鮮切佛手山藥的護色條件優(yōu)化

胡 婷，談 葉，吳 鵬，王蔚新，占劍峰

(湖北省經(jīng)濟林木種質(zhì)改良重點實驗室，大別山特色資源開發(fā)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，黃岡師范學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)資源學(xué)院，湖北 黃岡 438000)

佛手山藥產(chǎn)于湖北省黃岡市蘄春、武穴等地，因其形狀似手掌而得名[1]。2012年佛手山藥被省農(nóng)業(yè)廳授予“首屆湖北名優(yōu)蔬菜”，已成為了傳統(tǒng)特色經(jīng)濟作物[2]。佛手山藥不僅是有著糯香可口風(fēng)味品質(zhì)的常見蔬菜，更是一種擁有卓越藥用保健功效的中藥[3]。作為一種天然功能性食品，它具有強筋骨、健脾臟、除濕、益腎等作用，而相關(guān)研究也表明佛手山藥中含有的多糖具有降血脂、抗腫瘤、增強免疫力等功能[4]。

新鮮的佛手山藥中含有大量的多酚氧化酶，在其遇到氧氣后會將其中的酚類物質(zhì)氧化成為醌類物質(zhì)，然后再與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)中的氨基酸基團發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生黑色與褐色物質(zhì)，導(dǎo)致褐變，影響佛手山藥的外觀與口感，從而很大程度上限制了佛手山藥的加工與應(yīng)用，因此，研究佛手山藥的護色條件具有十分重要的意義。

Chilaka[5]提出了過氧化物酶(POD)在山藥褐變機理中起著重要作用，山藥的護色研究主要在于如何抑制多酚氧化酶(PPO)與POD的活性，從而降低褐變度。

大量研究表明，采用護色劑對山藥進行處理，可以有效的防止山藥在加工過程中發(fā)生褐變[6-12]，提高山藥的色澤和口感，但是關(guān)于佛手山藥護色的研究未見報道。目前，市面上護色劑有很多種類，例如維生素C、亞硫酸鈉、氯化鈣、檸檬酸、D-異抗壞血酸鈉等。食品級的維生素C價格偏高，不夠經(jīng)濟實用，而檸檬酸、氯化鈣以及D-異抗壞血酸鈉常被作為護色劑[6-10]，用途廣泛，護色效果好，且價格低廉。胡月芳等人[6]采用兩種護色劑即D-異抗壞血酸鈉和檸檬酸制成的復(fù)合護色液對淮山藥能夠有明顯的護色效果，婁文娟等人[7]則選用檸檬酸、無水氯化鈣、亞硫酸鈉三種護色劑浸泡淮山藥，發(fā)現(xiàn)可減緩其褐變程度。但是，婁文娟等人選取的護色液中有亞硫酸鈉，不是無硫的護色配方。因此本研究決定選用不同濃度的檸檬酸、氯化鈣、D-異抗壞血酸鈉溶液分別對鮮切佛手山藥進行護色處理，再通過響應(yīng)面法確定最佳護色條件，以期降低鮮切佛手山藥的褐變程度，為佛手山藥深加工產(chǎn)品的開發(fā)提供技術(shù)支撐與理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

佛手山藥：湖北省武穴市；

檸檬酸：鄭州蒼宇食品化工有限公司；

氯化鈣、D-異抗壞血酸鈉：河南萬邦實業(yè)有限公司。

1.2 主要儀器

色差計：東莞市匯東儀器設(shè)備有限公司；

電子天平(CP413)：奧豪斯儀器(常州)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1樣品的制備

選取未發(fā)生霉變、質(zhì)地較硬的新鮮佛手山藥，清洗干凈后去皮，切成3 mm左右的片狀。將切好的山藥片迅速放入已準(zhǔn)備好的護色液中，以去離子水為對照，浸泡30 min后撈出，漂洗后瀝干水分，放入塑料盤中，待其晾干后測定樣品的褐變度。

1.3.2褐變度的測定

采用色差計[13]測定鮮切佛手山藥的褐變度?？梢杂每偵?△E)來評價褐變程度，這種色差的差別用△E來判斷。一般△E越小，褐變度越小。先通過色差計測得鮮切佛手山藥浸泡前后的a、b和L值(其中a表示紅綠，+表示偏紅，-表示偏綠，b表示黃藍(lán)，+表示偏黃，-表示偏藍(lán)，L表示黑白，+表示偏白，-表示偏暗)，然后使用公式計算：

△E=[(△a)2+(△b)2+(△L)2]1/2

式中：△L=L樣品L標(biāo)準(zhǔn)(明度差異)

△a=a樣品a標(biāo)準(zhǔn)(紅/綠差異)

