響應(yīng)面法優(yōu)化鮮切菠蘿殼聚糖涂膜保鮮的研究

李崇高，黃建初，邱紅妹

1(廣州城市職業(yè)學(xué)院 食品系，廣東 廣州，510405) 2(廣州工商學(xué)院 物流系，廣東 廣州，510850)

菠蘿是世界四大熱帶水果之一。菠蘿營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特、酸甜可口；富含有機(jī)酸、膳食纖維以及菠蘿蛋白酶，具有減肥、助消化，促進(jìn)食欲，清理腸胃等功效，因而成為廣受消費(fèi)者歡迎的熱帶水果[1]。但新鮮菠蘿有一層多刺、較多芽眼的非可食性果皮，鮮食時(shí)去皮麻煩，給消費(fèi)者食用帶來(lái)很大的不方便[2]。

鮮切水果是新鮮水果經(jīng)清洗、去皮、切分、包裝等處理而成。因其新鮮、衛(wèi)生、方便，近20年來(lái)廣泛流行于歐美，在我國(guó)也發(fā)展迅速，越來(lái)越受消費(fèi)者青睞。但鮮切水果在切分時(shí)產(chǎn)生創(chuàng)傷，導(dǎo)致發(fā)生呼吸加快、褐變、失重、微生物污染等問(wèn)題。為了延長(zhǎng)其貨架壽命，通常采用漂燙、有機(jī)酸、鹽、涂膜等處理[3]。殼聚糖是一種安全無(wú)毒的天然多糖，具有良好的成膜性、阻氧性和抑菌性，所形成的膜能抑制呼吸，減少水分散失，起護(hù)色、抑菌作用[4-5]。異抗壞血酸鈉具有良好的褐變抑制。檸檬酸能抑制褐變，控制李斯特氏菌生長(zhǎng)；檸檬酸、異抗壞血酸鈉還能保持鮮切水果的硬度[6]。

本文以檸檬酸、異抗壞血酸鈉、殼聚糖為材料，采用響應(yīng)面優(yōu)化法，以期建立多元回歸數(shù)學(xué)模型，來(lái)分析和預(yù)測(cè)它們對(duì)鮮切菠蘿保鮮品質(zhì)的影響，探討殼聚糖涂膜的最佳配比，以期為解決鮮切菠蘿的褐變、失重、腐爛等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

菠蘿：選擇大小、成熟度一致的新鮮菠蘿，市售。

食品添加劑：檸檬酸(食品級(jí)，山東濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司)，異抗壞血酸鈉(食品級(jí)，山東諸城華源生物工程有限公司)，殼聚糖(食品級(jí)，脫乙酰度90%，分子量為18萬(wàn)，濰坊海之源生物制品有限公司)。化學(xué)試劑：NaOH(分析純，上海優(yōu)試化工有限公司)，酚酞(北京惠寶聯(lián)化科技有限公司)。包裝材料：聚丙烯(PP)塑料托盤(pán)(1.2 cm×15.7 cm×9.3 cm)，聚乙烯(PE)保鮮膜(4 μm)，市售。

1.2 儀器和設(shè)備

分析天平(SI-2002，丹佛儀器北京有限公司)，海爾冰箱(BCD-215KAGA，海爾集團(tuán))，數(shù)顯手持糖度計(jì)(PAL-1，日本愛(ài)宕ATAGO)不銹鋼水果刀，砧板，圓底托盤(pán)，燒杯，容量瓶，滴定管，溫度計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 鮮切菠蘿的處理

菠蘿→挑選→預(yù)冷→去皮→切分→護(hù)色→涂膜、瀝干→裝盤(pán)、密封→冷藏→檢驗(yàn)

挑選大小、成熟度一致的新鮮菠蘿。放入5～10 ℃下預(yù)冷2～3 h。用水果刀將菠蘿切頭去尾，削外皮，用專(zhuān)用菠蘿刀斜削，邊削邊旋削除芽眼，切成4大塊，去除硬芯，切成4 cm×2 cm×2 cm小塊。切好的菠蘿放在1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))食鹽水中暫存。用不同配比的涂膜液浸泡1.5 min，瀝干。裝入托盤(pán)，用保鮮膜密封，每盤(pán)120 g，每個(gè)處理10盤(pán)。將果盤(pán)放入5 ℃冰箱中貯存。分別于0、2、4、6、8、10 d，取樣檢驗(yàn)分析，記錄數(shù)據(jù)。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

