殼聚糖復(fù)合涂膜對鮮切蓮藕保鮮的響應(yīng)面法優(yōu)化研究

黃建初,李崇高,梁文歡

(1.廣州工商學(xué)院 物流系，廣東 廣州 510850；2.廣州城市職業(yè)學(xué)院 食品系，廣東 廣州 510405；3.珠海市厚生藥業(yè)有限公司，廣東 珠海 519000)

蓮藕，屬多年生水生植物，是我國非常重要的特色水生蔬菜和出口創(chuàng)匯蔬菜，主要分布在黃河、長江和珠江流域的山東、湖南、湖北、廣東等地。蓮藕營養(yǎng)豐富，富含淀粉、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)，還有多酚、黃酮類、多糖等，肉質(zhì)脆嫩、清香甘甜、藥食兩用，具有清熱生津、補氣養(yǎng)神、健脾益氣等功效，深受廣大消費者的喜愛[1]。

蓮藕組織脆嫩，適合鮮切加工，經(jīng)清洗、去皮、切分、包裝等處理而成的鮮切蓮藕，具有新鮮、方便、衛(wèi)生，可食率高等特點，越來越受消費者的青睞[2]。但鮮切蓮藕在切分時產(chǎn)生機(jī)械傷，破壞了組織細(xì)胞，導(dǎo)致呼吸加快、褐變加速，失水失重，引起營養(yǎng)消耗、質(zhì)地變軟、微生物污染等問題，嚴(yán)重影響食用價值和商品價值。為了解決上述問題，國內(nèi)外采取漂燙、SO2熏蒸，添加抗氧化劑、有機(jī)酸、酶抑制劑、涂膜等處理，但還存在著食品安全性不理想、成本高、防褐效果不佳等問題[2-4]。殼聚糖是一種天然、可降解的多糖，涂膜處理形成的薄膜，能阻隔氧氣，抑制氧化酶活性，減緩呼吸強(qiáng)度；防止微生物污染，起到護(hù)色和抑菌作用[5]。異抗壞血酸鈉屬于食品添加劑，抗氧化性好，能夠抑制果蔬褐變，對食品起保鮮護(hù)色作用[6]。蘋果酸、檸檬酸能夠降低pH值，抑制多酚氧化酶的活性，降低褐變速率，防止果蔬褐變，起護(hù)色和保鮮作用[7-8]。目前尚未見蘋果酸、檸檬酸混合應(yīng)用于鮮切蓮藕的報道。

本文以復(fù)配酸、異抗壞血酸鈉、殼聚糖為材料，采用響應(yīng)面優(yōu)化法，以感官評分為響應(yīng)值，對鮮切蓮藕進(jìn)行保鮮處理，研究不同用量的復(fù)合涂膜的保鮮效果，建立多元回歸方程，來預(yù)測它們對鮮切蓮藕的保鮮影響，篩選出復(fù)合涂膜的最佳配比，為解決鮮切蓮藕的褐變等問題提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

一、 材料與方法

(一)材料

蓮藕：新鮮蓮藕，市售。蘋果酸、檸檬酸、異抗壞血酸鈉(食用級，山東濰坊英軒實業(yè)有限公司)，殼聚糖(白色粉末，脫乙醇度≥95%，食用級，濟(jì)南奧康生物科技有限公司)。食鹽，市售。PP塑料托盤(1.2×15.7×9.3cm)，PE保鮮膜(4μm)，0.02mm厚的家用保鮮袋，市售。

(二) 儀器和設(shè)備

分析天平(丹佛儀器北京有限公司)，紫外可見分光光度計(UV-1100，上海精密儀器儀表有限公司)，離心機(jī)(LA-5K型 湘儀離心機(jī)儀器有限公司)，手持糖度計(TD-92上海精密科學(xué)儀器有限公司)，海爾冰柜，不銹鋼水果刀，砧板，不銹鋼托盤，燒杯，玻璃棒，容量瓶，溫度計等。

