響應面法優(yōu)化正己醛、反2己烯醛熏蒸鮮切菠蘿蜜條件

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(海南大學食品學院,海南海口 570228)

菠蘿蜜(ArtocarpusheterophyllusL. ),又稱木菠蘿、大樹菠蘿、蜜冬瓜、牛肚子果等[1]。它原產(chǎn)于印度的西高止山脈,在馬來西亞、非洲的中部和東部、加勒比海地區(qū)、巴西、澳大利亞、波多黎各和許多太平洋島嶼中都有發(fā)現(xiàn)[2]。在我國海南、廣西、廣東、福建、云南和四川南部的熱帶和亞熱帶地區(qū)均有存在,其中以海南省種植最多[3]。其香氣濃郁,有類似菠蘿的香味,素有“熱帶珍果”之稱[4]。但是,菠蘿蜜果實可食部分較少(僅占全果總量的35%左右)[5],且外表覆蓋有較堅實的表皮,它不像其他水果極易削皮,因此給銷售、運輸與食用帶來極大的不便。因此,既能方便消費者食用,又能保持果實特有風味[6]的鮮切加工處理技術(shù)的研究對于“碩大”的菠蘿蜜來說,顯得尤為重要。此外,經(jīng)過鮮切處理還可以維持菠蘿蜜原有的風味和口感,不僅能增加菠蘿蜜的經(jīng)濟價值,還能提高菠蘿蜜的應用價值[7]。

雖然鮮切水果可以滿足消費者對“快捷和方便”產(chǎn)品的需求,但是,鮮切水果市場推廣的障礙在于難以長時間保持其新鮮的程度[8]。這是因為在鮮切水果加工處理時,去皮、去核和切分等一系列操作都是十分必要的。而隨著水果天然保護組織的除去、完整的組織破損及細胞的破裂,一方面容易導致鮮切水果受到微生物侵染[9],另一方面又會不可避免地出現(xiàn)水分喪失、高糖分的汁液泄漏,更易于使酵母等在鮮切水果表面生長[10]。而且由于存在機械損傷,乙烯還會大量生成、呼吸速率上升,同時還會誘發(fā)次生代謝過程[7]。伴隨這些次生代謝反應的進行,往往會產(chǎn)生大量的,甚至是不愉快香氣揮發(fā)物質(zhì),從而影響鮮切產(chǎn)品的風味[11 - 12],最終降低了鮮切水果的貨架期[13]。

植物精油等天然的抗菌劑已經(jīng)作為一種可提高鮮切水果微生物穩(wěn)定性的方法引入到新的研究領(lǐng)域當中[14]。而正己醛、正己醇、反 - 2 - 己烯醛等作為西紅柿、茶葉、草莓、橄欖油、葡萄、蘋果和梨的香味的重要成分,Lanciotti等人已研究了它們對許多微生物,包括一些病原體存在抗菌活性[15]。Maria等人利用正己醛和反 - 2 - 己烯醛處理鮮切蘋果切片,結(jié)果表明處理后的蘋果切片在16d的貨架期內(nèi)幾乎不發(fā)生褐變[16]。Jun等人證實,采用18. 6μmol·L-1的正己醛熏蒸鮮切蘋果切片,16h后可被蘋果切片完全代謝,且能抑制真菌的生長[17]。Lanciotti等人采用正己醛、反 - 2 - 己烯醛、乙酸己酯的混合蒸氣熏蒸鮮切蘋果切片,證明混合蒸氣熏蒸是一個重要的抑制病原微生物生長的方法[18]。

表1 鮮切菠蘿蜜感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of fresh - cut jackfruit

至于安全性方面問題,由于這些天然化合物均是蘋果香氣揮發(fā)性物質(zhì)的成分,Jun等人證實它們可被蘋果切片完全代謝[19]。實際上,通過感官分析顯示,它們確實也能使鮮切蘋果切片的感官特性得到提高。反 - 2 - 己烯醛已經(jīng)作為食品添加劑被GB 29978 - 2013收錄[20],而正己醛也已經(jīng)作為食品添加劑出現(xiàn)在中華人民共和國衛(wèi)生部關(guān)于指定《D - 甘露糖醇等58個食品添加劑產(chǎn)品標準》的公告(2011年第8號)名單上。

本研究采用正己醛、反 - 2 - 己烯醛熏蒸處理鮮切菠蘿蜜,運用響應面法優(yōu)化處理條件,建立經(jīng)驗模型,并在最優(yōu)條件下貯藏11d后鮮切菠蘿蜜的失重率、亮度值以及感官評分進行預測,以確定鮮切菠蘿蜜最佳熏蒸條件。本研究將通過正己醛、反 - 2 - 己烯醛熏蒸處理的研究,為其能改善鮮切菠蘿蜜的風味、延長其保鮮時間和為后續(xù)研究提供一定的依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 材料與儀器

