響應曲面法優(yōu)化檸檬干片護色劑配方的研究

李 鶴，林洪斌，安 都，林瓊芳

（1.西華大學 食品與生物工程學院，四川 成都 610039；2.成都永勝福名果蔬農(nóng)民專業(yè)合作社，四川 成都 610103）

檸檬（Citrus limon）為蕓香科柑桔屬、枸櫞檸檬類植物，原產(chǎn)于喜馬拉雅東部，包括印度和我國西藏東南部[1]，目前四川安岳是我國檸檬主產(chǎn)區(qū)。檸檬富含維生素、蘋果酸、奎寧酸、鈣、磷、鐵及煙酸等，不僅具有豐富的營養(yǎng)還具有重要的藥用價值，具有防治結石、預防心血管疾病，生津止渴、祛暑安胎、健胃等功效[2]。檸檬干片因其方便貯藏、具有較長的保質(zhì)期，受到消費者的青睞。目前市售檸檬干片主要為烘干或者曬干制品，不僅出現(xiàn)干縮、褐變現(xiàn)象，而且生理活性成分損失較大[3]。如何在檸檬干片的制作過程中，盡可能的控制其褐變成為亟待解決的問題。經(jīng)報道，常用的鮮切蔬菜水果護色劑超過10種，其中包括酸性試劑、還原劑、螯合物、離子化合物等。植酸、檸檬酸、草酸屬于常見的酸性護色劑，能夠降低降低體系的pH值；常見的離子化護色劑有氯化鈉、氯化鈣，高濃度的鹽對酶蛋白有一定的抑制作用[4]；維生素C（Vitamin C，VC）是一種常見的還原劑；L-半胱氨酸是一種無毒、無副作用的天然抗酶促褐變劑[5-6]。但針對檸檬干片制作過程中經(jīng)濟、有效的護色劑還鮮有報道，本研究對檸檬干片護色劑進行篩選、組合，旨在找到能有效抑制檸檬干片褐變的護色劑配方。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

安岳尤力克檸檬：四川省奇奇食品有限責任公司。

植酸、檸檬酸、草酸、維生素C、L-半胱氨酸、氯化鈣、氯化鈉等（食品級）：上海華津生物科技有限公司；偏磷酸、氫氧化鈉、抗壞血酸等（分析純）：成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

YLD-2000型電熱恒溫古風干燥箱：黃石市恒豐醫(yī)療器械有限公司；UV-2600A紫外可見分光光度計：尤尼柯（上海）儀器有限公司；TB-214型電子天平：美國丹佛儀器設備廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 檸檬干片加工工藝流程

檸檬原料果→選擇→清洗→切片→護色液浸泡→瀝干→熱風干燥→包裝→成品

1.3.2 操作要點

原料的選擇：選用結構緊密、表面光滑、水分飽滿的新鮮檸檬作為檸檬干片的制作原料[7]。

切片：檸檬為橢圓形，按照橫徑進行切片，并將檸檬切片厚度控制在3 mm。

護色液浸泡、瀝干：將切片的檸檬片分別放置于質(zhì)量分數(shù)不同的護色溶液中進行浸泡，浸泡時間為30 min，浸泡后瀝干3 min[8]。

熱風干燥：將經(jīng)過浸泡的檸檬片取出后在熱風干燥箱中進行干燥，干燥溫度為80 ℃，干燥時間為4 h[9]。

1.3.3 護色劑選擇單因素試驗

按照表1進行單因素試驗，選擇7種常用護色劑，每種護色劑分別選擇4個質(zhì)量分數(shù)梯度對檸檬干片進行試驗，以不加護色劑為空白為對照，確定最適合檸檬干片的幾種護色劑。

表1 檸檬干片護色劑的選擇因素與水平Table 1 Factors and levels of single factor test for the colorpreserving reagents of lemon slice optimization

1.3.4 檸檬干片護色劑配比優(yōu)化

在單因素試驗的基礎上，選擇檸檬酸、L-半胱氨酸、氯化鈣溶液質(zhì)量分數(shù)為評價因素，以檸檬干片的褐變抑制率為響應值，采用Box-Behnken3因素3水平的響應曲面試驗分析方法以確定復合護色劑中的氯化鈣、L-半胱氨酸、檸檬酸的用量。其響應曲面設計的因素與水平見表2。

表2 檸檬干片護色劑配方優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 2 Factor and levels of response surface experiments for color-preserving reagents of lemon slices optimization

1.3.5 檸檬干片護色效果的評價

（1）褐變抑制率的測定[10]

取1.0 g檸檬干片（果肉部分）于打漿機中，加入冰冷蒸餾水100 mL，勻漿1 min后過濾，將濾液置于25 ℃水浴鍋中水浴30 min，在波長420 nm處測其吸光度值A。每次測定進行3次平行試驗，試驗結果以平均值計算。

式中：A0為未經(jīng)護色劑處理的檸檬干片水解液的吸光度值，A為經(jīng)護色劑處理的檸檬干片水解液的吸光度值。

（2）脫水率的測定

浸泡前分別稱量放入不同溶液中新鮮檸檬片總質(zhì)量；干燥后分別稱量不同溶液處理后干制檸檬片質(zhì)量。

（3）復水比的測定

分別稱一定量不同溶液處理后的干制檸檬片，置于熱水中浸泡30 min后取出，再次分別稱量。

（4）維生素C含量測定

以紫外分光光度法快速測定檸檬干片中的維生素C含量[11]。

2 結果與分析

2.1 檸檬干護色劑單因素試驗結果

7種常見護色劑中，對檸檬干片最有效的護色劑是檸檬酸、L-半胱氨酸以及氯化鈣，其質(zhì)量分數(shù)最優(yōu)水平分別為2.0%、0.3%、1.5%。

2.2 檸檬干片護色劑配比優(yōu)化結果

表3 檸檬干片護色劑配比優(yōu)化響應面試驗結果Table 3 Results of response surface experiments for compound color-preserving reagents of lemon slices optimization

