響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合涂膜對鮮切蘋果保鮮

武晉海，張苗靖，謝甜鴿，張新麗，田雪艷，朱志強

1.山西師范大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院（太原 030000）；2.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院（哈爾濱 150000）；3.鈦和檢測認(rèn)證集團山西中譜安信質(zhì)檢技術(shù)服務(wù)有限公司（臨汾 041000）；4.國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點實驗室（天津 300384）

我國是水果生產(chǎn)大國，產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，2020年人均水果占有量達到了200 kg以上；水果富含維生素，是繼谷物后碳水化合物攝入的重要來源。鮮果采后除直接食用外，鮮切和制汁等精深加工在滿足居民多樣性消費發(fā)揮了重大的作用。特別是隨著我國農(nóng)業(yè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及人民消費水平的提高、生活節(jié)奏的明顯加快，鮮切水果產(chǎn)品逐漸形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，擁有廣闊的發(fā)展空間[1-3]。鮮切水果作為即時性食品，經(jīng)切分等加工過程后，極易變色、變味等，從而大大降低消費口感和觀感，如蘋果切分后，機械創(chuàng)傷面在空氣下祼露，真菌等微生物會快速侵入受損的蘋果組織，利用蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分而進行大量繁殖，造成品質(zhì)不斷下降，加速腐爛。如何抑制鮮切果蔬貯藏期品質(zhì)的快速下降，篩選適宜的保鮮處理方式，減少其損失，對指導(dǎo)生產(chǎn)減損具有十分重要的意義。

殼聚糖常用于水果采后涂膜保鮮加工處理，但其不溶于水，需醋酸等酸性溶劑溶解，會對鮮切果蔬的風(fēng)味產(chǎn)生不利的影響[4]。殼寡糖為低聚殼聚糖，具有水溶性極佳、成膜性良好且防腐抗菌能力優(yōu)越的特點，同時它安全無毒、食用后不會對人體造成不良影響，在果蔬涂膜保鮮的應(yīng)用中，是殼聚糖的良好替代品。目前，殼寡糖在果蔬如草莓[5-7]、梨果采后保鮮已有研究，對果蔬涂膜后的失重率、硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量及貯藏品質(zhì)的下降抑制作用顯著[8-9]。將殼寡糖作用于鮮切果蔬并對果蔬貯藏品質(zhì)影響的研究鮮有報道。乳酸菌素常用作食品天然防腐劑，多用于部分肉制品的防腐[10]，可以抑制食品中一些致病、致腐的革蘭氏陽性菌，如霉菌等。茶多酚（SA）普遍存在于植物中，可明顯抑制果蔬產(chǎn)生乙烯，有助于抵抗微生物，最終改善果實品質(zhì)[11-14]，在櫻桃、辣椒等上有研究效果顯著。文章將以山西省吉縣蘋果為原料，采用可食用的乳酸菌素、殼寡糖、茶多酚三種天然防腐劑復(fù)合使用，以多酚氧化酶活性、黃酮、失重率為檢測指標(biāo)，經(jīng)單因素試驗后，通過響應(yīng)面法優(yōu)化三種試劑復(fù)合處理后對鮮切蘋果的保鮮效果，避免單一使用無法較全面地解決果蔬保鮮過程中的污染問題[15-18]，以期為鮮切蘋果貯藏期防腐保鮮提供優(yōu)化方案，促進鮮切果蔬消費。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

蘋果（山西省吉縣）；蒸餾水，無水乙醇、磷酸緩沖液（pH 6.4）、鄰苯二酚、三氯化鋁、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、次氯酸（分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司）；乳酸菌素、殼寡糖、茶多酚等均為食品級（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；聚乙烯（PE）保鮮膜（食品級，4 μm），超市購買。

1.2 儀器與設(shè)備

FA1204B分析天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司）；TGL-16C離心機（上海安亭科學(xué)儀器廠）；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州天瑞儀器有限公司）；UV-5100B紫外分光光度計（上海元析儀器有限公司）。

