李章發(fā),廖 蘭，*,陳淑貞,楊麗容,趙謀明

(1.福州大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,福建福州 350108;2.福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院,福建福州 350002;3.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

?

響應(yīng)面分析法優(yōu)化蘋(píng)果渣紙型食品防褐變工藝的研究

李章發(fā)1,廖 蘭1，*,陳淑貞2,楊麗容2,趙謀明3

(1.福州大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,福建福州 350108;2.福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院,福建福州 350002;3.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化蘋(píng)果渣紙型食品制備過(guò)程中的防褐變工藝,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取乙二胺四乙酸-二鈉(EDTA-二鈉)添加量、檸檬酸添加量、異VC鈉添加量為影響因子,蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)為響應(yīng)值,通過(guò)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)原理,模擬得到二次多項(xiàng)式回歸方程的預(yù)測(cè)模型,確定最佳成膜工藝為:EDTA-二鈉添加量0.11%,檸檬酸添加量0.21%,異VC鈉添加量0.35%,此條件下蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)的模型預(yù)測(cè)值為0.1903,驗(yàn)證值為0.1900。與模型預(yù)測(cè)值相符。相對(duì)誤差為0.2%。因此,采用 RSA 法優(yōu)化得到的護(hù)色條件參數(shù)準(zhǔn)確、可靠,具有實(shí)用價(jià)值。

蘋(píng)果渣,紙型食品,護(hù)色工藝,響應(yīng)面分析法

蘋(píng)果渣是蘋(píng)果榨汁后的下腳料,目前企業(yè)對(duì)蘋(píng)果渣的處理一般用于廉價(jià)肥料、飼料或直接當(dāng)做廢物丟棄處理,利用率及經(jīng)濟(jì)效益較低、污染環(huán)境。紙型食品是近幾年國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),方便攜帶與貯藏、保留了原料的風(fēng)味與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),具有廣闊的市場(chǎng)前景[1]。蘋(píng)果由于其果實(shí)中富含豐富單寧、酚類等物質(zhì),在制成蘋(píng)果渣紙型食品的過(guò)程中極易褐變,如在蘋(píng)果切分時(shí)破壞了多酚氧化酶(PPO)和酚類物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)一系列膜系統(tǒng)的區(qū)域化分布,促使酶和底物的酚類物質(zhì)在有氧的條件下互相接觸導(dǎo)致酶促褐變的發(fā)生,影響蘋(píng)果的顏色、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)等[2],從而嚴(yán)重影響紙型食品的感官品質(zhì)。目前,控制蘋(píng)果褐變最常用的化學(xué)藥劑是亞硫酸及其鹽類,但由于存在毒性殘留和加工廢水對(duì)環(huán)境的污染,已被美國(guó)FDA禁止在鮮切果蔬上使用[3-4],而漂燙處理是現(xiàn)今應(yīng)用于果蔬護(hù)色防褐變最安全高效的物理處理法之一。因此,研究加工蘋(píng)果渣紙型食品的非硫化學(xué)護(hù)色技術(shù),提高漂燙過(guò)程中對(duì)蘋(píng)果渣的護(hù)色防褐變效果,尋找衛(wèi)生、安全、有效的褐變控制方法,十分必要。本研究在本實(shí)驗(yàn)室前期大量關(guān)于水果渣成膜特性的研究[5]基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果片本身褐變程度對(duì)蘋(píng)果渣紙型食品最終色澤影響重大,應(yīng)必須從最開(kāi)始抑制或控制其褐變程度。因此,本文重點(diǎn)研究了蘋(píng)果在去汁、得渣、干燥成膜制得可食型紙片食品前,蘋(píng)果切片漂燙處理過(guò)程的防褐變工藝,并以蘋(píng)果片色澤指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn),篩選最優(yōu)的護(hù)色劑配方。該研究對(duì)于拓展蘋(píng)果渣乃至其他水果渣的深度開(kāi)發(fā)和利用,有著重要的實(shí)際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋(píng)果 市售新鮮蘋(píng)果;小麥面筋蛋白 河南蓮花食品有限公司;蔗糖 廣東光華科技股份有限公司;CMC 鷹特化工(石家莊)有限公司;魔芋膳食纖維 湖北一致魔芋生物科技有限公司;特級(jí)芭蕉芋粉 黔西南州芭蕉芋淀粉有限責(zé)任公司;異VC鈉 江西省德興市百勤異VC鈉有限公司;EDTA-二鈉 廣東光華科技股份有限公司;檸檬酸 西隴化工股份有限公司;其他試劑均為食品級(jí)。

