趙 磊，王 丹，馬 越，張 敏，趙煜煒，趙曉燕

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京市果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜產(chǎn)后處理重點實驗室，北京100097；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧沈陽 110866；3.龍大食品集團(tuán)有限公司，山東萊陽 265231）

洋蔥營養(yǎng)價值很高，有較高的膳食纖維、低聚果糖和有機(jī)酸，同時洋蔥也含有大量維生素、礦物質(zhì)（鉀、鈉、鐵、鈷、硒、錳）等[1]。Catarina Ewald等人[2]認(rèn)為每攝入10 g洋蔥，可提供約4 mg槲皮素，相當(dāng)于成人每日膳食營養(yǎng)素推薦攝入維E的量。在日常生活中經(jīng)常食用的洋蔥分為紅皮洋蔥和白皮洋蔥。紅（紫）洋蔥，比其他顏色的都要辣一些，味道更濃一些，含有較多的抗氧化劑，食療效果比白皮洋蔥要好很多；白皮洋蔥的胡蘿卜素、維C的含量較高，抗疲勞效果好，二者營養(yǎng)價值各有特點[3]。但切割洋蔥殘留在手上的辛辣味和“催淚”反應(yīng)讓人感到極大的不快和不便，鮮切洋蔥的出現(xiàn)使洋蔥的食用更加方便、快捷，受到消費者歡迎。

鮮切洋蔥經(jīng)過切割、剝皮、洗滌等處理過程會產(chǎn)生熵呼吸和微生物[4-5]的生長，從而導(dǎo)致貯藏過程中呼吸速率增加[6]，進(jìn)而消耗果蔬中的糖分和其他可溶性底物的含量，從而影響產(chǎn)品貨架期[7]，因此有效地抑制鮮切洋蔥的呼吸作用，能夠提高其貯藏期的保鮮品質(zhì)[8]。據(jù)報道2%O2和10%CO2的氣調(diào)環(huán)境可有效抑制鮮切洋蔥中微生物的生長，降低了鮮切洋蔥的呼吸速率，從而提高了貨架期期間的產(chǎn)品品質(zhì)，鮮切洋蔥的氣調(diào)設(shè)計基于其呼吸特性，因此呼吸特性的研究至關(guān)重要。目前，鮮切洋蔥的呼吸特性鮮有報道，紅洋蔥與白洋蔥2種類型的呼吸特性是否有差異未有研究。建立了不同品種洋蔥經(jīng)過鮮切處理后的呼吸速率模型，以此預(yù)測其呼吸強度在貯藏過程中的變化，比較紅皮和白皮洋蔥不同品種在貯藏過程中的差異，為不同包裝條件下包裝參數(shù)的選擇設(shè)計提供理論依據(jù)，為洋蔥的貯藏過程中保鮮加工和冷鏈運輸?shù)膮?shù)提供指導(dǎo)[9]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅皮洋蔥和白皮洋蔥，購自北京市海淀區(qū)果香四溢，在4℃冰箱預(yù)冷24 h后處理。密封裝置由2 315 mL的干燥器組裝而成，并用橡膠塞密封干燥器頂部形成密封裝置，將1.2 mm×100 mm注射針頭插入橡膠塞并用注射針頭連接橡膠管，使用手持氣體（Oxybaby）分析儀進(jìn)行取樣和測量。

1.2 鮮切洋蔥的生產(chǎn)加工工藝

鮮切處理前在16℃打開紫外燈輻照30 min，挑選無機(jī)械傷、無病蟲害，成熟度相似的洋蔥，洋蔥去皮清洗，由內(nèi)到外切成2~3 g的洋蔥片[10]，以后依次在100 mg/L和50 mg/L的次氯酸鈉溶液中浸泡2 min，用離心甩干機(jī)除去鮮切洋蔥表面的水分，分別取350 g的鮮切洋蔥裝入真空干燥器中。

1.3 呼吸速率的測定

初始?xì)怏w環(huán)境均為大氣，O2含量為20.3%±0.2%，CO2為0.6%。密封罐中分別裝入350 g鮮切紅皮和白皮洋蔥，當(dāng)洋蔥中心溫度達(dá)到貯藏溫度時再用橡膠塞密封，4℃和10℃平衡時間約為50 min，20℃和30℃的相應(yīng)平衡時間接近0.5 h，密封裝置的自由體積為1 950 mL，每隔2 h測定密封裝置中O2和CO2的氣體濃度，每次測量重復(fù)3次。

通過以下公式計算鮮切洋蔥呼吸速率

式中：RO2——O2消耗速率，mL/kg·h；

RCO2——CO2生成速率，mL/kg·h；

Vf——密封裝置的體積，mL；

W——洋蔥質(zhì)量，kg；

△t——時間間隔，h。

1.4 儀器與設(shè)備

Oxybaby O2/CO2頂空氣體測定儀，上海眾林公司產(chǎn)品；玻璃真空干燥器，湖南恒泰公司產(chǎn)品；CMW-50型恒溫恒濕箱，北京雅士林公司產(chǎn)品；AL204型電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品。

