響應(yīng)面法優(yōu)選果坯復(fù)配低硫護(hù)色保藏劑

王　菲,黃　月,黃　葦,*

(1.廣州市輕工職業(yè)學(xué)校,廣東廣州 510640;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642)

?

響應(yīng)面法優(yōu)選果坯復(fù)配低硫護(hù)色保藏劑

王菲1,黃月2,黃葦2,*

(1.廣州市輕工職業(yè)學(xué)校,廣東廣州 510640;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642)

為了解決果坯保藏期間硫用量過高,容易導(dǎo)致產(chǎn)品中殘硫超標(biāo)的問題,本文采用響應(yīng)面優(yōu)化法研究了抗壞血酸(又稱維生素C,簡稱VC)、L-半胱氨酸(L-Cys)、焦亞硫酸鈉(簡稱焦亞,分子式Na2S2O5)、檸檬酸(citric acid,簡稱CA)、檸檬酸亞錫二鈉(DSC)和乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)及其優(yōu)選因素的復(fù)配保藏液對蘋果果坯褐變的抑制效果,并在李子果坯中驗證。結(jié)果表明:各護(hù)色劑都能不同程度地抑制褐變,L-Cys、Na2S2O5、VC對褐變的抑制效果較佳;L-Cys與Na2S2O5間交互作用明顯,存在護(hù)色增效作用,Na2S2O55.00 g/L,VC2.55 g/L和L-Cys 0.40 g/L復(fù)配保藏液的護(hù)色效果與果坯生產(chǎn)常用量Na2S2O520.00 g/L的護(hù)色效果相當(dāng),顯著減少了Na2S2O5的用量,降低了成品中殘硫超標(biāo)的風(fēng)險。

涼果,褐變,低硫

涼果蜜餞是我國傳統(tǒng)特色風(fēng)味食品之一,在食品市場中占有重要地位。為保證涼果周年生產(chǎn),需要對鮮果原料進(jìn)行鹽漬、護(hù)色等預(yù)處理加工成果坯,以果坯半成品的形式保藏起來,留待后續(xù)成品加工使用。果坯的保藏目前普遍采用硫藏方法,該方法成本低廉,且具有防腐能力強(qiáng)、漂白、防褐變的作用,而國家標(biāo)準(zhǔn)僅對成品而未對半成品果坯中二氧化硫殘留進(jìn)行限制。由此帶來的問題是:為確保保藏效果,果坯生產(chǎn)中往往加入過量的亞硫酸鹽,制作成品前若脫硫不足,會導(dǎo)致成品中的二氧化硫殘留超標(biāo)[1]。

涼果蜜餞中二氧化硫殘留量超標(biāo)是當(dāng)前困擾涼果生產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。果坯的低硫保藏是解決該問題的重要途徑。目前對鮮切果蔬[2-6]及果酒[7-9]的低硫保藏已有研究,例如李冬梅研究了不同褐變抑制劑的對鮮切蘋果在4 ℃貯藏12 d期間褐變的影響[2],盧影以蘋果、梨子為試材通過研究不同護(hù)色保鮮劑對鮮切果片的保鮮效果并得到了一種低硫復(fù)合護(hù)色保鮮液結(jié)合殼聚糖涂膜處理的新型鮮切果蔬保鮮技術(shù)[4],Lee C研究了氣調(diào)包轉(zhuǎn)技術(shù)與不同護(hù)色劑對加工土豆的護(hù)色效果[5],石啟龍研究了低溫氣流膨化技術(shù)生產(chǎn)脫水蘋果的無硫技術(shù)[6],郭安鵲[7]、Fulcrand[8]等研究了葡萄酒的褐變機(jī)理并通過復(fù)配EDTA降低了硫的用量。但是果坯的相關(guān)研究還鮮見報道[10]。因此,果坯的低硫保藏研究具有重要意義。

本文主要通過研究抗壞血酸(又稱維生素C,簡稱VC)、L-半胱氨酸(L-Cys)、檸檬酸(citric acid,簡稱CA)、檸檬酸亞錫二鈉(DSC)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)、焦亞硫酸鈉(簡稱焦亞,分子式Na2S2O5)護(hù)色效果,篩選出護(hù)色效果較好的幾種因素進(jìn)行響應(yīng)面復(fù)配實驗,然后將優(yōu)選出的復(fù)配保藏液進(jìn)行應(yīng)用驗證。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

CR-410彩色色差儀日本柯尼卡美能達(dá);LRH-250型生化培養(yǎng)箱廣東省醫(yī)療器械廠;DS-1高速組織搗碎機(jī)上海標(biāo)本模型廠。