WPS-S色差計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;AM300S-P實(shí)驗(yàn)室電動(dòng)攪拌機(jī) 上海昂尼儀器儀表有限公司;祈和KP-767商用打漿機(jī) 祈合電器(廣州)有限公司;TA. plus質(zhì)構(gòu)分析儀 超技儀器有限公司;BSA224S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蘋(píng)果渣紙型食品的制備工藝 基于本實(shí)驗(yàn)室前期的研究基礎(chǔ),蘋(píng)果渣紙型食品制備工藝按如下步驟操作:蘋(píng)果挑選(要求顆粒飽滿,無(wú)蟲(chóng)蛀,無(wú)外傷)→清洗(流水沖洗)→切片(不去皮,刀切1mm厚薄片)→漂燙(放入護(hù)色劑的90℃熱水中漂燙1min后撈出瀝干)[6]→榨汁→過(guò)濾得渣→打漿(蘋(píng)果渣與水按固定比例倒入打漿機(jī)中混合固定時(shí)間)→調(diào)配(依次加入固定比例的成膜劑和增塑劑)→凃膜(調(diào)配好的蘋(píng)果渣取固定量均勻地涂抹在尼龍濾布上)→干燥(75℃下干燥3h)→揭膜(去除涂布)→包裝→成品

1.2.2 護(hù)色劑配比最優(yōu)參數(shù)的確定 在單因素實(shí)驗(yàn)中,依次改變護(hù)色劑(EDTA-二鈉、檸檬酸、異VC鈉)的添加量,分別以蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)為指標(biāo)進(jìn)行研究和分析,并確定三因素三水平的最佳參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)面分析,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的水平及編碼表如表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.3 色澤指標(biāo)測(cè)定 采用WPS-S型色差計(jì)測(cè)色差。其中L表示透明度,L=0為黑色,L=100為白色;a(正值)表示紅色程度;b(正值)表示黃色程度;ΔE(正值)表示以空白樣品(即新鮮蘋(píng)果片)為參照時(shí),實(shí)驗(yàn)值與之相對(duì)照的總色差值。本實(shí)驗(yàn)主要以ΔE值大小作為蘋(píng)果褐變程度的指標(biāo),ΔE值越小,表示褐變程度越輕。

參照值:將鮮切的蘋(píng)果片置于色差計(jì)固體皿的玻璃片上旋緊,測(cè)量出蘋(píng)果片色差值,以此為參照值(L1,a1,b1)。

實(shí)驗(yàn)值:將護(hù)色后的蘋(píng)果片置于色差計(jì)固體皿的玻璃片上旋緊,在參照值的基礎(chǔ)上測(cè)量出蘋(píng)果片色差值(L2,a2,b2),即為ΔE值。

ΔE=((L2-L1)2+(a2-a1)2+(b2-b1)2)1/2

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 EDTA-二鈉添加量對(duì)蘋(píng)果渣紙片防褐變效果的影響 稱取一定量的蘋(píng)果切片,取0.05%,0.1%,0.15%,0.2%,0.25%,0.3%的EDTA-二鈉分別與0.3%檸檬酸和0.3%異VC鈉組成護(hù)色劑,溶于熱水中,測(cè)量水溫為90℃時(shí),將切片后蘋(píng)果進(jìn)行1min漂燙護(hù)色,然后將蘋(píng)果片撈出,用色差計(jì)測(cè)量蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)。不同的EDTA-二鈉添加量對(duì)蘋(píng)果片的影響見(jiàn)圖1,當(dāng)EDTA-二鈉為0.05%～0.2%時(shí),蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)隨著EDTA-二鈉添加量增加而降低。原因可能是EDTA-二鈉從PPO酶位點(diǎn)螯合金屬離子降低蘋(píng)果片中PPO酶活性,從而進(jìn)行護(hù)色,使蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)降低。當(dāng)EDTA-二鈉添加量繼續(xù)增加時(shí),蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)升高,原因可能是蘋(píng)果中的微量金屬離子是一定的,EDTA-二鈉添加量大于0.2%時(shí),最大程度螯合了蘋(píng)果中金屬離子,當(dāng)再增加EDTA-二鈉的添加量反而促進(jìn)了酶褐變[7],導(dǎo)致蘋(píng)果片的褐變程度加劇。因此,選取0.2%為中心點(diǎn)。由于響應(yīng)面數(shù)據(jù)梯度均為0.1%,所以以0.1%,0.2%,0.3%為EDTA-二鈉的三水平進(jìn)行響應(yīng)面分析以確定EDTA-二鈉最佳添加量。