1.5 呼吸速率模型的建立

參考酶動力學(xué)中的米氏方程對鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥的呼吸速率進(jìn)行模型擬合，其中呼吸速率與氧氣相互關(guān)系可以參考Michaelis-Menten(M-M)方程[11-12]：

式中：R——用O2消耗速率表示的果蔬呼吸速率，mL/kg·h；

Vm——果蔬產(chǎn)品的最大呼吸速率，mL/kg·h；

km——方程常數(shù)，以%O2表示；

O2——某一時刻O2體積分?jǐn)?shù)，%。

參考酶動力學(xué)原理，結(jié)合CO2對O2吸收速率的影響和CO2非競爭性抑制O2吸收，以米氏無競爭型方程[13]為標(biāo)準(zhǔn)，對鮮切洋蔥呼吸速率進(jìn)行擬合，表示為：

1.6 統(tǒng)計分析

采用DPS v8.13統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，Excel 2013進(jìn)行方差分析（p≤0.05）。使用Origin 8.0軟件進(jìn)行圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮切紅皮洋蔥與白皮洋蔥頂空氣體變化的比較

2.1.1 鮮切紅皮洋蔥與白皮洋蔥氧氣體積分?jǐn)?shù)的變化

不同溫度下2種鮮切洋蔥氧氣體積分?jǐn)?shù)變化見圖1。

由圖1可知，不同溫度下貯藏的鮮切洋蔥在呼吸罐內(nèi)的頂空氣體成分有顯著性差異，隨著貯藏時間的延長，呼吸罐內(nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù)均逐漸下降，并且溫度越高氧氣體積分?jǐn)?shù)下降越快，呼吸速率越高。通過體積分?jǐn)?shù)的對比，可以看出鮮切紅皮洋蔥的氧氣下降速度大于相同溫度貯藏條件下鮮切白皮洋蔥的氧氣下降速度。

2.1.2 不同溫度下鮮切紅皮洋蔥與白皮洋蔥二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的變化

不同溫度下2種鮮切洋蔥二氧化碳體積分?jǐn)?shù)變化見圖2。

由圖2可知，隨著貯藏時間的增加，2種鮮切洋蔥密閉裝置中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)均有增加，且隨著貯藏溫度的增加，二氧化碳的生成速度逐漸加快，說明鮮切洋蔥的高溫貯藏不僅加快了其氧氣的消耗速度，同時也伴隨著二氧化碳生成速度的增加。由2種洋蔥貯藏過程中的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)差異可知，鮮切紅皮洋蔥的CO2產(chǎn)生速率稍高于相應(yīng)溫度下貯藏的鮮切白皮洋蔥CO2產(chǎn)生速率。

圖1 不同溫度下2種鮮切洋蔥氧氣體積分?jǐn)?shù)變化

圖2 不同溫度下2種鮮切洋蔥二氧化碳體積分?jǐn)?shù)變化

2.2 鮮切紅皮洋蔥與白皮洋蔥呼吸速率的比較

2.2.1 鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥呼吸速率（O2）的比較

不同溫度下2種鮮切洋蔥呼吸速率（O2）的變化見圖3。

圖3 不同溫度下2種鮮切洋蔥呼吸速率（O2）的變化

由圖3可知，隨著貯藏時間的增加，所有貯藏溫度下的鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥氧氣消耗速率均先快速下降，隨后逐漸趨向平緩，并且溫度越高呼吸速率下降的越強烈。在30，20，10，4℃溫度下貯藏的鮮切紅皮洋蔥的末期的呼吸速率分別為229.348，228.135，227.932，227.26 mL/(kg·h)；在 30，20，10，4℃溫度下貯藏的鮮切白皮洋蔥的末期的呼吸速率分別為 649.35，454.55，453.29，456.74 mL/(kg·h)，說明不同溫度貯藏的鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥在貯藏末期氧氣呼吸速率相近。鮮切紅皮洋蔥的呼吸速率高于相應(yīng)條件下的鮮切白皮洋蔥的呼吸速率。

2.2.2 鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥呼吸速率（CO2）的比較

不同溫度下2種鮮切洋蔥呼吸速率（CO2）的變化見圖4。

由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，所有試驗溫度下，鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥二氧化碳生成速率在前期快速下降，隨后速率趨向穩(wěn)定，高溫（30℃和20℃）貯藏條件下的洋蔥加速了該現(xiàn)象的產(chǎn)生，4種溫度條件下貯藏的鮮切洋蔥二氧化碳呼吸速率會在某一時刻達(dá)到較為平衡的狀態(tài)。在30，20，10，4℃溫度下貯藏的鮮切紅皮洋蔥末期的呼吸速率（CO2）分別為 454.55，461.32，234.27，241.27 mL/(kg·h)；而鮮切白皮洋蔥在該溫度下貯藏末期的呼吸速率（CO2）分別為 454.55，483.57，227.27，232.27 mL/(kg·h)，不同品種鮮切洋蔥在相應(yīng)溫度下貯藏末期的呼吸速率（CO2）差異不大，鮮切紅皮洋蔥的呼吸速率高于相應(yīng)條件下鮮切白皮洋蔥的呼吸速率。

