青菜气调贮藏保鲜的工艺优化研究

郭 鑫，崔政伟

（江南大学机械工程学院食品加工技术与装备研究中心，江苏无锡214122）

青菜，又名小白菜，富含维生素、矿物质等营养物质，深受消费者喜爱[1]。由于青菜含水量高，叶片柔嫩，生理代谢旺盛，在贮运过程中极易褪绿黄化、失水萎蔫和霉变腐烂[2]。目前关于青菜保鲜的研究已有一些报道，主要涉及冷藏保鲜、气调贮藏、涂膜保鲜等[3-11]。其中气调贮藏被认为是目前使用最普遍、效果最好、最先进的果蔬保鲜技术，其原理是通过冷藏、气调和控制湿度等方式改善果蔬贮藏环境，有效削弱其呼吸强度和抑制其新陈代谢速率，从而极大的延长果蔬的贮存期[12]。但现有的研究报告中关于青菜气调保鲜的研究不够系统和全面，本文通过研究温度、湿度、O2和CO2浓度等因素对青菜生理变化和贮藏品质的影响，得到最优的气调保鲜工艺参数，为有效提高青菜贮藏品质和工业化应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

青菜 购于无锡当地菜市场，7～8成熟，清晨采收，当天上午买回并进行实验；硝酸镁、氯化钠、硝酸钾、丙酮、碳酸钙、草酸、纯抗坏血酸、2，6-二氯靛酚、碳酸氢钠 均为分析纯；白陶土。

自制密封容器（容积1L） PP材质，盖子顶部有直径约8mm圆孔一个，用硅胶隔膜密封；MA-35型气体自动混合机、DQB-360W型多功能气调包装机 苏州德森包装机械有限公司；6600型O2/CO2顶部空间分析仪 美国Illinois公司；PL3001-S型电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；PQX型多段可编程人工气候箱 宁波东南仪器有限公司；TU-1901型紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；BW17-FG113型高精度糖度计 北京百万电子科技中心。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素实验

1.2.1.1 贮藏温度的确定 将采收的青菜置于温度分别为5、15、25℃，相对湿度为75%（氯化钠的过饱和盐溶液）的自制密封容器中，每盒装（35±2）g，每隔一定时间测定一次容器内的O2和CO2浓度，计算其呼吸强度。

1.2.1.2 相对湿度的确定 将青菜置于温度为5℃，相对湿度分别为60%（硝酸镁的过饱和盐溶液）、75%（氯化钠的过饱和盐溶液）、95%（硝酸钾的过饱和盐溶液）的容器中贮藏，每盒装（35±2）g，每隔一定时间测一次容器内的O2和CO2浓度，计算其呼吸强度。

1.2.1.3 O2浓度的确定 将青菜置于O2浓度分别为5%、13%、21%，温度为5℃，相对湿度为95%的环境中，每盒装（35±2）g，每隔一定时间测定一次容器内的O2和CO2浓度，计算其呼吸强度。

1.2.1.4 CO2浓度的确定 将青菜置于CO2浓度分别为0%、6%、12%，O2浓度为5%，温度为5℃，相对湿度为95%的环境中，每盒装（35±2）g，每隔一定时间测定一次容器内的O2和CO2浓度，计算其呼吸强度。

1.2.2 贮藏工艺参数优化实验 根据单因素实验结果，以温度、O2浓度、CO2浓度为实验因素，通过模糊综合评价体系，进一步研究不同初始气体成分和温度对青菜贮藏效果的影响，以期得到最优的青菜气调贮藏保鲜参数。

1.2.2.1 青菜最佳初始气体浓度配比实验 实验安排采用二元二次回归正交组合设计，实验方案如表1所示。

预处理后的青菜，平均每盒分装（15±1）g，在盒内按表1气体浓度要求充入O2和CO2，其余用N2补充。贮藏于温度为5℃、相对湿度为95%的环境中，一周后测试其各项指标，每个指标测三次取平均值。

表1 青菜气调贮藏因素水平表Table 1 Factors and levels of CA for pakchoi

1.2.2.2 青菜最佳贮藏温度实验 结合1.2.2.1所得结果，将预处理后的青菜，平均每盒分装（15±1）g，在盒内按优化后的气体浓度要求充入O2和CO2，其余用N2补充，贮藏于温度分别为1、3、5、7℃，相对湿度为95%的环境中，一周后测试其各项指标，每个指标测三次取平均值。

