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2025 , Vol. 53 >Issue 3: 21 - 31

DOI: https://doi.org/10.15983/j.cnki.jsnu.2025203

食品品质分析与精准营养

不同贮藏温度下鲜切芋艿的品质变化及其货架期预测模型

  • 陈琳 1 ,
  • 连伊阳 1 ,
  • 陈琳琳 1 ,
  • 章敏 1 ,
  • 朱志远 1 ,
  • 陈炳智 1, 2 ,
  • 傅海庆 , 1, 2, * ,
  • 江玉姬 , 1, 2, *
展开
  • 1 福建农林大学 食品科学学院,福建 福州 350002
  • 2 福建农林大学 菌物研究中心,福建 福州 350002
*傅海庆,男,副教授,研究方向为食品加工与保鲜。E-mail:;
*江玉姬,女,教授,博士生导师,研究方向为农产品贮藏与保鲜。E-mail:

Office editor: 焦阳

收稿日期: 2024-03-03

  网络出版日期: 2025-06-23

基金资助

福建省科协永定芋科技小院(农技协发字〔2023〕23号)

收起

Quality changes and shelf life prediction model of fresh-cut taro at different storage temperatures

  • CHEN Lin 1 ,
  • LIAN Yiyang 1 ,
  • CHEN Linlin 1 ,
  • ZHANG Min 1 ,
  • ZHU Zhiyuan 1 ,
  • CHEN Bingzhi 1, 2 ,
  • FU Haiqing , 1, 2, * ,
  • JIANG Yuji , 1, 2, *
Expand
  • 1 College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China
  • 2 Mycological Research Center, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China

Received date: 2024-03-03

  Online published: 2025-06-23

Fold

摘要

为改善鲜切芋艿贮藏期间的感官品质,以永定‘六月红’芋艿为试材,探究不同贮藏温度对L-抗坏血酸(L-ascorbic acid, AA)联合超声(ultrasound, US)处理鲜切芋艿品质及货架期的影响。采用质量分数2%的AA溶液浸泡试材15 min后,进行US处理,分析贮藏期间4个不同贮藏温度(4、9、15、25 ℃)对处理鲜切芋艿品质的影响,并据此建立鲜切芋艿的货架期预测模型。结果表明:经AA联合US处理的鲜切芋艿在4 ℃低温下能明显延缓品质劣变,主要体现在抑制褐变度和失重率增加,减缓硬度和pH值下降,保持细胞膜完整性和较高的感官评分,延长贮藏期等方面。通过动力学模型结合Arrhenius方程对芋艿货架期进行预测,其实测值与预测值之间的相对误差均在±10%以内,所建模型可有效预测鲜切芋艿在4~25 ℃温度范围内的货架期。综上,经AA联合US处理后的鲜切芋艿最佳贮藏温度为4 ℃,其在该条件下的货架期为20 d,研究结果为鲜切芋艿的贮藏保鲜和销售提供了参考。

关键词： ‘六月红’芋艿; L-抗坏血酸; 超声; 贮藏品质; 货架期预测模型

本文引用格式

陈琳 , 连伊阳 , 陈琳琳 , 章敏 , 朱志远 , 陈炳智 , 傅海庆 , 江玉姬 . 不同贮藏温度下鲜切芋艿的品质变化及其货架期预测模型[J]. 陕西师范大学学报(自然科学版), 2025 , 53(3) : 21 -31 . DOI: 10.15983/j.cnki.jsnu.2025203

Abstract

To improve the sensory quality of fresh-cut ‘Liu Yue Hong’ taro during storage, this study investigated the effects of different storage temperatures on the quality and shelf life of fresh-cut taro treated with L-ascorbic acid (AA) and ultrasound (US). After soaking the test materials in a 2% AA solution for 15 min, US treatment was applied, and the effects of four different storage temperatures(4,9,15,25 ℃) on the quality of fresh-cut taro were analyzed.Shelf life prediction models for fresh-cut taro were established based on the above results. The results showed that fresh-cut taro quality deterioration can be significantly delayed at 4 ℃ after AA and US treatment, which mainly reflected in the inhibition of browning and weight loss, slowing down the declination of hardness and pH value, maintaining the integrity of cell membrane and high sensory score, and extending storage period.Kinetic models combined with Arrhenius equation were used to predict the shelf life of fresh-cut taro. The relative errors between the measured values and the predicted values were all within ±10%, indicating that the established models can effectively predict the shelf life of fresh-cut taro within the temperature range of 4~25 ℃. In conclusion, the optimal storage temperature for fresh-cut taro treated with AA and US was 4 ℃, and its shelf life was 20 d under this condition. This study provides a reference for the preservation and storage of fresh-cut taro.