△b=b樣品b標(biāo)準(zhǔn)(黃/藍(lán)差異)

△E——總色差

1.4 單因素實驗

將鮮切片狀佛手山藥分為五份，每份5片(厚薄均勻，大小基本一致)，使用色差計檢測其a、b、L值，然后立即分別投入到不同檸檬酸濃度(0.50%、1.00%、1.50%、2.00%、2.50%)、氯化鈣濃度(0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%)和D-異抗壞血酸鈉濃度(0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%)的護色液中，30min后撈出，漂洗后瀝干水分，將其置于塑料盤中晾干，檢測其a、b、L值。

1.5 響應(yīng)面實驗

結(jié)合單因素實驗結(jié)果，以鮮切佛手山藥總色差值(△E)為響應(yīng)值(Y)，選取檸檬酸濃度(A)、氯化鈣濃度(B)及D-異抗壞血酸鈉濃度(C)為影響因素，運用DesignExpert 8.0.6軟件進行三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化實驗的設(shè)計，響應(yīng)面因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平Tab.1 Level of design factors in response interview

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對鮮切佛手山藥褐變度的影響

2.1.1檸檬酸濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響

檸檬酸是一種褐變抑制劑，它的用途也比較廣泛，護色效果比較好。Ali[14]等人也提出了檸檬酸能抑制褐變，降低PPO的活性。檸檬酸濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響如圖1所示，隨著檸檬酸濃度的增加，鮮切佛手山藥褐變度先顯著下降后緩慢上升，當(dāng)檸檬酸濃度為1.50%時，鮮切佛手山藥褐變度達(dá)到最低。當(dāng)檸檬酸濃度高于1.50%時，鮮切佛手山藥褐變度逐漸增加，這是由于此時pH過低，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(dá)到了飽和狀態(tài)，對鮮切佛手山藥褐變的抑制能力逐漸趨于平緩[15-17]，此外檸檬酸添加量過大會影響食用的品質(zhì)，由此可得檸檬酸的最適濃度為1.5%。

圖1 檸檬酸濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響Fig.1 Effect of the concentration of citric acid on the browning degree of fresh-cut Foshou yam

2.1.2氯化鈣濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響

氯化鈣的護色機理是鈣與氨基酸發(fā)生沉淀作用而抑制羥氨反應(yīng)，同時鈣的存在使Ca2+與細(xì)胞壁上的果膠酸作用形成果膠酸鈣，增加組織的硬度，從而阻止液泡中組織液外滲到細(xì)胞質(zhì)中與酶類接觸，從而降低褐變程度[17]，因此常被選擇作為護色劑。氯化鈣濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響如圖2所示，隨著氯化鈣濃度的增加，鮮切佛手山藥褐變度先降低后升高，當(dāng)氯化鈣濃度為0.50%時，鮮切佛手山藥褐變度達(dá)到最低。當(dāng)氯化鈣濃度高于0.50%時，鮮切佛手山藥褐變度逐漸增加，這是由于氯化鈣保護細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的完整性而只能起到減少部分PPO溢出，因此其護色能力有限，而濃度過高的話會使護色能力緩慢下降[18]，由此可得氯化鈣的最適濃度為0.50%。

圖2 氯化鈣濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響Fig.2 Effect of the concentration of calcium chloride on browning degree of fresh-cut Foshou yam

2.1.3D-異抗壞血酸鈉濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響

D-異抗壞血酸鈉作為一種新型的抗氧化劑，可以有效抑制PPO活性的上升[8,18]，因此其也可以作為護色試劑。D-異抗壞血酸鈉濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響如圖3所示，隨著D-異抗壞血酸鈉濃度的增加，鮮切佛手山藥褐變度先降低后升高。當(dāng)D-異抗壞血酸鈉濃度為0.75%時，鮮切佛手山藥褐變度達(dá)到最低。當(dāng)D-異抗壞血酸鈉濃度高于0.75%時，鮮切佛手山藥褐變度逐漸增加，這主要是由于D-異抗壞血酸鈉的濃度達(dá)到0.75%后，D-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而導(dǎo)致對鮮切佛手山藥的護色能力減弱[19]，由此可得D-異抗壞血酸鈉的最適濃度為0.75%。

圖3 D-異抗壞血酸鈉濃度對鮮切佛手山藥褐變度的影響Fig. 3 Effect of the concentration of D-sodium erythorbate on the browning degree of fresh-cut Foshou yam

