文章鉴读|浙江科技大学生物与化学工程学院沙如意副教授：低温结合不同硅窗面积气调包装保鲜对大蒜贮藏品质的影响

食品工业科技编辑部

2024-12-30

导读：欢迎投稿EI期刊《食品工业科技》www.spgykj.com

摘要

为确定不同硅窗面积对大蒜硅窗气调保鲜的影响，以休眠期后的白皮大蒜为试验对象，以无硅窗聚乙烯（PE）包装袋为对照组，探讨低温结合1、3、6、9 cm²硅窗膜（镶嵌于面积为30 cm×25 cm的聚乙烯（PE）包装袋）对贮藏120 d 内大蒜品质指标的影响。结果表明：硅窗面积对采后大蒜的失重率、芽瓣比、色度（ΔE）的影响较大，对于硬度、含水量的影响较小，较优的硅窗面积为6 cm²，在120 d贮藏期间低温结合6 cm²硅窗处理组大蒜的蒜氨酸含量达到0.38±0.00 g/100 g，与0 d相比较蒜氨酸含量提高50.97%，苹果酸含量下降了92.38%，柠檬酸、酒石酸和富马酸含量分别增加了21.13%、65.87%、43.26%，主成分分析得出大蒜保鲜品质的关键指标是ΔE值、失重率、芽瓣比、含水量、酒石酸含量。综合考虑各个指标的变化以及主成分分析结果，采用低温结合6 cm²硅窗面积可有效缓解大蒜贮藏品质劣变。该研究可为白皮大蒜贮藏保鲜与加工提供理论参考。

大蒜是一种药食同源植物，在中国、印度、俄罗斯等多个国家均有种植，其中我国的种植面积最大。大蒜采收后随着贮藏时间的延长，会出现发芽、干瘪、软化等问题，营养物质也会随之流失。目前用于大蒜保鲜的方法主要为低温贮藏，常用温度低于5 ℃，气调保鲜技术是果蔬贮藏保鲜最为主要的手段之一，在大蒜贮藏中也多有应用。低温能够降低果蔬的多种生理活动，减少营养物质损失，而将低温与气调贮藏相结合能够带来更好的保鲜效果。

自发气调包装技术关键是选用具有特定透气性的薄膜材料来包装产品，利用产品的呼吸作用及薄膜的透气性来调节包装袋内氧气和二氧化碳的含量，从而实现抑制产品呼吸作用和蒸腾作用、延缓生理代谢、减少病原微生物侵染和贮藏损失，达到延长贮藏期的目的。硅橡胶膜具有优良的选择透气性，室温下对氮气、氧气、二氧化碳等气体的透过率比天然橡胶高30~50倍，且具有较大的CO₂和O₂的透气比，对CO₂的透过率是O₂的5倍~6倍，是N2的12倍。硅窗气调包装是在塑料包装袋（PE）上镶嵌一块硅橡胶膜，粘在贮存果蔬、粮食的塑料帐（袋）所开的窗口上，用以调节贮藏环境气体成分，故又名硅窗。目前，硅窗气调保鲜已应用于海篷子、蒜薹、芦笋等多种果蔬的贮藏保鲜中，且能明显改善贮藏效果，同时硅窗气调保鲜技术具有保鲜成本低、贮藏效果好、产品易于管理等特点。大蒜自发气调保鲜中常采用的是聚氯乙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜等进行包装，有研究者将硅胶膜应用在大蒜贮藏保鲜中具有一定的效果，但无人研究将聚乙烯膜与硅胶膜结合用于大蒜贮藏以及探讨不同硅窗面积包装对大蒜贮藏的影响，而在其他果蔬贮藏中不同的硅窗面积包装对于果蔬的贮藏效果的影响差异显著。目前用于评价大蒜贮藏保鲜效果的理化指标较多，尚缺少对各指标之间相关性分析的研究报道。

本研究以已过休眠期的白皮大蒜为原料，采用具有不同硅窗面积的气调包装袋对大蒜进行保鲜，以大蒜贮藏过程中的品质损坏以及营养损失为评价指标，通过探讨低温结合硅窗气调包装袋对大蒜品质的影响筛选出最佳的硅窗面积，同时通过建立大蒜贮藏过程中各指标相关关系以构建大蒜采后贮藏品质的评价指标，为生产上开发大蒜高品质贮藏方法提供理论参考。

