巩孟悦，李 健，雷晓娟，曹建康，姜微波

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)

青椒在不同温度下水分损失预测模型

巩孟悦，李 健，雷晓娟，曹建康*，姜微波

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)

为了明确青椒失水率在不同温度条件下的变化情况，更好地通过控制或改进环境条件维持其品质，建立了青椒水分变化的数学模型。实验模拟15、25、30℃，相对湿度55%的3个不同贮藏条件，通过测定其48h的失水率变化，以化学反应动力学和阿伦方程(Arrhenius)为基础，得到了青椒失水率和温度之间关系的预测模型(R2＞0.99)。通过20℃下的实验值和预测值对模型进行验证，结果表明，模型预测值和实验实测值拟合度较高，基本能够预测青椒在贮售期间水分损失的变化。

青椒，水分，阿伦方程，模型

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试青椒 京甜3号，选购无病虫害、无机械伤、果柄萼片完整、大小匀称、成熟度一致的绿熟果，贮存于BY-2006B型低温交变湿热实验箱(温度控制精度:±0.5℃;湿度控制精度:±2.5%)。

1.2 实验方法

结合实际货架期条件，将青椒分别置于温度15、25、30℃(相对湿度55%)的3个不同环境中贮藏48h。验证实验将青椒置于20℃下贮藏48h。

实验每6h取样称重一次，每次测试10个果实。青椒失水率以每次称得的果实重量与初始重量之差占初始重量的百分比表示。

失水率(%)=［贮藏后果实质量(g)-果实初始质量(g)］/果实初始质量(g)×100%

1.3 水分损失的基本动力学模型

水分是表征果蔬产品质量的主要因素之一。采后只有水分的蒸腾散失而无补充，因此会失水萎蔫。一般情况下，失水大于5%就会引起失鲜。另外，果实失水过多，还会破坏正常代谢过程，降低其耐贮性和抗病性［4］。一般认为，果蔬的品质损失和温度之间呈Arrhenius关系，即品质损失可以表示为与温度相关的一个指数函数［11-12］。对所有辣椒品种来说，水分散失是限制采后寿命的主要因素，其他因素仅在低失水率(贮藏在8℃和包装下)才成为限制因素。果实水分的散失是呼吸作用和角质层水分扩散的结果。而青椒不是呼吸跃变型果实，所以在水分损失中，呼吸可能起次要的作用［3］。扩散的水分损失受到果实内外水势梯度和扩散阻力的控制。这个水势梯度可能是温度和相对湿度的函数，而扩散的阻力和果皮的角质层有关［13］。对于同一品种的青椒，当我们只考虑温度的影响时，在恒定湿度条件下，其水分含量就可以表示为贮藏时间和温度的函数［9］:

式中:M(t)-果实在某一时刻的含水量;M0-果实的初始含水量;k-与温度相关的失水系数; t-时间。

青椒的水分损失的速率系数k是温度的函数，利用Arrhenius方程求得:

式中:K0-Arrhenius方程的指数因子，m2·s-1; Ea-活化能，kJ·mol-1;R-普适气体常数，8.31kJ· mol-1·K-1;T-绝对温度，K。

1.4 数据处理和模型拟合度分析

所有数据使用Excel2003进行分析处理。应用建立的青椒水分损失动力学模型可得不同温度贮藏条件下的预测值，与在相应贮藏实验中实际测定的青椒失水率进行比较，通过分析预测值和实验值的拟合度对模型进行验证。

2 结果与分析

2.1 不同温、湿度条件下水分含量的变化

图1显示了相对湿度55%时，青椒失水率在不同温度下的变化情况。可以看出，在不同的温度条件下，失水率随时间的变化均呈明显的线性相关，且随着温度的升高，水分损失速率增大。

图1 不同温度下青椒失水率的变化曲线(相对湿度55%)

2.2 不同温度下的动力学模型

将图1中3个回归方程的斜率(0.1311、0.1720、 0.2043)的对数与对应的绝对温度(288、298、303K)的倒数作图，可以得到相对湿度为55%时青椒水分损失的Arrhenius曲线，相关系数为0.9946。

