全 文 ：研究与探讨
2013年第16期
Vol . 34 , No . 16 , 2013
鸡毛菜（Brassica rapa L.Chinensis Group.）
的颜色变化动力学及两种货架期预测方法
张利平，谢 晶*，何 蓉，施建兵，蔡青文
（上海海洋大学食品学院，上海 201306）
摘 要：实验测定了贮藏在278、283、288、293K四个温度下的鸡毛菜的颜色参数L*、-a*、b*、△E、h*和感官评价，并对
L*和△E进行了动力学分析。结果表明，在实验温度范围内，鸡毛菜储藏的温度越低，颜色参数变化越慢。动力学分析
显示，零级动力学比一级动力学更适合表现鸡毛菜L*和△E的变化规律。研究还采用Arrhenius方程对颜色变化速率常
数k和温度T进行非线性拟合，得到L*和△E活化能Ea分别为82.09kJ/mol和100.26kJ/mol。最后得到依赖于时间、温度和
颜色指标的鸡毛菜货架期预测方程（R2＞0.95），从中根据不同的L*和△E终点可得到对应的货架期。就本研究而言，假
定L*增加12%为终点时，鸡毛菜在四个温度下的预测货架期分别为11.8、5.5、2.6、1.3d。同时，Arrhenius方程与依赖于
感官终点的动态颜色终点拟合方程结合预测的货架期曲线与感官寿命曲线则能得到更好的契合（两者绝对差值小于
0.6d），两者结合能得到较为全面的货架期预测参数。
关键词：鸡毛菜，颜色，动力学模型，货架期预测，感官寿命，动态颜色终点
Colour kinetic change and shelf life prediction of
Chinese small cabbage（Brassica rapa L.Chinensis Group.）
ZHANG Li-ping，XIE Jing*，HE Rong，SHI Jian-bing，CAI Qing-wen
（College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）
Abstract：Color parameters L*，a*，b*，△E，h* and sensory evaluation of Chinese small cabbage stored at
278，283，288 and 293K，respectively，were determined in this experiment，then kinetic analysis of L* and △E
were also studied. Results showed that the lower the temperature Brassica Lapa L. Chinensis Group. stored，
slower color parameters changes in the temperature range concerned. Kinetic analyses indicated that zero-
order law was more appropriate than first-order reaction kinetics to describe L* and △E change. Nonlinear
fitting of reaction rate k and temperature T based on Arrhenius function was also studied，from which active
energy Ea of L* and △E were 82.09kJ/mol and 100.26kJ/mol，respectively. Finally，the shelf life prediction
function of Chinese small cabbage based on time，temperature and color index was obtained（R2＞0.95），from
which corresponding predicted shelf life could be calculated based on different ends of L* and △E. As for this
research concerned，predicted shelf life of Brassica Lapa L. Chinensis Group. stored in four temperatures was
11.8，5.5，2.6 and 1.3 day，respectively，by assuming L* ended with 12% increasing. At the same time，shelf life
curve resulted from Arrhenius function and linear-fitting function of dynamic color ends relied on sensory cutting
point，was better corresponding to shelf life curve of sensory life，the difference between which was less than
0.6 day，the overall shelf life prediction parameters could be obtained based on the combination of two models.
