《食品科学》：甘肃省农业科学院冯毓琴研究员等：青花菜自发气调包装微环境与保鲜性能

青花菜（ Brassica capitata var. italica ）又名西兰花、绿菜花，其营养丰富并具有保健功能。青花菜是甘肃高原夏菜的主栽蔬菜之一，市场广阔，然而甘肃地处内陆，夏菜的上市期气候炎热、外销运输距离远，采后青花菜在常温条件下又极易失水黄化，导致青花菜贮藏保鲜难度大 。气调保鲜技术高效环保，低温结合气调相比普通冷藏更有利于青花菜感官及营养品质的保持 ；自发气调较主动气调操作更加简单且成本低，适合在规模的商业气调贮藏中推广应用 ，科学设计自发气调包装系统参数，可保证包装内青花菜处于最佳气调环境，达到理想贮藏效果。微环境气调本质是小空间范围内的自发气调， 甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所的魏丽娟、冯毓琴 *和 豫北转向系统（新乡）股份有限公司的魏明等人 设计青花菜微环境气调包装，检验其保鲜性能，以满足超市货架需求，以期为青花菜自发气调的高效应用提供理论基础。

1

青花菜呼吸速率模型的表征与筛选

1.1 呼吸速率变化的规律

由图1可以看出，青花菜的CO2产生速率随着时间延长呈下降趋势，并最终趋于稳定，原因是在密闭系统中，因为青花菜的呼吸作用，O2含量不断降低，CO2含量不断升高，低O2、高CO2的环境抑制了青花菜的呼吸作用，与Ravindra等的研究结果一致。图中同一时刻温度越高曲线斜率越大，原因是温度影响青花菜的酶活性，进而影响由酶催化的呼吸作用。

1.2 呼吸速率模型的建立

青花菜各个模型的参数估值见表3～9。要求模型在5 个实验温度（0、5、10、15、20 ℃）条件下的决定系数均大于0.90，由此筛选出最优的青花菜呼吸速率模型为经验模型。

因经验模型参数在各个温度下没有统一形式，故选最接近验证温度的10 ℃模型公式作为验证模型公式。验证实验下，经验模型的预测值与实际测量值的变化趋势如图2所示，青花菜贮藏60 h内，实际测量值基本小于预测值，但两者变化趋势总体一致，相对误差在—11%～12%范围内，说明经验模型可用于预测青花菜的实际呼吸速率。

2

青花菜自发气调包装微环境参数设计

将10 ℃呼吸速率模型代入自发气调气体交换模型，得到10 ℃条件下青花菜自发气调保鲜数学模型，如式（3）所示：

式中：W为包装内青花菜质量/kg；[O2]in为包装内气体动态平衡时的O2体积分数/%。

已有研究发现，青花菜在10 ℃时的适宜气调条件为1% O2+10% CO2，因此根据式（3），包装内青花菜质量为0.5 kg，包装内的O2体积分数为1%，CO2体积分数为10%，包装外环境中的CO2体积分数0.03%，包装袋的单面厚度为4×10-5 m，包装袋的有效扩散面积为0.18 m2（规格0.3 m×0.3 m），计算得出包装膜的适宜CO2渗透系数为47.692 mL·m/（m2·h·0.1 MPa）。

目前国内市场上用于果蔬气调包装的薄膜品种尚达不到如此高的CO2渗透系数，因此，本研究采用刺孔薄膜包装。以单面厚度40 μm、CO2渗透系数为 7.495×10-6 mL·m/（m2·h·0.1 MPa）的聚丙烯（polypropylene，PP）膜为原膜，根据余立、杨静等的方法，计算适合青花菜上述包装规格的膜的打孔直径与孔数目，得出孔直径为0.2 mm，孔数为2 个。用直径0.2 mm的钢针在PP原膜上刺孔，参照张蕾等的方法，测量原膜和刺孔膜叠加后的CO2渗透系数，实验重复3 次，再根据式（4）计算得出制备的打孔膜的CO2渗透系数为40.377 mL·m/（m2·h·0.1 MPa），与理想参数非常接近。

式中：[pCO2]孔为制备的刺孔膜的CO2渗透系数/（mL·m/（m2·h·0.1 MPa））；[pCO2]原为原膜的CO2渗透系数/（mL·m/（m2·h·0.1 MPa））；[pCO2]叠为叠加膜的CO2渗透系数/（mL·m/（m2·h·0.1 MPa））。

3

青花菜自发气调包装微环境保鲜性能分析

分别用表10的材料和规格包装青花菜，考察10 ℃条件下的贮藏效果。

3.1 不同包装中青花菜的感官品质变化

如图3、4所示，过小、过大透气率包装袋包装的青花菜感官得分迅速下降，分别在第4、3天时完全黄化且滋生霉斑，失去商品和食用价值；适宜透气率包装袋包装的青花菜感官品质在前4 d没有明显变化，从第6天花球逐渐开始黄化，第10天时有出现霉斑迹象，第12天时花球黄化且出现霉斑，基本失去商品和食用价值。3 种包装中的青花菜在失去商品和食用价值时，适宜透气率包装袋中的青花菜品质略高于过小和过大透气率包装袋中的青花菜。

