正交試驗(yàn)法優(yōu)化軟包裝蓮藕片護(hù)色工藝

楊 松，伍玉菡，陳 敏，宋亞瓊

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽合肥 230031)

蓮藕是一種多年生宿根水生草本植物，又被稱為英渠、水芙蓉、荷、藕、澤芝等。蓮藕多為人工栽培，主要種植區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)江中下游地區(qū)，其中以湖北和江蘇種植面積較大，鄂蓮系列的蓮藕品種也是優(yōu)良蓮藕品種之一[1-2]。蓮藕是深受人們喜愛的一種蔬菜，其口感爽脆、營養(yǎng)成分豐富，富含淀粉、蛋白質(zhì)和多種礦物質(zhì)元素[3]。蓮藕因水分含量高，多酚氧化酶活性高，導(dǎo)致其貯藏與加工困難，困擾蓮藕貯藏與深加工的最主要問題就是褐變[4]。

果蔬褐變主要分為酶促褐變和非酶促褐變兩大類。有研究表明，蓮藕的褐變主要是由酶促褐變引起的，其細(xì)胞組織內(nèi)的酚類物質(zhì)在多酚氧化酶的作用下被氧化為醌類化合物，而醌類物質(zhì)進(jìn)一步聚合形成黑色素[5]。在果蔬護(hù)色方面，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作。吳立根等[6]研究了濃縮蘋果原汁的護(hù)色工藝。結(jié)果表明，抗壞血酸和檸檬酸的混合溶液對(duì)濃縮蘋果原汁具有很好的護(hù)色效果。吳本剛等[7]研究了催化式殺青法對(duì)萵苣中過氧化物酶(POD)、VC及色澤等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，催化式紅外殺青法能有效降低POD酶活力，較好地保持產(chǎn)品色澤。然而，隨著食品工業(yè)的發(fā)展，護(hù)色劑種類的增加和國家關(guān)于食品添加劑政策法規(guī)的變化，前期的研究結(jié)論并不能完全滿足現(xiàn)在加工企業(yè)的需求和國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

筆者選擇4種符合現(xiàn)階段食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)要求的護(hù)色劑，采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化其護(hù)色配方，旨在為抑制蓮藕貯藏和加工過程中褐變提供參考。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1原料與主要試劑。鄂蓮6號(hào)蓮藕，由安徽省舒城縣舒豐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限責(zé)任公司提供。檸檬酸亞錫二鈉(食品級(jí))，博野縣邦恩食品輔料有限公司；焦亞硫酸鈉(食品級(jí))，上?？颠_(dá)食品工程有限公司；植酸(食品級(jí))，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；EDTA二鈉(食品級(jí))，汕頭市金沙化工廠有限公司。

1.1.2主要儀器與設(shè)備。CR-400型色差儀，美國柯尼卡美能達(dá)公司；DZ-500/2S型真空包裝機(jī)，上海阿凡佬包裝機(jī)械廠；JA1003B型電子天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司；C21-RT2140型電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司。

1.2方法

1.2.1軟包裝蓮藕片工藝流程。新鮮蓮藕→去皮、切片(1 cm左右厚度)→漂洗→0.5%NaCl溶液浸泡30 min→加入護(hù)色液裝袋→包裝→貯藏。

1.2.2蓮藕片褐變度測(cè)定。采用手持式色差儀測(cè)定蓮藕片表面色值，獲得藕片的L、a、b值，通過L、a、b值計(jì)算藕片的總色差(ΔE)。以ΔE值表示蓮藕片的褐變度。ΔE值越大，證明蓮藕片褐變?cè)絿?yán)重[8-10]。每個(gè)蓮藕片隨機(jī)選擇3個(gè)點(diǎn)測(cè)定，取平均值。

式中，ΔE為藕片的總色差；ΔL為測(cè)試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣L值之差；Δa為測(cè)試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣a值之差；Δb為測(cè)試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣b值之差。