(三)試驗方法

1.鮮切蓮藕的處理

蓮藕→挑選→預(yù)冷→清洗→去皮→切片→暫存→涂膜→包裝貯存→檢驗。

操作要點：①挑選：選取肉質(zhì)白色，藕節(jié)粗壯、完整，孔道較細(xì)的新鮮蓮藕，無機(jī)械傷、無病蟲害、無異樣斑點、無腐爛變質(zhì)。②預(yù)冷：蓮藕采購回來后，用塑料袋包裝好，放入5℃的冷藏室預(yù)冷8h以上。③清洗：在流水中用軟毛刷洗表面的泥沙等。④去皮：清洗后的蓮藕，用不銹剛刀去除藕節(jié)，然后削皮，削皮要干凈、平滑、剔除損傷和斑點，然后用清水沖洗干凈。⑤切片：用不銹鋼刀手工切片，切片厚度4-5mm，切片后用清水洗去表面淀粉。⑥燙漂：將切片置于95℃、0.2%檸檬酸溶液中燙漂3-5min，以蓮藕片呈半透明且保持原有脆度為佳。⑦暫存：燙漂后用自來水冷卻后，置于2%的食鹽水中保存待用。⑧涂膜：用不同用量的殼聚糖復(fù)合涂膜浸泡1-2min，瀝干。⑨包裝、貯存：將處理好的藕片裝入托盤，用保鮮膜密封，每盤100g，每個處理10盤，將托盤放入5±1℃冰箱中貯存15天左右。⑩檢驗：每隔2天取樣檢驗分析，記錄數(shù)據(jù)。

2.單因素試驗

將蓮藕切片用0.1%、0.2%、0.3%的復(fù)配酸(蘋果酸：檸檬酸=4∶1)溶液處理1-2min，確定復(fù)配酸的適宜用量。將蓮藕切片用0.1%、0.3%、0.5%的異抗壞血酸鈉處理1-2min，確定異抗壞血酸鈉的適宜用量。將蓮藕切片0.5%、1.0%、1.5%的殼聚糖溶液處理1-2min，確定殼聚糖的適宜用量。處理后每隔2d，取樣用感官評價法來進(jìn)行評分。

3.響應(yīng)面優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，對復(fù)配酸、異抗壞血酸鈉、殼聚糖進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗設(shè)計，見表1。參考陳涵[9]、施偉梅[10]、李崇高[11]等的響應(yīng)面法，使用Design-Expert.V8.0.6軟件，對響應(yīng)面的試驗結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，得出感官評分回歸方程，并對方程進(jìn)行方差分析及P值顯著檢驗。最后進(jìn)行響應(yīng)面試驗的最優(yōu)值預(yù)測。

表1 三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗

4.驗證試驗

根據(jù)擬合優(yōu)化得到的最佳涂膜條件，對鮮切蓮藕進(jìn)行涂膜驗證試驗，驗證所建數(shù)學(xué)方程的正確性。

(四)測定方法

1.感官質(zhì)量評價

參照李湘利等[12-13]的評價方法，結(jié)合NYT1583-2008蓮藕的感官指標(biāo)表[14]，增加了表面濕潤性，進(jìn)行改進(jìn)后設(shè)計表2。

2.失重率的測定：

失重率采用稱重法。失重率%=(貯存前的質(zhì)量g-取樣時的質(zhì)量g)/貯存前的質(zhì)量g×100%

3.褐變度的測定

采用吳佩等[15]的消光值法：稱取一定量的蓮藕樣品，按1∶10(重量比)加蒸餾水，冰浴下研磨勻漿，在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心10min，取上清液，采用分光光度計波長410nm處測定吸光度值A(chǔ)410，重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。用10×A410表示褐變度。