圖4不同溫度下2種鮮切洋蔥呼吸速率（CO2）的變化

2.3 基于酶動力學(xué)的鮮切洋蔥呼吸速率模型建立

作為果蔬采后和鮮切過程的主導(dǎo)，呼吸作用消耗果蔬組織的營養(yǎng)和能量[14]，這不利于鮮切洋蔥的貯藏。呼吸速率不僅表達(dá)了果蔬的生理性質(zhì)，也在一定程度上反映了果蔬的新陳代謝。因此，對鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥的呼吸速率模型的表征對了解鮮切洋蔥的呼吸特性，以及選擇有利于其貯藏的包裝材料的特性有重要意義。試驗以非競爭型Michaelis Menten方程（公式4） 為模型，再分別對2種品種鮮切洋蔥的呼吸速率進(jìn)行表征。通過不同溫度下貯藏的洋蔥的不同頂空氣體組分，由此測定其呼吸速率方程。

無競爭型米氏方程通過線性變換，將公式4進(jìn)行倒數(shù)轉(zhuǎn)化，得到如下公式：

依據(jù)酶動力學(xué)呼吸模型，體系要保持有氧呼吸狀態(tài)，即[O2]>1.5%或[CO2]<20%才是有效的[15]，氧氣過低或二氧化碳過高將導(dǎo)致鮮切果蔬無氧呼吸，則不符合米氏規(guī)律。取符合條件的氣體組分和呼吸速率使用公式（5）將試驗數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計回歸軟件多重線性回歸得出呼吸方程的參數(shù)，通過使用Oringe 9.0進(jìn)行多重線性回歸分析并得到相應(yīng)的米氏模型參數(shù)。

密閉系統(tǒng)內(nèi)2種鮮切洋蔥的米氏模型參數(shù)見表1。

表1 密閉系統(tǒng)內(nèi)2種鮮切洋蔥的米氏模型參數(shù)

由表1可知，用非競爭型米氏模型擬合鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥的呼吸速率，并且不同溫度下的擬合度都較好，擬合系數(shù)（R2）值均在0.85以上。有關(guān)資料表明酶的米氏方程模型，該模型更加符合果蔬的呼吸特性[11]。云雪艷等人[16]應(yīng)用密閉系統(tǒng)發(fā)測定草莓的呼吸速率，并結(jié)合米氏方程推導(dǎo)呼吸速率與包裝膜滲透性的關(guān)系式；而謝晶等人[17]采用米氏酶動力學(xué)基礎(chǔ)及多重回歸分析求得米氏方程參數(shù)并結(jié)合其呼吸速率設(shè)計氣調(diào)包裝系統(tǒng)。

比較鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥擬合所得的3個參數(shù)的變化趨勢，鮮切紅皮洋蔥的3個參數(shù)都與溫度密切相關(guān)，隨溫度的升高，Vm，km和ki均逐漸增大。

通常使用阿列紐斯（Arrhenius）方程和一次函數(shù)對溫度有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行擬合[18]，Arrhenius方程如下：

式中：A——指前因子；

Ea——活化能；

Rgas——氣體常數(shù)；

T——絕對溫度。

對等式兩邊進(jìn)行對數(shù)值的線性變換，得到公式（7）：

將數(shù)據(jù)分別帶入公式（6）和一次函數(shù)得到米氏方程的參數(shù)，并得出參數(shù)與溫度的函數(shù)關(guān)系。

不同溫度下2種鮮切洋蔥酶動力學(xué)模型參數(shù)估值見表2。

表2 不同溫度下2種鮮切洋蔥酶動力學(xué)模型參數(shù)估值

根據(jù)表2適當(dāng)?shù)臄M合參數(shù)及所對應(yīng)的酶動力學(xué)方程和Arrhenius方程則可得出以溫度和氣調(diào)組分為變量的函數(shù)來表述鮮切紅皮洋蔥的呼吸速率模型：

而根據(jù)表2適當(dāng)?shù)臄M合參數(shù)及所對應(yīng)的酶動力學(xué)方程和Arrhenius方程則可得出以溫度和氣調(diào)組分為變量的函數(shù)來表述鮮切白皮洋蔥的呼吸速率模型：

3 結(jié)論

采用密閉系統(tǒng)法對鮮切洋蔥呼吸速率測定，結(jié)果表明，在貯藏過程中鮮切紅皮洋蔥的呼吸速率高于鮮切白皮洋蔥的呼吸速率。鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥的呼吸速率與溫度和氧氣濃度呈正相關(guān)，表明低氧高二氧化碳環(huán)境同樣會抑制鮮切洋蔥的呼吸速率。根據(jù)鮮切紅皮洋蔥和白皮洋蔥在密閉系統(tǒng)中的呼吸速率，結(jié)合酶動力學(xué)中的非競爭性米氏方程建立模型。模型中的參數(shù)與溫度之間有很強的相關(guān)性，Vm，km和ki經(jīng)過阿列紐斯方程和一次函數(shù)擬合后有較好的擬合效果，擬合度較高，R2均達(dá)到0.85以上。通過擬合結(jié)果得出以溫度和氣體組分為變量的函數(shù)的呼吸速率模型。