圖1 EDTA-二鈉添加量對(duì)色澤指標(biāo)的影響Fig.1 Effect of ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt content on the index of color of papier-mache food by apple residue

2.1.2 檸檬酸添加量對(duì)蘋(píng)果渣紙片防褐變效果的影響 稱取一定量的蘋(píng)果切片,取0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0. 5%,0.6%的檸檬酸分別與0.2%EDTA-二鈉和0.3%異VC鈉組成護(hù)色劑,溶于熱水中,測(cè)量水溫為90℃時(shí),將切片后蘋(píng)果進(jìn)行1min漂燙護(hù)色,然后將蘋(píng)果片撈出,用色差計(jì)測(cè)量蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)。不同的檸檬酸添加量對(duì)蘋(píng)果片的影響見(jiàn)圖2,當(dāng)檸檬酸添加量為0.1%～0.3%時(shí),蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)隨著檸檬酸添加量增加而降低,原因可能是檸檬酸屬有機(jī)酸,在低濃度時(shí)螯合酶相對(duì)活性中心離子從而降低酶的相對(duì)活性[8],抑制了酶促褐變。當(dāng)檸檬酸添加量大于0.3%時(shí),蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)升高,原因可能是蘋(píng)果片的酸性增強(qiáng),多酚氧化酶的活性增強(qiáng)[7,9],引起褐變。因此,選取0.2%,0.3%,0.4%為檸檬酸的三水平進(jìn)行響應(yīng)面分析以確定檸檬酸最佳添加量。

圖2 檸檬酸添加量對(duì)色澤指標(biāo)的影響Fig.2 Effect of citric acid content on the index of color of papier-mache food by apple residue

2.1.3 異VC鈉對(duì)蘋(píng)果渣紙片防褐變效果的影響 稱取一定量的蘋(píng)果切片,取0.05%,0.1%,0.15%,0.2%,0.25%,0.3%,0.35%,0.4%,0.45,0.5%的異VC鈉分別與0.2% EDTA-二鈉和0.2%檸檬酸組成護(hù)色劑,溶于熱水中,測(cè)量水溫為90℃時(shí),將切片后蘋(píng)果進(jìn)行1min漂燙護(hù)色,然后將蘋(píng)果片撈出,用色差計(jì)測(cè)量蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)。不同的異VC鈉添加量對(duì)蘋(píng)果片的影響見(jiàn)圖3,當(dāng)異VC鈉添加量為0.1%～0.35%時(shí),蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)總體呈隨著檸檬酸添加量增加而降低的趨勢(shì),原因可能是異VC鈉是一種強(qiáng)還原劑,空氣中的氧氣先氧化異VC鈉,使蘋(píng)果片得到保護(hù)不被氧化,所以蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)降低。當(dāng)異VC鈉添加量大于0.35%時(shí),蘋(píng)果片的色澤指標(biāo)升高,原因可能是由于異VC鈉氧化后形成的酮化合物與氨化合物發(fā)生非酶褐變,加劇蘋(píng)果片的變色[8,10-11]。因此,以0.35%為中心點(diǎn),梯度為0.1%,所以選取0.25%、0.35%和0.45%為異VC鈉的三水平進(jìn)行響應(yīng)面分析以確定異VC鈉最佳添加量。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化護(hù)色劑添加量