Key words： ‘Liu Yue Hong’ taro; L-ascorbic acid; ultrasound; storage quality; shelf life prediction model

芋艿(Colocasia esculenta(L.) Schott)为天南星科多年生单子叶植物[1]。‘六月红’芋艿是福建省龙岩市永定区农技站利用当地农户种植的白芽芋变体培育出的新品种,具有早熟、优质、丰产的特点[2]。芋艿营养物质丰富,可作粮食也可作蔬菜[3]。鲜切芋艿在贮藏加工过程中会发生一系列生理生化反应,如褐变、失水皱缩和腐烂等;同时也会引起微生物大量增殖,缩短产品的货架期[4-5]。为延缓鲜切芋艿变质,探究绿色、安全的保鲜方法,并对其在贮藏过程中的品质变化进行监测,明确其货架期具有重要意义。
L-抗坏血酸(L-ascorbic acid,AA)作为天然抗氧化剂,在果蔬护色保鲜领域应用广泛,其成本低廉、使用安全且操作简便[6-7]。超声波(ultrasound,US)可以通过机械振动破坏生物体内酶结构,钝化褐变酶活性,杀灭果蔬表面微生物,提升食品贮藏价值,具备安全、易操作、可控及节能环保等优点[8-10]。目前,AA联合US(AS)处理在鲜切芋艿护色保鲜中的应用还鲜见报道。
温度是影响果蔬保鲜效果的重要因子,针对特定温度下果蔬的保鲜效果,利用化学反应动力学理论构建货架期预测模型,是预测果蔬货架期的有效途径。当前,研究人员已构建了多种能够揭示温度与食品品质变化之间关系的模型,诸如Arrhenius方程[11]、Belehradek方程、Q10模型[12]等。在这些模型中,Arrhenius方程适用广泛,为该领域最常用的模型之一[13]。王杰等[14]通过Arrhenius方程,构建了以褐变度、菌落总数、硬度为特征指标的模型,预测了鲜切马铃薯在4~10 ℃温度范围内的货架期。Giannakourou等[15]研究了4种绿色蔬菜在-20~3 ℃条件下的冻藏品质,发现通过Arrhenius方程可以较好地反映蔬菜中维生素C含量的变化。使用Arrhenius方程构建货架期预测模型时,因所用特征指标不同,化学反应动力学模型级数有所不同。刘政权等[16]对不同贮藏温度下的抹茶品质进行动力学研究,结果表明,水分质量分数适用于零级反应,叶绿素含量适用于一级反应。虽然已有多项研究表明,利用食品的理化指标或感官指标,可建立动力学模型来反映食品品质的变化,从而有效预测食品货架期[17-19],但关于鲜切芋艿货架期的预测模型却少有报道。
为探究AS处理后鲜切芋艿的最佳贮藏温度并预测鲜切芋艿在4~25 ℃温度范围内的货架期,本研究通过测定鲜切‘六月红’芋艿在贮藏期间的失重率、褐变度、硬度、相对电导率和感官评分等指标,分析不同贮藏温度下鲜切芋艿的贮藏品质变化,同时结合Arrhenius方程,建立鲜切‘六月红’芋艿的贮藏期预测模型。研究结果将为鲜切芋艿的保鲜加工和贮藏提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘六月红’芋艿由福建省龙岩市永定区农技站提供。
L-抗坏血酸(规格:500 g,纯度>99.0%)购自福州南江生物科技有限公司;纹路真空袋购自寸帝旗舰店。

1.2 仪器与设备

HWS-26电热恒温水浴锅,上海一恒科学仪器有限公司;DCI-60-C全自动色差计,北京辰泰克仪器技术有限公司;pH计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;AR8211电导率仪,东莞万创电子制品有限公司;储存封口机,广东美的生活电器制造有限公司; SK8210LHC超声波清洗仪,上海科导超声仪器有限公司;SPX智能生化培养箱,宁波江南仪器厂;TA.XT Plus C型质构仪,英国Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