结果与分析

2.1 不同硅窗面积对大蒜贮藏品质的影响

2.2.1 不同硅窗面积对大蒜失重率的影响

在大蒜贮藏过程中，水分散失和呼吸作用造成的物质消耗，会导致失重率的升高，因此失重率的变化能够反映大蒜贮藏过程中的品质优劣。不同面积的硅窗气调包装对于大蒜失重率的影响如图1所示，经过120 d的贮藏，各个处理组大蒜的失重率在不同的时间段均出现明显上升（P<0.05），其中低温处理组（CK）的失重率均低于室温贮藏组（RT），贮藏30 d及以后CK处理组与RT组具有显著性差异（P<0.05）。RT组大蒜失重率大幅度增加主要由于外界贮藏环境温度较高，使得其生理活动更为频繁，呼吸强度和蒸腾作用高于其他处理组。对比CK组与硅窗气调包装处理组，贮藏60 d之前各组间无显著差异（P>0.05），贮藏60 d后，硅窗气调包装处理组失重率显著低于RT组和CK组，其中6 cm²硅窗处理组的失重率显著低于其他组（P<0.05）。在赵春燕的研究中利用不同膜包装鲜嫩蒜贮藏4个月后失重率最低为8.81%，本研究中仅采用6 cm2硅窗处理组的大蒜在休眠期后，再贮藏120 d的失重率也仅为2.4%。在整个贮藏期6 cm²硅窗处理组能够明显减少失重率的增加，该组失重率增加缓慢可能与水分含量变化相关，因此采用低温下6 cm²硅窗的贮藏方式降低失重率的效果优于其他处理组。

图 1 不同硅窗面积下大蒜失重率的变化

Figure 1. Variation in weight loss rate of garlic at different silicon window areas

注：RT代表室温贮藏；CK代表低温贮藏；不同小写字母代表相同时间下不同组别显著性差异（P<0.05），不同大写字母代表相同组别不同时间下显著性差异（P<0.05），图2~图5同。

2.1.2 不同硅窗面积对大蒜芽瓣比的影响

不同处理组的大蒜样品在贮藏过程中的芽瓣比变化见图2，从图中可以看出，解除休眠期后的大蒜在贮藏过程中，各处理组芽瓣比均呈现上升趋势，RT组与1、9 cm²硅窗处理组在不同时间段芽瓣比具有显著性差异（P<0.05），CK组芽瓣比在90 d至120 d期间无显著生长趋势（P>0.05），3 cm²硅窗处理组在60 d内显著增加后增长趋势减缓，6 cm²硅窗处理组芽瓣比在30 d至90 d贮藏期间变化显著（P<0.05）。整个贮藏过程中，硅窗气调面积为1、3、6 cm²的三组间芽瓣比的变化无明显差异（P>0.05）；贮藏60 d后，1、3、6 cm²硅窗处理组的芽瓣比显著低于RT组和CK组（P<0.05）；在贮藏120 d时，各个硅窗处理组的芽瓣比从大到小依次为9 cm²硅窗处理组>1 cm²硅窗处理组>3 cm²硅窗处理组>6 cm²硅窗处理组，硅窗面积6 cm²组的芽瓣比达到0.83，但与对照组以及其他面积的硅窗处理组相比，可看出6 cm²硅窗处理组对于减缓芽瓣比增加仍具有一定的效果，能够在一定程度上减缓蒜瓣商品价值的降低。

图 2 不同硅窗面积下大蒜芽瓣比的变化

Figure 2. Variation of garlic shoot to clove ratio at different silicon window areas

2.1.3 不同硅窗面积对大蒜硬度的影响

硬度是能够影响消费者对大蒜等果蔬类商品接受度的质构特征之一，能反映出商品的组织特征并因此来表示其新鲜度。不同处理组的大蒜样品在贮藏过程中的硬度变化见图3，从图3可以看出，随着时间的延长，各处理组的硬度均呈现下降趋势。在贮藏期间，大蒜的各种生理活动随着时间延长逐渐活跃，营养物质被消耗导致大蒜的硬度逐渐降低。在整个贮藏期间，RT组的硬度下降最为迅速。在贮藏的30 d内，其余各处理组之间的差异并不显著（P>0.05）。随着贮藏时间的延长，从60 d开始，硅窗气调面积6 cm²处理组的硬度最高，说明该处理组下大蒜的贮藏品质较好。