供試菠蘿蜜品種為“馬來西亞一號” 購自?？谑心媳彼l(fā)市場,八成熟,于6℃下預冷過夜;正己醛(97%)、反 - 2 - 己烯醛(98%) 中國阿拉丁試劑(上海)有限公司。

MIR - 253型恒溫培養(yǎng)箱 日本Sanyo公司;TW - 450型保鮮膜封接機 臺灣依利達公司;CT3型質(zhì)構(gòu)儀 美國Brookfield公司;CR - 400型色澤色差計 KONICA MINOLTA公司;722型可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 原材料處理 將菠蘿蜜用200mg·L-1的二氧化氯水溶液清洗,經(jīng)去皮、切分、去核等工序后,將其果肉浸漬在30mg·L-1的二氧化氯水溶液中,殺菌5min,晾干。挑選大小相對均一且無明顯機械損傷和病蟲害的菠蘿蜜果肉60g放于塑料托盤中,連同裝有所需用量正己醛、反 - 2 - 己烯醛的燒杯一起置于24. 5cm×18. 0cm×15. 0cm的塑料密封盒內(nèi),立即密封熏蒸。熏蒸一定時間后,取出塑料托盤,用聚乙烯薄膜包裝,并置于(6±1)℃下貯藏。貯藏一定時間后,對各項指標進行測量。

1. 2. 2 單因素實驗

1. 2. 2. 1 正己醛濃度對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響 對經(jīng)過殺菌處理的鮮切菠蘿蜜分別用0、50、100、150、200mg·kg-1的正己醛進行熏蒸,熏蒸時間為3h,并在(6±1)℃下貯藏5d后,進行感官評定,以此確定用于熏蒸鮮切菠蘿蜜最適宜的正己醛濃度。

1. 2. 2. 2 反 - 2 - 己烯醛濃度對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響 對經(jīng)過殺菌處理的鮮切菠蘿蜜分別用0、45、90、135、180mg·kg-1的反 - 2 - 己烯醛進行熏蒸,熏蒸時間為3h,并在(6±1)℃下貯藏5d后,進行感官評定,以此確定用于熏蒸鮮切菠蘿蜜最適宜的反 - 2 - 己烯醛濃度。

1. 2. 2. 3 熏蒸時間對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響 對經(jīng)過殺菌處理的鮮切菠蘿蜜用最適量的正己醛結(jié)合反 - 2 - 己烯醛進行熏蒸,熏蒸時間分別為1、3、5、7、9h,并在(6±1)℃下貯藏5d后,進行感官評定,以此確定最佳的熏蒸時間。

1. 2. 3 響應面設計 在單因素實驗基礎上,確立正己醛濃度、反 - 2 - 己烯醛濃度及熏蒸時間3個因素,采用中央組合實驗設計(Central Composite Design),以失重率、亮度值以及感官評分為響應值,通過響應面分析方法對結(jié)果進行優(yōu)化。并將數(shù)據(jù)用Design -Expert 8. 0. 6 軟件進行多元回歸擬合分析處理,得出多元回歸方程。

1. 2. 4 測定方法

1. 2. 4. 1 失重率 采用稱重法進行測定。測量公式為:

失重率(%)=(鮮切菠蘿蜜初重 - 每次測定的重量)/鮮切菠蘿蜜初重×100

1. 2. 4. 2 色澤 采用色差計來測定鮮切菠蘿蜜色澤中的總色差亮度值。

1. 2. 4. 5 感官評定 感官評定人員由十人組成,所得結(jié)果取平均值,不同處理的樣品各取三組平行,從色澤、氣味、口感和組織狀態(tài)四個方面進行評價,評分標準如表1。

2 結(jié)果與分析

2. 1 單因素實驗

2. 1. 1 正己醛、反 - 2 - 己烯醛濃度對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響 由圖1(a)可知,在正己醛濃度較低時,感官品質(zhì)隨著濃度的增大而提高,但當濃度大于100mg·kg-1時,感官品質(zhì)反而隨濃度的增大而稍有下降。這可能是因為熏蒸氣體的濃度太高,會使鮮切菠蘿蜜失去原有的風味,從而影響到感官評分的降低。

表2 響應面實驗因素及水平Table 2 Coded level of the independent variables

而由圖1(b)可知,反 - 2 - 己烯醛濃度在大于90mg·kg-1時,感官評分則與濃度變化的關(guān)聯(lián)程度不大。因此,選取正己醛濃度為100mg·kg-1,反 - 2 - 己烯醛濃度為90mg·kg-1作為最適宜熏蒸的濃度。

圖1 正己醛、反 - 2 - 己烯醛濃度對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響Fig. 1 Effect of n - hexanal concentration onthe quality of fresh - cut jackfruit