挑选大小均一、外观完整、无机械伤、无明显病虫害的新鲜芋艿,分级后对样品进行预处理(4 ℃预冷15 h),待用。
前期对鲜切芋艿的保鲜方法进行筛选,结果得出:L-抗坏血酸质量分数为2%、浸泡时间为15 min、超声时间为10 min、超声频率为53 kHz、超声功率为400 W时,能保持鲜切芋艿较好的感官品质,确定这些参数为L-抗坏血酸联合超声(AS)处理的最佳参数。
经预处理的新鲜芋艿,先削皮、清洗,再切成3~5 mm的薄片。将切片放入质量分数为2%的L-抗坏血酸溶液中浸泡15 min,自然晾干后装入尼龙真空袋,每袋装3片鲜切芋艿,抽真空后(真空度-60 kPa)放入超声波清洗仪,超声10 min。选择4 ℃、9 ℃为冷藏温度,15 ℃为室温,25 ℃为有助于微生物生长的温度,在这4个温度下进行样品恒温贮藏,每隔4 d取鲜切芋艿样品,测定各项品质指标,并进行感官评价。每个指标测定3次。

1.3.2 理化指标测定

1.3.2.1 失重率

参考于一凡[20]的方法计算失重率,计算公式如下:
失重率= m 0 - m 1 m 0×100%。
式中:m0为贮藏前样品质量;m1为贮藏后样品质量。

1.3.2.2 褐变度

参照李国琴等[21]的方法,用DCI-60-C全自动色差计测定鲜切芋艿的亮度(L*)、红度(a*)和黄度(b*)值,再利用Badin等[22]的方法计算褐变度。

1.3.2.3 硬度

参考吴松霞等[1]的方法测定鲜切芋艿样品的硬度,使用P5圆柱形探头,测试模式为TPA,测前、测中、测后速率均为2 mm/s,深度为5 mm,单位为N,所得结果取平均值。

1.3.2.4 相对电导率

用孔直径8 mm的打孔器将鲜切芋艿片打成圆片状,取5 g移入50 mL离心管内,加入25 mL蒸馏水,室温下(25 ℃)浸泡2 h,用电导率仪测得初始值,随后置于沸水浴锅中加热0.5 h,待其自然冷却至室温,再测得终止值,2次数值之比即为相对电导率[23]。

1.3.2.5 pH值

分别称取10 g不同处理组的鲜切芋艿片放入90 mL无菌蒸馏水中,用匀浆机均浆1 min,转速为5 000 r/min,将其混合均匀,再放入100 ℃水浴锅加热30 min,自然冷却后使用pH计测定样品的pH值[24-25]。

1.3.3 感官评价

参考陈丽萍等[26]的方法,由10个受过训练的食品系大学生组成感官评价小组,对贮藏20 d的鲜切芋艿从褐变、气味、水汽、胀袋等方面进行评定,评定标准见表1。
表1 鲜切芋艿感官评价标准

Tab.1 Sensory evaluation standard of fresh-cut taro

评价标准 评分
无褐变,有清香气味,无水汽,无胀袋 9
轻微褐变(面积<5%),有清香气味,少量水汽,轻微胀袋 7~8
中度褐变(面积5%~20%),气味较清香,较多水汽,中度胀袋 5~6
较严重褐变(面积20%~50%),稍有异味,有水珠,胀袋较严重 3~4
极严重褐变(面积>50%),有严重异味,有积水,胀袋极严重 1~2