图 3 不同硅窗面积下大蒜中的硬度变化

Figure 3. Firmness changes during the gas conditioning storage of garlic silicon window

2.1.4 不同硅窗面积对大蒜含水量的影响

大蒜贮藏过程中水分含量的变化与大蒜的呼吸作用相关，合适的气调环境会抑制大蒜的呼吸作用和蒸腾作用，进而减缓大蒜样品水分含量的下降，减缓蒜米外观的皱缩以及大蒜鳞茎硬度的下降。不同处理组的大蒜样品在贮藏过程中的含水量的变化见图4，从图4可以看出不同处理组的大蒜样品经过长时间的贮藏均会出现水分含量下降的现象，其中RT组水分下降最大，其次是CK组。各贮藏时间点的大蒜样品中，硅窗气调组的样品含水量均高于CK、RT组，其中在60 d到120 d的贮藏阶段，硅窗气调面积6 cm²处理组的水分含量高于其他处理组。水分含量的变化会受到环境因素影响，PE袋水分透过率较低，硅胶膜具有良好的透水性，低温下环境内水分进入包装袋在内部凝结使袋内水分含量提升，出现结露现象，造成了硅窗面积较大的9、6 cm²硅窗处理组中水分含量先后出现上升，这与He等的研究一致。而环境中水分对硅窗1、3 cm²硅窗处理组与RT、CK组袋内水分含量影响不大，四组中水分含量持续降低。6、9 cm²硅窗处理组具有相同的波动趋势，而6 cm²硅窗处理组波动更小，说明6 cm²硅窗处理组对于维持包装袋内大蒜水分含量效果更好，因此采用6 cm²硅窗包装大蒜要优于其他处理组。

图 4 不同硅窗面积下大蒜中的含水量变化

Figure 4. Changes of water content in garlic at different silicon window areas

2.1.5 不同硅窗面积对大蒜色度的影响

贮藏至120 d时，不同面积硅窗组以及CK组的外观色泽较RT组白皙，低温对维持蒜瓣外观色泽更有利，而低温下不同面积硅窗组的差别可通过色度大小ΔE值呈现。将色度用来评价大蒜样品在贮藏过程中外观颜色的变化，以此来判断在贮藏过程中的褐变程度，通过ΔE值的变化可衡量大蒜不同贮藏时间的色度相较于贮藏0 d时的变化程度，结果如图5所示，从图中可以看出随着贮藏时间延长，各组的ΔE值均呈现上升趋势，说明与贮藏0 d的样品相比色度变化越大，6 cm²硅窗处理组在不同时间段的增长趋势没有显著差异（P>0.05）。在60 d至120 d贮藏阶段，RT组的ΔE值上升趋势显著大于其他各处理组（P<0.05），与CK相比，硅窗气调组的ΔE值呈现显著性差异（P<0.05），说明低温结合硅窗气调贮藏能够减缓大蒜的色泽变化。在贮藏60 d至120 d期间，6 cm²硅窗处理组的ΔE值与其他处理组差异显著（P<0.05），且各低温贮藏组中6 cm²硅窗处理组的变化趋势最小，说明利用6 cm²硅窗处理组贮藏大蒜可以保持较好的色度。采用低温结合硅窗自发气调贮藏大蒜保鲜效果优于低温对照组，而在不同面积硅窗组中6 cm²硅窗处理组的变化最低表明本实验中利用6 cm²硅窗气调包装保鲜能够有效维持大蒜的品质。

图 5 不同硅窗面积下大蒜中的色度变化

Figure 5. Color changes of garlic at different silicon window areas

2.2 不同硅窗面积对大蒜贮藏品质的影响

上述研究结果表明，不同硅窗面积气调保鲜处理组之间，硅窗面积对大蒜的失重率、芽瓣比、色度的影响最大，对于硬度、含水量的影响较小。在贮藏过程中，RT组在90 d 开始逐渐皱缩、腐烂、色泽发黄，低温硅窗处理组与CK组在贮藏120 d内无明显腐烂现象且外观较为白皙，同时综合考虑大蒜在贮藏过程中的失重率、芽瓣比、色度、硬度、含水量等指标影响，选择硅窗面积为6 cm²的气调保鲜为贮藏大蒜的较优条件并分析该组别与CK组中特征成分的变化，对6 cm²硅窗处理组保鲜手段下大蒜各指标相关性进行分析。