在單因素試驗結果的基礎上，選擇檸檬酸、L-半胱氨酸、氯化鈣溶液質(zhì)量分數(shù)為評價因素，以褐變抑制率（Y）為響應值，利用Box-Behnken的中心組合試驗設計3因素3水平的響應曲面試驗方法共進行15組試驗，結果如表3所示。

2.1.1 模型方程的建立及顯著性檢驗

運用Minitab16軟件對檸檬干片的褐變抑制率進行結果分析，得到褐變抑制率（Y）對檸檬酸（A）、L-半胱氨酸（B）、氯化鈣（C）的二次多項回歸方程為：

Y=60.736 7+5.408 75A+5.738 75B+5.607 50C-1.630 00AB+0.925 00AC-2.722 50BC-5.365 83A2-5.120 83B2-3.653 33C2

對所得模型和回歸方程系數(shù)進行顯著性檢查，其結果見表4和表5。

表4 回歸模型及各項的方差分析Table 4 Variance analysis of fitted model

在回歸方程中，A、B、C變量的正系數(shù)表明該變量的正向變化能引起響應值的增加；負的二次項系數(shù)表明方程的拋物線開口向下，具有極大值點，能夠進行最優(yōu)分析。T檢驗表明：方程式中A、B、C、A2、B2、C2、AB、BC均在P＜0.05水平顯著，說明復合護色劑對檸檬干片褐變的影響不是簡單的線性關系。從回歸模型的方差分析結果可知，實驗所選用模型P＜0.01，極顯著；失擬項P＞0.05，不顯著；經(jīng)F檢驗，可知該模型的線性及平方均極顯著，交互作用顯著；決定系數(shù)R2=0.992 2，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj為0.978 0，說明該模型能夠用來預測護色劑對檸檬干片的褐變程度的影響。

表5 回歸系數(shù)顯著性檢驗Table 5 Variance analysis of coefficient of regression

2.2.2 響應曲面分析與條件優(yōu)化

響應曲面圖和等高線圖可以直觀反映響應值隨因素的變化趨勢[14]，根據(jù)褐變抑制率（Y）對檸檬酸（A）、L-半胱氨酸（B）、氯化鈣（C）的二次多項回歸方程分別繪制響應曲面圖和等高線圖，以確定復合護色劑對檸檬干片褐變的影響。響應曲面圖和等高線見圖1。

圖1 檸檬酸、L-半胱氨酸和氯化鈣的交互作用對檸檬干片褐變抑制率的響應曲面及等高線Fig.1 Response surface plots and contour line of effects of interaction between citric acid,L-Cys and CaCl2on browning inhibition rate

等高線的形狀可以反映出因素間的交互作用的強弱大小，等高線呈橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而等高線呈圓形則表示兩因素交互作用不顯著[15]。由圖1可知，檸檬酸與L-半胱氨酸、L-半胱氨酸與氯化鈣交互作用顯著，檸檬酸與氯化鈣交互作用不顯著。

對二次回歸方程求解，得到各因素的最佳水平值，分別為A=0.535，B=0.272，C=0.737，即檸檬干片褐變抑制率最佳的護色劑組合為檸檬酸2.27%、L-半胱氨酸0.33%、氯化鈣1.87%，在此條件下檸檬干片的理論褐變抑制率為65.01%。

2.3 驗證試驗

為驗證最佳條件的可行性，采用響應曲面優(yōu)化結果進行檸檬干片褐變抑制率的驗證試驗，并對檸檬干片的脫水率、復水比、VC含量進行測定并與未添加護色劑的檸檬干片進行對比?？紤]到實際操作情況，調(diào)整檸檬酸為2.3%、L-半胱氨酸0.3%、氯化鈣1.9%進行驗證試驗，其結果如表6所示。

表6 驗證試驗結果Table 6 Results of verification experiments

由表6可知，驗證試驗結果與理論值相差較小，因此采用響應曲面法優(yōu)化復合護色劑條件，對抑制檸檬干片的褐變具有實際應用價值；添加護色劑的檸檬干片在脫水率、復水比與未添加護色劑的檸檬干片差異不大，而添加護色劑的檸檬干片VC含量要高于未添加護色劑的，這可能是護色劑抑制檸檬干片的褐變，從而降低了褐變對VC含量的影響。

3 結論

根據(jù)單因素試驗分析，得到檸檬酸、L-半胱氨酸和氯化鈣能有效抑制檸檬干片的褐變。在單因素試驗的基礎上，應用響應曲面設計優(yōu)化檸檬干片的復合護色劑，得到最佳復合護色劑為檸檬酸2.27%、L-半胱氨酸0.33%、氯化鈣1.87%，在此條件下檸檬干片的理論褐變抑制率為65.01%?？紤]到實際情況，調(diào)整檸檬酸為2.3%、L-半胱氨酸0.3%、氯化鈣1.9%，得到檸檬干片的褐變抑制率為64.87%，該回歸方程能有效預測檸檬干片的褐變抑制率。并在此條件下將其與未添加護色劑的檸檬干片進行對比，其脫水率、復水比均無較大差異，而VC含量高于未添加護色劑的檸檬干片。

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