图2 青椒水分损失的Arrhenius曲线(相对湿度55%)

由此曲线斜率计算出的活化能(Ea)为21130kJ ·mol-1，K0为888.3804m2·s-1，从而得到青椒水分损失的Arrhenius方程为:

根据式(1)，青椒在某一时刻失水率的通用方程可以表示为

式中:M-果实在某一时刻的失水率，%;km-失水系数。

用式(3)替换式(4)中的km即可得到相对湿度55%时青椒失水率的预测模型:

2.3 青椒失水模型的验证和评价

为了验证建立的青椒水分损失动力学模型的可行性，本文选取了20℃进行了验证实验，将青椒失水率的实验值与预测值比较，见图3。由图3可以看出，青椒失水率的实验值和预测值吻合度较好，建立的预测模型具有较高的可行性。

图3 青椒水分损失实验值和预测值的比较

3 讨论

青椒果实的水分散失受到多种内部因素(呼吸作用、表面积比、细胞微结构等)和外部因素(品种、成熟度、机械伤、包装、环境条件等)的综合影响。由于青椒属于非呼吸跃变型果实，所以在水分散失过程中，呼吸可能只起到了次要的作用。本实验选取同一品种及成熟度的青椒，将除温度以外的影响因素降低到最小，得到了其水分损失的变化随时间呈现良好线性关系。并进一步推导出湿度为55%时，无包装青椒失水率与温度相关的数学模型。模型表明，青椒失水速率是一个和贮藏温度相关的指数函数，这和大多数研究温度和产品质量损失关系的结果相似［9-11，14-15］。本实验建立的模型实验选取的环境条件具有较好的实际意义，建立的模型拟合度较高，可以用来预测青椒在不同贮藏环境下的水分变化情况，为销售者和消费者评判青椒品质提供理论参考。

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Mathematical model of water loss of green pepper at different temperatures

GONG Meng-yue，LI Jian，LEI Xiao-juan，CAO Jian-kang*，JIANG Wei-bo
(College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China)

Chemical kinetics has been widely used as basic for predicting loss of food quality or storage life in many processed foods.Such an approach requires a mathematical model to describe the influence of storage temperature on the rate of quality loss.Model developed from the slopes of mass versus time for 3 temperatures (15，25，30℃)and 55%relative humidity(RH)in the 48h.Subsequently，the feasibility of applying the temperature data to this equation to predict water loss during actual distribution process was investigated.The agreement between predicted and experimental values was found to be satisfactory.

green pepper;water;Arrhenius;model

TS255.1

A

1002-0306(2011)03-0094-03

青椒(Caprigum amuum)是以绿色鲜果上市的菜用甜椒品种，属热带蔬菜，含水量高，适宜的贮藏温度为7～10℃［1］。自然贮放容易失水，造成表面光泽消退、形态萎蔫、疲软、鲜度下降，进而加速果实后熟老化，使其商品价值和食用价值明显下降，严重影响了青椒的流通和经济价值［2-4］。近年来国内外学者对青椒的研究大多集中在采前或采后处理对其生理生化品质的影响以及生物保鲜技术方面［5-7］，环境温度对无包装青椒货架品质的影响鲜有报道［8］，未见有学者用数学模型描述青椒在贮售过程中的品质变化。而以化学反应动力学为基础的数学模型，可以很好地反映果蔬的品质变化。例如邓云等人建立了葡萄在贮藏和货架期期间硬度和水分衰减率随温度和时间变化的指数模型［9］，Garcia-Gimeno RM等人利用微生物随温度变化的规律建立了包装绿芦笋的货架期预测模型［10］。实验主要考察无包装青椒在自然环境下贮放的失水变化情况，以青椒在不同温度下贮藏实验数据为基础建立动力学模型，选取的温度范围覆盖了青椒采后贮售过程中可能接触的环境条件。旨在为优化青椒贮运的环境条件提供理论依据，为销售者及消费者判断蔬菜商品品质提供理论参考。

2010-02-04 *通讯联系人

巩孟悦(1985-)，女，在读硕士研究生，研究方向:果蔬贮运保鲜。

国家863计划项目基金支持(2008AA100803)。