1.3.4 货架期预测模型的建立

果蔬贮藏过程中的理化指标变化常遵循零级或一级函数模型。零级模型通常用于描述那些与贮藏时间呈线性关系的品质指标变化,而一级模型则更多地用于描述那些随贮藏时间增加呈指数衰减的品质指标变化。零级反应和一级反应模型分别为公式(2)和(3):
C=kt+C0,
C=C0ekt 。
式中:C为贮藏一定时间后样品对应的理化指标值;k为理化指标反应速率;C0为理化指标的初始值;t为贮藏时间。
Arrhenius方程(公式4)可用来描述贮藏温度与食品品质变化速率的定量关系,被广泛地用于建立鲜切果蔬货架期预测模型[27],再结合鲜切芋艿品质变化的动力学模型,可得到反应速率k与贮藏温度T的关系[28],对公式(4)取对数后得公式(5)。
k=k0 e - E a R T,
ln k=ln k0- E a R T。
式中:k为反应速率常数;k0为指前因子;Ea为活化能,单位J/mol;R为气体常数,数值为8.314;T为热力学温度,单位K。
根据相关文献报道[29-30],结合动力学模型和Arrhenius方程,得到鲜切芋艿的货架期预测模型,分别见公式(6)和(7):
S L 0= C - C 0 k 0 e - E a R T,
S L 1= l n C C 0 k 0 e - E a R T。
式中: S L 0为零级反应模型下的货架期; S L 1为一级反应模型下的货架期;C为贮藏一定时间后样品对应的理化指标值;C0为理化指标的初始值;k0为指前因子;Ea为活化能,单位J/mol;R为气体常数,数值为8.314;T为热力学温度,单位K。

1.4 数据分析

采用Excel 2010软件统计数据,结果以平均值±标准差进行表示。利用SPSS 22.0软件通过单因素方差分析比较差异显著性,P<0.05认为差异显著。采用GraphPad Prism软件作图。

2 结果与分析

2.1 贮藏温度对AS处理鲜切芋艿品质变化的影响

2.1.1 贮藏温度对鲜切芋艿失重率的影响

如图1所示,不同贮藏温度条件下鲜切芋艿的失重率都呈上升趋势,主要是贮藏过程中的蒸腾和呼吸作用导致了鲜切芋艿失重率上升。4 ℃和9 ℃贮藏的鲜切芋艿失重率在整个贮藏期间无显著差异(P>0.05),但二者与15 ℃和25 ℃贮藏的鲜切芋艿失重率存在显著差异(P<0.05),可见高温时果实的呼吸作用加剧,水分散失更快。25 ℃贮藏条件下的鲜切芋艿失重率上升速度最快,贮藏4 d时失重率已达3.52%,贮藏8 d时已失去贮藏价值。15 ℃条件下鲜切芋艿的贮藏期为12 d,9 ℃条件下为16 d,4 ℃条件下为20 d,可见经AS处理后的鲜切芋艿要注意低温保存。
图1 贮藏温度对鲜切芋艿失重率的影响

Fig.1 Effects of storage temperatures on weight loss rate of fresh-cut taro

2.1.2 贮藏温度对鲜切芋艿褐变度的影响

如图2所示,随着贮藏时间的延长,不同温度条件下的鲜切芋艿褐变度都逐渐增加,且温度越高,褐变度增加速度越快。这可能是因为芋艿去皮切分后,酚类物质与氧气的接触增加,在酚酶的作用下,氧化反应加剧,导致酶促褐变程度加深。4 d时,4 ℃贮藏的鲜切芋艿褐变度最低,与其他处理组差异显著(P<0.05)。8 d时,4 ℃贮藏的鲜切芋艿褐变度为10.17,而25 ℃条件下的为12.90,是前者的1.27倍。9 ℃贮藏的鲜切芋艿褐变度在12 d时与4 ℃处理组无显著差异(P>0.05),但在16 d时差异显著(P<0.05)。15 ℃贮藏的鲜切芋艿褐变度与4 ℃处理组相比差异显著(P<0.05),其贮藏末期褐变度达到12.67。25 ℃条件下,鲜切芋艿的褐变速度最快,8 d时已经严重胀袋腐败且伴随异味。因此,4 ℃更适宜鲜切芋艿保存。
图2 贮藏温度对鲜切芋艿褐变度的影响

Fig.2 Effects of storage temperatures on browning of fresh-cut taro

2.1.3 贮藏温度对鲜切芋艿硬度的影响

如图3所示,鲜切芋艿的硬度在4种贮藏温度下均逐渐下降,25 ℃条件下硬度下降最快。贮藏4 d时,4、9、15、25 ℃贮藏的鲜切芋艿硬度即存在显著差异(P<0.05);贮藏8 d时,4、9、15、25 ℃贮藏的鲜切芋艿硬度分别为19.21 N、18.40 N、18.59 N、16.90 N, 此时25 ℃贮藏的鲜切芋艿硬度与4、9、15 ℃贮藏的鲜切芋艿硬度均存在显著差异(P<0.05)。15、25 ℃贮藏条件下鲜切芋艿的硬度迅速下降;而4、9 ℃贮藏条件下,鲜切芋艿硬度先较快下降,后下降放缓,说明果实硬度受温度影响较大,贮藏温度降低时,硬度下降速率放缓。
图3 贮藏温度对鲜切芋艿硬度的影响

