響應(yīng)面法優(yōu)化花椒芽菜的乳酸鈣保脆工藝

穆璇，張珍，牛黎莉，張盛貴，鄧星火，張世福，

杜雨1，賈志春1，郭敏超1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州　730070；2.甘肅盛源菊香農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，甘肅 天水　741600)

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響應(yīng)面法優(yōu)化花椒芽菜的乳酸鈣保脆工藝

穆璇1，張珍1，牛黎莉1，張盛貴1，鄧星火2，張世福2，

杜雨1，賈志春1，郭敏超1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅盛源菊香農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，甘肅 天水741600)

摘要：為了探索花椒芽菜保脆的最佳工藝，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取乳酸鈣濃度、浸泡時(shí)間、液料比、浸泡溫度為影響因子，以剪切力為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理采用4因素3水平的響應(yīng)面分析法對(duì)花椒芽菜的保脆工藝進(jìn)行優(yōu)化.結(jié)果表明：花椒芽菜保脆的最佳工藝條件為乳酸鈣濃度0.2%、浸泡時(shí)間32 min、液料比10∶1、浸泡溫度22 ℃，在此條件下，測(cè)得的剪切力達(dá)到28.51 N.

關(guān)鍵詞：花椒芽菜；響應(yīng)面法；保脆

Optimization of brittleness-keeping using calcium

lactate for pepper sprouts by response

花椒芽菜是指花椒樹發(fā)芽期幼嫩的芽葉，油亮鮮綠，麻香味美，是芽苗菜中的珍品，舊曾被列為宮廷貢品，供宮廷貴族享用被稱為“一品椒蕊”[1].花椒芽菜葉富含蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪、胡蘿卜素、維生素及多種氨基酸，是珍貴的木本蔬菜.花椒芽菜中也含有豐富的膳食纖維，這對(duì)促進(jìn)胃腸蠕動(dòng)，減少某些慢性疾病(如心血管疾病和結(jié)腸癌)具有一定益處[2].我國花椒資源豐富，但鮮椒芽采收期短，量大集中.由于花椒芽菜的生長季節(jié)性較強(qiáng)，萌芽不久后采摘，采后菜體組織呼吸作用旺盛，不久便失水老化、變質(zhì)，失去固有的脆度.因此，進(jìn)行花椒芽菜保脆工藝研究，加工具有一定保脆度的花椒芽菜具有重要現(xiàn)實(shí)意義.

由于加工過程中的脆度研究存在產(chǎn)品保脆時(shí)間受季節(jié)營銷、純化學(xué)物質(zhì)處理浸泡或是需要復(fù)雜物理機(jī)械等問題[3-5].目前對(duì)于蔬菜變軟的原因主要?dú)w結(jié)為蔬菜本身果膠的降解[6-9]，因蔬菜在腌制過程中，水溶性果膠的含量增加，導(dǎo)致蔬菜變軟.但同時(shí)水溶性果膠在果膠酶或酸、堿的作用下，會(huì)進(jìn)一步分解成果膠酸[10].而大量文獻(xiàn)顯示，果膠酸與鈣、鎂離子等結(jié)合形成不溶性的果膠酸鹽可使果蔬制品變脆嫩[11].乳酸鈣作為一種安全無毒的食品添加劑，不僅無異味，而且具有保持水分調(diào)節(jié)酸度抗氧化等作用[12].目前對(duì)于保脆工藝的研究多集中于腌漬蔬菜上[13-15]，尚未見到有關(guān)花椒芽菜的保脆研究.本研究以乳酸鈣為保脆劑，以花椒芽菜脆度(剪切力)為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)面分析得到其優(yōu)化組合，為進(jìn)一步開發(fā)利用花椒芽菜資源提供科學(xué)依據(jù).

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1試驗(yàn)材料花椒芽菜，甘肅盛源菊香農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；乳酸鈣，分析純.

1.1.2儀器與設(shè)備HH-222V型數(shù)顯恒溫水浴鍋，C-LM3B型數(shù)顯式嫩度儀，F(xiàn)A2004B型電子天平.