圖2 熏蒸時間對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響Fig. 2 Effect of fumigation time on the quality of fresh - cut jackfruit

2. 1. 2 熏蒸時間對鮮切菠蘿蜜品質(zhì)的影響 由圖2可知,隨著熏蒸時間的增加,感官品質(zhì)先提高后下降,在處理5h時感官品質(zhì)最優(yōu)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于熏蒸時間過短,正己醛、反 - 2 - 己烯醛參與的次生代謝不足,沒有起到保持品質(zhì)的作用;而熏蒸時間太長,則會產(chǎn)生一些不良氣味,使得鮮切菠蘿蜜的感官變差。因此,熏蒸時間為5h時,熏蒸效果最好。

2. 2 響應面實驗

在單因素實驗的基礎上,對正己醛濃度、反 - 2 - 己烯醛濃度和熏蒸時間3個實驗因素與5個水平進行響應面設計,如表2所示。

經(jīng)過響應面設計實驗后,鮮切菠蘿蜜各項品質(zhì)指標的結(jié)果見表3。

表3 響應面實驗設計及結(jié)果Table 3 Experimental values of response variables for CCRD

表4 響應面中熏蒸處理鮮切菠蘿蜜過程變量函數(shù)的二階多項式擬合模型的方差分析表Table 4 Analysis of variance of the responses for the fitted second - order polynomial model as a function of process variables of fresh - cut jackfruit fumigation

從表4可知,本實驗所選用的二次多項模型具有極顯著性(p<0. 0001),且失擬項均不顯著(失擬項>0. 01),說明用該模型對失重率、亮度值和感官評價得分擬合良好,且能做出較準確的預測。

圖3 各兩因素交互影響對鮮切菠蘿蜜失重率影響的響應面圖Fig. 3 Response surface showing combined effects of two fumigation conditions on the weight loss of fresh - cut jackfruit

2. 2. 1 響應面法優(yōu)化熏蒸鮮切菠蘿蜜的失重率 鮮切水果失重率的大小是衡量鮮切類產(chǎn)品品質(zhì)是否發(fā)生惡化的重要指標之一。響應面設計實驗的失重率結(jié)果見圖3。在6℃下貯藏9d后,不同組處理樣本平均每天失重率在2. 562% ～ 4. 380%之間,中心設計組(正己醛濃度為100 mg·kg-1、反 - 2 - 己烯醛濃度為90mg·kg-1、熏蒸時間約為5. 00h)五個樣本點實測值均低于其它樣品點,由此可見,在此條件下熏蒸能減少鮮切菠蘿蜜重量的損失,有利于其品質(zhì)的保持。

將所得實驗數(shù)據(jù)用多元回歸擬合,得到的多元回歸方程:

失重率(%)=8. 717 - 0. 04003A - 0. 02242B -0. 9734C+4. 194×10-5AB - 5. 738×10-4AC - 1. 063×10-3BC+2. 034×10-4A2+9. 948×10-5B2+0. 09588C2(校正決定系數(shù)為0. 9677)

2. 2. 2 響應面法優(yōu)化熏蒸鮮切菠蘿蜜的色澤 褐變是限制鮮切產(chǎn)品貨架期和影響產(chǎn)品銷售的主要因素之一。褐變主要體現(xiàn)在色澤上,而色澤是評價鮮切果蔬成熟度、外觀品質(zhì)和貨架期的重要指標,能直接影響消費者的購買意愿[7]。本研究選用表面亮度值來評價樣本表面質(zhì)量。L*值越大,表示亮度越高、褐變程度越輕。因此在本實驗中將L*作為鮮切菠蘿蜜色澤的一個定性指標。響應面設計實驗的結(jié)果見圖4。在6℃下貯藏9d后,不同組合處理后的L*在77. 53 ～ 83. 36之間變化。綜合三幅等高線圖可知,正己醛的濃度在100g·kg-1,反 - 2 - 己烯醛的濃度在90mg·kg-1處,熏蒸時間在5 ～ 7h的范圍內(nèi),各等高線圖都出現(xiàn)峰值。由此可見,在此條件處理下,鮮切菠蘿蜜的亮度值仍然保持在較高水平,褐變程度較輕。

將所得實驗數(shù)據(jù)用多元回歸擬合,得到多元回歸方程:

L*=64. 44+0. 1122A+0. 06341B+3. 356C -1. 458×10-4AB - 2. 999×10-4AC+3. 135×10-4BC -4. 970×10-4A2- 2. 374×10-4B2- 0. 2799C2(校正決定系數(shù)為0. 8936)

圖4 各兩因素交互影響對鮮切菠蘿蜜L*值影響的響應面圖Fig. 4 Response surface showing combined effects of two fumigation conditions on the L* value of fresh - cut jackfruit