Fig.3 Effects of storage temperatures on the hardness of fresh-cut taro

2.1.4 贮藏温度对鲜切芋艿相对电导率的影响

相对电导率是反映细胞膜通透性的主要参数,与细胞膜通透性正相关。从图4可以看出,贮藏期间,鲜切芋艿在各贮藏温度下的相对电导率均逐渐升高,说明贮藏过程中细胞膜的完整性被破坏,通透性增加。25 ℃条件下鲜切芋艿的相对电导率上升最快,贮藏8 d时其相对电导率已达到21%,与15 ℃条件下的相对电导率无明显差异(P>0.05),但与4、9 ℃条件下的相对电导率具有显著差异(P<0.05)。贮藏12 d时,15 ℃条件下鲜切芋艿的相对电导率与4 ℃条件下的相对电导率差异显著(P<0.05),但与9 ℃条件下的相对电导率无明显差异(P>0.05)。4 ℃和9 ℃条件下鲜切芋艿的相对电导率在贮藏20 d时差异显著(P<0.05)。以上结果表明,经AS处理的鲜切芋艿在4 ℃贮藏时细胞膜通透性较低,营养与水分流失较少,可以保持较好的贮藏品质。
图4 贮藏温度对鲜切芋艿相对电导率的影响

Fig.4 Effects of storage temperatures on the relative conductivity of fresh-cut taro

2.1.5 贮藏温度对鲜切芋艿pH值的影响

如图5所示,不同贮藏温度下鲜切芋艿的pH值均逐渐下降,其中25 ℃和15 ℃贮藏条件下的pH值下降速率较快。贮藏8 d时,4 ℃和9 ℃贮藏鲜切芋艿的pH值即存在显著差异(P<0.05),这可能与微生物的繁殖有关,微生物繁殖速率越快,pH值下降越多。贮藏8 d时,4、9、15、25 ℃贮藏鲜切芋艿的pH值分别下降至5.82、5.74、5.41、5.21,可见温度对pH值影响较大,贮藏温度升高会加剧鲜切芋艿失水、微生物大量繁殖产酸、酒精发酵等情况的发生,导致鲜切芋艿失去营养价值。贮藏12 d时,4、9 ℃与15 ℃条件下的鲜切芋艿pH值存在显著差异(P<0.05)。综上所述,经AS处理后的鲜切芋艿在4 ℃贮藏能较好地保持其酸度稳定性。
图5 贮藏温度对鲜切芋艿pH值的影响

Fig.5 Effects of storage temperatures on pH value of fresh-cut taro

2.1.6 贮藏温度对鲜切芋艿感官评分的影响

如图6所示,鲜切芋艿的感官评分在贮藏期间呈下降趋势。4 ℃贮藏条件下,鲜切芋艿的感官评分始终保持在6分以上,且在贮藏4 d时,4 ℃和9 ℃贮藏鲜切芋艿的感官评分无显著差异(P>0.05),但二者与15、25 ℃条件下的感官评分有显著差异(P<0.05)。贮藏8 d时,4、9、15、25 ℃贮藏的鲜切芋艿感官评分之间均存在显著差异(P<0.05)。贮藏12 d时,4、9、15 ℃条件下的感官评分之间具有显著差异(P<0.05)。25 ℃条件下的感官评分下降最快,其在8 d时与其他温度条件下的感官评分均有显著差异(P<0.05),且在贮藏8 d时已下降至2分。可见,将AS处理后的鲜切芋艿置于4 ℃贮藏条件下时,其可以在20 d的贮藏过程中保持有较好的感官品质。
图6 贮藏温度对鲜切芋艿感官评分的影响