2.2.1 最佳硅窗面积气调保鲜对贮藏大蒜特征成分的影响

蒜氨酸是大蒜最主要的风味前体物质之一，与大蒜的抗癌、抗氧化、抗炎等药用价值密切相关。从图6中可以看出，在大蒜贮藏过程中，6 cm²硅窗处理组蒜氨酸含量始终高于CK组，硅窗6 cm²与CK组中蒜氨酸含量呈先缓慢上升后降低后再升高的趋势，在120 d的贮藏期间硅窗6 cm²的蒜氨酸含量从0.25±0.01 g/100 g提高到0.38±0.00 g/100 g，增加了1.38倍；而CK组的蒜氨酸含量从0.25±0.01 g/100 g提高到0.28±0.00 g/100 g，有小幅增加。蒜氨酸含量的变化会因贮藏条件以及大蒜生理状态而改变，适宜的贮藏条件对于积累蒜氨酸有利，同时γ-谷氨酰二肽能够转化为蒜氨酸使其含量增加，随着贮藏时间延长，γ-谷氨酰二肽被消耗，而蒜氨酸是一种不稳定的物质，蒜氨酸的分解会导致鳞茎中蒜氨酸含量的下降，在贮藏到90 d时大蒜鳞茎组织结构大量软化细胞破损可能有蒜氨酸酶释放出导致蒜氨酸被大量分解。在90 d到120 d期间蒜氨酸含量有所积累可能与鳞芽变化有关，此阶段6 cm²硅窗处理组鳞芽变化低于低温对照组，在此贮藏条件下贮藏120 d后，蒜氨酸含量显著高于低温对照（CK）组，表明该处理能够有效保持蒜氨酸含量，减少蒜氨酸的分解。

图 6 最佳硅窗面积下大蒜中的蒜氨酸含量变化

Figure 6. Variation of alliin content in garlic at optimal silicon window area

2.2.2 最佳硅窗面积气调保鲜对贮藏大蒜有机酸含量的影响

利用高效液相色谱分析最佳硅窗面积下大蒜贮藏过程中有机酸含量变化，如图7所示，大蒜中检测到的主要有机酸为苹果酸、柠檬酸和酒石酸。在贮藏前30 d，苹果酸的含量最高，其次是柠檬酸和酒石酸，富马酸的含量较低。贮藏60 d后，6 cm²硅窗处理组与CK组中的有机酸是以柠檬酸为主，其次是酒石酸。Ritota等在意大利大蒜品种中检测到了柠檬酸、苹果酸和富马酸等有机酸，与本研究结果基本一致。

图 7 最佳硅窗面积下大蒜中有机酸含量变化

Figure 7. Changes of organic acid content in garlic at optimal silicon window area

从图7中可以看出，与贮藏0 d相比，贮藏前30 d两组处理苹果酸、柠檬酸和酒石酸含量均有一定程度升高，贮藏60 d富马酸含量显著增加（P<0.05），有机酸含量的增加可能是低温胁迫促使大蒜鳞茎机体作出的反应，有研究表明有机酸能够在不利的环境条件下帮助植物减轻损伤。贮藏过程中，6 cm²硅窗处理组与CK组中苹果酸含量的变化趋势相同，在120 d时硅窗6 cm²与CK组中苹果酸含量分别下降了92.38%和96.32%，同一时间不同组别中的含量无显著差异（P>0.05），苹果酸含量的降低会使得大蒜中酸的风味降低。与贮藏0 d相比，贮藏120 d后，硅窗面积6 cm²处理组中柠檬酸、酒石酸和富马酸含量分别增加了21.13%、65.87%、43.26%。苹果酸与柠檬酸是三羧酸循环中不可或缺的物质，三羧酸循环是糖类、脂类、氨基酸的最终代谢通路和联系枢纽，而酒石酸、柠檬酸等也可起到抗氧化的作用。在60 d至120 d贮藏期间，6 cm²硅窗处理组不同时间的柠檬酸与富马酸含量无显著差异（P>0.05），而CK组中柠檬酸、酒石酸与富马酸均被大量消耗，总体来说，与CK组相比较，6 cm²硅窗处理组能够有效减缓有机酸的降解。