1.2實驗方法

1.2.1樣品處理為了加速實驗并消除樣品間的個體差異,采用果坯進(jìn)行打漿處理來進(jìn)行保藏液的優(yōu)選研究:蘋果去皮、去核后切成約2 mm的薄片,經(jīng)2%氯化鈣硬化12 h后瀝干水,然后以質(zhì)量比計,按照果塊∶保藏液∶食鹽=1.0∶1.0∶0.5比例混勻腌制果坯,24 h后10000 r/min高速勻漿1 min,分裝密封,定期取樣測定果坯漿的L值并計算褐變率,以篩選配方。

1.2.2實驗設(shè)計考慮到原材料的季節(jié)性和個體差異性,本文的單因素實驗和響應(yīng)面實驗采用蘋果果坯勻漿的方法進(jìn)行研究;考慮到實驗驗證周期和生產(chǎn)的需要,本文驗證實驗采取50 ℃加速破壞實驗,同時選用了蘋果果坯和涼果常用原料李子果坯進(jìn)行驗證。

1.2.2.1單因素實驗設(shè)計分別配制濃度為0.00 g/L(空白對照,CK)、0.50、1.00、3.00、5.00、10.00 g/L的VC、L-Cys、CA、DSC、EDTA-2Na、Na2S2O5保藏液,按照1.2.1的方法進(jìn)行樣品處理,定期測定L值并計算褐變率。

有研究證實乳腺癌組織中基質(zhì)金屬蛋白酶2（MMP‐2）和VEGF的表達(dá)較正常乳腺組織增高，癌細(xì)胞降解細(xì)胞外基質(zhì)、促進(jìn)上皮間質(zhì)化、激活生長因子及受體、促進(jìn)血管生成、增加血管通透性等能力較強(qiáng)，而這些與腫瘤生長、侵襲及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。范盼紅等［28］用染料木黃酮處理乳腺癌MDA‐MB‐231細(xì)胞，可觀察到染料木黃酮能顯著降低細(xì)胞的體外侵襲和遷移能力，進(jìn)一步研究結(jié)果顯示染料木黃酮可能通過抑制MMP‐2和VEGF的表達(dá)，降低乳腺癌細(xì)胞侵襲和遷移能力。

1.2.2.2響應(yīng)面實驗設(shè)計在單因素實驗基礎(chǔ)上,選擇護(hù)色效果較優(yōu)的VC、L-Cys、Na2S2O5三種保藏劑為響應(yīng)變量,以L值為響應(yīng)值,做三因素三水平的響應(yīng)面實驗設(shè)計。

表1　響應(yīng)面實驗因素水平表

1.2.3測定指標(biāo)

1.2.3.1L值的測定采用CR-410彩色色差計測定L值:稱取30.00 g混合均勻的果坯漿,置于50 mm×30 mm的固定稱量皿中,取固定白板作為底色,以白板調(diào)零,測定L值,重復(fù)測量3次,取平均值。

1.2.3.2褐變率的測定

式中,L0表示果坯漿L值的初始值,Li表示第i天果坯漿的L值。

1.2.4數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差分析。利用Box-Behnken中心組合實驗設(shè)計和響應(yīng)面分析法,借用Design Expert8.0.4軟件進(jìn)行響應(yīng)面數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)果與分析

2.1單一保藏劑對果坯漿褐變率的影響

2.1.1VC對果坯漿褐變率的影響VC不僅可以降低pH,還能螯合Cu2+,在果蔬護(hù)色方面的效果顯著[11-12]。VC對果坯漿褐變率影響的結(jié)果見圖1。

圖1　不同濃度VC處理對果坯漿褐變率的影響Fig.1　Effect of different concentration of VC on browning rate of fruit slurry

由圖1可知,在CK處理和各濃度VC處理下,果坯漿褐變率均隨貯藏時間的延長而增大。貯藏20 d后,各濃度VC處理下的果坯漿褐變率都低于7%,而CK處理下的褐變率卻增大至38%,說明VC能有效減緩褐變反應(yīng)的發(fā)生。3.00 g/L的抗褐變效果優(yōu)于其它濃度,VC濃度過高或過低均不利于護(hù)色。這可能是由于VC自身分解導(dǎo)致非酶促褐變造成的[13]。

