尹海蛟 楊昭 陳愛強(qiáng) 張娜

摘要：為了探討貯前冷激處理與熱激處理對黃瓜保鮮效果的影響差異，以“津優(yōu)10”黃瓜為試材，測定了6種不同溫度處理黃瓜在貯藏期間的硬度、色差、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)變化。運(yùn)用熵權(quán)及模糊數(shù)學(xué)理論，通過計算各溫度處理組黃瓜與新鮮黃瓜的海明貼近度，實(shí)現(xiàn)了對各組黃瓜保鮮效果的模糊綜合評判。評判結(jié)果表明：冷激處理較熱激處理對黃瓜的保鮮效果更明顯，0 ℃冷激處理40 min黃瓜的保鮮效果最好。該評判方法可為農(nóng)副產(chǎn)品的等級劃分及采后處理工藝優(yōu)選提供方法參考。

關(guān)鍵詞：模糊綜合評判；保鮮；熵權(quán)；溫度處理；黃瓜

中圖分類號： TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.01.001

Fuzzy Comprehensive Evaluation on Preservation Effect of Temperature Treated Cucumber Based on Entropy Weight

YIN Hai-jiao，YANG Zhao，CHEN Ai-qiang，ZHANG Na

(Thermal Energy Research Institute, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ: In order to investigate the effect of cold shock treatment (CST) and heat shock treatment (HST) on preservation of cucumber, ‘Jinyou10 cucumber was used as test material, the firmness, total color difference (TCD), weight loss rate, POD activity and rot index of cucumber with different temperature treatments were measured. Based on entropy weight and fuzzy mathematics theory, the preservation effect of the treated cucumber was evaluated through calculating hamming approach degree between the treated cucumber and the fresh cucumber. The fuzzy evaluation results indicated that CST was more effective than HST in preservation for cucumber, and the cucumber with CST at 0 ℃ for 40 min achieved the best preservation effect in all the treated groups. The presented method can provide reference for grade division and processing optimization of agricultural byproducts.

Key words: fuzzy comprehensive evaluation; preservation; entropy weight; temperature treatment; cucumber

果蔬的新鮮度是建立在其外觀、質(zhì)地與營養(yǎng)風(fēng)味等多個特征上的一個模糊概念，具有能否滿足人們期望的屬性[1]。影響果蔬保鮮效果的因素復(fù)雜多變，且各因素相互影響，因此很難對其保鮮效果優(yōu)良進(jìn)行綜合性評價[2]。生產(chǎn)實(shí)踐中，果蔬保鮮效果評價主要依據(jù)觀察者的經(jīng)驗(yàn)，主觀隨意性較大，評判結(jié)果缺乏客觀準(zhǔn)確性，且定性評價較多，而定量化評價較少。若以果蔬的各單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)對其保鮮效果進(jìn)行評價，所得結(jié)論常具有矛盾性和不相容性，且由于在各單項(xiàng)指標(biāo)評價過程中所遺漏的關(guān)鍵性信息，最終可能得出錯誤的評判結(jié)論。模糊綜合評判方法是一種以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，將一些邊界不清、不易描述的因素以模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論進(jìn)行量化，并實(shí)現(xiàn)對評價對象的綜合評判，具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3]。

果蔬的冷、熱激處理是指對采后果蔬進(jìn)行不致發(fā)生冷害或高溫?zé)釗p傷的短時溫度逆境脅迫處理，具有無毒、無污染、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，目前受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。大量的研究表明果蔬冷激及熱激處理均能不同程度的調(diào)節(jié)果蔬生理代謝，減輕果蔬冷害，延緩果蔬衰老及延長果蔬貨架期[4-6]。針對國內(nèi)外有關(guān)果蔬保鮮效果評價方法的缺乏，筆者提出了一種基于熵權(quán)的果蔬保鮮效果的模糊綜合評判方法，并以黃瓜為試材，以不同溫度處理方式（冷激與熱激處理）為保鮮技術(shù)手段，以黃瓜冷藏期間的硬度、色差、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)為評價指標(biāo)，對不同溫度處理黃瓜的保鮮效果進(jìn)行了模糊綜合評判，旨在為黃瓜的保鮮方法選擇及果蔬的保鮮效果評判提供參考。

1材料和方法

1.1材料

以天津科潤黃瓜研究所“津優(yōu)10”黃瓜為試材，黃瓜產(chǎn)于天津薊縣，采后立即運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室。選擇大小均勻、成熟度一致、無機(jī)械損傷、無病蟲害的黃瓜備用。