Fig.6 Effects of storage temperatures on sensory score of fresh-cut taro

由图7可以看出,贮藏期间,鲜切芋艿在不同贮藏温度下呈现出不同程度的褐变、脱水、开裂、商品性降低现象。贮藏8 d时,15、25 ℃条件下的鲜切芋艿明显褐变和开裂,9 ℃条件下的鲜切芋艿部分开裂,而4 ℃条件下的鲜切芋艿未见明显改变。贮藏20 d时,15、25 ℃条件下的鲜切芋艿严重褐变,已无商品价值;9 ℃条件下的鲜切芋艿表面明显变黄且伴随着边缘褐变和开裂;而4 ℃条件下的鲜切芋艿仅出现边缘轻微褐变,表面无明显褐变和皱缩干裂现象,仍保留有芋艿的清香气味。
图7 不同贮藏温度下经AS处理鲜切芋艿的感官图片

注:网络版为彩图。

Fig.7 Sensory pictures of fresh-cut taro treated with AS at different storage temperatures

2.2 鲜切芋艿贮藏期间货架期预测模型的建立

由2.1的结果可以看出,在4、9、15、25 ℃温度下贮藏的鲜切芋艿失重率、褐变度、硬度、相对电导率、pH值及感官评分在贮藏期内存在一定的变化规律,可以建立鲜切芋艿的货架期预测模型。

2.2.1 以化学反应为基础的品质动力学模型

在食品领域所涉及的各种化学反应中,根据反应速率与反应物浓度的关系所表现出的不同级数,可知鲜切芋艿的失重率、褐变度和pH值更适用于零级反应,与贮藏时间的关系满足公式C-C0=kt。硬度与相对电导率更适用于一级反应,与贮藏时间的关系满足公式C=C0ekt。如表2所示,所有调整后的决定系数均超过0.85的阈值,表明各指标建立的反应动力学拟合曲线具有较高的拟合度。
表2 鲜切芋艿在不同贮藏温度下品质变化的动力学模型参数

Tab.2 Kinetic model parameters of quality changes of fresh-cut taro at different storage temperatures

指标 温度/K 零级方程 速率常
数(k)		 决定系
数(R2)		 ∑R2 一级方程 速率常
数(k)		 决定系
数(R2)		 ∑R2
失重率 277.15 y=0.042 9x-0.071 0.042 9 0.969 4 0.984 4
282.15 y=0.043 8x-0.04 0.043 8 0.980 3
288.15 y=0.086 5x-0.034 0.086 5 0.988 2
298.15 y=0.902 5x-0.03 0.902 5 0.999 8
褐变度 277.15 y=0.071 1x+9.503 1 0.071 1 0.949 9 0.951 7 y=9.510 4e0.007x 0.007 0.942 4 0.941 9
282.15 y=0.104 1x+9.591 4 0.104 1 0.921 8 y=9.604 2e0.01x 0.01 0.921 0
288.15 y=0.265 6x+9.564 6 0.265 6 0.993 1 y=9.598 3e0.024 1x 0.024 1 0.984 6
298.15 y=0.429 8x + 9.703 0.429 8 0.942 1 y=9.699 4e0.038 8x 0.038 8 0.919 6
相对 277.15 y=0.009x+0.075 9 0.009 0.971 6 0.934 8 y=0.085 5e0.058 3x 0.058 3 0.944 6 0.956 0
电导率 282.15 y=0.013 2x+0.067 8 0.013 2 0.907 6 y=0.082 6e0.079 4x 0.079 4 0.923 0
288.15 y=0.015 4x+0.067 3 0.015 4 0.885 7 y=0.081 4e0.096 2x 0.096 2 0.957 5
298.15 y=0.015 8x+0.076 9 0.015 8 0.974 1 y=0.082 1e0.115 8x 0.115 8 0.999 0
pH值 277.15 y=-0.007 9x+5.867 5 0.007 9 0.980 1 0.973 1 y=5.867 8e-0.001x 0.001 0.979 1 0.972 5
282.15 y=-0.028 4x + 5.91 0.028 4 0.926 2 y=5.913 7e-0.005x 0.005 0.919 9
288.15 y=-0.052x + 5.847 0.052 0.995 5 y=5.850 4e-0.009x 0.009 0.997 4
298.15 y=-0.081 3x+5.841 7 0.081 3 0.990 5 y=5.843 9e-0.015x 0.015 0.993 5
将得到的反应速率常数(k)的对数(ln k)作为纵坐标,热力学1/T作为横坐标,线性拟合后可获得Arrhenius曲线,如图8所示。依据Arrhenius曲线斜率-Ea/R可获得活化能(Ea)和指前因子(k0),见表3。
图8 鲜切芋艿反应速率常数(k)与温度(T)之间的关系