2 試驗方法

2.1 蘋果復(fù)合涂膜工藝

新鮮蘋果→清洗消毒→切片→浸泡上膜→自然風(fēng)干成膜→裝袋→真空封口→4 ℃冰箱中儲藏

2.2 單因素試驗

2.2.1 不同濃度殼寡糖對多酚氧化酶活性的影響

定量稱取殼寡糖，分別配制1%，15%和2%的殼寡糖溶液，攪拌至充分溶解，將挑選好的蘋果進行清洗消毒，切片，再將挑選好的蘋果片進行各濃度梯度保鮮涂膜處理浸泡5 min。待涂層自然風(fēng)干，以保鮮膜封裝，放入4 ℃貯藏，以水處理作為空白對照。開始貯藏后，每隔一天取出樣品進行多酚氧化酶活性的測定，考察不同濃度殼寡糖對多酚氧化酶活性的影響。

2.2.2 不同濃度乳酸菌素對多酚氧化酶活性的影響

定量稱取乳酸菌素，分別配制0.005%，0.01%和0.15%的乳酸菌素溶液，攪拌至充分溶解，將挑選好的蘋果進行清洗消毒，切片，再將挑選好的蘋果片進行各濃度梯度保險涂膜處理浸泡5 min，待涂層自然風(fēng)干后，以保鮮膜裝袋，放入4 ℃貯藏，以水處理作為空白對照。開始貯藏后，每過一天取出樣品進行多酚氧化酶活性的測定，考察不同濃度乳酸菌素對多酚氧化酶活性的影響。

2.2.3 不同濃度茶多酚對多酚氧化酶活性的影響

定量稱取茶多酚，分別配制1%，1.5%和2%的茶多酚溶液，攪拌至充分溶解，將挑選好的蘋果進行清洗消毒，切片，再將挑選好的蘋果片進行各濃度梯度保險涂膜處理浸泡5 min，待涂層自然風(fēng)干后，以保鮮膜裝袋，放入4 ℃貯藏，以水處理作為空白對照。開始貯藏后，每過一天取出樣品進行多酚氧化酶活性的測定，考察不同濃度茶多酚對多酚氧化酶活性的影響。

2.3 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken進行試驗設(shè)計[10]。以殼寡糖、乳酸菌素、茶多酚三個影響因素為自變量，每個因素取三個水平，以多酚氧化酶活性、黃酮、失重率為響應(yīng)值，試驗因素水平及編碼設(shè)計見表1。通過軟件Design-Expert 8.0.6對結(jié)果進行分析，建立二次回歸方程，優(yōu)化后得到數(shù)學(xué)模型。

表1 響應(yīng)面因素水平表 單位：%

2.4 測定指標(biāo)

2.4.1 PPO活性

將樣品1 min內(nèi)所測吸光度的0.01改變記為一動態(tài)活力單位（U）。配制酶提取液，并與磷酸緩沖液、鄰苯二酚混合，在420 nm波長處測定反應(yīng)混合液的吸光度（A）的變化并記錄，以磷酸緩沖液調(diào)零，酶活力按式（1）計算。

式中：t為反應(yīng)時間，min；W為所取鮮果質(zhì)量，g。

2.4.2 總黃酮

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[19]，確定適宜濃度范圍，吸取樣液或標(biāo)準(zhǔn)溶液于容量瓶中，加入蒸餾水、亞硝酸鈉溶液、鋁鹽溶液，搖勻放置，加入氫氧化鈉溶液，搖勻后用蒸餾水定容，測定500 nm吸光度（A500）。樣品總黃酮含量以鮮質(zhì)量計。

2.4.3 失重率

采用稱重法測定。失重率按式（2）計算。

式中：m1為貯藏前樣品質(zhì)量，g；m2為不同貯藏期的樣品質(zhì)量，g。

2.5 數(shù)據(jù)處理

利用Design-Expert軟件（Version 8.05 Stat-Ease Inc.MN，USA）對響應(yīng)面試驗結(jié)果進行線性回歸和方差分析（P＜0.05）。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗結(jié)果

3.1.1 不同濃度殼寡糖對鮮切蘋果中多酚氧化酶活性的影響

由圖1可知：隨著貯藏時間的延長，鮮切蘋果的多酚氧化酶活性均呈上升趨勢，3 d后，CK，1%和2%濃度處理增加趨勢明顯增加，第6天時上升至最大值293，205和147 U。1.5%殼寡糖處理的蘋果，多酚氧化酶活性上升趨勢變緩慢且低于其他水平，第6天時上升至121 U，說明濃度的增加抑制多酚氧化酶活性作用增強。其中，1.5%濃度的殼寡糖溶液處理的蘋果多酚氧化酶活性最低。第7天后均呈現(xiàn)出下降趨勢，可能是因為適宜濃度的殼寡糖抑制了蘋果的呼吸作用[20]，從而使多酚氧化酶活性低于CK及其他處理，從而保持了蘋果品質(zhì)?？梢?，殼寡糖在鮮切蘋果的保鮮過程中濃度不宜過大，否則降低使用效果。