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實驗結(jié)果與分析

2.2.1響應(yīng)面優(yōu)化實驗結(jié)果

對表2中各單因素與鮮切佛手山藥總色差值(Y)進行多項擬合回歸分析，得到回歸方程為：

Y=1.78-0.00625A+0.17B-0.21C-0.035AB-0.11AC-0.13BC+0.25A2+0.44B2+0.31C2

式中:A為檸檬酸濃度，B為氯化鈣濃度，C為D-異抗壞血酸鈉濃度。

響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果(表3)顯示：該模型P<0.01，說明回歸模型達(dá)到顯著水平；失擬項=0.2520>0.05，表現(xiàn)為不顯著，即模型與試驗值的差異較小，說明該模型是合適可用的；相關(guān)系數(shù)R2=0.9355>0.9，說明該模型的擬合度較好，試驗誤差?。籆V=4.71%，說明置信度較高。在回歸方程中，P值可用來檢驗影響因素的重要性，其值也能反映各影響因素之間的相互作用，P值越小，說明影響因素也越重要[13]，所以B、C、A2、B2和C2對Y值影響極其顯著(P<0.01)，BC對Y值影響顯著(P<0.05)，而A、AB和AC對Y值影響不顯著。由方差結(jié)果分析可得，各響應(yīng)因素對佛手山藥褐變度影響的主次順序依次為C>B>A。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Tab. 2 Experimental design and results for response surface analysis

表3 響應(yīng)面回歸模型結(jié)果方差分析Tab. 3 Analysis of variance of response surface regression model

2.2.2響應(yīng)面交互作用分析

各因子交互作用響應(yīng)面分析表示，因素的邊線越陡說明該因素對鮮切佛手山藥護色效果的影響越大[20]。等高線圖越接近橢圓，說明兩因素交互作用對鮮切佛手山藥護色效果的影響越大[21]。通過圖4～6可對實驗過程中三個因素的相互作用及對鮮切佛手山藥護色效果的影響進行分析與評價，從而確定鮮切佛手山藥的最佳護色條件。固定C為0水平時，A和B及二者之間的交互作用對鮮切佛手山藥護色效果的影響從圖4可以看出：與A方向比較，B響應(yīng)面曲線較陡，說明對鮮切佛手山藥護色效果的影響大小為：B>A。固定B為0水平時，A和C及二者之間的交互作用對鮮切佛手山藥護色效果的影響從圖5可以看出：與A方向比較， C響應(yīng)面曲線較陡，說明對鮮切佛手山藥護色效果的影響大小為：C>A。固定A為0水平時，B和C及二者之間的交互作用對鮮切佛手山藥護色效果的影響從圖6可以看出：B方向比較，C響應(yīng)面曲線較陡，說明對鮮切佛手山藥護色效果的影響大小為：C>B。該結(jié)果與方差分析結(jié)果一致。

圖4 檸檬酸與氯化鈣濃度對鮮切佛手山藥褐變度影響的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface diagram of the effect of the concentration of citric acid and calcium chloride on the browning degree of fresh-cut Foshou yam

圖5 檸檬酸和D-異抗壞血酸鈉濃度對鮮切佛手山藥褐變度影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface diagram of the effect of the concentration of citric acid and D-sodium erythorbate on the browning degree of fresh-cut Foshou yam

圖6 氯化鈣與D-異抗壞血酸鈉濃度對鮮切佛手山藥褐變度影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface diagram of the effect of the concentration of calcium chloride and D-sodium erythorbate on the browning degree of fresh-cut Foshou yam

2.3 模型驗證

利用Design Expert軟件進行分析，得到最佳護色條件為：檸檬酸濃度1.54%、氯化鈣濃度0.47%、D-異抗壞血酸鈉濃度0.83%，在此條件下鮮切佛手山藥總色差預(yù)測值為1.73?？紤]實驗的可操作性，在實際的實驗中調(diào)整工藝參數(shù)為：檸檬酸濃度為1.50%、氯化鈣濃度為0.50%、D-異抗壞血酸鈉濃度為0.80%，在此條件下進行3次平行實驗，得到鮮切佛手山藥總色差為1.74±0.01，此結(jié)果與預(yù)測值1.73接近，說明此模型結(jié)果可靠，適用于鮮切佛手山藥護色工藝的研究。

本實驗利用了常見的果蔬護色劑來對鮮切佛手山藥的護色工藝進行研究，由實驗結(jié)果可以看出檸檬酸、氯化鈣和D-異抗壞血酸鈉的復(fù)合使用有較明顯的護色效果，并且確定了最佳護色條件為：檸檬酸1.50%、氯化鈣0.50%、D-異抗壞血酸鈉0.80%。該復(fù)合護色液不僅價格低廉，而且為無硫護色配方。佛手山藥本身具有極高的加工價值和銷售價值，但鮮切佛手山藥的快速褐變十分影響其色澤與口感，護色這一步是佛手山藥加工中不可忽略的重要過程，本實驗結(jié)果對佛手山藥的深加工具有重要的參考價值。