二、結(jié)果與分析

(一)單因素試驗

1.不同復(fù)配酸用量對鮮切蓮藕感官質(zhì)量的影響

采用0.1%、0.2%、0.3%的復(fù)配酸對鮮切蓮藕處理，試驗結(jié)果見圖1。

表2 鮮切蓮藕貯存期間的感官評分表

圖1 不同復(fù)配酸用量對鮮切蓮藕感官評分的影響

從圖1可以看出，隨著鮮切蓮藕貯存時間的延長，感官評分呈現(xiàn)下降趨勢；其中以0.2%的復(fù)配酸處理的感官評分保持較高。這是因為復(fù)配酸中的蘋果酸、檸檬酸，降低了鮮切蓮藕的pH值，抑制了微生物的生長和多酚氧化酶活性，防止了酶促褐變。

2.不同異抗壞血酸鈉用量對鮮切蓮藕感官質(zhì)量的影響

采用0.1%、0.3%、0.5%的異抗壞血酸鈉對鮮切蓮藕處理，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同異抗壞血酸鈉用量對鮮切蓮藕感官評分的影響

從圖2可見，隨著鮮切蓮藕貯存時間的延長，鮮切蓮藕的感官評分呈下降趨勢，其中0.3%用量的處理，感官評分保持較高。這是因為酚類物質(zhì)，通過異抗壞血酸鈉的作用，將組織中的醌類物質(zhì)還原，防止形成黑色素，保持了食品的色澤。

3.不同殼聚糖用量對鮮切蓮藕感官質(zhì)量的影響

采用0.5%、1.0%、1.5%的殼聚糖對鮮切蓮藕進(jìn)行處理，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同殼聚糖用量對鮮切蓮藕感官評分的影響

從圖3可以看出，感官評分隨鮮切蓮藕貯存時間的延長呈下降趨勢，其中1.0%用量的處理感官評分保持較高。這是因為殼聚糖具有良好的抑菌性和成膜性，抑制了微生物的生長繁殖，在蓮藕表面形成一層薄膜，減慢了組織內(nèi)外的氣體交換，抑制了呼吸作用，減緩了酶促褐變。

(二)響應(yīng)面法優(yōu)化試驗

三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化試驗方案及結(jié)果見表3。

感官質(zhì)量評價是利用人的感覺器官來檢測食品的感官可接受性。本試驗的評價方法綜合了鮮切蓮藕的色澤、褐變程度、氣味、質(zhì)地、失水等情況。響應(yīng)面優(yōu)化試驗的感官評分結(jié)果見圖4-6，它是兩兩因素作用對響應(yīng)值影響的曲面圖。

表3 三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化試驗方案及結(jié)果

圖4 復(fù)配酸與異抗壞血酸鈉用量對鮮切蓮藕感官評分影響的曲面圖

從圖4看出，當(dāng)復(fù)配酸的用量增加時，鮮切蓮藕的感官評分緩慢上升；當(dāng)異抗壞血酸鈉的用量增加，感官評分先升高，后緩慢下降。

從圖5可以看出，當(dāng)復(fù)配酸用量增加時，鮮切蓮藕的感官評分緩慢升高；當(dāng)殼聚糖用量增加時，感官評分呈迅速上升，到達(dá)最高峰后又開始下降。

從圖6看出，隨著異抗壞血酸鈉用量的增加，鮮切蓮藕的感官評分先緩慢上升后緩慢下降。當(dāng)殼聚糖用量增加時，感官評分呈迅速上升趨勢，到最高峰后緩慢下降。

圖5 復(fù)配酸與殼聚糖用量對鮮切蓮藕感官評分影響的曲面圖

圖6 異抗壞血酸鈉與殼聚糖用量對鮮切蓮藕感官評分影響的曲面圖

將表3的感官評分試驗結(jié)果，利用Design-Expert.V8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到多元回歸擬合方程：感官評分=41.11313+54.925A+19.4875B+65.685C-22.5AB-17.5AC+7.5BC-78.25A2-41.4375B2-28.13C2，對此方程進(jìn)行方差分析，P值顯著性檢驗，結(jié)果如表4。