Fig.8 Relationship between reaction rate constant (k) of fresh-cut taro and temperature (T)

表3 鲜切芋艿货架期预测模型参数

Tab.3 Parameters of shelf life prediction model for fresh-cut taro

特征指标 动力学级数 初始测定值 指前因子(k0) 活化能(Ea) R2
失重率 零级反应 0 e41.116 103 085.286 0.882 1
褐变度 零级反应 9.457 0 e24.116 61 590.943 4 0.951 3
硬度 一级反应 22.852 e10.866 35 049.33 0.999 9
相对电导率 一级反应 0.08 e6.600 6 21 578.16 0.933 2
pH值 零级反应 5.86 e26.64 71 635.09 0.862 4
将失重率、褐变度、硬度、相对电导率、pH值的相关参数代入公式(6)、(7)可得到如下5种货架期预测模型。
失重率货架期预测模型:
S失重率= C 失 重 率 e 41.116 e - 103   085.286 8.314 T。
褐变度货架期预测模型:
S褐变度= C 褐 变 度 - 9.457 e 24.116 e - 61   590.943   4 8.314 T。
硬度货架期预测模型:
S硬度= l n C 硬 度 22.852 e 10.866 e - 35   049.33 8.314 T。
相对电导率货架期预测模型:
S相对电导率= l n C 相 对 电 导 率 0.08 e 6.600   6 e - 21   578.16 8.314 T。
pH值货架期模型:
SpH值= C p H 值 - 5.86 e 26.64 e - 71   635.09 8.314 T。
式中:S失重率、S褐变度、S硬度、S相对电导率、SpH值分别为失重率、褐变度、硬度、相对电导率、pH值的货架期预测值,单位d; C失重率、C褐变度、C硬度、C相对电导率、CpH值分别为失重率、褐变度、硬度、相对电导率、pH值的货架期终点值;T为鲜切芋艿贮藏温度,单位K。

2.2.2 鲜切芋艿货架期终点的判定

根据表1所设的感官评价标准,得到不同贮藏温度下鲜切芋艿感官评分变化曲线,当感官评分降至6分时,鲜切芋艿达到感官拒绝点,记为货架期终点,测定此时鲜切芋艿特征指标的具体值。
实验表明,当鲜切芋艿达到感官拒绝点时,其失重率升高至0.6%,褐变度升高至11.36,硬度降低至16.9 N,相对电导率升高至25%,pH值降低至5.48。

2.2.3 鲜切芋艿货架期预测模型的验证

参考范新光等[31]的方法,得出4个贮藏温度下鲜切芋艿货架期的实测值。为验证模型准确性,把货架期实测值与预测值进行比较,计算出相对误差,如表4所示。各模型的平均相对误差均小于10%,表明本研究所建立的预测模型可靠,可有效预测鲜切芋艿在4~25 ℃温度范围内的货架期。鉴于鲜切芋艿失重率、pH值指标的相对误差较大,以褐变度、硬度、相对电导率来预测鲜切芋艿的货架期具有较高精确度。
表4 不同贮藏温度下鲜切芋艿货架期预测模型的准确性

Tab.4 Accuracy of shelf life prediction model for fresh-cut taro under different storage temperatures

货架期预测模型 贮藏温度/K 货架期预测值/d 货架期实测值/d 相对误差/% 平均相对误差/%
S失重率 277.15 26.18 24 9.1 -6.86
282.15 11.85 12 -1.3
288.15 4.74 9 -47.3
298.15 1.12 1 12.0
S褐变度 277.15 25.99 24 8.3 3.10
282.15 16.18 16 1.1
288.15 9.37 9 4.1
298.15 3.95 4 -1.1
S硬度 277.15 23.26 24 -3.1 2.36
282.15 17.76 17 4.5
288.15 13.01 12 8.4
298.15 7.97 8 -0.4
S相对电导率 277.15 18.08 20 -9.6 2.06
282.15 15.31 16 -4.3
288.15 12.64 12 5.4
298.15 9.35 8 16.8
SpH值 277.15 32.49 24 35.4 -4.86
282.15 18.73 16 17.1
288.15 9.92 12 -17.4
298.15 3.64 8 -54.5

