鮮切菠蘿復(fù)合保鮮劑配方優(yōu)化及其保鮮效果研究

廖興梅，邱 葉，王曉敏，萬如風(fēng)，邢亞閣，劉曉翠，許青蓮

（1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川 成都 610039；2.宜賓西華大學(xué)研究院食品非熱技術(shù)重點實驗室,四川 宜賓 644000）

菠蘿是世界上第3 大種植熱帶水果，僅次于香蕉和柑橘[1]。其因香味獨特、口感酸甜和營養(yǎng)價值豐富，而備受消費者的喜愛。近年來，由于消費者對新鮮、健康食品需求的增加，在世界范圍內(nèi)對最低加工菠蘿的消費也穩(wěn)步增加。鮮切菠蘿是經(jīng)過清洗、去皮、取芯和切片等輕度加工環(huán)節(jié)，再經(jīng)包裝后供給消費者食用的一種即食產(chǎn)品[2]。這既免去了消費者在食用前的繁瑣操作，又具有方便、營養(yǎng)安全等特點，因此受到廣大消費者的青睞。然而，由于微加工制備程序會使菠蘿的組織細胞遭到破壞，促使水分和揮發(fā)物與周圍環(huán)境的交換，導(dǎo)致鮮切菠蘿顏色、質(zhì)地和風(fēng)味的劣變，從而降低鮮切菠蘿的商品價值[3]。因此，提高鮮切菠蘿的貯藏品質(zhì)，推廣新型保鮮技術(shù)已迫在眉睫。

可食性涂膜保鮮技術(shù)被認為是改善果蔬品質(zhì)最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，是一種安全、環(huán)保、成本低廉和操作簡便的方法。相關(guān)研究[4]表明，復(fù)合涂膜比單一涂膜保鮮效果更好，使其逐漸成為廣大學(xué)者的研究熱點。海藻酸鈉是一種天然多糖，具有濃縮溶液、形成凝膠和成膜的能力，能延長鮮切果蔬的貨架期。然而，單一的海藻酸鈉涂膜存在抗菌性能和抗氧化效果差的缺點，因此考慮到其獨特的膠體性質(zhì)，可與其他材料進行復(fù)配，形成保護屏障[5]。檸檬酸是一種能與異抗壞血酸、赤酸及其中性鹽起到螯合劑作用的有機酸，可提供酸性環(huán)境，使其達到殺菌防腐、防褐變和穩(wěn)定品質(zhì)等作用，從而延長鮮切果蔬貨架期[6-7]。異抗壞血酸鈉具有強烈的還原作用，是一種安全有效的抗氧化防腐劑，被廣泛用于抑制鮮切茄子和鮮切桃等鮮切農(nóng)產(chǎn)品的褐變[8-9]。雖然將海藻酸鈉、檸檬酸和異抗壞血酸鈉單獨使用時對果蔬貯藏有一定的保鮮效果；但仍有一定局限性，而將海藻酸鈉、檸檬酸和異抗壞血酸鈉復(fù)合使用，三者可產(chǎn)生協(xié)同作用，提高貯藏效果。

目前，關(guān)于上述三者的復(fù)合保鮮劑應(yīng)用于鮮切菠蘿的研究還未見報道。因此，本研究以鮮切菠蘿為原料，研究不同濃度的海藻酸鈉、檸檬酸和異抗壞血酸鈉處理對鮮切菠蘿貯藏品質(zhì)的影響，通過單因素和響應(yīng)面試驗優(yōu)化后得到復(fù)合保鮮劑的最佳配比，以期解決鮮切菠蘿失重、褐變、腐敗和涂膜保鮮劑產(chǎn)品單一等問題，并為鮮切菠蘿的加工及貯藏保鮮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取成熟度一致（八成熟）、無病蟲害和無機械損傷的甜蜜蜜菠蘿（臺農(nóng)16 號）作為試驗原料，產(chǎn)地為海南海口。主要試劑有海藻酸鈉（食品級，連云港天天海藻工業(yè)有限公司）、檸檬酸（食品級，山東濰坊英軒實業(yè)有限公司）、D-異抗壞血酸鈉（食品級，山東諸城華源生物科技有限公司）。氫氧化鈉、酚酞、偏磷酸、碳酸氫鈉、2,6-二氯靛酚、抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品等均為分析純，所有試劑均購于成都科隆化學(xué)品有限公司。其他材料還有市售不銹鋼水果刀、砧板、標(biāo)簽紙等。

1.2 儀器與設(shè)備

DigiEye 數(shù)字電子眼，上海韻鼎國際貿(mào)易有限公司；TA-XT PLUS 質(zhì)構(gòu)儀，Stable Micro Syste；A610 數(shù)字阿貝折射儀，海能（濟南）儀器；UV240 紫外可見分光光度計，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 鮮切菠蘿的預(yù)處理

