響應(yīng)面優(yōu)化小米辣椒燙漂工藝研究

陳 崗，詹 永，楊 勇，羅 陽

(重慶市中藥研究院，重慶400065)

小米辣椒(Capsicum frutescens L．)是半馴化小果型辣椒品種，果實呈短圓錐形、短指形或米粒形，青熟果果皮淡黃色或綠色，果皮光滑或微皺，辣味濃郁［1－2］，其加工主要以泡制產(chǎn)品為主。由于小米辣椒中含有豐富的多酚類化合物，在高酸高鹽的泡制環(huán)境里，組織完整性易被破壞或膜受到傷害，使膜內(nèi)的多酚氧化酶(PPO)大量被激活，催化辣椒果實中的多酚，使其氧化為醌，醌再發(fā)生聚合反應(yīng)生成黑色物質(zhì)，組織的褐變隨之發(fā)生［3－6］，這是導(dǎo)致小米辣椒泡制加工過程中發(fā)生褐變的主要原因［7－8］。燙漂是果蔬加工前預(yù)處理的關(guān)鍵工藝，是為了破壞果蔬的氧化酶系統(tǒng)，能夠有效地鈍化多酚氧化酶的活性，防止因酶的氧化而產(chǎn)生褐變，使制品保持美觀的色澤［9－10］。

筆者通過單因素試驗考察燙漂溫度、時間及液料比3個主要因素對小米辣椒PPO相對酶活和硬度的影響;再以PPO相對酶活和辣椒果實硬度為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面分析和優(yōu)化，建立小米辣椒燙漂工藝的回歸模型，以期為小米辣椒的深加工提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1．1 材料 小米辣椒，采購于農(nóng)貿(mào)市場;試驗用試劑均為分析純。主要儀器:TMS-PRO物性測試儀，美國FTC(Food Technology Corporation)公司;BS2245型電子天平，德國賽多利斯公司;HS-J2型高速臺式冷凍離心機(jī)，貝克曼庫爾特商貿(mào)(中國)有限公司;752型紫外可見分光光度計，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;HH-S型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇國勝實驗儀器廠。

1．2 試驗方法

1．2．1 樣品處理。將新鮮小米辣椒剔除病、殘次品，挑選長度5～7 cm的且具有一定硬度的辣椒果實，用剪刀剪去把柄;每次取樣(200±5)g，按照試驗設(shè)計要求進(jìn)行燙漂，燙漂結(jié)束后立即用流水冷卻樣品至常溫，瀝干，備用。

1．2．2 PPO相對酶活的測定。采用比色法［11］測定。稱取10 g小米辣椒樣品，置于研缽中，加入pH 6．0的0．2 mol/L磷酸緩沖溶液10 ml，在冰浴條件下研磨成勻漿，于4℃、12 000 r/min冷凍離心30 min，收集上清液即為多酚氧化酶提取液，4℃保存?zhèn)溆谩?/p>

吸取 pH 6．0 的0．2 mol/L 磷酸緩沖液1．5 ml，加入 1．0 ml 0．02 mol/L的鄰二苯酚，先于40℃保溫10 min，再加入1．0 ml酶提取液，同時立即開始計時。將反應(yīng)混合液倒入比色杯中，置于分光光度計樣品室中，以蒸餾水為參比，每10 s時測定并記錄波長410 nm處吸光度，共計時3～5 min，計算OD410變化線性最好的范圍，確定最佳的測酶活時間。計算△A/T為酶活，以1 min吸光度變化0．001為一個酶活單位(U)。將未燙漂處理的小米辣椒PPO酶活定為100%(294．7 U/g)，其他條件處理后的酶比活力與其相比較計算其相對酶活，重復(fù)3次。

1．2．3 硬度分析。采用質(zhì)地多面分析(TPA)方法，試驗使用美國FTC公司生產(chǎn)TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀，采用P/100針狀探頭(直徑100mm)對小米辣椒整果的中部進(jìn)行TPA測試。測試參數(shù)為測前速度60 mm/min，測試速度10 mm/min，起始力0．1 N，果實形變80%，每份樣品隨機(jī)取10個果實。

