微真空條件下基于色澤參數(shù)變化的西蘭花葉綠素質(zhì)量分數(shù)預(yù)測模型

王麗嬌， 張圣杰， 李文香， 王士奎， 孫樹杰

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島266109）

西蘭花，俗稱青花菜、莖椰菜等，屬十字花科蕓薹屬甘藍變種。其營養(yǎng)物質(zhì)豐富，同時，西蘭花富含VC，可延緩衰老、提高免疫力、增強肝臟的解毒功能；食用富含高纖維的西蘭花還可有效降低腸胃對葡萄糖的吸收，是糖尿病患者的天然藥膳[1]，而且還含有抗癌作用的活性成分，如硫代葡萄糖苷[2]。西蘭花價格隨季節(jié)變化幅度大，出口額大，是速凍蔬菜的主要代表[3]，但其呼吸旺盛，常溫下葉綠素迅速降解，花球極易黃化變質(zhì)。評價西蘭花品質(zhì)的指標主要包括新鮮度、色澤及營養(yǎng)成分等，其衰老的原發(fā)過程和真正標志就是葉綠素的降解。而葉綠素是葉綠酸的酯，在采后貯藏的過程中，葉綠素在葉綠素酶和脫鎂葉綠素酶的作用下[4]，極易脫去分子中的植醇和卟啉環(huán)中的鎂離子，生成黃褐色的脫鎂脫植醇葉綠素和脫鎂葉綠素，導(dǎo)致西蘭花褪綠黃化。對于葉綠素質(zhì)量分數(shù)的測定，現(xiàn)階段多采用分光光度計法，除用于葉綠素提取的丙酮試劑有一定毒性外，操作也比較麻煩，且測量過程樣品的采集會對西蘭花造成一定的損失，為此有學(xué)者通過探討光譜特性來研究果蔬表面色澤的變化[5]。

在果蔬采后貯藏加工過程中，CIE-Lab系統(tǒng)是一種有效可信賴的評價色澤的方法[6-7]。它利用色差計測定色澤參數(shù)來研究果蔬表面的色澤變化，不僅操作簡便沒有破壞性，而且可利用動力學(xué)進行研究和分析[8-10]。由于貯藏期間西蘭花葉綠素不斷降解的過程中a值（紅度，正值代表紅色，負值代表綠色）和b值（黃度，正值代表黃色，負值代表藍色）[11]均有明顯的變化，所以可通過a值和b值的變化了解采后西蘭花褪綠黃化的情況。

果蔬采后貯藏加工過程中動力學(xué)的研究大多是從動力學(xué)變化的角度探討果蔬品質(zhì)的損失。其品質(zhì)因子Q（如色澤、硬度及固形物等）的損失率可以表示為：dQ/dt=-k（Q）n，式中 n 為反應(yīng)級數(shù)；k 為反應(yīng)速率常數(shù)；t為貯藏時間。刁恩杰等（2010）[12]建立了脫水菠菜在貯藏過程中顏色變化的動力學(xué)模型；劉春泉等（2011）[13]建立了毛豆仁低溫凍藏期間葉綠素降解和色澤變化的動力學(xué)模型；任珂等 （2005）[14]研究發(fā)現(xiàn)表面色澤參數(shù)a、b值的變化可衡量包裝及不同溫度對青花菜采后色澤變化的影響。大多數(shù)都集中在不同采后處理對葉綠素降解動力學(xué)模型的研究，而微真空貯藏條件下西蘭花采后色澤變化與葉綠素含量的相關(guān)性及其預(yù)測模型的研究尚屬空白。“微真空貯藏”是在專利（CN 1530290A）[15]技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的一種輕度減壓貯藏技術(shù)，周莎莎等（2011）[16]采用微真空設(shè)施對萊陽梨進行了貯藏試驗，并取得了良好的貯藏效果。作者在此基礎(chǔ)上，通過對微真空條件下西蘭花葉綠素質(zhì)量分數(shù)與色澤變化的相關(guān)性研究，探討葉綠素的降解規(guī)律，建立葉綠素降解與色澤變化的預(yù)測模型，以期為采后西蘭花貯藏過程中的無損檢測提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

西蘭花：于2012年5月10日訂購于青島市城陽區(qū)蔬菜批發(fā)市場的經(jīng)銷商，選擇新鮮潔凈，花球緊密，花蕾未開，成熟度一致，大小適中，無病蟲害及其它傷害的個體。

1.2 儀器

微真空貯藏設(shè)備：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院研制；電子分析天平：上海奧豪斯國際貿(mào)易有限公司；754型紫外可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；CR-400色彩色差計：日本柯尼卡美能達有限公司。

1.3 材料的處理

1.3.1 試驗組的處理 將西蘭花貯于壓力分別為53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa 及常壓，溫度為 （3±0.5）℃的微真空設(shè)備中，分別在第0，7，14，21，28，35，42，49 天進行相關(guān)指標的測定。