2.3 最佳硅窗面积气调包装下大蒜贮藏期间各指标相关性与主成分分析

2.3.1 相关性分析

采用Pearson相关性分析大蒜样品的贮藏时间、失重率、芽瓣比、含水量、硬度、蒜氨酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、富马酸、ΔE的相关性，结果见表1。如表1所示贮藏时间与失重率存在着极显著正相关性（P<0.01），与硬度具有极显著负相关性（P<0.01），与芽瓣比间显著正相关（P<0.05）。6 cm²硅窗处理组大蒜的失重率、硬度、芽瓣比变化可用于判断贮藏时间的长短。在商品价值中，芽瓣比与失重率之间具有极显著正相关性（P<0.01），与硬度具有显著负相关性（P<0.05），与苹果酸存在显著负相关性（P<0.05）。

2.3.2 主成分分析

采用SPSS对大蒜贮藏过程中各项指标进行主成分分析，大蒜样品主成分的特征值及方差贡献率见表2。以特征值>1为标准可取得3个主成分，前3个主成分的贡献率分别为63.741%、17.322%、11.72%，累计贡献率为92.783%，说明三个主成分已能够反映样品各指标的基本信息。因此，选取前3个主成分作为大蒜贮藏品质的重要主成分。结合主成分载荷矩阵（表3）以及因子载荷图（图8）可知，PC1主要由ΔE值、失重率、芽瓣比等指标决定，PC2主要由含水量决定，PC3主要由酒石酸含量决定，说明影响大蒜保鲜品质的关键指标是ΔE值、失重率、芽瓣比、含水量、酒石酸含量。

图 8 大蒜贮藏过程中各生理指标主成分分析因子载荷图

Figure 8. Principal component analysis and factor loading diagrams

during garlic storage

结论

低温结合不同面积硅窗气调包装保鲜过程中6 cm²硅窗处理组最佳，与其他低温硅窗组比较该处理有效减缓大蒜品质的劣变，在整个贮藏过程中6 cm²硅窗处理组明显缓解了失重率、芽瓣比、硬度、蒜氨酸含量的剧烈变化，苹果酸含量显著下降，而酒石酸、柠檬酸和富马酸含量显著增加。最佳硅窗面积气调包装下贮藏时间与失重率、芽瓣比间存在显著正相关性，芽瓣比与苹果酸之间存在显著负相关性，主成分分析得出ΔE值、失重率、芽瓣比、含水量、酒石酸含量是大蒜保鲜品质的关键指标，能够为大蒜贮藏品质评价提供理论参考。

引用本文：罗丹，王珍珍，韩浩，等. 低温结合不同硅窗面积气调包装保鲜对大蒜贮藏品质的影响[J]. 食品工业科技，2023，44（17）：367−374. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110022.

Citation:LUO Dan, WANG Zhenzhen, HAN Hao, et al. Effect of Low Temperature Combined with Different Silicon Window Areas on the Storage Quality of Garlic in Air Conditioned Packaging[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(17): 367−374. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110022.

基金项目:浙江省基础公益研究计划项目（LGN22C200034）；江苏省苏北科技专项（XZ-SZ202137）。

通信作者简介

沙如意，浙江科技大学副教授，博士、博士后，硕士生导师，浙江科技大学科研处副处长、社会合作办公室副主任。2012年6月获浙江大学生物化工博士学位，同年进入浙江科技大学生物与化学工程学院任教。主要从事微生物发酵工程、农产品加工等领域的科学研究工作。担任中国生物工程学会生物资源专业委员会委员，中国生物发酵产业协会全国发酵工程技术工作委员会委员，浙江省食品学会理事，上海市食品添加剂和配料行业协会专家委员会委员，浙江省食品添加剂和配料行业协会专家委员会委员，河南省工业微生物资源与发酵技术重点实验室客座研究员，工信部食品工业企业诚信管理体系评价员。江苏省双创计划科技副总，江苏省双创计划双创博士，江苏省盐城市“515”领军人才，浙江科技大学领军人才、优秀青年教师、学生“我心目中的好老师”。先后主持国家级、省部级等科研项目8项，在国内外学术刊物上发表研究论文50余篇，参编著作3部，授权发明专利20余件，获中国食品工业协会科学技术奖特等奖、中国商业联合会科学技术奖一等奖、中国轻工业联合会科学技术奖一等奖等8项。

（以上信息来自浙江科技大学官网）

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