1.2 處理方法

將黃瓜隨機(jī)分為6組，每組約15 kg，第1組在0 ℃的冰水混合物中冷激處理20 min（C1）；第2組在0 ℃的冰水混合物中冷激處理40 min（C2）；第3組在0 ℃的冰水混合物中冷激處理60 min（C3）；第4組在40 ℃的熱水中熱激處理20 min（H1）；第5組在40 ℃的熱水中熱激處理40 min（H2）；第6組在40℃的熱水中熱激處理60 min（H3）。處理完畢后將各試驗(yàn)組黃瓜放置于溫度為8 ℃，相對濕度為90%，風(fēng)速為1.2 m·s-1的冷庫內(nèi)貯藏。

1.3 評價指標(biāo)及測試方法

1.3.1硬度使用GY-3型果實(shí)硬度計測量黃瓜中段位置去皮后的硬度，探頭直徑為1 cm，測試壓入深度為1 cm，每次測定3個樣品，每3 d測試一次。

1.3.2 顏色使用WSC-S型色差計（上海精密儀器有限公司）測量黃瓜表面顏色，并選擇Hunter表色系。顏色測量在各組固定的3根黃瓜的標(biāo)記位置處進(jìn)行，根據(jù)式（1）計算總色差TCD (Total Color Difference)。

TCD=■ （1）

式中：L為亮度；a為紅綠軸色度；b為黃藍(lán)軸色度；下標(biāo)0為貯藏開始。

1.3.3失重率以全重稱量法測量。

1.3.4POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[7]。

1.3.5腐爛指數(shù) 根據(jù)黃瓜的腐爛面積對其腐爛程度進(jìn)行分級，其中，0級（腐爛面積0%），1級（0%~5%），2級（大于5%~10%），3級（大于10%~20%），4級（大于20%~100%），每次統(tǒng)計固定10根黃瓜的腐爛情況，并根據(jù)式（2）計算腐爛指數(shù)[8]。

腐爛指數(shù)= ■×100%（2）

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS16軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2 模糊綜合評判與熵權(quán)模型

2.1多級模糊綜合評判模型

當(dāng)欲評判的系統(tǒng)復(fù)雜時，僅由一級模型進(jìn)行評判往往顯得比較粗糙，不能很好地反映事物的本質(zhì)，此時須進(jìn)行多級評判。

（1）評價指標(biāo)集

評價指標(biāo)集U是綜合評價指標(biāo)的集合，它具有層次性，其中，一級指標(biāo)為：U={U1, U2, …, Ui}；二級指標(biāo)為：Ui={Ui1, Ui2, …, Uij}

（2）從優(yōu)隸屬度模糊矩陣

評價對象M及其特征v組成的評價矩陣Rnm為:

（3）

式中：Rnm為m個事物的n個指標(biāo)的評價矩陣；Mj為第j個事物（j=1, 2, …, m）；vi為第i個評價指標(biāo)（i=1, 2, …, n）；xij為第j個事物的第i個指標(biāo)對應(yīng)的數(shù)量值。

由于各評價指標(biāo)對評價對象的影響不同，有的越大越好，有的越小越好，因此，對于不同的評價指標(biāo)，其從優(yōu)隸屬度的計算公式分別為：

越大越優(yōu)型： （4）

越小越優(yōu)型：（5）

式中：rij為從優(yōu)隸屬度；max xij為評價指標(biāo)中的最大值；min xij為評價指標(biāo)中的最小值。

由此構(gòu)建的從優(yōu)隸屬度模糊評判矩陣■nm為：

（6）

式中：Mst為評價時的標(biāo)準(zhǔn)參考對象；rij為第i個特征的從優(yōu)隸屬度。

2.2熵權(quán)模型

在確定評價指標(biāo)權(quán)重時，通常所采用的專家經(jīng)驗(yàn)法、AHP法等方法存在人為主觀因素，因此會影響評價結(jié)果的客觀性及準(zhǔn)確性[9]。在信息論中，熵是對不確定性的一種度量，反映了事物攜帶信息的無序度，熵值越小，系統(tǒng)的無序程度越小，因此可以用信息熵評價所獲系統(tǒng)信息的效用。即由評價指標(biāo)所構(gòu)成的評判矩陣確定各指標(biāo)的權(quán)重，以消除各評價指標(biāo)權(quán)重計算時的人為干擾，使評價結(jié)果更加符合實(shí)際。對于m個事物的n個評價指標(biāo)，其各指標(biāo)的熵Hi為[10]：

Hi=-■（■fij lnfij）

(i=1, 2,…, n；j=1, 2, …, m)（7）

其中，fij=■（8）

當(dāng)fij=0時，ln fij沒有意義，因此將式（8）修正為：

fij=■（9）

評價指標(biāo)的熵權(quán)W為：

wi=■，w=（wj）1×m， ■wi=1（10）

2.3 海明貼近度

貼近度是模糊性度量的一種形式，表征了被評價對象與標(biāo)準(zhǔn)參考對象之間的接近程度。其值越大表示兩者越接近，反之則差異越大。根據(jù)貼近度的大小可以對各評價對象的優(yōu)劣程度進(jìn)行排序或類別劃分，貼近度的計算公式有多種，其中，加權(quán)海明距離法計算的海明貼近度為：[11]