1.3.2 驗證組的處理 將西蘭花貯于壓力分別為53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa 及常壓，溫度為 （3±0.5）℃的微真空設(shè)備中，分別在第1，8，15，22，29，36，43，50 天進行相關(guān)指標的測定。

1.4 葉綠素質(zhì)量分數(shù)的測定

采用分光光度計法，參照曹建康等（2007）[17]的方法。

1.5 色澤的測定

西蘭花表面色澤采用色彩色差計測定，用標準陶瓷板標定X=76.74，Y=81.07，Z=80.89作為工作標準[18]。將保鮮膜覆于西蘭花上，選擇其表面較為平整的點作為測量點，分別測a值和b值，計算色澤參數(shù)-a/b值，每個樣品取5個不同的點，取平均值。

1.6 色澤動力學(xué)模型建立的方法

采用EXCEL軟件，利用回歸方程建立色澤動力學(xué)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素質(zhì)量分數(shù)與色澤參數(shù)-a/b值的變化及其動力學(xué)模型的建立

葉綠素是植物進行光合作用的重要色素物質(zhì)。新鮮的西蘭花中含有大量葉綠素，但隨著貯藏時間的延長，葉綠素質(zhì)量分數(shù)不斷下降，導(dǎo)致西蘭花褪綠黃化，是影響西蘭花外觀品質(zhì)的關(guān)鍵[19]。由圖1可以看出，不同壓力條件下西蘭花貯藏期間葉綠素質(zhì)量分數(shù)均呈不斷下降的趨勢，貯藏前期下降速度較慢 ， 貯 藏 至 28 d 時 ，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa及常壓下葉綠素的降解率分別為22.39%、32.81%、38.71%、40.30%，后期下降速度變快，至貯藏結(jié)束時，葉綠素的降解率分別為64.18%、70.31%、80.65%、85.07%，說明微真空條件下采后西蘭花葉綠素的降解呈先慢后快的變化趨勢，且在53.33～66.66 kPa條件下的葉綠素降解速率最小。

圖1 不同壓力條件下葉綠素質(zhì)量分數(shù)隨貯藏時間的變化Fig.1 Changes of chlorophyll content with storage time under different pressure conditions

經(jīng)回歸分析得，不同壓力條件下葉綠素質(zhì)量分數(shù)隨時間的變化均符合零級動力學(xué)反應(yīng)，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa 及常壓下葉綠素質(zhì)量分數(shù)的變化速率分別為：dQ1/dt=-0.008 5，dQ2/dt=-0.070 6，dQ3/dt=-0.071 4，dQ4/dt=-0.081 2，葉綠素降解的動力學(xué)模型分別為=-0.008 5t+0.945 4，=-0.070 6t+0.756 4，=-0.071 4t+0.726 4，=-0.081 2t+0.782 9。

綠色色澤是西蘭花最為重要的外觀品質(zhì)之一，在西蘭花的貯藏過程中，色澤發(fā)生變化時，a值和b值也會隨之發(fā)生改變，其中，-a值主要是葉綠素呈現(xiàn)的顏色，葉綠素的大量損失造成-a值的下降[20]，同時b值也不斷改變，因此，可利用-a/b值的變化表示其色澤的變化。從圖2可以看出，貯藏前期在不同壓力條件下，-a/b值下降緩慢，貯藏至28 d時，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa 及常壓下-a/b值分別下降了 21.37%、24.03%、35.71%、41.98%，說明貯藏前期西蘭花的黃化速度較慢；后期下降較快，至貯藏結(jié)束時，-a/b值分別下降了54.2%、61.24%、69.05%、75.57%。表明微真空條件下，采后西蘭花在貯藏過程中綠色色澤不斷消退而逐漸黃化。

圖2 不同壓力條件下顏色參數(shù)-a/b值隨貯藏時間的變化Fig.2 Changes of color parameter-a/b value with storage time under different pressure conditions

經(jīng)回歸分析得，不同壓力條件下-a/b值隨時間的變化均符合零級動力學(xué)反應(yīng)，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa及常壓下其色澤的變化速率分別為：dQ1/dt=-0.014 3，dQ2/dt=-0.106 8，dQ3/dt=-0.127 1，dQ4/dt=-0.146，-a/b值變化的動力學(xué)模型分別為：-a1/b1=-0.014 3t+1.370 8，-a2/b2=-0.010 68t+1.456 8，-a3/b3=-0.127 1t+1.452 1，-a4/b4=-0.146t+1.519 3。