1.3 指标测定

1.3.1 呼吸强度 采用密闭系统法测定青菜的呼吸强度[13]。

1.3.2 感官评价指数 以青菜色泽、组织形态、有无异臭味等品质对青菜进行感官评价，具体平分标准如下：

9～10分：颜色鲜绿、有光泽，质地平整光滑，青菜香气浓；

8～9分：颜色绿色、无光泽，质地平整，香气较浓；

6～8分：外叶黄绿色、内叶绿色，叶边微卷、轻度萎焉，香气淡；

4～6分：外叶变黄、内叶黄绿色，中度萎焉，有异臭味；

0～4分：内、外叶均变黄，严重萎焉，有恶臭味。

1.3.3 可溶性糖含量 采用折光仪法测定青菜的可溶性糖含量[14]。

1.3.4 叶绿素含量 采用丙酮法测定叶绿素的含量[15]。

1.3.5 维生素C含量 采用2，6-二氯靛酚钠滴定法测定维生素C的含量[14]。

1.3.6 失重率

式中：m1，m2—分别为贮藏前质量，贮藏后质量，g。

1.4 青菜贮藏品质指标的模糊数学模型

果蔬在贮藏保鲜过程中的各品质指标变化可用来表示果蔬的贮藏效果，但是，任何单一的品质指标都不能够全面准确地反映果蔬的贮藏效果，所以采用模糊综合评价指标进行评判。

以感官评价指数、可溶性糖含量、叶绿素含量、维生素C含量和失重率作为青菜贮藏过程中的品质评价指标，即

U={u1感官评价指数，u2含糖量，u3叶绿素含量，u4维C含量，u5失重率}

1.4.1 青菜的模糊权向量 现有四位有关专家分别给出感官评价指数、糖含量、叶绿素含量、维生素C含量和失重率对青菜贮藏效果评价指标的隶属度，结果见表2。

表2 青菜评价指标的隶属度Table 2 Membership of evaluation indexes for pakchoi

按行归一化可得表3。

表3 青菜评价指标的模糊权向量Table 3 Fuzzy weight vector of evaluation indexes for pakchoi

按列取平均值可得青菜的模糊权向量为：

1.4.2 青菜综合评价指标的建立 在青菜的品质评价指标中，感官评价指数、含糖量、叶绿素含量和维生素C含量为正效应，取隶属度函数为：

失重率为负效应，因此取其隶属度函数为：

式（1）和（2）中，ti—表示青菜的指标ui对应等级模糊子集的评价指标值；tmax，tmin—分别表示青菜的指标ui对应等级模糊子集的评价指标最大、最小值。

进而得到青菜评价指标的模糊关系矩阵：

矩阵T中第i行第j列元素tij表示青菜从指标ui来看对其对应等级模糊子集的隶属度。由于青菜贮藏过程中的品质评价指标有五个，二因素三水平二元二次回归正交组合设计可得到九个模糊子集，故取i=1，2，3，4，5；j=1，2，3，…，9。

用模糊权向量a将不同的行进行综合就可得到青菜从总体上来看对各等级模糊子集的隶属程度，即模糊综合评价结果向量b。其模型为：

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 贮藏温度对青菜采后呼吸速率的影响 图1表示的是在温度分别为5、15、25℃条件下，青菜呼吸速率的变化规律。

图1 不同贮藏温度下青菜呼吸速率的变化趋势Fig.1 Changes of pakchoi respiratory rate in different storage temperatures

由图1可知，当温度在5～25℃之间时，随着温度的升高，青菜的呼吸速率越来越大。在5℃时，青菜的初始呼吸速率为18.3mL/（kg·h），远小于15℃条件下的40.6mL/（kg·h）和25℃下的55.7mL/（kg·h），说明温度对青菜的呼吸速率有着显著的影响，低温条件能够有效的抑制其呼吸速率。因此，选择5℃进行下一步实验。

2.1.2 贮藏环境中相对湿度对青菜采后呼吸速率的影响 图2表示的是当温度为5℃时，在相对湿度为60%、75%和95%条件下，青菜呼吸速率的变化趋势。

图2 不同湿度对青菜呼吸速率的影响Fig.2 Effect of different relative humidity on pakchoi respiratory rate

由图2可知，随着贮藏时间的延长，不同湿度的呼吸速率变化趋势基本一致，说明相对湿度对青菜呼吸速率的影响不明显。但总体而言，湿度95%时，CO2呼吸速率最高，因此选择95%进行下一步实验。

2.1.3 贮藏环境中O2浓度对青菜采后呼吸速率的影响 图3所示的是在温度为5℃、相对湿度为95%的条件下，不同初始O2浓度对青菜呼吸速率的影响。

图3 不同O2浓度对青菜呼吸速率的影响Fig.3 Effect of different concentration of O2on pakchoi respiratory rate