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果 綜合分析單因素條件,以色澤指標(biāo)為響應(yīng)值,選取EDTA-二鈉、檸檬酸和異VC鈉為單因素設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn),根據(jù)Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[12],本設(shè)計(jì)為17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn),其中12個(gè)析因?qū)嶒?yàn)點(diǎn),5個(gè)零點(diǎn),即實(shí)驗(yàn)區(qū)域的中心點(diǎn)。

蘋(píng)果渣紙型食品實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,利用軟件進(jìn)行非線性回歸的二次多項(xiàng)式擬合,得到預(yù)測(cè)模型如下所示:

Y=+0.27-0.02A+0.064B+0.034C-0.13AB+9.125E-003AC-0.050BC+0.026A2+0.058B2+0.12C2

圖3 異VC鈉添加量色澤指標(biāo)的影響Fig.3 Effect of sodium erythorbate content on the index of color of papier-mache food by apple residue

實(shí)驗(yàn)號(hào)X1X2X3Y色澤指標(biāo)111001962-10-103643011051840-1104245-1-10024660-1-1027270000353800002479000024310-11005641101-10567121010480130000243141-1003921510-1037816000024317-1010430

表3為蘋(píng)果渣紙片色澤指標(biāo)的方差分析結(jié)果,由該表可以看出:模型回歸顯著(p<0.05),說(shuō)明三種護(hù)色劑對(duì)色澤指標(biāo)的影響顯著;失擬項(xiàng)不顯著(p>0.05),說(shuō)明其他因素對(duì)兩者干擾很小,并且該模型相關(guān)系數(shù)R2值分別為0.9619,非常接近1,說(shuō)明該模型和實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好,可用于蘋(píng)果渣紙片護(hù)色效果的預(yù)測(cè)。各因素對(duì)響應(yīng)值影響程度分析,各因素的F值可以反應(yīng)出對(duì)實(shí)驗(yàn)響應(yīng)值的重要性,F值越大,表明該因素對(duì)響應(yīng)值的影響越大,從方差分析表可得出,影響蘋(píng)果渣紙片色澤褐變程度的主次因素均為:檸檬酸>異VC鈉>EDTA-二鈉。

2.2.2 各因素之間的交互作用 見(jiàn)圖4～圖6。

圖4～圖6為各因素的交互作用的響應(yīng)面圖,分別表示以檸檬酸、EDTA-二鈉和異VC鈉取零水平時(shí),其余兩個(gè)水平對(duì)蘋(píng)果片色澤指標(biāo)的影響。

由Design-Expert處理數(shù)據(jù)得出蘋(píng)果片漂燙過(guò)程中護(hù)色劑添加量最佳工藝條件為:EDTA-二鈉添加量為0.11%,檸檬酸添加量為0.21%,異VC鈉添加量為0.35%。此條件下蘋(píng)果片色澤指標(biāo)的模型預(yù)測(cè)值為:0.1903。為檢驗(yàn)響應(yīng)面所得到的結(jié)果的可靠性,采用上述條件進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),得到的蘋(píng)果片色澤

表3 回歸方程方差分析表Table 3 Analysis results of regression and variance

注:**表示極顯著(p<0.01);*表示顯著(p<0.05)。

圖4 EDTA-二鈉和異VC鈉對(duì)色澤指標(biāo)的影響響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface of ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt and sodium erythorbate on the index of color of papier-mache food by apple residue

圖5 異VC鈉和檸檬酸對(duì)色澤指標(biāo)的影響響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface of sodium erythorbate and critic acid on the index of color of papier-mache food by apple residue

圖6 檸檬酸和EDTA-二鈉對(duì)色澤指標(biāo)的影響響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface of critic acid and thylenediaminetetraacetic acid disodium salt on the index of color of papier-mache food by apple residue

指標(biāo)為:0.1900。與模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為:0.2%。說(shuō)明響應(yīng)面優(yōu)化后得到的回歸方程具有一定意義的實(shí)際指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