1.2.3單因素試驗(yàn)。按照軟包裝藕片生產(chǎn)工藝流程，選擇檸檬酸亞錫二鈉、EDTA二鈉、焦亞硫酸鈉、植酸為護(hù)色液對(duì)藕片進(jìn)行護(hù)色處理，每隔5 d測(cè)定1次各處理組藕片的褐變度。具體護(hù)色液濃度見表1。

表1 各種護(hù)色液濃度

1.2.4正交試驗(yàn)優(yōu)化護(hù)色液配方。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以檸檬酸亞錫二鈉、EDTA二鈉、焦亞硫酸鈉、植酸為自變量，以貯藏20 d后的藕片褐變度為試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表2。

表2 試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

1.3數(shù)據(jù)處理采用SPSS19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1檸檬酸亞錫二鈉對(duì)貯藏期間藕片褐變度的影響。由圖1可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，藕片的褐變度總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。尤其是在貯藏10 d后，藕片的褐變度呈顯著增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。但是，不同濃度的檸檬酸亞錫二鈉處理組之間，藕片的褐變度并不相同。100 mg/L檸檬酸亞錫二鈉處理的藕片，褐變程度最大，貯藏20 d后，褐變度顯著高于其他4組處理。而250和300 mg/L檸檬酸亞錫二鈉溶液處理的藕片，在貯藏20 d后，褐變度幾乎一樣，沒有顯著差異。這說明檸檬酸亞錫二鈉能夠在一定程度上抑制藕片的褐變。

圖1 檸檬酸亞錫二鈉對(duì)藕片褐變度的影響Fig.1 Effects of disodium stannous citrate on lotus roots slices browning degree

2.1.2EDTA二鈉對(duì)貯藏期間藕片褐變度的影響。由圖2可以看出，在貯藏期內(nèi)，不同濃度EDTA二鈉處理組之間藕片的褐變程度也各不相同。在貯藏初期(5 d以內(nèi))，不同試驗(yàn)組中藕片的褐變度差異并不明顯，這可能是由于藕片的多酚氧化酶活力前期較弱，未能使藕片產(chǎn)生明顯的褐變[11-12]。當(dāng)貯藏時(shí)間達(dá)到10 d之后，各處理組之間的藕片褐變度呈現(xiàn)出明顯的差異。濃度50 mg/L EDTA二鈉處理的藕片，其褐變最嚴(yán)重，明顯高于其他試驗(yàn)組。由此可見，采用EDTA二鈉處理藕片能夠有效地阻止藕片的褐變。

圖2 EDTA二鈉對(duì)藕片褐變度的影響Fig.2 Effects of ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt on lotus roots slices browning degree

2.1.3植酸對(duì)貯藏期間藕片褐變度的影響。由圖3可以看出，植酸溶液對(duì)蓮藕片的褐變具有一定的抑制效果。在貯藏初期，不同濃度的植酸處理組之間藕片褐變度的差異并不明顯，但是，當(dāng)貯藏至第10天時(shí)，50 mg/L的植酸處理組藕片褐變程度較為嚴(yán)重，而其他處理組的藕片褐變較輕。其原因可能是植酸作為一種金屬螯合劑，能夠高度絡(luò)合藕片組織中的金屬離子，從而達(dá)到阻止藕片褐變的效果[13]。

圖3 植酸對(duì)藕片褐變度的影響Fig.3 Effects of phytic acid on lotus roots slices browning degree

2.1.4焦亞硫酸鈉對(duì)貯藏期間藕片褐變度的影響。由圖4可以看出，各試驗(yàn)處理組的軟包裝藕片在貯藏過程中，褐變度一直不斷增大，這可能是由于多酚氧化酶在貯藏期內(nèi)活力不斷增強(qiáng)，從而導(dǎo)致藕片的酶促褐變?cè)絹碓絿?yán)重。不同濃度焦亞硫酸鈉處理的藕片，其褐變的程度也不盡相同?？傮w來說，經(jīng)過高濃度的焦亞硫酸鈉處理的藕片比經(jīng)過低濃度處理的藕片褐變度要小。當(dāng)焦亞硫酸鈉濃度達(dá)到80 mg/L時(shí)，藕片的褐變受到明顯抑制。這可能是因?yàn)椋箒喠蛩徕c作為一種強(qiáng)還原性的食品添加劑，能夠有效消耗組織中的氧，從而抑制氧化酶的活性，阻止藕片褐變[14-15]。