3 讨论

鲜切芋艿在切割时受到机械损伤,加速了其在贮藏期间的品质劣变。抗坏血酸可以抑制食品氧化反应,减缓食品劣变速度,常被用于果蔬保鲜,减缓褐变。超声波可以破坏细菌的细胞结构,钝化细菌细胞内的酶,抑制细菌生长繁殖,从而减少细菌对食品的腐蚀。本研究首次将抗坏血酸联合超声处理应用于鲜切芋艿保鲜,有助于维持鲜切芋艿良好的贮藏品质。
基于前期的预实验结果发现,鲜切芋艿贮藏20 d时已发生明显褐变,因此在本研究探究鲜切芋艿货架期时,将贮藏期从原来的28 d调整为20 d。失重率能反映鲜切食品贮藏过程中品质的好坏[32]。在果蔬贮藏过程中,水分因为流失和新陈代谢而被消耗掉,导致细胞压下降,重量减少[33],果蔬的结构特性发生改变,也会对果蔬硬度产生影响[34]。相对电导率反映了细胞膜的完整性,其数值上升意味着细胞膜通透性改变,细胞间隙遭到破坏,酶与底物的接触几率增大,食品劣变加速[23]。褐变度反映了鲜切果蔬的褐变严重程度[35],鲜切果蔬的褐变主要以酶促褐变为主[36-37]。本研究中,经AS处理后的鲜切芋艿在4 ℃贮藏时的失重率最小,相对电导率最稳定,褐变度最低。这是因为低温条件更能够减缓鲜切芋艿新陈代谢的速度和呼吸作用,抑制酶活性,降低褐变速度,延缓衰老和腐败进程,从而更好地保持鲜切芋艿新鲜度[38]。
目前,研究人员已广泛使用Arrhenius方程结合动力学模型来预测食品货架期,且其预测精度较高。郑贺云等[39]利用Arrhenius方程建立甜瓜的货架期预测模型,发现以失重率预测的甜瓜货架期精度最高。鲁海玲等[40]基于Arrhenius方程建立鲜切参片的货架期预测模型,该模型可较好地预测鲜切参片在-2~36 ℃范围内的货架期。付晨青等[41]结合动力学模型和Arrhenius方程构建鲜食紫苏的货架期预测模型,所构建模型可有效预测鲜食紫苏在2~25 ℃范围内的货架期。本实验所构建的鲜切芋艿货架期预测模型决定系数均大于0.85,拟合度较高。利用该模型,通过一些简单理化指标的测定,即可实现对鲜切芋艿品质变化的实时监测和对货架期的快速评估。贮藏温度的严格调控对鲜切芋艿在贮藏期间保持品质及延长货架期至关重要。目前,鲜有关于鲜切芋艿货架期预测模型的报道,但本研究所构建的鲜切芋艿货架期预测模型仅考虑到温度的影响,后续还可以在此基础上对多个因素进行分析,从而实现对鲜切芋艿货架期更全面、更精确的预测。

4 结论

本研究以永定‘六月红’芋艿为试材,探究了经AS处理后的鲜切芋艿在不同贮藏温度(4、9、15、25 ℃)下的保鲜效果,并建立了相应的货架期预测模型。结果表明,经AS处理后的鲜切芋艿在4 ℃低温下可有效延缓失重率上升,抑制褐变,降低细胞膜通透性,并维持酸度稳定性和较高的硬度,更好地保持鲜切芋艿的贮藏品质。采用动力学模型结合Arrhenius方程所构建的5种货架期预测模型平均相对误差均在±10%以内,其中以褐变度、硬度、相对电导率预测的鲜切芋艿货架期准确度较高,平均相对误差分别为3.10%、2.36%、2.06%,可有效预测鲜切芋艿在4~25 ℃温度范围内的货架期。经AS处理的鲜切芋艿置于4 ℃条件下,保质期能够达到20 d。

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