從表4可知，鮮切蓮藕的感官評分的多元回歸擬合方程具有極顯著水平(P值<0.0001)，失擬值為0.3088>0.05，不顯著，表示該方程對鮮切蓮藕的感官評分有顯著的意義，擬合度良好，能夠進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測。擬合度(R-Squared)為0.9767；校正擬合度(Adj R-Squared)0.9468，預(yù)測擬合度(Pred R-Squared)0.7767，二者之間比較接近，而且它們的差值處于合理、有意義范圍，說明此方程能顯著表示三因素對感官評分的影響。從表4看出：C、C2的影響為極顯著(P值<0.0001)，殼聚糖是影響感官評分的顯著性因素。根據(jù)F值的大小，影響感官評分順序為：殼聚糖>異抗壞血酸鈉>復(fù)配酸。

表4 鮮切蓮藕感官評分的多元回歸方程方差分析

(三)響應(yīng)面法最優(yōu)值的預(yù)測及驗證

根據(jù)試驗得到的響應(yīng)面數(shù)據(jù)，對上述多元回歸擬合方程用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行殼聚糖復(fù)合涂膜的最優(yōu)值預(yù)測，結(jié)果如下：復(fù)配酸0.18%、異抗壞血酸鈉0.29%、殼聚糖1.15%。擬合優(yōu)化后的預(yù)測值分布圖，見圖7。

從圖7可看出，滿意度(Desirability)的預(yù)測值達(dá)到0.971，感官評分的預(yù)測值為86.6709。根據(jù)最優(yōu)值預(yù)測得到的涂膜參數(shù)，對鮮切蓮藕進(jìn)行涂膜處理驗證試驗，得到的試驗結(jié)果與響應(yīng)面最優(yōu)預(yù)測得到的預(yù)測值比較，見表5。

圖7 殼聚糖復(fù)合涂膜擬合優(yōu)化后的預(yù)測值分布圖

表5 殼聚糖復(fù)合涂膜處理鮮切蓮藕感官評分等指標(biāo)的預(yù)測值與試驗值

從表5可看出，最優(yōu)值預(yù)測得到的涂膜條件，處理鮮切蓮藕的感官評分與預(yù)測值基本相當(dāng)，說明本方法與實際情況擬合度較好，證明所建數(shù)學(xué)方程的正確性。經(jīng)此處理的鮮切蓮藕，經(jīng)過5±1℃下貯存10天后，感官質(zhì)量仍保持較佳，色澤白色，褐變較輕微，有蓮藕的清香，質(zhì)地較硬，表面濕潤，經(jīng)檢測，失重率為1.12%，褐變度1.365，較好地保持了鮮切蓮藕的品質(zhì)。

三、討論

利用殼聚糖的抑菌性和成膜性，異抗壞血酸鈉的抗氧化和護(hù)色性，復(fù)配酸的酸化作用，對鮮切蓮藕進(jìn)行保鮮處理，可以減少營養(yǎng)、香氣和質(zhì)量的損失，提高其抗病性。本文通過響應(yīng)面法試驗得到涂膜的優(yōu)化條件，試驗結(jié)果與前人的研究基本相同[12][16]。但復(fù)配酸在鮮切蓮藕中的使用尚未見報道。因為蓮藕含適量草酸，如果酸用量較大或使用檸檬酸，會使其風(fēng)味發(fā)生改變，直接影響感官評分。而蘋果酸的酸味柔和，且蘋果酸在中性下電離、酸性下不電離，在酸性下的殺菌能力比中性下要大很多倍[17]。

四、結(jié)論

本文探討了復(fù)配酸、異抗壞血酸鈉、殼聚糖對鮮切蓮藕的感官評分的影響，建立了二次多元回歸方程，對得到的方程進(jìn)行了響應(yīng)面圖分析，篩選出最優(yōu)涂膜條件。經(jīng)此處理的鮮切蓮藕，品質(zhì)達(dá)到最高，色澤較白，褐變輕微，有蓮藕清香，質(zhì)地較硬，表面水分明顯，失重率較小，較好保持了鮮切蓮藕的品質(zhì)。在5±1℃冷藏條件下，可保鮮10天左右。