2.1.2L-Cys對果坯漿褐變率的影響L-Cys不僅能與酚類物質(zhì)結(jié)合成無色物質(zhì),還能螯合Cu2+、替代PPO活性位點的組氨酸殘基,阻止酚類物質(zhì)的聚合,是效果非常理想的護(hù)色劑[14-15]。L-Cys對果坯漿褐變率的影響見圖2。

圖2　不同濃度L-Cys處理對果坯漿褐變率的影響Fig.2　Effect of different concentration of L-Cys on browning rate of fruit slurry

由圖2可知,各濃度L-Cys處理及對照果坯漿的褐變率均隨貯藏時間的延長而增大。貯藏20 d后,各濃度L-Cys處理下的果坯漿褐變率均低于7%,而CK處理下的褐變率增大到38%,表明其能有效減緩褐變反應(yīng)發(fā)生。0.50～5.00 g/L處理間對褐變的抑制效果差異不顯著,高濃度10.00 g/L護(hù)色能力反而下降。這可能是由于過量的L-Cys導(dǎo)致了緩慢的美拉德反應(yīng)所致。

2.1.3Na2S2O5對果坯漿褐變率的影響Na2S2O5溶液處理果蔬能起到很好的護(hù)色效果[6],但若果坯中過量使用(常用量為20 g/L Na2S2O5,即1 L水溶解20 g Na2S2O5加入1000 g果),漂洗不充分,會導(dǎo)致二氧化硫殘留超標(biāo)的問題。本實驗選用較低濃度梯度進(jìn)行實驗,結(jié)果見圖3。

圖3　不同濃度Na2S2O5處理對果坯漿褐變率的影響Fig.3　Effect of different concentration of Na2S2O5 on browning rate of fruit slurry

用Na2S2O5處理后的果坯漿褐變率隨貯藏時間的延長呈先下降后上升的趨勢,20 d后褐變率均低于CK處理下的果坯漿褐變率,說明Na2S2O5具有漂白和良好的抑制褐變作用。Na2S2O5對果坯漿褐變的抑制能力隨其濃度的加大而增強(qiáng)。

2.1.4DSC對果坯漿褐變率的影響DSC是一種毒性較低的新型護(hù)色劑,其護(hù)色原因是對PPO產(chǎn)生了抑制作用,機(jī)理可能是因為DSC螯合了酶中的Cu2+,從而導(dǎo)致其活性喪失[15-16]。如圖4所示,各濃度的DSC處理對果坯漿褐變均有抑制效果,但濃度間差異不顯著。保藏20 d后,DSC褐變率達(dá)8%左右,說明DSC能夠抑制褐變,但效果較L-Cys、Na2S2O5、VC差。

圖4　不同濃度DSC處理對果坯漿褐變率的影響Fig.4　Effect of different concentration of DSC on browning rate of fruit slurry

2.1.5EDTA-2Na對果坯漿褐變率的影響EDTA-2Na是金屬離子螯合劑,能將金屬離子螯合轉(zhuǎn)變成不活潑的物質(zhì),從而起到抑制氧化和電子傳遞的作用。在抑制酶促褐變的過程中,EDTA-2Na通過螯合PPO的活性部位的Cu2+而抑制酶的活性[15,17]。如圖5所示,EDTA-2Na處理果坯漿對褐變均有抑制效果,各濃度間差異不顯著。保藏20 d后,EDTA-2Na處理后的褐變率達(dá)到18%左右,說明EDTA-2Na均能夠抑制褐變,但抑制效果較L-Cys、Na2S2O5、VC差。

圖5　不同濃度EDTA-2Na處理對果坯漿褐變率的影響Fig.5　Effect of different concentration of EDTA-2Na on browning rate of fruit slurry

2.1.6CA對果坯漿褐變率的影響CA可以降低pH,螯合Cu2+,與抗壞血酸有協(xié)同護(hù)色效果[12,15]。如圖6所示,CA處理前期有一定的護(hù)色效果,但20 d后,褐變率與對照差異不顯著,長期護(hù)色效果不佳。

圖6　不同濃度CA處理對果坯漿褐變率的影響Fig.6　Effect of different concentration of citric acid on browning rate of fruit slurry

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化實驗設(shè)計及配方的優(yōu)選

2.2.1響應(yīng)面實驗在單因素實驗基礎(chǔ)上,本實驗選取護(hù)色效果較優(yōu)的保藏劑Na2S2O5、VC、L-Cys 3個因素,使用Design-Expert 8.0.4做三因素三水平共17個實驗點(共5個中心點)的響應(yīng)面分析實驗,具體實驗結(jié)果見表2:

表2　響應(yīng)面法優(yōu)化實驗方案及結(jié)果

經(jīng)回歸擬合后,實驗因子對響應(yīng)值的影響可用回歸方程表示為:

Y=80.23-1.19X1+0.74X2+2.33X3-0.85X2X3-1.56X1X1

從表3可知,方程的F值為20.22,F>F0.01(9,7)=6.71,說明用上述回歸方程描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系時,其因變量和全體自變量之間的線性關(guān)系顯著,即這種實驗方法是可靠的。從回歸方程各項方差的進(jìn)一步檢驗也可看出,X1、X2、X3、X2X3、X12對結(jié)果影響顯著(p<0.05),因此各具體實驗因子對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系?；貧w方程各項的方差分析結(jié)果還可以看出方程的失擬項很小p=0.0742>0.05,表明該方程對實驗擬合情況好,實驗誤差小,因此可用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。

回歸模型預(yù)測的保藏液配方為VC用量為2.55 g/L,L-Cys用量為0.40 g/L,Na2S2O5用量為5.00 g/L,其響應(yīng)值L為82.85。

表3　回歸方程各項回歸分析

注:*p<0.05,表示顯著;**p<0.01,表示極顯著。

由圖7可以看出,L-Cys和Na2S2O5響應(yīng)曲面坡度陡峭,交互作用顯著。當(dāng)L-Cys濃度一定時,L值隨Na2S2O5濃度的增大而增大。而當(dāng)Na2S2O5濃度一定時,L值隨L-Cys濃度的增大先緩慢增大后變化趨勢不明顯,在L-Cys濃度為0.20～0.40 g/L時隨濃度的增大緩慢增大,在L-Cys濃度為0.40～0.60 g/L時隨濃度的增大變化趨勢不明顯。這可能是由于L-Cys能螯合與SO2結(jié)合的醌類物質(zhì)[13],從而阻止了SO2漂白作用的可逆性[18],同時SO2與醌類物質(zhì)的可逆結(jié)合會達(dá)到平衡,所以出現(xiàn)了先緩慢增大后變化不明顯的趨勢。

圖7　Na2S2O5和L-Cys對L值影響的響應(yīng)值Fig.7　The response value on the L value of Na2S2O5 and L-Cys

2.2.2保藏保藏液配方優(yōu)選根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗證實驗:樣品放置20 d后進(jìn)行色差測定,得到的響應(yīng)值L為82.93,與理論值誤差0.96%,說明該模型能較好的預(yù)測褐變度。同時以目前生產(chǎn)常用量20.00 g/L Na2S2O5處理的果坯做對照實驗,得到的L值為83.35。經(jīng)優(yōu)化保藏液配方處理的果坯L值已接近對照,Na2S2O5用量大幅度減少為目前常規(guī)用量的四分之一,減小了成品中二氧化硫殘留超標(biāo)的風(fēng)險。

2.2.3響應(yīng)面法優(yōu)選配方在保藏過程中的應(yīng)用效果為了加速驗證優(yōu)選保藏液的應(yīng)用效果,對蘋果果坯及李子果坯進(jìn)行了50 ℃加速褐變的破壞性實驗,結(jié)果如表4、圖8的所示,處理與對照間的差異都不顯著,但Na2S2O5的用量卻從20.00 g/L降低至5.00 g/L,表明優(yōu)選的保藏液配方對果坯的褐變依然具有較好的抑制效果,推測該配方常溫條件下,在更長的時間內(nèi)可對果坯起到良好的護(hù)色保藏作用。

表4　響應(yīng)面優(yōu)選配方與20.00 g/L

圖8　響應(yīng)面優(yōu)選配方與20.00 g/LNa2S2O5 50 ℃保藏1個月的效果比較Fig.8　Comparison of response surface optimization formulaand the effect of 20.00 g/L Na2S2O5 under 50 ℃ for one moth注:a為蘋果果坯,b為李子果坯。

3　結(jié)論

為了解決果坯保藏過程中褐變及硫超量使用的問題,低硫保藏保藏劑的應(yīng)用是有效的解決途徑。本文研究表明,各護(hù)色劑都能不同程度地抑制褐變。其中,以L-Cys、Na2S2O5、VC對褐變的抑制效果較佳,L-Cys與Na2S2O5間交互作用明顯,存在護(hù)色增效作用。果坯保藏過程中Na2S2O55.00 g/L、VC2.55 g/L和L-Cys 0.40 g/L的復(fù)配保藏液能達(dá)到與生產(chǎn)常用量Na2S2O520.00 g/L相當(dāng)?shù)淖o(hù)色效果,顯著減少了Na2S2O5的用量,降低了成品中殘硫超標(biāo)的風(fēng)險。

[1]王菲,黃月,黃葦.果坯低硫保藏方法的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工:創(chuàng)新版(中),2014,15:12-14.