Key words：Brassica Lapa L. Chinensis Group.；color；kinetic model；shelf life prediction；sensory life；dynamic
color ends
中图分类号：TS255.1 文献标识码：A 文 章 编 号：1002-0306（2013）16-0075-05
收稿日期：2013－03－25 * 通讯联系人
作者简介：张利平（1989-），女，在读硕士研究生，主要从事食品保鲜
方面的研究。
基金项目：国家农业成果转化资金项目（2012GB2C000146）；2011年
度上海市农业科技成果转化资金项目（113919N0700）；上
海研发公共服务平台建设专项（11DZ2292800）。
随交叉学科的互相渗透，不少形式的数学方程，
如动力学与经典Arrhenius方程结合得到的以温度为
变量的预测方程[1]、以呼吸速率为特征的酶抑制动力
学方程[2]、以感官指标为变量的Weibull模型[3]和以微
生物指标为特征值的生长模型[4]等已经应用到多种
食品和农产品的货架期预测中，并取得了较好的预
测效果。其中，动力学规律结合Arrhenius方程是最为
常用的一种货架期预测方法，虽然其温度依赖性使
其具有一定的温度适用区间的缺点 [5-6]，但因食物内
营养成分的降解活化能具有专一性，使这一定律也
有相当的应用优势。
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Science and Technology of Food Industry 研究与探讨
2013年第16期
CIE-L*a*b*颜色系统是国际照明协会制定的一
套颜色系统，任珂等[5]研究了不同包装青花菜的颜色
动力学，Medeni等[7]研究了猕猴桃在不同干燥条件下
的颜色变化的规律，Nisha等[8]研究了菠菜绿色（-a*）
在不同盐渍条件下的变化。这些研究都表明，该系统
的颜色参数能反映不同条件下果蔬颜色变化规律，
因此用颜色参数进行货架期预测对跟踪叶菜流通有
重大意义。
鸡毛菜（Chinese small cabbage，Brassica rapa L.
Chinensis Group.）是一种十字花科芸薹属叶菜，美味
鲜嫩，富含维生素和矿物质等营养元素，国内学者多
对其培育方式和生长状况进行研究[9-10]，而对其贮藏
过程中的品质变化，尤其是颜色参数的动力学变化
以及以此为依据的货架期预测，则鲜有研究 [11]。此
外，鸡毛菜的鲜嫩特质使其容易失水或受机械损伤
而加速老化腐烂 [12]，常温储藏1~2d之内就失去食用
价值。由此，研究鸡毛菜采后颜色的动力学变化规
律，进而预测其货架期将有助于实时控制储藏和流
通条件，从而有效降低鸡毛菜的采后损失，具有重要
的现实意义。本研究通过对贮藏在278、283、288、
293K四个温度下的鸡毛菜的颜色参数L*、-a*、b*、
△E、h*和感官评价，并进行了经典的货架期预测和
以感官终点决定的动态颜色货架期预测，为鸡毛菜
储藏及运输的实时监控提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
鸡毛菜 从上海市临港新城田间采购的鸡毛菜
半小时内运回实验室，挑选大小相近、外观完好、无
折断、翠绿新鲜的鸡毛菜立即采用2mm厚的PP聚丙烯
托盘（25cm×16cm）结合PE聚乙烯保鲜膜包装，每包
质量（100±5）g，保鲜膜的氧气透过率为18500%±40%
[cm3/（m2·24h·105Pa）]，二氧化碳透过率：134500%±40%
[cm3/（m2·24h·105Pa）]，透湿量：33%±40%[g/（m2·24h）]，
包装后马上分别贮藏在相应温度的恒温恒湿箱内。
CR-400色差计 KONICA MINOLTA公司；BJ
610C电子天平 瑞士PRECISA公司。
1.2 实验设计
实验将四组鸡毛菜分别储藏在温度为278、283、
288、293K的恒温恒湿箱。每个组的测试频率不同，其
测定间隔天数按式（1）计算[13]，结果见表1，实验后期
根据品质变化速率适当调整测试频率：
f2=f1Q10△T/10 式（1）
式中：f1—最高实验温度T1时，两次测试之间的
时间间隔，d；f2—较低实验温度T2时，两次测试之间
的时间间隔，d；Q10—为该温度范围内的Q10，即食品
温度相差10℃时货架寿命ts的比值Q10=ts（T）/ts（T+10）；△T—
（T1-T2），K。
1.3 品质测定方法
1.3.1 感官评价 本研究根据Li等[14]制定的感官评
价标准，结合叶菜的特点制定感官评价参考描述培