圖1 不同濃度殼寡糖處理對鮮切蘋果多酚氧化酶活性的影響

3.1.2 不同濃度乳酸菌素對鮮切蘋果中多酚氧化酶活性的影響

如圖2所示：不同濃度乳酸菌素處理過的鮮切蘋果隨著貯藏時間的延長，多酚氧化酶活性不斷上升，第6天時達到最大值293，232，138和120 U，與CK相比，乳酸菌素溶液處理組多酚氧化酶活性呈較低水平，尤其0.01%濃度下乳酸菌素溶液組活性最低。此外，第6天后，各組均處于下降的趨勢，下降趨勢為CK＞0.005%＞0.015%＞0.01%。由上可知，由益生菌代謝產(chǎn)生的乳酸菌素表現(xiàn)出了明顯的抑菌效果，其中0.01%抑制效果最明顯，從而對鮮切蘋果組織起到了保鮮、抗氧化作用。

圖2 不同濃度乳酸菌素處理對鮮切蘋果多酚氧化酶活性的影響

3.1.3 不同濃度茶多酚對鮮切蘋果中多酚氧化酶活性的影響

圖3表明：貯藏期間，多酚氧化酶活性呈不斷上升趨勢，CK，1%和2%濃度處理貯藏至第6天時上升至最大值293，222和144 U，且各濃度茶多酚處理下鮮切蘋果中多酚氧化酶活性均低于CK，增長趨勢也較為平緩。其中以1.5%溶液處理后的多酚氧化酶活性最低，第6天時上升至121 U，這與茶多酚的抑菌性密不可分[21]，極大程度上保持了蘋果的品質(zhì)。此外，從圖3變化趨勢來看，1.5%濃度茶多酚處理的蘋果中多酚氧化酶活性在第7天仍然呈增長趨勢，而2%濃度茶多酚處理的蘋果中多酚氧化酶活性呈下降趨勢。

圖3 不同濃度茶多酚處理對鮮切蘋果多酚氧化酶活性的影響

3.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

3.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken設(shè)計試驗，依據(jù)響應(yīng)面試驗設(shè)計分別測定不同配比濃度下鮮切蘋果的失重率、多酚氧化酶活性、總黃酮含量，結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

3.2.2 回歸模型建立及顯著性檢驗

利用Design-Expert軟件對表2中的試驗數(shù)據(jù)進行二次多項回歸擬合，3個因變量失重率（Y1）、多酚氧化酶活性（Y2）、總黃酮（Y3）經(jīng)過擬合，得到回歸方程，如式（3）~（5）所示。

結(jié)果顯示，失重率（Y1）、多酚氧化酶活性（Y2）、總黃酮（Y3）3個響應(yīng)值可通過線性模型進行擬合，對響應(yīng)值建立的模型的決定系數(shù)R2分別為0.954 6，0.978 5和0.968 3，說明線性模型對上述3項檢測指標(biāo)響應(yīng)值隨乳酸菌素、茶多酚、殼寡糖三個自變量變化趨勢的擬合度都較好，校正系數(shù)，失重率Radj2=0.933 7，多酚氧化酶活性Radj2=0.917 5、總黃酮Radj2=0.957 5，說明所選因素模型擬合度良好，可用于推測試驗結(jié)果；多酚氧化酶活性變異系數(shù)（C.V.）= 9.13、總黃酮變異系數(shù)（C.V.）=5.77，說明模型重現(xiàn)性好。

3.2.3 因素分析

各配方的失重率、多酚氧化酶活性、總黃酮含量的回歸模型方差分析結(jié)果見表3~表5。

表3 失重率回歸模型方差分析

表4 多酚氧化酶活性回歸模型方差分析

表5 總黃酮回歸模型方差分析

涂膜處理在一定程度上降低了鮮切蘋果貯藏期間的蒸騰作用，減少了果實水分的損失，不同涂膜處理的果實水分損耗程度不同[22]。從表3可以看出：根據(jù)F值大小可對A、B、C三種涂膜材料對失重率的影響排序：A＞B＞C，即乳酸菌素＞茶多酚＞殼寡糖；因素A對失重率有極顯著影響，P＜0.01，差異極顯著，失擬項P=0.056 6，差異不顯著，這說明試驗誤差較小，一次項A的P值小于0.01，達到了極顯著水平，交互項AB的P值＜0.05，達到了顯著水平；A2、B2達到顯著水平。