3.2 不同包装中青花菜的硫代葡萄糖苷含量变化

硫代葡萄糖苷是几乎只存在于十字花科植物中的一类重要的次生代谢产物，是衡量十字花科作物品质的重要指标。如图5所示，适宜透气率包装袋包装的青花菜的硫代葡萄糖苷含量在贮藏期呈先上升后下降的趋势，在2 d时含量最高，随后持续下降，上升的原因可能是吲哚族芥子油苷的合成大于脂肪族芥子油苷的降解。适宜透气率包装袋包装青花菜的硫代葡萄糖苷含量在贮藏3 d时显著高于过小和过大透气率包装青花菜（P＜0.05），4 d时显著高于过小透气率包装（P＜0.05），12 d时的硫代葡萄糖苷含量虽比贮藏初期显著下降（P＜0.05），但仍高于不适宜透气率包装袋包装的青花菜在3～4 d失去商品价值时的硫代葡萄糖苷含量。

3.3 不同包装中青花菜的萝卜硫素含量变化

青花菜中的硫苷主要为萝卜硫苷，经黑芥子酶作用转化为萝卜硫素，萝卜硫素具有强抗氧化性，防癌、抗癌效果显著。如图6所示，3 种包装的青花菜的萝卜硫素含量在贮藏期的变化趋势总体与硫代葡萄糖苷含量相似。适宜透气率包装袋包装青花菜的萝卜硫素含量在3 d时显著高于过小和过大透气率包装青花菜（P＜0.05），4 d时显著高于过小透气率包装（P＜0.05），12 d时的萝卜硫素含量虽比贮藏初期显著下降（P＜0.05），但仍高于不适宜透气率包装袋包装青花菜在3～4 d失去商品价值时的萝卜硫素含量。

3.4 不同包装中青花菜的总叶绿素含量变化

青花菜花球黄化最直接的原因是叶绿素降解，总叶绿素含量能够反映青花菜的衰老程度。由图7可以看出，3 种包装中青花菜的总叶绿素含量在贮藏期均呈持续下降趋势，不适宜透气率包装袋对应的曲线较适宜透气率包装袋的曲线斜率更大，说明后者下降速度更缓慢。适宜透气率包装袋包装的青花菜总叶绿素含量在2、3 d时显著高于过小和过大透气率包装（P＜0.05），4 d时显著高于过小透气率包装袋包装的青花菜总叶绿素含量 （P＜0.05），12 d时的总叶绿素含量仍高于不适宜透气率包装袋包装青花菜在3～4 d失去商品价值时的总叶绿素含量。

3.5 不同包装中青花菜的脱镁螯合酶活力变化

脱镁螯合酶是催化叶绿素降解的关键酶，其作用是催化脱植基叶绿素脱去中心的Mg2+形成脱镁叶绿酸。从图8可以看出，3 组处理青花菜的脱镁螯合酶活力在贮藏期均呈上升趋势，两组不适宜透气率包装袋中青花菜的脱镁螯合酶活力比适宜透气率包装袋中上升更快。3 d时适宜透气率包装袋中青花菜的脱镁螯合酶活力显著低于其他两组不适宜透气率包装袋（P＜0.05），适宜透气率包装袋包装青花菜的脱镁螯合酶活力在12 d时基本达到两组不适宜透气率包装袋青花菜在3～4 d失去商品价值时的脱镁螯合酶活力。

3.6 不同包装中青花菜的抗坏血酸含量变化

青花菜在贮存过程中抗坏血酸会逐渐氧化和降解，导致青花菜商品价值降低，抗坏血酸含量可以衡量贮存中青花菜的品质。由图9可知，3 组处理青花菜的抗坏血酸含量在贮藏期均呈不断下降趋势，适宜透气率包装袋中青花菜的抗坏血酸含量比两组不适宜透气率包装袋中青花菜的抗坏血酸含量下降速度更缓慢，适宜透气率包装袋包装的青花菜抗坏血酸含量在3 d时显著高于过大透气率包装（P＜0.05），4 d时显著高于过小透气率包装袋包装青花菜（P＜0.05）。

4

气调包装实例研究法耗时长、费用高、保鲜效果重现性差，随着计算机技术的不断发展，其逐渐被实验时间短、成本低、设计效率高的数学模型计算法替代。利用计算机技术做模拟包装的气调数学模型研究在国外最早报道于20世纪60年代，但在国内应用尚处于起步阶段。综合已有研究报道，气调包装数学模型研究主要分为两部分：果蔬呼吸速率模型研究和包装内外气体交换模型研究。