工藝流程：菠蘿→挑選→去皮目→切片→涂膜處理→瀝干→包裝→貯藏。

用專用菠蘿刀將菠蘿切頭去尾，削外皮，斜削，邊削邊旋削除芽眼，沿軸心平均切成四半，再分別切成1 cm 厚大小均勻的扇形菠蘿片，切好的菠蘿放在1%（質(zhì)量分數(shù)）食鹽水中暫存，供后續(xù)實驗使用。

1.3.2 鮮切菠蘿單因素實驗設(shè)計

采用不同濃度的海藻酸鈉溶液（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%，以下均為質(zhì)量分數(shù)）、檸檬酸溶液（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）、異抗壞血酸鈉溶液（0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%）對鮮切菠蘿進行浸泡處理2 min，空白對照組不做處理，瀝干后放入帶蓋PP 塑料包裝盒中，蓋好蓋后置入4 ℃冷庫中冷藏，保藏10 d（處理組間變化明顯）后取出，測定樣品的失重率和L*值，以確定海藻酸鈉、檸檬酸、異抗壞血酸鈉的最佳濃度范圍。

1.3.3 鮮切菠蘿保鮮的響應(yīng)面優(yōu)化試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取海藻酸鈉、檸檬酸、異抗壞血酸鈉作為響應(yīng)因子，以貯藏10 d 后的失重率、L*值為響應(yīng)值，對每個因素的低、中、高水平分別以-1、0、1 進行編碼，進行3 因素3 水平響應(yīng)面試驗設(shè)計（見表1）。根據(jù)Box-Behnken Design（BBD）設(shè)計原理通過Design-Expert.V8.0.6 軟件進行數(shù)據(jù)分析，建立回歸模型，確定可食性復(fù)合涂膜的最佳配比。

表1 響應(yīng)面設(shè)計因素及水平表

1.4 鮮切菠蘿指標(biāo)測定方法

1.4.1 失重率

采用稱量法，按以下公式進行計算：

失重率=（貯藏前質(zhì)量-貯藏后質(zhì)量）/貯藏前質(zhì)量×100%。

1.4.2L*值的測定

參考周中帆等[10]的方法，選取鮮切菠蘿的5 個不同位置進行測定，記錄L*值（亮度值）。

1.4.3 可溶性固形物

采用數(shù)字阿貝折射儀測定，稱取10.0 g 鮮切菠蘿進行研磨和四層紗布過濾，取少量果汁置于折射儀上，得到可溶性固形物的百分比，取平均值。

1.4.4 可滴定酸

參考《果蔬采后生理生化實驗指導(dǎo)》[11]中的酸堿中和滴定法進行測定，結(jié)果以檸檬酸的系數(shù)進行計算。

1.4.5 抗壞血酸

參考方宗壯等[12]的方法，采用2,6-二氯靛酚滴定法測定，單位為mg/100 g。

1.4.6 菌落總數(shù)

參考GB 4789.2—2016，采用平板計數(shù)法進行計算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本文采用IBM SPSS Statistics 22 軟件對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，并用OriginPro 8.5 和Design-Expert 8.05 軟件對數(shù)據(jù)進行作圖和分析。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（n=3）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 海藻酸鈉添加量對鮮切菠蘿保鮮效果的影響

由圖1 可知，隨著海藻酸鈉添加量的增加，鮮切菠蘿的失重率呈現(xiàn)先下降而后緩慢上升的趨勢，其L*值呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。其中，鮮切菠蘿經(jīng)添加量為0.75%的海藻酸鈉溶液處理后，失重率達到最小，為4.53%，保鮮效果最好。同時，鮮切菠蘿的L*值最大，為68.82，褐變程度最小。但當(dāng)添加量＞0.75%時，失重率和L*值呈逐漸上升和下降的趨勢。這是因為經(jīng)過適量的海藻酸鈉溶液處理后，鮮切菠蘿表面會形成一層保護膜，在膜內(nèi)形成低氧高二氧化碳的微氣調(diào)環(huán)境，從而有效減少水分揮發(fā)和營養(yǎng)流失[13]。但涂膜過厚會使鮮切菠蘿產(chǎn)生無氧呼吸，增大糖分消耗量，內(nèi)部發(fā)酵產(chǎn)生酒精，使其成熟腐敗加速[14]。因此，本文選擇海藻酸鈉的添加量為0.5%～1%進行響應(yīng)面實驗。