由图3可知，随着O2浓度的降低，青菜的呼吸速率也有较明显的降低，由初始O2浓度为21%时的21.6mL/（kg·h）下降至初始O2浓度为5%时的14.5mL/（kg·h）。结果表明：在一定范围内，低浓度的氧能够有效抑制青菜的呼吸速率，故选择5%的O2浓度进行下一步实验。

2.1.4 贮藏环境中CO2浓度对青菜采后呼吸速率的影响 图4是青菜贮藏环境为温度5℃、相对湿度为95%，氧气浓度为5%的条件下，不同初始CO2浓度对青菜呼吸速率的影响。

图4 不同CO2浓度对青菜呼吸速率的影响Fig.4 Effect of different concentration of CO2on pakchoi respiratory rate

由图4可知，在贮藏36h以后，CO2初始浓度为12%的样品中CO2的产生速率明显提高，在108h时呼吸速率由最低时的1.3mL/（kg·h）上升到5.2mL/（kg·h），并有继续增大的趋势。主要是由于O2浓度较低，而CO2浓度过高，对青菜造成生理伤害，进入无氧呼吸，呼吸速率急速上升。由此表明：低氧条件下，适当提高CO2浓度可以降低青菜的呼吸速率，但CO2浓度过高不利于其贮藏保鲜。研究表明，CO2浓度在2%～5%范围内为多数蔬菜的较佳气调保鲜条件，而由本实验可得6%条件下CO2呼吸速率最低，故综合他人研究，选择CO2浓度为5%进行下一步实验。

2.2 贮藏工艺参数优化

2.2.1 气调贮藏初始气体组成成分优化 由式（1）和式（2）可得青菜评价指标的隶属模糊关系矩阵：

表4 青菜贮藏一周后的各指标值Table 4 The value of each index for pakchoi after a week

表5 回归模型方差分析表Table 5 Anova of regression model

表6 青菜贮藏一周后的各指标值Table 6 The value of each index for pakchoi after a week

由此可得青菜的综合评价指标为：

采用SAS软件对所得数据（见表4）进行二次回归拟合分析，得到综合评价指标值（y）与O2浓度（x1）和CO2浓度（x2）的二元二次回归方程模型：

该数学模型的方差分析结果如表5所示。

由此可以看出，总模型的p为0.0061，是小于0.01的，故总模型对综合评价指标y的回归效果极为显著，并且其R2值为0.9851，说明模型拟合度好。由方差分析表也可看出一次项对y的影响是高度显著的，二次项和交互项对其影响次之，但影响也是显著的。

通过SAS软件分析可知该数学模型的极大值点为：

即在5℃下，青菜贮藏最佳初始气体浓度组合约为：O2：2.54%，CO2：4.47%，将x1，x2代入模型可得：y=0.724283。

2.2.2 气调贮藏温度优化 由于实验室气调设备精度有限，故在进行贮藏温度优化处理时对上述所优化的气体浓度进行四舍五入处理，得气体浓度组合为O2：3%，CO2：4%。

由式（1）、式（2）和表3～表4可得青菜在不同温度下评价指标隶属模糊关系矩阵：

由此可得青菜的综合评价指标为：

从上式所得结果可以看出，初始气体成分（O2：3%，CO2：4%）相同时，在温度为1℃和3℃条件下，青菜的综合评价指标比较接近，分别为0.777和0.771，明显高于5℃时的0.716和7℃时的0.642，考虑到实际生产实践中温度波动等因素，建议其贮藏温度为1～3℃。另外，在5℃时青菜的综合评价指标0.716，与2.2.1节采用SAS回归分析得到的综合指标预测值0.724吻合较好，说明该模型可以用于实践。

3 结论

在单因素的基础上研究了相同温度和湿度、不同初始气体浓度对青菜品质的影响情况。采用二元二次回归正交设计实验方法得出了在温度为5℃、相对湿度为95%条件下，青菜贮藏最佳初始气体浓度组合约为：2.54%O2，4.47%CO2，92.99%N2。并进一步研究了相对湿度和初始气体浓度相同时，不同贮藏温度条件下青菜品质的变化情况，根据实验可得：当青菜贮藏温度为1℃和3℃条件下，青菜的综合评价指标比较接近，分别为0.777和0.771，高于5℃时的0.716和7℃时的0.642，考虑到实际生产实践中温度波动等因素，建议其贮藏温度为1～3℃。

综上所述，青菜的最优气调贮藏保鲜工艺为：温度1～3℃、相对湿度95%、气体成分组合3%O2，4%CO2，93%N2。

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