[2]李東梅,高紅亮,楊雪霞,等.鮮切蘋果保鮮性能研究.食品科技,2009,34(2):40-44.

[3]李慧蕓,張寶善.果汁非酶褐變的機(jī)制及控制措施.食品研究與開發(fā). 2005,26(6):145-147.

[4]盧影.鮮切果品保鮮技術(shù)研究[D].廣東:華南理工大學(xué),2010.

[5]Lee C Y,Gunes G. Color of minimally Processed Potatoes as affected by modified AtomospHere Packing and anti—browning agents[J]. J FoodSci,1997(62):572-575,582.

[5]石啟龍,張培正.脫水蘋果的非硫護(hù)色工藝研究[J].食品工業(yè)科技,2001,22(2):50-51.

[6]楊春城,古能平,侯文賢.硫處理在果蔬保鮮與加工中的利與弊[J].保鮮與加工,2004(4):37-38.

[7]郭安鵲.葡萄酒氧化褐變的機(jī)制及二氧化硫抗氧化替代物的研究[D].西安:西北農(nóng)林科技大學(xué)，2007.

[8]Fulcrand.Phenolic reactions during wine making and aging[J]. American Joural of Enology and Viticulture,2006,57(3):289-297.

[9]I Saguy.Effect of non-enzymatic browning in grapefruit juice thermal and concentration process:kineties and predietion[J]. Joumal of Food Processing and Preservation,1978:175-184.

[10]黃葦,孫遠(yuǎn)明,余小林,等.蜜李坯中二氧化硫脫除方法的研究[C].農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集第四分冊,2005:149-152.

[11]李勝元,谷向春.抗壞血酸對玫瑰香干白葡萄酒的抗氧化作用[J].釀酒科技,2006(6):65-66.

[12]覃海元,楊昌鵬.檸檬酸和異抗壞血酸鈉處理對冷藏鮮切菠蘿質(zhì)量的影響[J].食品工業(yè)科技,2006,27(8):155-159.

[13]李西海,梁文娜,劉獻(xiàn)祥.中藥研究的新模式——美拉德反應(yīng)[N].中國中醫(yī)藥報,2007年10月29日第007版.

[14]孔維寶,陸健,趙海鋒,等.L-半胱氨酸抑制多酚氧化酶的機(jī)制研究[J].食品科學(xué),2007,28(11):66-70.

[15]王清章,彭光華,金悠等.蓮藕中酚類物質(zhì)的提取分析及酶促褐變底物的研究[J].分析科學(xué)學(xué)報,2004,20(1):38-40.

[16]金定樑.檸檬酸亞錫二鈉對果蔬及其制品護(hù)色的研究[D].無錫:江南大學(xué)，2009.

[17]楊賢良. EDTA在果酒飲料中的應(yīng)用[J].軟飲料工業(yè),1997(1):37-38.

[18]周德慶,張雙靈,辛勝昌.亞硫酸鹽在食品加工中的作用及其應(yīng)用[J].食品科學(xué),2004,25(12):198-201.

Application of response surface methodology for optimization of preservable fruit with low sulfur

WANG Fei1，HUANG Yue2,HUANG Wei2,*

(1.Guangzhou Industry Technical School,Guangzhou 510640,China;>2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

In order to decrease the residue content of sulfite of preservable fruit,the color preservation technology of apple were investigated by response surface methodology and verified in plum billet. The effect of VC、L-Cys、Na2S2O5、CA、DSC、EDTA-2Na were researched. The best compound fixative was determined as follows:Na2S2O55.00 g/L,VC2.55 g/L and L-Cys 0.40 g/L. The effect of this compound fixative was equal than sulfur-containing(Na2S2O520.00 g/L). This study provided the theoretical basis and technical support for further development of low sulfur preservable fruit.

the preserved fruit;browning;low sulfur usage

2015-11-30

王菲(1986-),女,碩士,講師,研究方向:食品加工、包裝與保藏,E-mail:123856902@qq.com。

黃葦(1967-),女,教授,研究方向:食品加工、包裝與保藏,E-mail:weih007@scau.edu.cn。

國家科技支撐計劃課題(2012BAD31B03)。

TS255.36

B

1002-0306(2016)16-0308-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.052