训消费者，参考An等[15]对芦笋的研究，采用七分制的
消费者接受测验（1-极端不好，2-非常不好，3-不好，
4-一般，5-好，6-非常好，7-极端好）。3.5分为不被消
费者接受的切分点，为延续观察其变化，评价时间比
该终点延长2~3d。为节省人力，并尽量减少测试者有
限带来的评价误差，实验采用交叉设计的感官评价
方案[3]，即首次测试人数N0，之后每次测试时间增加
一个消费者，直到超过半数的消费者不再接受（N个），
如果是取样个体差异带来的结果，下次测试增加N+1
个消费者。
1.3.2 颜色参数测定 本实验采用色差计CR-400
经过白板校准后，用D65光源透过8mm的孔径，分别测
鸡毛菜叶片中脉右上部位，每组测量20片样品，每次
测试挑选具有代表整体特质的叶片。测试采用国际
标准CIE-L*a*b*颜色系统，得到参数：L*-亮度，a*-
红度和绿度，b*-黄度和蓝度，△E-总色差以及色度
角h*，其中△E和h*分别采用式（2）和式（3）计算：
△E*= （L*-L0）2+（b*-b0）2+（a*-a0）2姨 式（2）
式中：△E*—鸡毛菜色差值；L*、a*、b*—鸡毛菜
储藏过程中测试当天的颜色参数；L0、a0、b0—鸡毛菜
在第0d的初始颜色参数。
色度角h*（hue angle）计算公式如下所示：
h*=tan-1（b*/a*） 式（3）
1.4 货架期预测方法
大多的研究表明，食品中营养物质降解一般符
合零级或一级动力学规律[15]，本研究采用Originpro8.0
对上述颜色参数的数据点进行零级和一级动力学探
究，其微分式如式（4）所示：
- d[M]dt =k[M]
n 式（4）
式中，M—颜色参数；k—反应速率常数；n—反
应级数；t—食品的储藏时间，对上式进行积分可以
得到不同反应级数的食品品质函数：当n=0时，零级
反应为M=M0-kt；n=1时，一级动力学品质函数ln（M）
=ln（M0）-kt。
1.4.1 经典货架期预测方法 Arrhenius定律是描述
化学基元反应的经典模型，已经广泛被应用于食品
货架期预测[1]中，并取得了一定的进展。Arrhenius方
程是一种以温度为自变量的模型，阐明了化学反应
速率k与绝对温度T的关系：
k=A0exp -
Ea
RT姨 姨 式（5）
式中，k—速率常数，1/d；A0—指前因子，也叫频
率因子，也相当于活化能为零时的反应速率；Ea—活
化能，品质因子M变坏或形成所要克服的壁垒，J/mol；
R—气体常数，8.3144J/（mol·K）；T—绝对温度，K。
零级动力学品质函数M=M0-kt与式（5）结合，得
到以货架期tsl、品质因子M和温度T为参变量的预测
货架期的模型方程式（6）：
tsl= M-M0 Ea
A0exp -
Ea
RT姨 姨
式（6）储藏组温度（K） 278 283 288 293
测试时间间隔（d） 4 2 1 0.5
表1 四个储藏温度下的鸡毛菜的测试时间间隔
Table 1 Time interval of testing of Chinese small cabbage
stored under four temperatures
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式中，tsl-预测货架期（shelf life）；M0-△E和L*的
初始值，分别为0和48.5413；M-不同储藏时间的△E
和L*值。
1.4.2 感官终点决定的动态颜色终点值 经典的货
架期预测方法虽然较为常用，但是因为在果蔬领域
没有统一的货架期终点标准，仅采用品质指标预测
货架期，较难确定最接近感官终点的终点品质指标
值，本研究提出了依赖于感官终点的动态颜色值货
架期预测方法。
2 结果与分析
2.1 L*，-a*，b*等颜色参数的变化
鸡毛菜储藏期间颜色变化如图1所示，储藏中后
期较大的误差线表明了样品的差异，采后叶菜仍然
是活的有机体，因样本成熟度差异，其呼吸作用和蒸
发作用有较大差别，因而储藏中后期其老化程度不
一致，为了表现整组的特质，取不同老化程度的测量
样本来反映整体特征。图1中可以看出，L*、b*、△E*
都是增大的，-a*和h*则不断减小，这些参数都反映
了鸡毛菜叶片因叶绿素降解而黄化，因失水而萎焉、
失去光泽的过程。
2.2 动力学分析及货架期预测
2.2.1 动力学分析 本研究在采用Originpro 8.0对
上述5个色差参数拟合的过程中发现，L*和△E的拟
合精确度显著高于其他颜色参数，初步选用这两个
参数来研究其预测效果。对鸡毛菜的L*和△E数据点
进行线性和非线性拟合分别得到零级和一级速率常
数及其决定系数（R2），结果见表2，从∑R2（p＜0.05）可