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1脆度的測(cè)定方法根據(jù)于泓鵬[16]的方法.選取同批采摘的，大小厚度相似的10片花椒芽菜芽葉上下重疊放置為一組，用C-LM3B型數(shù)顯式嫩度儀測(cè)定每組葉子中間部位的剪切力，重復(fù)10次，求平均值，以降低不同葉片個(gè)體差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果可能造成的影響.

1.2.2單因素試驗(yàn)單因素試驗(yàn)在參考前人文獻(xiàn)和預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定基本參數(shù)，通過每次改編1個(gè)因素水平來進(jìn)行，確定1個(gè)最佳條件后，固定不變，再進(jìn)行下1個(gè)試驗(yàn)[17].分別考察表1各因素對(duì)花椒芽菜保脆效果的影響.

表1　花椒芽菜保脆單因素試驗(yàn)

1.2.3響應(yīng)面分析法試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，確定乳酸鈣濃度、浸泡時(shí)間、液料比、保脆液溫度4個(gè)因素的合適水平，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn)方案，并使用Design Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，確定最佳工藝條件.

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1乳酸鈣濃度對(duì)保脆效果的影響由圖1可知，隨著乳酸鈣濃度的增加，花椒芽菜的脆度也明顯增大.這是因?yàn)檫m當(dāng)?shù)拟}離子能與花椒芽菜中的蛋白質(zhì)和氨基酸形成橋鍵，保持細(xì)胞完整.但是當(dāng)乳酸鈣濃度達(dá)到0.25%時(shí)，經(jīng)乳酸鈣浸泡處理的花椒芽菜出現(xiàn)澀味，并且隨著乳酸鈣濃度的增大，這種澀味也隨之增大.因?yàn)闈舛仍?.15%時(shí)與0.05%時(shí)在5%置信水平上有顯著差異，因此確定0.15%為最佳試驗(yàn)條件.

圖1　乳酸鈣濃度對(duì)剪切力的影響

2.1.2浸泡時(shí)間對(duì)保脆效果的影響由圖2可知，隨著浸泡時(shí)間的延長，花椒芽菜的脆度逐漸增加，到30 min時(shí)達(dá)到最大值，且與浸泡40 min在5%置信水平上無顯著差異.這是因?yàn)榻輹r(shí)間越長，乳酸鈣與花椒芽菜體細(xì)胞作用越充分，保脆效果越好.而超過30 min之后延長浸泡時(shí)間脆度增強(qiáng)不明顯，這可能是因?yàn)槿樗徕}已與花椒芽菜體細(xì)胞充分作用，再延長時(shí)間保脆效果不能明顯提升.因此確定浸泡30 min為最佳試驗(yàn)條件.

圖2　浸泡時(shí)間對(duì)剪切力的影響

2.1.3液料比對(duì)保脆效果的影響由圖3可知，隨著溶劑乳酸鈣用量的增加，花椒芽菜與溶劑接觸面的濃度增大，溶劑中溶質(zhì)的濃度差和溶劑能夠溶解的物質(zhì)的量不斷增大，使得脆度逐漸增大.當(dāng)液料比料液比10∶1時(shí)，剪切力幾乎達(dá)到最大值，且與8∶1、12∶1在5%置信水平上有顯著差異.再增加液料比，脆度的增加并不顯著，而且并不經(jīng)濟(jì).因此確定10∶1的液料比為最佳試驗(yàn)條件.

圖3　液料比對(duì)剪切力的影響

2.1.4溫度對(duì)保脆效果的影響由圖4可知，在15～25 ℃范圍內(nèi)，花椒芽菜的剪切力隨著溫度的增加而增大，這是因?yàn)檫m當(dāng)提高溫度可以加快離子活化速度，加速乳酸鈣與花椒芽菜體細(xì)胞的作用，提高保脆效果.在25 ℃時(shí)保脆效果達(dá)到最佳，且與15、35 ℃的結(jié)試驗(yàn)果在5%置信水平上有顯著差異.但溫度超過25 ℃以上時(shí)，可能由于花椒芽菜體細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變，保脆效果降低.因此確定浸泡溫度為25 ℃比為最佳試驗(yàn)條件.