圖1 海藻酸鈉添加量對鮮切菠蘿的保鮮效果

2.1.2 檸檬酸添加量對鮮切菠蘿保鮮效果的影響

檸檬酸是一種酸化劑，可以降低溶液PH。一定濃度的檸檬酸可抑制PPO 活性，從而達到防褐變的目的[15]。由圖2 可知，檸檬酸的添加量為0.15%時，失重率最低且L*值最高，失重率最低為6.73%，L*值最高為65.12。當(dāng)檸檬酸的添加量過高時，鮮切菠蘿出現(xiàn)失水過多皺縮和褐變加重的現(xiàn)象，失重率升高，L*值相應(yīng)降低。雖然檸檬酸有3 個羧基，具有很強的螯合金屬離子的能力，可作用于多酚氧化酶的銅輔基[16]。但當(dāng)檸檬酸添加量＞0.15%時，溶液的PH 太低，導(dǎo)致檸檬酸與發(fā)生褐變過程的關(guān)鍵酶PPO 中金屬離子的螯合作用達到了飽和狀態(tài)，從而護色效果也較弱[17]。綜合考慮，本文選擇檸檬酸的添加量范圍為0.1%～0.2%。

圖2 檸檬酸添加量對鮮切菠蘿的保鮮效果

2.1.3 異抗壞血酸鈉添加量對鮮切菠蘿保鮮效果的影響

由圖3 可知，隨著異抗壞血酸鈉添加量的增加，鮮切菠蘿的失重率呈現(xiàn)先下降而后緩慢上升的趨勢，其L*值呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。異抗壞血酸鈉添加量在1%時，鮮切菠蘿的失重率和L*值分別達到最低和最高，分別是5.36%和66.11。異抗壞血酸鈉具有抗氧化性，將酮類物質(zhì)還原成酚類，防止醌類物質(zhì)聚合成黑色素。同時，經(jīng)異抗壞血酸鈉處理的鮮切菠蘿表面可形成一層隔離膜，可有效減少氧氣的滲入[18]。但當(dāng)添加量大于1%時，鮮切菠蘿的失重率和L*值隨添加量的增加分別呈緩慢上升和緩慢下降趨勢，品質(zhì)逐漸劣變。這主要是由于異抗壞血酸鈉的添加量達到1%后，異抗壞血酸鈉作為強還原劑將醌還原為酚的同時，自身被氧化為脫氫抗壞血酸從而導(dǎo)致對鮮切菠蘿的護色能力減弱[19]。綜上所述，本文選擇0.75%～1.25%進行響應(yīng)面試驗。

圖3 異抗壞血酸鈉添加量對鮮切菠蘿的保鮮效果

2.2 鮮切菠蘿涂膜保鮮劑的響應(yīng)面優(yōu)化試驗

2.2.1 Box-Benhnken 試驗設(shè)計方案及試驗結(jié)果

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取海藻酸鈉添加量（A）、檸檬酸添加量（B）和異抗壞血酸鈉添加量（C）為自變量，失重率（Y1）和L*值（Y2）作為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面中的Box-Behnken 設(shè)計試驗對保鮮劑進行優(yōu)化，并進行多元回歸擬合。其試驗方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面實驗方案及結(jié)果

2.2.2 多元回歸模型分析

通過Design-expert 8.0.6 軟件對試驗結(jié)果進行多元回歸擬合分析，得到以失重率為評價指標(biāo)的回歸方程為：

由表3 可知，該模型回歸極顯著（P＜0.01），說明該模型對失重率有顯著意義。失擬項用來表示所用模型與試驗擬合的程度，即二者的差異程度[20]。該模型的失擬項不顯著（P＞0.05），表明擬合度較好。校正決定系數(shù)R2adj=968 3，說明該模型能解釋96.83%響應(yīng)值的變化。離散系數(shù)（C.V.=2.17%）在可接受范圍內(nèi)，模型可信度較高。其中，A、AC、A2、B2和C2對失重率的影響極顯著（P＜0.01），B、C和AB對失重率的影響顯著（P＜0.05），而BC對失重率的影響不顯著（P＞0.05）。從一次項A、B、C的F值大小可判斷各因素對鮮切菠蘿失重率的影響大小，得出各試驗因素對鮮切菠蘿失重率的影響順序為A＞C＞B，即海藻酸鈉＞異抗壞血酸鈉＞檸檬酸。