從表4可以看出：根據(jù)F值的大小可知A、B、C三種涂膜材料對多酚氧化酶活性的影響排序為C＞A＞B，即殼寡糖＞乳酸菌素＞茶多酚；因素C對失重率有極顯著影響，P＜0.000 1，失擬項P=0.453 1，差異不顯著，這說明試驗誤差較小，一次項C的P值＜0.01，達到了極顯著水平，交互項AB的P值＜0.05；A2、B2、C2的P＜0.01，達到了極顯著水平。

從表5可以看出：根據(jù)F值的大小可知A、B、C三種涂膜材料對總黃酮的影響排序為A＞C＞B，即乳酸菌素＞茶多酚＞殼寡糖；因素B、C對總黃酮有顯著影響，因素A對總黃酮有極顯著影響，交互項AC及二次項A2、B2、C2的P值＜0.01，達到了極顯著水平。

3.2.4 響應(yīng)面分析

響應(yīng)面坡度陡峭程度和等高線圖足夠反映各因素對各指標(biāo)的影響，坡度陡峭程度和等高線的形狀均可反映出各交互作用的顯著性。兩因素交互項的三維圖越陡峭，等高線呈橢圓則表明這兩因素的交互項對響應(yīng)面的影響越顯著，反之，等高線近似圓形，則說明兩要素交互作用不明顯，相互影響較小[23-26]。

3.2.4.1 失重率

由圖4可知，AB的等高線圖為橢圓，說明交互作用對失重率的影響較大，在凹點處，失重率達到最低，保鮮效果最佳?；貧w方程模型的方差分析結(jié)果與響應(yīng)面圖反映的各因素之間交互作用結(jié)果一致。

圖4 各因素交互作用對失重率影響的響應(yīng)面圖

3.2.4.2 多酚氧化酶活性

從圖5可以看出，AB的等高線圖為橢圓形，AB的交互作用對多酚氧化酶活性影響顯著。回歸方程模型的方差分析結(jié)果與響應(yīng)面圖反映的各因素之間交互作用結(jié)果一致。

圖5 各因素交互作用對多酚氧化酶活性影響的響應(yīng)面圖

3.2.4.3 總黃酮含量

由圖6可知，AC的等高線圖為橢圓形，AC交互作用顯著。回歸方程模型的方差分析結(jié)果與響應(yīng)面圖反映的各因素之間交互作用結(jié)果一致。

圖6 各因素交互作用對總黃酮含量影響的響應(yīng)面圖

3.3 響應(yīng)面法優(yōu)化涂膜條件的預(yù)測及驗證

根據(jù)所得響應(yīng)面數(shù)據(jù)，對上述3個多元回歸方程用Design-Expert 8.0.6軟件擬合優(yōu)化，得到最優(yōu)的涂膜條件：（1）乳酸菌素0.008 976%、茶多酚1.496%、殼寡糖1.602 5%，預(yù)測多酚氧化酶的氧化活性21.330 U；（2）乳酸菌素0.014 3%、茶多酚1.534 5%、殼寡糖1.5%，失重率4.518%；（3）乳酸菌素0.010 75%、茶多酚1.630 5%、殼寡糖1.573%，總黃酮6.155%。為便于實際試驗的可操作性，修整其工藝：乳酸菌素0.01%，茶多酚1.5%，殼寡糖1.5%，在此優(yōu)化條件下進行3次平行驗證試驗，失重率4.62%，多酚氧化酶活性19.75 U、總黃酮5.98%，與預(yù)測值相差不大，表明該配方可行。

4 結(jié)論

試驗對鮮切蘋果涂膜保鮮進行了研究，采用單因素試驗及響應(yīng)面試驗，確定了復(fù)合涂膜的最佳配方：乳酸菌素0.01%，茶多酚1.5%，殼寡糖1.5%。此優(yōu)化配方條件降低了失重率和多酚氧化酶活性、提高了總黃酮含量，復(fù)合涂膜處理對鮮切蘋果具有更好的保鮮效果。此研究結(jié)果將為鮮切蘋果的貯藏保鮮提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，復(fù)合涂膜在鮮切果蔬保鮮方面具有廣闊的應(yīng)用前景。