圖4　浸泡液溫度對(duì)剪切力的影響

2.2響應(yīng)面分析法優(yōu)化工藝

2.2.1響應(yīng)面分析因素水平的設(shè)計(jì)根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取乳酸鈣濃度、浸泡時(shí)間、液料比、浸泡液溫度4個(gè)因素，采用4因素3水平的響應(yīng)面分析方法優(yōu)化花椒芽菜保脆的工藝參數(shù)，試驗(yàn)因素和水平見表2.

表2　響應(yīng)面試驗(yàn)的因素和水平編碼值

2.2.2響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2，采用Design Expert 8.0軟件對(duì)響應(yīng)值和各因素進(jìn)行多元回歸擬合，求出影響因素的一次效應(yīng)、二次效應(yīng)及其交互效應(yīng)的響應(yīng)面二次多遠(yuǎn)回歸模型方程.該模型方程為：

表3　響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

Y=27.09+1.07A+0.55B+0.30C-0.93D+0.37AB-1.06AC-0.79AD-0.12BC-0.057BD-0.68CD-0.36A2-3.12B2-1.32C2-1.26D2

由回歸模型的系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，模型的一次項(xiàng)A、B、D及二次項(xiàng)B2、C2、D2對(duì)花椒芽菜剪切力的線性效應(yīng)影響極顯著.交互項(xiàng)AC、AD極顯著(P<0.01)，表明乳酸鈣濃度與液料比之間、保脆劑濃度與保脆液溫度存在極顯著的交互作用.交互項(xiàng)CD 顯著(P<0.05)，表明液料比與保脆液溫度之間存在顯著的交互作用.由此表明該回歸模型能夠較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實(shí)關(guān)系，可以用其確定最佳工藝條件.

2.2.4響應(yīng)面曲面分析各2因素交互作用對(duì)剪切力影響的響應(yīng)面見圖5.在其中2個(gè)條件固定的情況下考察其他2個(gè)條件的交互作用.由圖5可知，2因素交互作用大小為AC>AD>CD.根據(jù)響應(yīng)面二次多遠(yuǎn)回歸模型進(jìn)行參數(shù)最有分析，花椒芽菜保脆的最佳工藝條件為乳酸鈣濃度0.2%、浸泡時(shí)間31.54 min、液料比9.74∶1、浸泡溫度21.75 ℃，在此條件下花椒芽菜剪切力預(yù)測(cè)值為28.48 N.

表4　回歸模型的方差分析

圖5　各因素間交互作用的響應(yīng)面

2.2.5驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果為檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)情況是否一致，采用上述最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，考慮到實(shí)際操作的便利性，將最佳工藝條件修正為乳酸鈣濃度0.2%、浸泡時(shí)間32 min、液料比10∶1、浸泡溫度22 ℃，實(shí)際測(cè)得剪切力的平均大小為28.51 N，與預(yù)測(cè)值基本一致，驗(yàn)證此試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂尚?，因此所得的花椒芽菜保脆條件準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.

3結(jié)論

1)試驗(yàn)結(jié)果顯示，乳酸鈣濃度、浸泡時(shí)間、浸泡溫度和乳酸鈣濃度與液料比、保脆劑濃度與保脆液溫度、液料比與浸泡溫度的交互作用對(duì)花椒芽菜的保脆效果有顯著影響.

2)通過響應(yīng)面分析法得出的最優(yōu)工藝條件為乳酸鈣濃度0.2%、浸泡時(shí)間32 min、液料比10∶1、浸泡溫度22 ℃.

3)乳酸鈣是一種效果較好的保脆劑，經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)驗(yàn)證其保脆效果穩(wěn)定，具有一定應(yīng)用價(jià)值.