表3 失重率回歸模型方差分析

通過Design-expert8.0.6 軟件對試驗結(jié)果進行多元回歸擬合分析，得到以L*值為評價指標(biāo)的回歸方程為：

由表4 可知，該模型回歸極顯著（P＜0.01），因變量與所考察自變量之間的線性關(guān)系顯著（R2=0.969 7），失擬項不顯著（P＞0.05），表明方程的擬合度較高。較低的離散系數(shù)（C.V.=0.60%）也說明整個實驗具有較好的精確度和可靠性。該模型的調(diào)整復(fù)相關(guān)系數(shù)（R2adj=0.930 6）接近1，說明該模型能解釋93.06%響應(yīng)值的變化，且變量之間的線性相關(guān)性好。因此，該試驗結(jié)果可靠性高，所得的二次回歸方程能夠?qū)*值進行準(zhǔn)確的預(yù)測。AC、A2、B2和C2對L*值的影響極顯著（P＜0.01），A、B、C和BC對L*值的影響顯著（P＜0.05），而AB對L*值的影響不顯著（P＞0.05）。從一次項A、B、C的F值大小可判斷各因素對鮮切菠蘿L*值的影響大小，得出各試驗因素對鮮切菠蘿L*值的影響順序為B＞A＞C，即檸檬酸＞海藻酸鈉＞異抗壞血酸鈉。

表4 L*值回歸模型方差分析

2.2.3 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸分析的結(jié)果，用Design-expert8.0.6 軟件進行優(yōu)化分析，得到等高線和交互作用圖。從圖4 以看出，AB和AC失重率的等高線分布密集，且均為橢圓形，說明海藻酸鈉和檸檬酸、異抗壞血酸的兩兩交互作用顯著，對鮮切菠蘿保持水分方面具有協(xié)同作用[21]。響應(yīng)面開口向上，響應(yīng)值存在最小值。其中海藻酸鈉分別與檸檬酸和異抗壞血酸的曲面比檸檬酸和異抗壞血酸的曲面更較陡，說明海藻酸鈉對鮮切菠蘿的失重率影響較大，與方差分析結(jié)果一致。同理，由圖5 可知，異抗壞血酸鈉與海藻酸鈉和檸檬的交互作用明顯。響應(yīng)面開口向下，響應(yīng)值存在最大值。異抗壞血酸鈉的曲面比另外兩種保鮮劑的曲面更較陡，說明異抗壞血酸鈉對鮮切菠蘿的L*值的影響較大。

圖4 各因素交互作用對鮮切菠蘿失重率的影響

圖5 各因素交互作用對鮮切菠蘿L*值的影響

2.2.4 驗證實驗

根據(jù)響應(yīng)面試驗結(jié)果，得到模型預(yù)測鮮切菠蘿的最佳涂膜保鮮劑配方：海藻酸鈉添加量為0.78%，檸檬酸添加量為0.16%，異抗壞血酸鈉添加量為1.03%，且在此條件下預(yù)測得到鮮切菠蘿的失重率為4.59%，L*值為69.36。選取此最佳復(fù)合涂膜保鮮劑進行驗證，經(jīng)過3 次重復(fù)試驗得到鮮切菠蘿的平均失重率為4.93%，平均L*值為69.62，預(yù)測值與試驗值吻合度分別為93.10%、99.63%，誤差均在7%以內(nèi)，與回歸方程預(yù)測值接近，說明該模型可較準(zhǔn)確反映出復(fù)合保鮮劑對鮮切菠蘿的保鮮效果。

2.2.5 涂膜保鮮劑對鮮切菠蘿的保鮮效果

得到的最優(yōu)涂膜配方后，對鮮切菠蘿進行涂膜處理與對照處理，測定對比兩組的品質(zhì)指標(biāo)和微生物指標(biāo)，結(jié)果如表5 所示。可以得出涂膜后的鮮切菠蘿的指標(biāo)均顯著（P＜0.05）優(yōu)于對照組，說明經(jīng)涂膜處理的鮮切菠蘿不僅可以延緩微生物的生長，同時在營養(yǎng)指標(biāo)方面也有所提升。

表5 涂膜組與對照組鮮切菠蘿的保鮮效果對

3 結(jié)論

以鮮切菠蘿為研究對象，選取海藻酸鈉、檸檬酸、異抗壞血酸鈉添加量為實驗因子，以失重率和L*值為響應(yīng)值，在單因素實驗的基礎(chǔ)上采用Box-Behnken 響應(yīng)面優(yōu)化，獲得最佳配方為：海藻酸鈉添加量為0.78%，檸檬酸添加量為0.16%，異抗壞血酸鈉添加量為1.03%，在此條件下，鮮切菠蘿的失重率為4.93%，L*值為69.62。此外，驗證實驗結(jié)果表明，涂膜組的品質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于對照組，保鮮效果明顯提升。通過復(fù)合保鮮劑涂膜的處理方式延緩了鮮切菠蘿的腐爛，較好保持了鮮切菠蘿的品質(zhì)，可為鮮切菠蘿的貯藏與保鮮提供技術(shù)參考。