δj=1-（■wi|ri0-rij|）

（j=1, 2, …, m） （11）

因此，可得各評價對象的海明貼近度矩陣Rδ為

（12）

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

貯藏期內(nèi)各溫度處理組黃瓜的硬度、顏色、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)變化分別如圖1~5所示。

3.1 硬 度

由圖1可見，各組黃瓜的硬度在貯藏期內(nèi)呈下降趨勢。熱激組黃瓜的硬度下降較快，貯藏第15 d時，H1、H2及H3的硬度分別下降了26.9%，27.4%及28.5%。與熱激黃瓜相比，各冷激組黃瓜的硬度下降相對緩慢，且以C3組黃瓜的硬度最大，C2次之，C3最小，貯藏第15 d時，冷激黃瓜C1、C2及C3的硬度分別下降了25.2%，24.6%及22.8%?？梢娫黾永浼ぬ幚頃r間有利于維持黃瓜貯藏時的硬度。

3.2顏 色

由圖2可見，貯藏期間各溫度處理黃瓜的色差均不斷增大，貯藏期的前3 d各組黃瓜的色差增幅明顯，貯藏3 d以后色差變化相對緩慢。熱激組中以H3的色差變化最明顯，H2次之，H1的色差變化最小，說明長時間的熱激處理將會加劇黃瓜貯藏時的顏色變化。冷激組C1、C2及C3在貯藏期內(nèi)的顏色變化無顯著差異（P>0.05）。

3.3失重率

由圖3可見，冷藏期內(nèi)黃瓜的失重率不斷增加。與冷激組黃瓜相比，熱激組黃瓜的失重率相對較大，且以H3的失重率最大，H2次之，H1的失重率最小，貯藏第15 d時，H3的失重率達(dá)19.6%。冷激組黃瓜的失重率明顯低于熱激組（P<0.05），且以C2最小，貯藏第15 d時，C2失重率為11.9%，貯藏期內(nèi)C1與C3的失重率較接近。可見冷激處理能夠有效減小黃瓜貯藏時的失重，而熱激處理將加速貯藏黃瓜的失重，并且熱激處理時間越長這種不利影響越明顯。

3.4POD活性

Peroxidase（POD）是植物體內(nèi)一類重要的膜脂保護(hù)酶，能夠及時清除細(xì)胞內(nèi)O2-和H2O2，對組織和細(xì)胞具有保護(hù)作用[12]。由圖4可見，冷藏期內(nèi)冷激與熱激黃瓜的POD活性不斷降低，與熱激處理黃瓜相比，冷激處理黃瓜的POD活性較高，說明冷激處理能夠有效抑制黃瓜POD活性的下降，有利于抵抗黃瓜貯藏期間的氧化與衰老。各處理組中，C2組黃瓜的POD活性最高，而H3組黃瓜的POD活性最低。

3.5腐爛指數(shù)

由圖5可見，熱激組黃瓜出現(xiàn)腐爛的時間較早，腐爛指數(shù)較大，且以H3組的腐爛最為嚴(yán)重，H2次之，貯藏15 d時，H3與H2的腐爛指數(shù)分別達(dá)75%及25%。與熱激處理相比，冷激處理能夠顯著降低冷藏黃瓜的腐爛，貯藏前12 d各冷激組黃瓜均未有腐爛發(fā)生，貯藏第15 d時，C1與C3的腐爛指數(shù)分別為17%及8%，C2組仍未有腐爛發(fā)生。

由上述的試驗(yàn)結(jié)果可知，不同處理組黃瓜的各評價指標(biāo)在貯藏期內(nèi)變化復(fù)雜，各單項(xiàng)指標(biāo)的評價結(jié)論相互矛盾，不能得到統(tǒng)一的綜合性評價結(jié)果。

4黃瓜保鮮效果的多級模糊綜合評判

多級模糊綜合評價體系如圖6所示，評價體系由黃瓜硬度、顏色、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)作為隸屬于綜合保鮮效果的第1級評價層，分別以上述各單項(xiàng)評價指標(biāo)第3、6、9、12及15 d的測試值作為隸屬于該單項(xiàng)指標(biāo)的第2級評價層組成。其中，第1級評價層的指標(biāo)權(quán)重采用熵權(quán)法確定，第2級評價層的權(quán)重采用經(jīng)驗(yàn)法確定。