1．3 試驗設(shè)計

1．3．1 單因素試驗。

1．3．1．1 燙漂溫度對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響。在液料比 3∶1 ml/g 時，按燙漂溫度 70、75、80、85、90、95、100℃對小米辣椒處理40 s，考察不同燙漂溫度對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響。以新鮮小米辣椒的相對酶活(100%)及硬度(122．36 N)作為空白樣(CK)。

1．3．1．2 燙漂時間對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響。在燙漂溫度90℃、液料比3∶1 ml/g時，對小米辣椒分別燙漂處理10、20、30、40、50、60 s，考察不同燙漂時間對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響。以新鮮小米辣椒的相對酶活(100%)及硬度(122．36 N)作為空白樣(CK)。

1．3．1．3 液料比對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響。在燙漂溫度90℃、燙漂時間40 s時，在液料比分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1 ml/g 條件下對小米辣椒進(jìn)行燙漂處理，考察不同液料比對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響。以新鮮小米辣椒的相對酶活(100%)及硬度(122．36 N)作為空白樣(CK)。

1．3．2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過使用Design Expert 8．0．6軟件，根據(jù)中心組合設(shè)計(central composite design，CCD)試驗設(shè)計原理，以影響PPO相對酶活的3個主要因素燙漂溫度、燙漂時間和液料比為響應(yīng)變量，分別用A、B和C來表示，PPO相對酶活Y1和硬度Y2為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，試驗因素水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平

1．4 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行作圖分析;采用Design Expert 8．0．6軟件對中心組合試驗設(shè)計的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性和差異顯著性統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 漂燙工藝對小米辣椒PPO相對酶活及硬度的影響

2．1．1 燙漂溫度的影響。由圖1可見，在燙漂時間40 s、液料比3∶1 ml/g的條件下，小米辣椒PPO相對酶活隨燙漂溫度的升高而降低，當(dāng)燙漂溫度超過85℃后，下降趨勢明顯，當(dāng)燙漂溫度達(dá)到100℃時，PPO相對酶活僅為3．2%;但高溫也導(dǎo)致辣椒果實質(zhì)地快速軟化，100℃時硬度降為15．67 N，基本失去泡制加工特性。綜合考慮，選擇燙漂溫度85～90℃為優(yōu)化水平。

2．1．2 燙漂時間的影響。由圖2可知，在燙漂溫度90℃的條件下，當(dāng)燙漂處理10 s時，小米辣椒PPO相對酶活為72．8%、硬度為108．73 N;當(dāng)燙漂處理40 s時，小米辣椒PPO相對酶活為21．4%、硬度為73．19 N;當(dāng)燙漂處理60 s時，小米辣椒PPO相對酶活為10．6%、硬度為18．34 N。隨燙漂時間的延長，小米辣椒PPO相對酶活下降明顯，隨著熱累積性的增加，辣椒果實硬度也快速下降。為了保持小米辣椒一定的硬度值，以便維持其加工特性，綜合考慮選擇燙漂時間35～45 s為優(yōu)化水平。

2．1．3 液料比的影響。由圖3可知，當(dāng)液料比在1∶1～3∶1 ml/g時，隨著料液比的增加，PPO相對酶活及硬度逐漸降低;當(dāng)液料比為3∶1～5∶1 ml/g時，燙漂處理后的辣椒果實相對酶活及硬度的測試值近似相等。這可能是由于高溫燙漂一定質(zhì)量原料時，需要消耗大量熱能，當(dāng)燙漂液相對量少時，體系中熱能的損耗大于外界補(bǔ)償量，造成在相同燙漂溫度和時間條件下因熱能不足達(dá)不到實際效果;而當(dāng)燙漂液體積達(dá)到一定容量，體系內(nèi)在熱能加上外部補(bǔ)充的能量足以維持物料在特定溫度和時間期內(nèi)的燙漂要求。因此，燙漂液的多少也是影響燙漂效果的重要因素。綜合考慮，選擇燙漂液料比3∶1 ml/g為優(yōu)化水平。