2. 2. 3 響應面法優(yōu)化熏蒸鮮切菠蘿蜜的感官評分 感官評定,主要利用人的感官來測量食品的感知及這種感知對食物和口味接受性的影響,是衡量人們對鮮切果蔬喜愛程度的重要因素。響應面設計實驗的感官評分結(jié)果如圖5所示。在6℃下貯藏9d后,不同組合處理后的感官評分分值在64. 50 ～ 89. 83之間變化。

感官評分=5. 693+0. 4539A+0. 4143B+14. 03C- 6. 759×10-4AB+6. 458×10-3AC - 9. 953×10-3BC -2. 353×10-3A2- 1. 407×10-3B2- 1. 139C2(校正決定系數(shù)為0. 9055)

圖5 各兩因素交互影響對鮮切菠蘿蜜感官評分影響的響應面圖Fig. 5 Response surface showing combined effects of two fumigation conditions on the sensory evaluation of fresh - cut jackfruit

2. 3 響應面優(yōu)化熏蒸條件及驗證

根據(jù)所得的響應面數(shù)據(jù),對上述出現(xiàn)的3條方程用Design - Expert 8. 0. 6軟件進行擬合,可得到最優(yōu)的熏蒸條件,見表5。

表5 響應面優(yōu)化熏蒸條件Table 5 Optimized the fumigation conditions

圖6 Design - Expert 8. 0. 6擬合后的預測值分布圖Fig. 6 The distribution of predicted values after fitting by Design - Expert 8. 0. 6

圖6為Design - Expert 8. 0. 6軟件擬合后所得的預測值分布圖,從圖中可以看出,各等高線間距平均,且預測值的可信程度達到0. 995。根據(jù)表5優(yōu)化的熏蒸條件對鮮切菠蘿蜜進行熏蒸,所得實驗結(jié)果與響應面優(yōu)化所得的預測值進行比較,見表6。

表6 相應品質(zhì)指標的預測值與實測值Table 6 Predicted and experimental values of responses at optimum conditions

從表6可知,對優(yōu)化結(jié)果進行實驗驗證結(jié)果表明:優(yōu)化工藝后熏蒸的鮮切菠蘿蜜的失重率、亮度值和感官評分與預測值相當,說明該方法與實際情況擬合很好,充分驗證了所建模型的正確性,說明響應面法能夠很好地適用于正己醛、反 - 2 - 己烯醛熏蒸鮮切菠蘿蜜工藝的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

3 結(jié)論

鮮切菠蘿蜜在進行鮮切加工及貯藏的過程中,由于細胞破裂等不可避免存在,同時也會誘發(fā)自身代謝及次生代謝水平的提高,最終導致品質(zhì)劣變和腐爛。而且,隨著貯藏時間的增加,鮮切菠蘿蜜果肉中的一些營養(yǎng)成分極易損失,同時香氣揮發(fā)性物質(zhì)也會隨之減少,嚴重影響了鮮切菠蘿蜜的感官屬性。而運用正己醛、反 - 2 - 己烯醛等水果的香氣揮發(fā)性物質(zhì)對鮮切水果進行熏蒸不僅能夠增加香味,而且還能夠提高水果自身的抗病性。雖然正己醛、反 - 2 - 己烯醛等水果的香氣揮發(fā)性物質(zhì)對鮮切水果熏蒸有很大的應用價值,但是關(guān)于此方面的研究和應用還僅停留在蘋果、龍眼等極少數(shù)水果中,缺乏對其它水果進行大范圍的應用。

本研究通過單因素實驗篩選,響應面實驗優(yōu)化,建立了正己醛、反 - 2 - 己烯醛在不同熏蒸條件下的處理對鮮切菠蘿蜜色澤、口感、香氣和組織狀態(tài)等感官評定的影響進行二次多項式的數(shù)學模型。經(jīng)檢驗,該模型擬合程度較高。通過該模型的響應面圖分析,明確了正己醛結(jié)合反 - 2 - 己烯醛濃度與熏蒸時間對鮮切菠蘿蜜感官評分的影響,并在此基礎上優(yōu)化了熏蒸處理的條件:正己醛濃度95. 21mg·kg-1、反 - 2 - 己烯醛濃度108. 21mg·kg-1、熏蒸時間6h。在該處理條件下的鮮切菠蘿蜜,其香味會更加濃郁、色澤也更加明亮,極大地改善了果實的品質(zhì)。但是,本研究僅研究了用不同濃度的正己醛、反 - 2 - 己烯醛處理鮮切菠蘿蜜,觀測其失重率、亮度值等。而關(guān)于正己醛、反 - 2 - 己烯醛對鮮切水果揮發(fā)性氣體的影響及其機理還有待于進一步的研究。

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