以看出，零级动力学回归的决定系数较一级动力学
的大，对各个品质的R2进行单因素方差分析显示两
者有显著性差异（p＜0.05），因此本研究选用零级动
力学描述鸡毛菜储藏期间的△E和L*的变化。
2.2.2 经典的货架期预测方法 根据Fonseca等[16]的
研究，数据回归应当尽量避免线性化拟合，因此本研
究按照式（5）对表3中的k和对应的T采用非线性拟
合，得到△E和L*的活化能Ea和指前因子A0见表3。
从式（6）中，已知鸡毛菜的Ea、A0、M0三个变量中
的两个，便可以得出第三个，该式有望为鸡毛菜物流
过程品质动态监控技术提供理论基础。参考Oliveira
温度
（T/K）
零级 一级
速率常数
（k/d-1）
决定系数
（R2）
速率常数
（k/d-1）
决定系数
（R2）
△E
278 1.1344 0.91081 0.20666 0.89343
283 2.00968 0.97153 0.28656 0.89138
288 2.85195 0.93282 0.36297 0.73807
293 6.01905 0.93811 0.84026 0.92312
∑R2 3.75327 3.446
L*
278 0.66808 0.99666 0.01295 0.64706
283 1.28596 0.99911 0.02469 0.8822
288 1.82721 0.99914 0.03564 0.81441
293 4.66724 0.99657 0.08682 0.8195
∑R2 3.99148 3.16317
表2 零级和一级动力学回归速率常数及决定系数
Table 2 Reaction rate and coefficient of determination for zero
and first order regression respectively
278K
283K
288K
293K
80
76
72
68
64
60
56
52
48
44
L*
时间（d）
a
0 2 4 6 8 10 12 14
278K
283K
288K
293K
24
22
20
18
16
14
12
10
-a
*
时间（d）
b
0 2 4 6 8 10 12 14
278K
283K
288K
293K
51
48
45
42
39
36
33
30
27
b*
时间（d）
c
0 2 4 6 8 10 12 14
278K
283K
288K
293K
32
28
24
20
16
12
8
4
0
△E
时间（d）
d
0 2 4 6 8 10 12 14
278K
283K
288K
293K
2.3
2.2
2.1
2.0
1.9
1.8
h*
时间（d）
e
0 2 4 6 8 10 12 14
图1 储藏在278、283、288、293K下的鸡毛菜的L*，-a*，b*，
△E和h*
Fig.1 L*，-a*，b*，△E and h* of Brassica Lapa L. Chinensis Group.
stored at 278K，283K，288K and 293K
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等[17]对鲜切蘑菇的货架期预测方法，综合实验研究
和健康饮食的原则，本研究拟定L*增加8%、10%、
12%作为其货架期终点时，其tsl-T关系（货架期-温
度）见图2，以△E增加到8、10和12作为其货架期终点
得到的tsl-T关系如图3所示。从式（6）计算得知，以L*
增加12%为终点时，鸡毛菜在四个温度下的预测货
架期分别为11.8、5.5、2.6、1.3d；而以△E增加到12为
货架期终点时的货架期分别为12.6、6.7、3.7、2.0d。图
中可以看出，所定的L*和△E值越小，其对应的货架
寿命越短，但是始终不能定下与感官寿命差值最小
的L*和△E终点值，因此需要从别的途径找出其与感
官寿命最吻合的货架期终点。
2.2.3 感官终点决定的动态颜色终点值 从图2和
图3中可以看出，不同温度下的感官寿命终点并不总
是有同样的颜色终点值，低温下L*、△E较小的改变
就会引起货架期预测值较大的变化，因此固定终点
值的预测会降低其准确性。蔬菜的品质指标终点限
定没有一个行业标准或者是国标统一化，而感官评
价对于消费者而言是最主要的选择依据，为此本研
究对不同温度下的感官终点（3.5分）对应的L*和△E
进行分析发现，此时L*和△E终点值随温度变化呈线
性关系（R2＞0.975），将其线性拟合方程分别代入式
（6）得到式（7）和式（8）：
tsl-L*= M0×（0.00764×T-2.01305）
A0exp -
Ea
RT!
