

研究表明,黃夢脆甜瓜果實的硬度,隨著貯藏天數(shù)的增加呈下降趨勢,各處理的差異不顯著(P>0.05)。貯藏0～14 d各處理的果實硬度下降較為緩慢,貯藏第14 d時4、6、8和10℃下果肉硬度分別下降9.59%、7.39%、3.61%、5.02%,4℃和8℃條件下果實產(chǎn)生了冷害,促使果肉變軟。14 d以后各處理的果實硬度急劇下降,到貯藏結(jié)束第28 d時,果實硬度分別為2.005、1.991、1.952和1.922 kg/cm2,下降速率為24.53%、25.07%、26.55%、27.68%,分別是14 d時的2.56倍、3.39倍、7.35倍、5.51倍。圖5

圖5 不同貯藏溫度下甜瓜硬度變化

2.2 動力學(xué)及貨架期模型的預(yù)測

2.2.1 動力學(xué)

研究表明,零級動力學(xué)失重率、硬度的回歸決定系數(shù)ΣR2分別為3.868 9、3.699 7,兩者的一級動力學(xué)回歸決定系數(shù)ΣR2分別為3.858 9、3.637 5,零級動力學(xué)的ΣR2都較一級動力學(xué)的大,其更有擬合優(yōu)勢,選用零級動力學(xué)建立甜瓜失重率和果肉硬度的動力學(xué)變化預(yù)測模型。表1

2.2.2 基于失重率和硬度建立甜瓜貨架期的預(yù)測模型

研究表明,得到在不同貯藏溫度下不同指標(biāo)的回歸方程和反應(yīng)速率常數(shù),以1/T為橫坐標(biāo),lnk為縱坐標(biāo)作圖,其中硬度以ln(-k)為縱坐標(biāo)。指前因子k0、活化能Ea等模型參數(shù)。表2

表2 零級和一級動力學(xué)回歸速率常數(shù)k及決定系數(shù)R2

將表2中的結(jié)果帶入公式(7)、(8)可得甜瓜的失重率和果肉硬度的動力學(xué)預(yù)測模型分別為

SL失重=CWL/(17.937 5 ×e(-1 280/T)).

(10)

SL硬度=(C硬度-2.657 2)/(193.45×e(-1 836/T)).

(11)

式中,C失重為甜瓜到達(dá)貨架期終點時失重率的測定值;C硬度為甜瓜到達(dá)貨架期終點時硬度的測定值;SL失重為甜瓜失重率貨架期預(yù)測模型;SL硬度為甜瓜硬度貨架期預(yù)測模型。表3

表3 品質(zhì)指標(biāo)貨架期模型參數(shù)

2.2.3 甜瓜貯藏期預(yù)測模型的驗證

研究表明,失重率模型的預(yù)測值在10℃時相對誤差較大(13.742%),但4、6和8℃條件下的相對誤差均小于10%,而硬度值模型的預(yù)測值在8和10℃下相對誤差較小,分別為2.846%、4.339%,但是4和6℃條件下相對誤差較大,貨架期預(yù)測誤差在10%之內(nèi)具有良好的預(yù)測精度,構(gòu)建的失重率和硬度模型在一定的條件下能夠較好的預(yù)測甜瓜的貨架期,由失重率構(gòu)建的貨架期模型平均相對誤差小于10%,比硬度值模型可準(zhǔn)確預(yù)測甜瓜貨架期壽命。表4

表4 不同溫度下品質(zhì)指標(biāo)的實測值與預(yù)測值

3 討 論

3.1甜瓜在貯藏運輸過程中影響其品質(zhì)的關(guān)鍵因素就是溫度,其對果實保鮮、貯藏期的延長以及果實腐爛率的降低都起著至關(guān)重要的作用。貯藏溫度偏高能加快果實的代謝和后熟速率,而低溫貯藏雖然可以抑制果蔬采后的衰老,保持果實品質(zhì),延長果實的貯藏時間,但是不適當(dāng)?shù)牡蜏貢斐晒麑嵁a(chǎn)生冷害。試驗結(jié)果表明,黃夢脆在4和6℃條件下呼吸速率、失重率、硬度下降速率都低于8和10℃,但是果實發(fā)生冷害的程度較高,果面出現(xiàn)大面積褐斑,分別在貯藏14和21 d時就完全失去商品價值,8和10℃貯藏條件下果實基本保持了其固有的風(fēng)味,果實果面色澤保持相對較好。與早黃蜜、白蘭瓜的適宜的貯藏溫度相一致,并不是貯藏溫度越低越能保持果實品質(zhì),甜瓜最適的貯藏溫度范圍較大,跟品種和采摘成熟度都有較為密切的關(guān)系。

3.2大多數(shù)果蔬貯藏加工中,品質(zhì)損失的動力學(xué)變化與時間關(guān)系表現(xiàn)為零級或一級的化學(xué)反應(yīng)方程式。質(zhì)量損失、萎蔫和果實硬度下降是甜瓜采后貯藏過程中主要的品質(zhì)劣變表現(xiàn)之一,新鮮的果實含水量較高、營養(yǎng)豐富、貯藏一段時間后由于蒸騰作用,大量水分散失導(dǎo)致果實表面萎蔫并失去光澤,降低了果實的新鮮程度,影響其商品價值。試驗通過監(jiān)測貯藏期間不同溫度條件下黃夢脆果實失重率和果肉硬度的變化,建立了甜瓜品質(zhì)劣變動力學(xué)模型及貯藏期預(yù)測模型。結(jié)果表明,甜瓜采后果實失重率、果肉硬度與貯藏溫度和時間之間都符合零級動力學(xué)反應(yīng),失重率預(yù)測的貯藏期決定系數(shù)在0.90以上,模型擬合精度較高。研究僅建立了以溫度為變量的甜瓜貯藏期預(yù)測模型,還具有一定的局限性,為了更準(zhǔn)確地預(yù)測其貯藏期,還需研究多變量下貯藏期的預(yù)測,建立加權(quán)模型。

4 結(jié) 論

4.14和6℃條件下能夠延緩甜瓜的失重率、抑制呼吸強度,貯藏前期能夠降低果肉硬度的下降速率,但是分別在貯藏14和21 d時兩個溫度下的果實都出現(xiàn)嚴(yán)重的冷害,導(dǎo)致果皮顏色有不同程度的冷害褐斑,果實萎蔫使其失去商品價值;而8和10℃條件下,果實冷害率較低、發(fā)病率相對較低,果實品質(zhì)保存相對較好,而10℃條件下黃夢脆甜瓜的感官品質(zhì)保持較好,該條件下甜瓜的表皮色澤和亮度保持相對較好,好果率也相對較高,是較為適宜的貯藏溫度。

4.2黃夢脆甜瓜失重率和果實硬度指標(biāo)符合零級動力學(xué)模型,并具有較高的擬合精度,基于黃夢脆甜瓜果實質(zhì)量的失重率、果實硬度的變化采用動力學(xué)模型結(jié)合經(jīng)典的Arrhenius方程,建立了4、6、8和10℃貯藏條件下甜瓜果實品質(zhì)下降的動力學(xué)模型和貯藏時間的預(yù)測模型,并對預(yù)測模型的精準(zhǔn)度進(jìn)行了驗證評估,基于失重率和果實硬度建立的貨架期模型的決定系數(shù)分別為0.926 4和0.850 8,貨架期預(yù)測相對誤差分別為8.775和11.651,以失重率預(yù)測的貯藏期精度相對較高。