殼聚糖溶液的配制：在60 ℃下，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的乙酸為溶劑，將殼聚糖攪拌至溶解后冷卻待用。

將菠蘿切片用0.05%、0.10%、0.15%(以下各處均指質(zhì)量分?jǐn)?shù))的檸檬酸溶液處理1.5 min，確定檸檬酸的適宜用量。將菠蘿切片用0.5%、1.0%、1.5%(以下各處均指質(zhì)量分?jǐn)?shù))的異抗壞血酸鈉處理1.5 min，確定異抗壞血酸鈉的用量。將菠蘿切片用1.0%、1.5%、2.0%(以下各處均指質(zhì)量分?jǐn)?shù))的殼聚糖溶液處理1.5 min，確定殼聚糖的用量。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以檸檬酸、異抗壞血酸鈉、殼聚糖為因素，感官評(píng)分、失重率、固酸比為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)如表1。參考陳涵等[7-8]的響應(yīng)面分析法，根據(jù)Box-Behnken Design(BBD)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過(guò)Design-Expert.V 8.0.6軟件，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，得出二次多元回歸方程，進(jìn)行方差分析和p值顯著性檢驗(yàn)。進(jìn)一步擬合優(yōu)化，建立二次多元回歸數(shù)學(xué)模型。

表1 3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)Table 1 Three-factors three-level response surface optimization experiment

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 感官評(píng)定

參考張水華[9]的食品感官鑒評(píng)，結(jié)合菠蘿的感官評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)表2。評(píng)定小組由10人組成，每份樣品隨機(jī)編碼，隨機(jī)發(fā)放，按照感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果取平均值。

表2 鮮切菠蘿感官評(píng)分表Table 2 Fresh cut pineapple sensory score table

1.4.2 失重率測(cè)定：

失重率采用稱(chēng)重法。

(1)

1.4.3 固酸比的測(cè)定

(1)可溶性固形物含量測(cè)定[10]：用日本愛(ài)宕ATAGO PAL-1數(shù)顯手持糖度計(jì)測(cè)定。取少量果汁，滴入手持糖度計(jì)槽中，讀取讀數(shù)%，重復(fù)測(cè)定3次。

(2)總酸度含量測(cè)定[11]：采用酸堿滴定法，單位為度(°T)(以10 g樣品所消耗的0.1 mol/L NaOH體積，mL計(jì))。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 檸檬酸用量對(duì)鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響

圖1 檸檬酸用量對(duì)鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響Fig.1 Citric acid dosage on the sensory quality of fresh-cutpineapple

由圖1可知，隨著鮮切菠蘿貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)；經(jīng)過(guò)檸檬酸處理的鮮切菠蘿感官評(píng)分比空白組的感官評(píng)分要高，其中以0.10%檸檬酸溶液處理的鮮切菠蘿感官評(píng)分保持較高，第4天仍保持78分。這是因?yàn)闄幟仕崽幚斫档土缩r切菠蘿的PH值，抑制了微生物生長(zhǎng)，從而保持其品質(zhì)。但檸檬酸添加過(guò)多，會(huì)改變固酸比而影響到滋味的評(píng)分。

2.1.2 異抗壞血酸鈉用量對(duì)鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響

由圖2可見(jiàn)，隨著鮮切菠蘿貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)，經(jīng)異抗壞血酸鈉溶液處理的鮮切菠蘿感官評(píng)分比空白組的感官評(píng)分要高，其中1.0%處理的感官評(píng)分保持較高，第4天仍保持75分。因?yàn)楫惪箟难徕c是一種褐變抑制劑，具有抗氧、保鮮和護(hù)色等作用。

圖2 異抗壞血酸鈉用量對(duì)鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of sodium ascorbate on the sensory quality of fresh-cut pineapple

2.1.3 殼聚糖用量對(duì)鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響

由圖3可見(jiàn)，隨著鮮切菠蘿貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，感官評(píng)分呈不斷下降趨勢(shì)。經(jīng)殼聚糖溶液處理的鮮切菠蘿感官評(píng)分比空白組的感官評(píng)分要高，其中1.5%溶液處理的感官評(píng)分保持較高，第4天仍保持77分。因?yàn)闅ぞ厶蔷哂谐赡ば院鸵志?，減少了營(yíng)養(yǎng)、香氣和重量的損失，提高了鮮切菠蘿的抗病性。

圖3 殼聚糖用量對(duì)鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of chitosan dosage on organoleptic quality of fresh-cut pineapple