式（7）
tsl-△E=（0.29842×T-72.89745）
A0exp -
Ea
RT!
式（8）
式中，tsl-L*，tsl-△E-分别为根据L*和△E得到的预测
货架期；M0-L*初始值。
为了比较两者的准确性以及差别，以感官评价
值3.5为终点得到的实验货架期 tsl-sensory，与式（7）和
式（8）得到的预测货架期tsl在实验温度范围内的值
均小于0.6d（|△tsl|=|tsl-tsl-sensory|＜0.6d）。
3 结论
综上所述，亮度L*和色差△E能较好地表现鸡毛
菜冷藏期间的品质变化，零级动力学变化规律结合
Arrhenius方程能预测鸡毛菜货架期，最终得到以时
间tsl、温度T和颜色参数M为变量的货架期预测方程
（R2＞0.95）。依据经典的Arrhenius方法可以得到不同
亮度和色差值为终点的预测货架期公式，但是该式
不能直接给出最接近感官寿命的货架期终点。研究
采用感官终点决定的动态货架期终点能与感官寿命
tsl-sensory很好地吻合（|△tsl|＜0.6d），这样在生产生活中，
就能根据亮度和色差值方便快捷地预测tsl-sensory。鉴于
两种模型各有优点，若将两者相结合，既能得出不同
L*和△E值下的货架期，又能得到最接近感官寿命的
预测货架期，可为鸡毛菜品质动态监控提供更准确
有力的理论基础。
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图2 以不同的L*终点阈值确定的鸡毛菜tsl-T关系图
Fig.2 tsl-T relation graph of Brassica Lapa L. Chinensis Group.，
based on several thresholds of L*
15
12
9
6
3
0
货
架
期
（
d）
温度（K）
L* 1.08M0
L* 1.10M0
L* 1.12M0
感官 3.5
280 285 290 295
图3 以不同的△E终点阈值确定的鸡毛菜tsl-T关系图
Fig.3 tsl-T relation graph of Brassica Lapa L. Chinensis Group.，
based on several thresholds of △E
15
12
9
6
3
0
货
架
期
（
d）
温度（K）
色差△E 8
色差△E 10
色差△E 12
感官 3.5
280 285 290 295
指标
△E L*
指前因子A0 活化能Ea（kJ/mol） R2 指前因子A0 活化能Ea（kJ/mol） R2
零级 2.54E+15 82.09034 0.96904 3.40E+18 100.2604 0.95943
表3 亮度L*和色差△E零级变化的活化能Ea和指前因子A0
Table 3 Active energy（Ea）and frequency coefficient（A0）of L* and △E
（下转第83页）
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4 结论与讨论
高压脉冲电场用于杀菌时，除杀死一部分微生物
外，还会形成一部分亚损伤细胞，即高压脉冲电场对
微生物的致死作用是由于PEF对微生物细胞的损伤
积累所致[15]。本文通过研究高压脉冲电场在不同条
件下对草莓汁中大肠杆菌和酿酒酵母致死与亚致死
情况的影响，利用选择性平板法，得出经PEF处理后，
草莓汁中两种微生物的亚损伤数目及亚致死对数。
亚损伤微生物的存在会影响产品的货架期，成
为影响消费者健康和安全的隐患。Zhao等[16]证明了
PEF处理绿茶中损伤亚致死微生物的存在，并首次提
出PEF处理后经一定时间冷激（cold shock）处理，可
使PEF损伤亚致死细胞进一步失活，可大大提高PEF
处理食品在常温下的货架期。因此，可以将PEF与其
他温和处理方式相结合，如热处理、低温保藏、调节
pH等，阻止亚损伤微生物的自我修复，消除安全隐患。
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