2.2 基于色澤參數(shù)-a/b值變化的西蘭花葉綠素質(zhì)量分數(shù)預(yù)測模型的建立

色澤參數(shù)-a/b值與葉綠素質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)系見圖3。由圖3可以看出，不同壓力條件下，西蘭花-a/b值與葉綠素質(zhì)量分數(shù)的變化均呈線性正相關(guān)； 經(jīng)回歸分析，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa及常壓條件下建立基于西蘭花-a/b值變化的葉綠素質(zhì)量分數(shù)的預(yù)測模型分別為：Cchl1=0.598 5（-a1/b1）-0.108 7（R2=0.997 6），Cchl2=0.608 7（-a2/b2）-0.149 3（R2=0.981 7），Cchl3=0.559 3（-a3/b3）-0.083 7（R2=0.997 7），Cchl4=0.531 9 （-a4/b4）-0.035 1 （R2=0.986 9）。

2.3 模型驗證

根據(jù)微真空條件下-a/b值的動力學(xué)模型，可得西蘭花采后在 1、8、15、22、29、36、43、50 d 時-a/b 的值，即預(yù)測值。與實測值進行比較，見圖4。經(jīng)相關(guān)性分析得，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa及常壓下回歸方程分別為：y1=0.975 1x1+0.034 8，y2=0.926 3x2+0.084 5，y3=0.940 9x3+0.067，y4=0.954 6x4+0.075 5， 復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為：R12=0.973 6，R22=0.949 3，R32=0.982 1，R42=0.993 5。證明應(yīng)用西蘭花色澤參數(shù)動力學(xué)模型能較好的預(yù)測-a/b值的變化。

圖3 西蘭花-a/b值與葉綠素質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系圖Fig.3 Diagram between broccoli-a/b value and chlorophyll content

圖4 －a/b值預(yù)測模型預(yù)測值與測量值的相關(guān)性Fig.4 Correlation between actual and predicted values of-a/b value

將-a/b預(yù)測值代入微真空條件下基于西蘭花-a/b值變化的葉綠素質(zhì)量分數(shù)預(yù)測模型中，得到西蘭花葉綠素質(zhì)量分數(shù)的預(yù)測值，將其與實測值進行比較，見圖5。

圖5 葉綠素模型預(yù)測值與測量值的相關(guān)性Fig.5 Correlation between actual and predicted values of chlorophyll content in broccoli

經(jīng)相關(guān)性分析得，53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa及常壓下回歸方程分別為：y1=0.958 6x+0.027 6，y2=0.937 8x+0.035 1，y3=0.961 3x+0.024 6，y4=0.955 4x+0.029 8，復(fù)相關(guān)系數(shù)分別為：R12=0.968 7，R22=0.98，R32=0.989 57，R42=0.989 6。 證明不同微真空壓力及常壓條件下，基于-a/b值變化的西蘭花葉綠素質(zhì)量分數(shù)預(yù)測模型均能很好地預(yù)測葉綠素質(zhì)量分數(shù)的變化。

3 結(jié)語

從葉綠素的降解過程來看，葉綠素質(zhì)量分數(shù)呈一直下降的趨勢，且貯藏前期西蘭花葉綠素降解速率較慢，后期降解速率加快。其原因可能是在西蘭花采摘的過程中，由于產(chǎn)生了較多的機械傷，果蔬自身的修復(fù)機制啟動，這種機制通常是通過自身旺盛的代謝功能促進傷口的愈合，在此過程中會引起內(nèi)源抗氧化酶活性的升高，而酶活的升高降低了引起葉綠素氧化漂白的活性氧代謝，從而抑制了葉綠素的降解。故西蘭花在貯藏前期其葉綠素降解速率較慢。

不同壓力條件下，西蘭花在采后貯藏過程中，隨著貯藏時間的延長，葉綠素質(zhì)量分數(shù)及-a/b值均呈逐漸下降的趨勢，由試驗數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可得：53.33～66.66、66.66～79.99、79.99～93.32 kPa 及常壓條件下葉綠素、-a/b值與貯藏時間之間的動力學(xué)模型分別為=-0.008 5t+0.945 4，=-0.070 6t+0.756 4，Cchl3=-0.071 4t+0.726 4，Cchl4=-0.081 2t0.782 9和-a1/b1=-0.014 3t+1.370 8，-a2/b2=-0.010 68t+1.456 8，-a3/b3=-0.127 1t+1.452 1，-a4/b4=-0.146t+1.519 3，均符合零級動力學(xué)模型；通過線性回歸分析，建立基于色澤參數(shù)-a/b值變化的葉綠素質(zhì)量分數(shù)預(yù)測模型為：=0.598 5（-a/b）-0.108 7（R2=0.997 6），Cchl2=0.608 7（-a/b）-0.149 3（R2=0.981 7），Cchl3=0.559 3（-a/b）-0.083 7 （R2=0.997 7），Cchl4=0.531 9 （-a/b）-0.035 1（R2=0.986 9）；進一步通過模型的驗證，證明該預(yù)測模型能較好的反映貯藏過程中葉綠素質(zhì)量分數(shù)的變化，為進一步應(yīng)用無損檢測技術(shù)預(yù)測微真空條件下西蘭花的品質(zhì)變化提供了理論依據(jù)。

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