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表3。

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化法的感官評(píng)分

感官評(píng)價(jià)是利用人的感官來(lái)測(cè)量食品的口味接受性，是人們對(duì)食品喜愛(ài)程度的重要指標(biāo)。響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)的感官評(píng)分結(jié)果見(jiàn)圖4～圖6，它是不同因素間兩兩作用對(duì)鮮切菠蘿感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖。

表3 3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 Three-factors three-level response surface optimization experimental program and results

圖4 檸檬酸與異抗壞血酸鈉對(duì)鮮切菠蘿感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖(a)和等高線圖(b)Fig.4 Response surface (a) and contour plot (b) of citric acid and sodium erythorbate on the sensory score of fresh-cut pineapple

從圖4可看出，隨檸檬酸和異抗壞血酸用量增加，鮮切菠蘿的感官評(píng)分先緩慢升高，后緩慢下降。

圖5 檸檬酸與殼聚糖對(duì)鮮切菠蘿感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖(a)和等高線圖(b)Fig.5 Response surface (a) and contour (b) of citric acid and chitosan on the sensory score of fresh-cut pineapple

從圖5可看出，隨檸檬酸用量增加，鮮切菠蘿的感官評(píng)分先緩慢升高，后緩慢下降；隨殼聚糖用量增加，感官評(píng)分迅速上升，到最高峰時(shí)，開(kāi)始下降。

圖6 異抗壞血酸鈉與殼聚糖對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖(a)和等高線圖(b)Fig.6 Response surface (a) and contour (b) of the effect of sodium erythorbate and chitosan on the sensory score

從圖6可看出，隨異抗壞血酸用量增加，鮮切菠蘿的感官評(píng)分緩慢升高；隨殼聚糖用量增加，感官評(píng)分迅速上升，到最高峰時(shí)，開(kāi)始下降。

將實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果，通過(guò)Design-Expert.V 8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到多元回歸方程：

感官評(píng)分=1.092 5+88.71A+10.986B+92.579C-14.0AB+31.2AC-3.08BC-652.8A2-2.568B2-28.168C2

對(duì)多元回歸方程進(jìn)行方差分析，以p值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表4。

表4 感官評(píng)分的多元回歸方程方差分析Table 4 Sensory score multiple regression equation analysis of variance

注：*表示已達(dá)到顯著水平(p<0.05)，**表示達(dá)到極顯著水平(p<0.01)，下同。

由表4可知，感官評(píng)分的二次多元回歸方程具有極顯著性(p<0.000 1)，失擬項(xiàng)為0.253 8>0.05，不顯著，說(shuō)明該方程對(duì)感官評(píng)分有顯著意義，擬合良好，能做出較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。決定系數(shù)(R-Squared)0.979 7；校正擬合度(Adj R-Squared)0.953 5，預(yù)測(cè)擬合度(Pred R-Squared)0.791 5，二者較接近且其差值處于合理、有意義范圍內(nèi)，表明該方程能顯著表示本實(shí)驗(yàn)中各因素對(duì)感官評(píng)分的影響。C、C2的影響為極顯著(p值<0.000 1)，A2的影響為顯著(p值<0.05)，根據(jù)回歸方程的方差分析結(jié)果，殼聚糖、檸檬酸為影響感官評(píng)分的顯著性因素。根據(jù)F值大小，影響感官評(píng)分順序依次為殼聚糖>檸檬酸>異抗壞血酸鈉。

2.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化法的失重率

失重率是衡量鮮切菠蘿品質(zhì)變化的重要指標(biāo)。將實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，通過(guò)Design-Expert.V 8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到多元回歸方程：

失重率=14.173 75-28.66A+0.109B-11.974C+17.5AB+5.7AC-0.23BC+23.3A2-0.547B2+3.353C2

對(duì)多元回歸方程進(jìn)行方差分析，以p值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表5。

表5 失重率的多元回歸方程方差分析Table 5 Weight loss rate of multiple regression analysis of variance analysis

由表5可知，失重率的二次多元回歸方程具有極顯著性(p<0.000 1)，失擬項(xiàng)0.327 1>0.05，不顯著，說(shuō)明該回歸方程對(duì)失重率具有顯著意義，擬合良好，能做出較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。決定系數(shù)(R-Squared)0.929 7，校正擬合度(Adj R-Squared)0.839 4，預(yù)測(cè)擬合度(Pred R-Squared)0.340 7，但精密度(Adeq Precision)9.798>4，比例是理想的，說(shuō)明該模型可用于預(yù)測(cè)。C、C2的影響為極顯著(p值<0.000 1)，AB的影響為顯著(p值<0.05)，根據(jù)回歸方程方差分析，殼聚糖、檸檬酸、異抗壞血酸鈉均是影響失重率的顯著性因素。根據(jù)F值大小，影響失重率的順序依次為殼聚糖>異抗壞血酸鈉>檸檬酸。

