1.1 实验材料
实验所用黄瓜为"京绿三号"品种,采自河北固安,挑选成熟度,大小一致,瓜条顺直,无机械损伤的黄瓜。运回实验室经过进一步挑选后,放入恒温恒湿箱(BY-2006B 型低温交变湿热实验箱,温度控制精度:±1 ℃,相对湿度控制精度:±5%)。
1.2 实验方法
温度选取 15,20,25,30 ℃,相对湿度(RH)选取 55%,75%,95%,每组取 10 根黄瓜,在恒温恒湿箱中放置 48 h,每隔 6 h 测定 1 次质量,失水率以每次称得质量与初始质量之差占初始质量的百分数表示。失水率(%)=(初始质量-测定质量)/ 初始质量×100
1.3 品质降解的基本动力学模型
含水量是决定采后果蔬质量的*重要的品质之一,果实的水分损失一方面是由于呼吸作用散发一部分水,在恒温,恒湿环境中可以看作是一个常数;另一方面是空气的水蒸气压低于果实内部的水蒸气压(假定果实内部的空气是饱和的),引起果实水分蒸发。黄瓜属于非呼吸跃变型果实,所以呼吸作用导致的水分散失在整个水分散失中所占的比例是很小的,水分损失主要是受到果实内外水蒸气压和扩散阻力的控制,水势梯度主要是温度和相对湿度的函数,而扩散阻力和果皮的角质层有关。因此,根据一级动力学模型,在恒定的温湿度条件下,黄瓜的失水率就可以表示为存放时间的函数。
Q(t)=Q0+kt(1)
式中:Q(t)为果蔬在任意时刻的失水率;Q0 为果蔬的初始品质(t=0);k 为与温度有关的品质降解常数;t 为时间。
一般认为,果蔬的品质损失和温度之间的关系符合 Arrhenius law,即品质损失可以表示为与温度相关的一个指数函数[12-14],即二级动力学模型,K=K0e -Ea RT(2)
式中:K0 为 Arrhenius 方程的指数因子,m2 /s;Ea 为活化能,kJ/mol;R 为普适气体常数,8.31kJ/mol K;T 为绝对温度,K.
1.4 数据处理与分析方法
所有数据用 excel 2003 和 origin 8.0 软件处理。
2 结果与分析
2.1 不同温度(固定湿度)下黄瓜失水率的变化
在一定温湿度下,黄瓜失水率与时间呈现很好的线性关系,R2值均大于0.98,且大部分温湿度下 R2值在 0.99 以上;在相对湿度(RH)55%和 75%下,随着的温度的升高,失水速率(即直线斜率)逐渐升高,15 ℃和 20,25 ℃和 30 ℃的失水速率差别较小,30,20 ℃的失重率分别比 25,15 ℃略有升高,而 25 ℃的失水速率与 20 ℃相比有较大的升高幅度。
2.2 模型的建立分别将图 1 和图 2 中回归方程斜率的负对数(-lnK)与对应的绝对温度的倒数(1/(T+273))作图可以可得到一条斜率为 Ea/R 的直线,即黄瓜失水率的 Arrhenius 曲线,由此可以求出 Arrhenius 方程中的活化能 Ea 和 K0,其相关系数均在 0.98 以上,说明失水速率与温度之间呈较好的指数关系。
3 讨论
水果和蔬菜采后,只有蒸腾作用而失去了水分的补充,因此在贮藏和运输中会失水萎蔫,含水量不断降低,产品的质量不断减少,这种失重通常称为"自然损耗".自然损耗包括水分和干物质两方面的损失,黄瓜属于非呼吸跃变型果实,且含水量在 90%以上,所以自然损耗中干物质的损失很少,主要是失水,所以本实验中通过测定黄瓜失重率来代表黄瓜失水率。
果蔬的失水快慢主要受产品自身和环境因素的影响,自身因素有表面积比,种类和品种,成熟度,机械伤,细胞持水力等;环境因素有温度,风速和空气湿度。实验中,控制所取黄瓜的品种,成熟度等自身因素一致,同时在恒温恒湿箱中风速也保持一致,从而使影响黄瓜失水的主要是温度和空气湿度两个因素。Jacxsens 等把预测模型应用于检测温度变化对气调平衡包装鲜切蔬菜的微生物特性和感官特性的影响,认为贮藏温度是影响鲜切蔬菜中微生物生长繁殖和感官质量的*重要因素,蔬菜在贮藏期间变色和微生物腐败是影响其质量*主要的原因。
虽然很多研究表明,黄瓜以及其他蔬菜的失水率,硬度,色泽等一些品质指标,在恒定的环境中随时间的变化是非线性的,但他们的测定时间也比较长,一般在 20 d 以上;所以在本实验中,48 h 这个较短的时间内黄瓜的失水率随时间的变化我们近似以直线拟合,这也符合动力学反应中一级模型的公式。在二级模型中,用阿伦方程进行指数方程的拟合,得到相对湿度 55%,75%下黄瓜失水率的预测模型,拟合度在 0.99 以上;说明此模型可以很好的预测黄瓜失水率随温度和时间的变化,为消费者和销售者判断黄瓜品质提供一种便捷的方法,也为控制或改进货架期环境以维持蔬菜品质提供理论参考。