2．2 燙漂工藝參數(shù)的響應(yīng)面優(yōu)化

2．2．1 數(shù)學(xué)模型的建立與檢驗。結(jié)合單因素試驗結(jié)果，按中心組合試驗設(shè)計進(jìn)行3因素3水平試驗，所得結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面分析方案及試驗結(jié)果

將所得的試驗數(shù)據(jù)用Design Expert軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到以小米辣椒PPO相對酶活(Y1)及硬度(Y2)為目標(biāo)函數(shù)的二次多項回歸方程:Y1=+2 473．053 65－38．059 22A － 8．209 57B － 291．893 9C － 0．013 5AB+1．807 00AC+0．953BC+0．172 59A2+0．066 666B2+13．193 18C2;Y2= － 1 107．920 36+18．583 19A+28．864 4B－18．092 56C －0．247 8AB －0．422AC －0．561BC －0．057 919 A2－0．090 233B2+10．32 310C2。

對二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。從表3可知，Y1的A、B、C、AB、AC、A2、B2、C2均表現(xiàn)出了顯著水平，Y2的A、B、C、AB均表現(xiàn)出了顯著水平，二次回歸方程整體模型極顯著?；貧w模型顯著性檢驗結(jié)果顯示，模型Y1和Y2的回歸模型均極顯著(P＜0．000 1);模型失擬項 P＞0．05，不顯著，說明模型預(yù)測值與實測值之間具有較好的擬合度［12］。該模型較好地反映了小米辣椒燙漂處理時PPO相對酶活及硬度與燙漂溫度、燙漂時間、液料比的關(guān)系。因此所得的回歸方程能較好地預(yù)測小米辣椒PPO相對酶活及硬度與各參數(shù)的變化關(guān)系。

表3 PPO相對酶活和硬度的回歸方程方差分析

2．2．2 響應(yīng)面分析。各因素交互作用對PPO相對酶活和硬度的響應(yīng)面分析見圖4、5。

2．2．3 燙漂工藝的優(yōu)化和驗證。Design Expert 8．0．6 軟件分析結(jié)果表明，回歸模型存在穩(wěn)定點編碼值(－0．412，0．798，1．00)，穩(wěn)定點的特征值表明穩(wěn)定點為最大值點，即燙漂溫度87．94 ℃、燙漂時間43．99 s和液料比3．5∶1 ml/g時，PPO相對酶活較低而硬度較高，分別為19．38%和61．76 N。為檢驗中心組合試驗所得結(jié)果的可靠性，采取上述優(yōu)化條件處理小米辣椒，考慮到實際操作的便利，將燙漂工藝修正為燙漂溫度88℃、燙漂時間44 s和液料比3．5∶1 ml/g，在此條件下測得PPO相對酶活20．71%和硬度63．19 N，與理論值較為接近，表明數(shù)學(xué)模型對優(yōu)化燙漂工藝是可行的。

3 結(jié)論

燙漂溫度、燙漂時間和液料比對小米辣椒果實PPO相對酶活和硬度均有不同程度的影響，其中燙漂溫度和燙漂時間對PPO相對酶活和硬度有非常明顯的交互作用。各因素中，以燙漂溫度影響最大，其次是燙漂時間和液料比。通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化，建立了燙漂處理對小米辣椒PPO相對酶活和硬度影響的數(shù)學(xué)回歸模型方程。對回歸模型進(jìn)行分析，得出PPO相對酶活和硬度最佳燙漂工藝參數(shù):燙漂溫度87．94 ℃、燙漂時間43．99 s和液料比3．5∶1 ml/g，在此條件下得到辣椒果實PPO相對酶活19．38%、硬度61．76 N。該數(shù)學(xué)模型對優(yōu)化的小米辣椒燙漂工藝可行。

新鮮小米辣椒多酚氧化酶活性較強(qiáng)，在小米辣椒泡制生產(chǎn)中造成產(chǎn)品的失綠、變褐和失去光澤，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，商品價值降低。研究小米辣椒的燙漂工藝，可為小米辣椒的泡制加工提供一定的理論指導(dǎo)。

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