2.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化法的固酸比

固酸比是影響食品滋味、品質(zhì)和保質(zhì)期的重要指標(biāo)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)Design-Expert.V 8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到多元回歸方程：

固酸比=138.713 75-44.705A-18.098B-121.539 5C+91.3AB+6.6AC+1.05BC-275.6A2+3.294B2+34.364C2

對(duì)多元回歸方程進(jìn)行方差分析，以p值進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。

表6 固酸比的多元回歸方程方差分析Table 6 Curing ratio of multiple regression equation analysis of variance

由表6可知，固酸比的二次多元回歸方程具有極顯著性(p<0.000 1)，失擬項(xiàng)為0.215 5>0.05，不顯著，說(shuō)明該方程對(duì)固酸比具有顯著意義，擬合良好，能做出較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。決定系數(shù)(R-Squared)0.974 3，校正擬合度(Adj R-Squared)0.941 2，預(yù)測(cè)擬合度(Pred R-Squared)0.723 4，但精密度(Adeq Precision)14.901>4，比例是理想的，說(shuō)明該模型可用于預(yù)測(cè)。C、C2的影響為極顯著(p值<0.000 1)，AB的影響為顯著(p值<0.05)，根據(jù)回歸方程的方差分析，殼聚糖、檸檬酸、異抗壞血酸鈉均是影響固酸比的顯著性因素。根據(jù)F值大小，影響固酸比的順序依次為殼聚糖>異抗壞血酸鈉>檸檬酸。

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化涂膜條件的預(yù)測(cè)及驗(yàn)證

根據(jù)所得響應(yīng)面數(shù)據(jù)，對(duì)上述3個(gè)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：檸檬酸0.12%、異抗壞血酸鈉0.5%、殼聚糖1.69%，以及擬合優(yōu)化后的預(yù)測(cè)值分布圖，見(jiàn)圖7。

圖7 Design-Expert 8.0.6擬合后的預(yù)測(cè)值分布圖Fig.7 Design-Expert 8.0.6 fitted predicted value distribution

從圖7可看出，Desirability的預(yù)測(cè)值的可信程度達(dá)到0.970，感官評(píng)分的預(yù)測(cè)值為86.037，失重率的預(yù)測(cè)值為2.33，固酸比的預(yù)測(cè)值為21.489 1。

根據(jù)擬合優(yōu)化的最佳涂膜條件(檸檬酸0.12%、異抗壞血酸鈉0.5%、殼聚糖1.69%)，對(duì)鮮切菠蘿進(jìn)行涂膜驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所得的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與響應(yīng)面優(yōu)化所得的預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，見(jiàn)表7。

表7 涂膜處理鮮切菠蘿品質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值Table 7 Coated fresh pineapple quality indicators of the forecast value and the measured value

從表7可知，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：優(yōu)化的涂膜條件處理鮮切菠蘿的感官評(píng)分、失重率、固酸比與預(yù)測(cè)值相當(dāng)，說(shuō)明該方法與實(shí)際情況擬合良好，驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性。說(shuō)明響應(yīng)面優(yōu)化法能較好地適用于殼聚糖涂膜鮮切菠蘿保鮮的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前人的研究[7，12-13]有相同，也有不同(如檸檬酸用量)。這是因?yàn)樾迈r菠蘿的可溶性固形物、總酸均較好，固酸比為22～32∶1，如檸檬酸用量過(guò)大，會(huì)直接影響菠蘿甜酸適中的口感，影響感官評(píng)分。

3 結(jié)論

本文探討了檸檬酸、異抗壞血酸、殼聚糖對(duì)鮮切菠蘿的感官評(píng)分、失重率、固酸比等品質(zhì)的影響，建立了二次多元回歸方程數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型進(jìn)行了響應(yīng)面圖分析，得到了優(yōu)化的涂膜條件：檸檬酸0.12%、異抗壞血酸0.5%、殼聚糖1.69%。經(jīng)此處理的鮮切菠蘿，品質(zhì)達(dá)到最高，色澤鮮黃，香味濃郁，甜酸適宜，較好保持了鮮切菠蘿的品質(zhì)。