4.1模糊評判矩陣構(gòu)建

隨著貯藏時間的增加，不同溫度處理方式對黃瓜保鮮效果的影響差異越明顯，確定第2級的權(quán)重向量為W2=(0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5)，歸一化處理后W2=(0.067, 0.133, 0.200, 0.267, 0.333)。采用M(·, +)算法計算2級評價層各單項(xiàng)評價指標(biāo)的模糊值。以C1組硬度為例，第3，6，9，12，15天C1組的硬度測試值分別為5.17，4.75，4.53，4.27，

4.00 kg·cm-2，則C1組硬度的模糊評價值為0.067×5.17+0.133×4.75+0.200×4.53+0.267×4.27+0.333×4.00=4.356，同理求得C1的顏色、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)的模糊評價值分別為2.182，9.963，126.458，5.551，則C1的模糊評價向量RC1=(4.356, 2.182, 9.963, 126.458, 5.551)T，以同樣方法確定其他各組黃瓜的模糊評判向量。另外，以剛采摘后新鮮黃瓜的硬度、色差、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參考對象，其構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)模糊向量Rck=[5.420, 0.000, 0.000, 160.230, 0.000]T。上述向量組成的模糊評判矩陣為：

4.2從優(yōu)隸屬度模糊評判矩陣

將模糊評判矩陣Rnm進(jìn)行歸一化處理，對硬度及POD活性（數(shù)據(jù)越大越佳的因素）按式（4）計算，對色差、失重率及腐爛指數(shù)（數(shù)據(jù)越小越佳的因素）按式（5）計算，從而建立的從優(yōu)隸屬度模糊評判矩陣■nm為：

4.3熵權(quán)法確定權(quán)重

由所得的從優(yōu)隸屬度模糊評判矩陣■nm，根據(jù)式（7）與式（9）計算各評價指標(biāo)（分別為硬度、色差、失重率、POD活性及腐爛指數(shù)）的熵為：

Hi=(0.996 5, 0.997 4, 0.996 1, 0.991 5, 0.987 8)T

由式（10）計算各評價指標(biāo)的熵權(quán)為：

W1=(0.114 4, 0.084 5, 0.127 9, 0.274 9, 0.398 3)T

評價指標(biāo)的熵值越小、熵權(quán)越大時，說明該指標(biāo)對評判結(jié)果更具敏感性，對評價結(jié)果有較大的影響。由熵和熵權(quán)的計算結(jié)果可知，黃瓜的腐爛指數(shù)對其綜合保鮮評價結(jié)果的影響最大，而顏色的影響最小。

4.4模糊綜合評價結(jié)果分析

根據(jù)式（11）計算各處理組黃瓜與標(biāo)準(zhǔn)新鮮度黃瓜組的海明貼近度矩陣Rδ為：

計算結(jié)果越大，說明該處理組黃瓜與新鮮黃瓜越接近，保鮮效果越好。根據(jù)計算得出的海明貼近度，對各處理組黃瓜進(jìn)行排序，其綜合保鮮效果由好到差依次為：C2（0 ℃冷激處理40 min）、C1（0 ℃冷激處理20 min）、C3（0 ℃冷激處理60 min）、H1（40 ℃熱激處理20 min）、H2（40℃熱激處理40 min）、H3（40 ℃熱激處理60 min）。

5 結(jié) 論

（1）果蔬保鮮效果評價需要統(tǒng)籌考慮多個指標(biāo)屬性，在評價方法的研究上應(yīng)注重實(shí)效性和理論性。模糊綜合評判方法可以綜合考慮各有關(guān)因素對總體效果的綜合貢獻(xiàn)，而不是各單項(xiàng)指標(biāo)評價結(jié)果的簡單加合。將熵權(quán)理論及模糊數(shù)學(xué)理論應(yīng)用在果蔬保鮮效果的綜合評價中，能夠取得較客觀的結(jié)果，并且能夠量化不同組別間的保鮮效果差異。基于熵權(quán)的模糊綜合評判方法在果蔬保鮮效果評價方面實(shí)用可行，同時該評價方法可為其他農(nóng)副產(chǎn)品的等級評價及采后處理工藝優(yōu)選提供方法參考。

（2）黃瓜貯藏過程中的腐爛是影響其綜合保鮮效果的主要因素。對6種不同溫度處理黃瓜保鮮效果的模糊綜合評價結(jié)果表明，試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，冷激處理較熱激處理更有利于黃瓜的采后保鮮。各處理組黃瓜保鮮效果的優(yōu)劣排序?yàn)椋? ℃冷激處理40 min組＞0 ℃冷激處理20 min組＞0 ℃冷激處理60 min組＞40 ℃熱激處理20 min組＞40 ℃熱激處理40 min組＞40 ℃熱激處理60 min組。

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收稿日期：2011-11-30；修訂日期：2012-02-01

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51076112）；教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目（200800560041）

作者簡介：尹海蛟（1983-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，在讀博士生，主要從事制冷及農(nóng)產(chǎn)品貯藏技術(shù)研究。