圖4 焦亞硫酸鈉對(duì)藕片褐變度的影響Fig.4 Effects of sodium pyrosulfite on lotus roots slices browning degree

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果與分析根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以貯藏20 d后的軟包裝藕片的褐變度(總色差ΔE)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)優(yōu)化藕片護(hù)色工藝。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果

由表3可知，各因素的R值大小順序?yàn)镽A>RD>RC>RB。由此可以判斷，4種護(hù)色劑對(duì)藕片褐變度影響最大的是檸檬酸亞錫二鈉，其次是焦亞硫酸鈉、植酸和EDTA二鈉。通過各因素的K值可以判斷，最佳的護(hù)色液配方為A3B2C3D3，即檸檬酸亞錫二鈉300 mg/L，EDTA二鈉150 mg/L，植酸200 mg/L，焦亞硫酸鈉100 mg/L。

方差分析顯示，A、D 2個(gè)因素對(duì)藕片的褐變度有顯著影響(FA=120.271，F(xiàn)D=25.804，F(xiàn)0.05(2,2)=19)，而B、C 2個(gè)因素則對(duì)藕片的褐變度無顯著影響(FB=1,FC=4.533,F0.05(2,2)=19)。

3 結(jié)論與討論

該研究以藕片的總色差(ΔE)為藕片褐變的評(píng)價(jià)指標(biāo)，首先通過單因素試驗(yàn)，考察檸檬酸亞錫二鈉、EDTA二鈉、植酸和焦亞硫酸鈉對(duì)軟包裝藕片在貯藏期間的褐變度變化情況。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化軟包裝藕片的復(fù)合護(hù)色劑配方。通過優(yōu)化試驗(yàn)得出，軟包裝藕片的最佳護(hù)色劑配方為檸檬酸亞錫二鈉300 mg/L，EDTA二鈉150 mg/L，植酸200 mg/L，焦亞硫酸鈉100 mg/L。

該研究選用的4種護(hù)色劑均為食品加工中常用的食品添加劑，其中檸檬酸亞錫二鈉和焦亞硫酸鈉均為強(qiáng)還原劑，能夠消耗包裝中殘存的氧氣從而達(dá)到護(hù)色效果；而EDTA二鈉和植酸則均為金屬螯合劑，能夠與食品中的金屬離子進(jìn)行絡(luò)合，以達(dá)到護(hù)色效果。關(guān)于這4種護(hù)色劑的研究，國內(nèi)外也有過很多報(bào)道。王朝宇等[16]研究了檸檬酸亞錫二鈉等多種護(hù)色劑對(duì)雙孢菇的護(hù)色效果，并通過響應(yīng)面試驗(yàn)法優(yōu)化了雙孢菇的護(hù)色工藝。于國光等[14]采用焦亞硫酸鈉浸泡茭白，發(fā)現(xiàn)焦亞硫酸鈉溶液對(duì)茭白有較好的漂白功效。但是，將4種護(hù)色劑復(fù)合使用于軟包裝蓮藕片產(chǎn)品的研究報(bào)道則尚未發(fā)現(xiàn)，尤其在焦亞硫酸鈉用于蓮藕護(hù)色方面的研究更加罕見。原因在于蓮藕的護(hù)色研究報(bào)道大多集中在2010年之前，而在2016年，焦亞硫酸鈉才被批準(zhǔn)可使用于蔬菜罐頭制品。因此，該研究可以為蓮藕加工過程中護(hù)色技術(shù)開發(fā)與護(hù)色劑的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供一定的理論參考。

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