在單因素素的基礎(chǔ)上,將響應(yīng)面法用于優(yōu)化蘋(píng)果片在去汁得渣干燥成可食型紙片食品前的漂燙處理中的防褐變工藝。通過(guò)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)建立了3因素(EDTA-二鈉添加量、檸檬酸添加量、異VC鈉添加量)和1個(gè)響應(yīng)值(色澤指標(biāo))相互作用的數(shù)學(xué)模型,響應(yīng)面分析結(jié)果表明:EDTA-二鈉添加量為0.11%,檸檬酸添加量為0.21%,異VC鈉添加量為0.35%。此條件下蘋(píng)果片的模型預(yù)測(cè)值為:0.1903。驗(yàn)證值為:0.1900。與模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為:0.2%。因此,采用 RSA 法優(yōu)化得到的護(hù)色條件參數(shù)準(zhǔn)確、可靠,具有實(shí)用價(jià)值。

[1]王新偉,孫秀秀,賀連斌,等. 可食性果蔬紙的研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào),2010,12(3):34-38.

[2]盧影,鄭建仙.復(fù)合護(hù)色液對(duì)鮮切蘋(píng)果的防褐變研究[J].現(xiàn)代食品科技,2009,25(9):1025-1027.

[3]FDA.Sulfating agents,Revocation of GRAS status for use on fruits and vegetable intended to be served or sold raw to consume[J]Fed Regist,1986,(51):25021-25026.

[4]Negishi O,Ozawa T. Inhibition of enzymatic browning and protection of sulthydryl enzymes by thiol compounds[J]. Phytoehemistry,2000(54):481-487.

[5]廖蘭,劉為平,黎清金,等. 一種水果渣紙型食品揭膜性能的方法. [P]中國(guó)，ZL20131015266.4. 2014-3-12.

[6]María A Rojas-Graüa,Rosa M Raybaudi-Massiliaa,Robert C Soliva-Fortunya,et al. Apple puree-alginate edible coating as carrier of antimicrobial agents to prolong shelf-life of fresh-cut apples[J]. Postharvest Biology and Technology,2007,45(2):254-264.

[7]詹麗娟,范會(huì)平.柿子醋貯藏期間褐變及其抑制方法[J].食品科學(xué),2011,32(16):370-374.

[8]Miller K S,Krochta J M.Oxygen and aroma barrier properties of edible films:A review[J].Trends in Food Science & Technology,1997,8(7):228-237.

[9]黃建韶,張洪,田宏現(xiàn). 蘋(píng)果中多酚氧化酶的性質(zhì)[J].食品與機(jī)械,2001,83(3):7-11.

[10]Sothornvit R,Rodsamran P. Effect of a mango film on quality of whole and minimally processed mangoes[J].Postharvest Biology and Technology，2008,47(3),407-415.

[11]曾順德,張超,張迎君,等.檸檬干片高效褐變抑制劑篩選[J]. 食品科學(xué),2008,29(5):212-213.

[12]吳有煒.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].蘇州:蘇州大學(xué)出版社,2002:115-154.

Optimization of the color protecting technique of apple residue forpapier-mache food by response surface methodology

LI Zhang-fa1,LIAO Lan1，*,CHEN Shu-zhen2,YANG Li-rong2,ZHAO Mou-ming3

(1.College of Bioscience and Biotechnology,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China;2.Fuzhou University ZhiCheng College,Fuzhou 350002,China;3.College of Light Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou,510640,China)

Response surface analysis methodology was used for control browning technique by the apple residue for papier-mache food. Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt,critic acid and sodium erythorbate were selected as influencing factors based on single-factor experiments. The simulated quadratic polynomial regression equation of prediction model was set up by Box-Benhnken central composite design and response surface analysis theory with the index of color as measure indicator. The optimum film forming technique was obtained as follows:Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt 0.11%,critic acid 0.21%,sodium erythorbate 0.35%. The index of color under the condition was 0.1903,respectively. The verified value was 0.1900,and was in close agreement with the predicted values.

apple residue;papier-mache food;color protecting;response surface analysis

2014-04-29

李章發(fā)(1991-)，男，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)。

*通訊作者:廖蘭(1982-)，女，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：食品生物技術(shù)。

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目(31201287)。

TS255.1

B

1002-0306(2015)05-0204-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.034