果蔬呼吸速率模型用来描述果蔬采后呼吸特性，Peppelenbos、Makino等提出了相关模型理论，后续学者在此基础上开展了不同果蔬的呼吸特性研究。大量研究结果表明，果蔬的呼吸速率模型具有果蔬品类特定性，即果蔬品类不同，呼吸速率模型不同，这就需要根据实际使用需求研究可表征某一品类果蔬的呼吸速率模型。青花菜的呼吸速率模型研究鲜有报道，本研究为探明青花菜采后呼吸特性，表征其呼吸速率模型，是青花菜气调包装系统设计关键性的一步。

气调包装内外气体交换模型是由连续性半透膜材料气调包装的非稳态模型依据Fick第二定律简化成的稳态模型演变而来，而连续性半透膜材料气调包装的非稳态模型是根据Fick第一定律和Henry定律，再结合O2、CO2质量平衡原理推导得出，其模型理论成熟，也有学者将其与呼吸速率模型结合，较准确地预测了硅窗气调包装适宜的硅窗面积，但其在青花菜的气调包装设计中的应用鲜见报道。

气调包装系统若设计不合理，将无法准确调控包装内气体成分，造成包装内果蔬呼吸紊乱，危及果蔬贮藏安全。目前对于青花菜气调包装系统中主要技术参数的选取依旧依据不清、解析不足，因此建立适合于青花菜的、能准确设计其气调包装系统参数的理论体系迫在眉睫。

05

结论

青花菜呼吸速率模型筛选结果表明，在7 种模型（经验模型、竞争型、非竞争型、无竞争型、竞争-非竞争混合型酶动力学模型、Langmuir吸附理论模型、化学动力学模型）中，经验模型与实验数据拟合程度最高，在5 个实验温度下的决定系数均大于0.90，在进一步的12 ℃验证实验中，经验模型预测值与实际值相对误差为—11%～12%，可用于青花菜呼吸速率的计算。

青花菜自发气调包装微环境参数设计实验结果表明，以货架小包装为标准，在10 ℃条件下，当青花菜单位包装量为0.5 kg，包装袋单面厚度为4×10-5 m，包装袋规格为0.3 m×0.3 m（即有效扩散面积为0.18 m2），包装内气体体积分数应平衡在O2为1%，CO2为10%，根据本实验建立的青花菜自发气调保鲜数学模型可求得，包装膜的适宜CO2渗透系数为47.692 mL·m/（m2·h·0.1 MPa），可根据此参数选择合适的包装材料种类。

青花菜自发气调包装微环境保鲜性能检验结果表明，适宜透气率的包装袋可将青花菜货架期从3～4 d有效延长至12 d，适宜透气率的包装袋能更好地延缓青花菜的衰老黄化，保持其营养品质；结果证实本研究所建青花菜自发气调保鲜数学模型具有良好的预测性能，根据此模型设计的青花菜自发气调包装微环境系统具有良好的保鲜性能。本研究结果对于提升青花菜货架品质、延长货架期具有现实意义，可为青花菜货架小包装的应用提供理论依据。

作者简介

通信作者：

冯毓琴 研究员

甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所

冯毓琴，博士，研究员，主要从事高原夏菜等特色蔬菜的优质栽培、营养品质、采后处理和贮藏保鲜工作，曾任甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所蔬菜保鲜研究室主任，甘肃省现代农业瓜菜产业技术体系采后保鲜岗位专家，在蔬菜营养品质评价、绿色保鲜和冷链物流技术研究与应用方面具有丰富的经验，主持和参加完成《高原特色夏菜品质评价与绿色保鲜技术研究》等省部级项目20余项，获甘肃省科技进步一等奖1 项、二等奖5 项、三等奖1 项，甘肃省农牧丰收二等奖3 项，发表学术论文70余篇，制定地方标准2 项，参编专著2 部。

第一作者：

魏丽娟 副研究员

甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所

2011年6月于甘肃农业大学机械设计制造及其自动化专业取得学士学位，2014年6月于甘肃农业大学农业机械化工程专业取得硕士学位，2014年11月进入甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所工作，自工作以来一直从事果蔬采后贮藏保鲜与冷链物流技术研究，先后主持和参加各类项目8 项（其中主持3 项），作为主要参加人完成通过省级技术验收及成果登记1 项，获甘肃省农牧渔业丰收二等奖2 项，参与制定了蔬菜采后保鲜技术规程2 项，发表相关科技论文19 篇，其中第一作者8 篇。

引文格式：

魏丽娟, 魏明, 王昕, 等. 青花菜自发气调包装微环境与保鲜性能[J]. 食品科学, 2026, 47(10): 346-353. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251201-002.

WEI Lijuan, WEI Ming, WANG Xin, et al. Microenvironment and quality preservation of broccoli under active modified atmosphere packaging[J]. Food Science, 2026, 47(10): 346-353. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251201-002.

实习编辑：李帆；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心、湖南欧美同学会主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室、木本油料资源利用全国重点实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。

长按或微信扫码进行注册

北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2026年10月15-17日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第115届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。扫描下方二维码即可申请展位。

为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社与海南大学、海南热带海洋学院、江西农业大学共同举办的“2026年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”，将于2026年11月14-15日（11月13日报到）在中国 海南 海口召开。

长按或微信扫码进行注册

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）