參考文獻(xiàn)

[1]孫璟.花椒芽菜：小商品蘊(yùn)含大機(jī)遇[J].中國林業(yè),2008(17):50-50

[2]彭惠蓉,陳訓(xùn).花椒幼嫩莖葉營養(yǎng)成分研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(32):15789-15791

[3]張駿,張慜,單良.真空微波工藝條件對(duì)香脆鳙魚片品質(zhì)的影響[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2006,25(2):37-41

[4]趙碩,李俊毅,齊祥明.鱈魚魚皮水發(fā)工藝及機(jī)理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(28):14025-14027

[5]張穎,肖顏林,徐德瓊,等.鹽漬金針菇關(guān)鍵工藝技術(shù)研究[J].食品與發(fā)酵科技,2012,48(5):57-61

[6]Billy L,Mehinagic E,Royer G,et al.Relationship between texture and pectin composition of two apple cultivars during storage[J].Postharvest Biology and Technology,2008,47(3):315-324

[7]Sila D N,Doungla E,Smout C,et al.Pectin fraction interconversions:insight into understanding texture evolution of thermally processed carrots[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2006,54(22):8471-8479

[8]Krall S M,McFeeters R F.Pectin hydrolysis:effect of temperature,degree of methylation,pH,and Calcium on hydrolysis rates[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1998,46(4):1311-1315

[9]劉樹興,劉金平,宋宏新,等.軟罐頭青椒護(hù)綠保脆工藝的研究[J].食品工業(yè)科技,2002(10):66-68

[10]Sila D N,Van Buggenhout S,Duvetter T,et al.Pectins in processed fruits and vegetables:Part II-Structure-function relationships[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2009,8(2):86-104

[11]郭燁,易海斌.蘿卜保脆工藝的優(yōu)化[J].江西食品工業(yè),2010(3):24-25

[12]中華人民共和國衛(wèi)生部中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB2760-2007[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007

[13]蘇青海,蘇純營.醬腌菜的脆性變化及保脆措施[J].四川食品工業(yè)科技,1995(3):29-30

[14]樂毅,劉學(xué)文.白蘿卜泡菜的保脆工藝研究[J].食品與發(fā)酵科技,2011,47(2):79-81

[15]龍秀田.腌漬蔬菜的保綠和保脆研究[J].食品與發(fā)酵科技,2010,46(5):53-57

[16]于泓鵬,曾慶孝.脆度的研究方法及其控制參數(shù)[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2004,30(3):85-89

[17]羅安,牛黎莉,李麗,等.響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波前處理對(duì)馬鈴薯淀粉反應(yīng)活性的作用[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,48(4):131-138

(責(zé)任編輯李辛)

surface methodology

MU Xuan1,ZHANG Zhen1,NIU Li-li1,ZHANG Sheng-gui1,DENG Xing-huo2,ZHANG Shi-fu2,

DU Yu1,JIA Zhi-chun1,GUO Min-chao1

(1.College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;

2.Gansu Shengyuanjuxiang Agricultural Development Co.Ltd,Tianshui 741600,China)

Abstract：Response surface methodology was used for optimizing brittleness-keeping processing techniques with calcium lactate for pepper sprouts.Based on One-Factor-at-a-Time (OFAT)experiments,four independent variables,the concentration of Calcium lactate additive,soakage time,liquid-to-material ratio and liquid temperature,were selected as the casual factors during brittleness-keeping.The experinents were arranged according to Box-Behnken central composite design.Response surface analysis was applied to determine the shearing force with the four conditions which were composite design.The results showed that the optimum conditions were as calcium lactate at 0.2%,soakage for 32 min,liquid-to-material ratio 10∶1 L/g,and liquid temperature at 22 ℃.Under these conditions,the shearing force of the pepper sprouts was up to 28.51N.

Key words：pepper sprouts；response surface methodology；brittleness-keeping

收稿日期：2014-03-25；修回日期：2014-04-20

通信作者：張珍，女，副教授，主要從事農(nóng)畜產(chǎn)品加工方面的教學(xué)與研究工作.E-mail:zhangzhen@gsau.edu.cn

中圖分類號(hào)：TS 255.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-4315(2015)01-0154-06

第一作者：穆璇(1987-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称饭こ?E-mail:mjjhdf@163.com