張佰清，趙越

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)，110866)

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脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜殺菌工藝的響應(yīng)面法優(yōu)化

張佰清*，趙越

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)，110866)

以油麥菜為原料，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取輸入電壓、照射次數(shù)、照射距離為響應(yīng)因素，殺菌率為響應(yīng)值，研究脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜的殺菌效果。結(jié)果表明：輸入電壓 2 500 V、照射次數(shù)30次、照射距離9.4 cm時(shí)，脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜表面殺菌效果最佳，殺菌率可達(dá)到99.78%。并且，脈沖強(qiáng)光殺菌處理對(duì)油麥菜切片的感官品質(zhì)和理化性質(zhì)沒(méi)有顯著影響。

脈沖強(qiáng)光；鮮切油麥菜；殺菌率；響應(yīng)面法

油麥菜(Lactuca sativaL.)色澤淡綠、質(zhì)地脆嫩，具有獨(dú)特風(fēng)味，深受消費(fèi)者歡迎[1]。油麥菜在鮮切過(guò)程中極易受到微生物的侵染，因此在生產(chǎn)和銷售過(guò)程中必須采取一些殺菌措施以保證產(chǎn)品的品質(zhì)。

脈沖強(qiáng)光殺菌是利用瞬時(shí)高強(qiáng)度脈沖光能量殺滅食品或包裝上各類微生物的一種新技術(shù)，可有效地保持食品質(zhì)量，延長(zhǎng)食品貨架期[2]。國(guó)內(nèi)江天寶等利用脈沖強(qiáng)光對(duì)染菌的西洋參片、熟地瓜、面包以及干豆腐表面進(jìn)行殺菌效果實(shí)驗(yàn)[3-6]，殺菌效果良好。國(guó)外GEMMA等研究表明，脈沖強(qiáng)光處理對(duì)鮮切蘑菇以及芒果的理化品質(zhì)沒(méi)有顯著影響[7-8]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切蔬菜保鮮效果的研究鮮有報(bào)道，本文通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)，研究了脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜的最佳殺菌工藝參數(shù)。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料與試劑

油麥菜，沈陽(yáng)蔬菜中心批發(fā)市場(chǎng)；牛肉膏，生物試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；蛋白胨(生物試劑)，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；Nacl(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑廠；瓊脂粉(生物試劑)，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；丙酮(分析純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；NaOH(分析純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；石英砂：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.2儀器與設(shè)備

脈沖強(qiáng)光裝置(光脈沖寬度為20 μs，波長(zhǎng)200～1 100 nm，最大輸出電壓為5 000 V，最大輸入能量為644 J)，學(xué)院自行設(shè)計(jì)[9]；超凈工作臺(tái)，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；電熱手提式高壓蒸汽消毒鍋，上海三申醫(yī)療器械有限公司；恒濕恒溫箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海尤尼科儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，沈陽(yáng)瑞豐精細(xì)化學(xué)品有限公司。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1脈沖強(qiáng)光照射殺菌工藝

切除油麥菜根部，去掉外層枯黃的葉片等不可食部分，用無(wú)菌水清洗干凈后進(jìn)行切分[10]，待蔬菜表面瀝干后，放入脈沖強(qiáng)光裝置進(jìn)行照射。每次做3個(gè)平行試驗(yàn)和1個(gè)對(duì)照組試驗(yàn)。照射后，進(jìn)行菌落總數(shù)測(cè)定。

1.3.2單因素試驗(yàn)

以鮮切油麥菜為原料，以殺菌率為考察對(duì)象，分別以輸入電壓、照射次數(shù)、照射距離等3個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各因素對(duì)鮮切油麥菜表面殺菌效果的影響。

1.3.2.1輸入電壓的選擇

照射次數(shù)25次，照射距離9 cm的條件下，考察輸入電壓分別為 1 300、1 600、1 900、2 200、2 500 V時(shí)對(duì)鮮切油麥菜表面殺菌效果的影響。

1.3.2.2照射次數(shù)的選擇

輸入電壓2 200 V,照射距離9 cm的條件下，考察照射次數(shù)分別為10、15、20、25、30時(shí)對(duì)鮮切油麥菜表面殺菌效果的影響。

1.3.2.3照射距離的選擇

輸入電壓 2 200 V，照射次數(shù)25次的條件下，考察照射距離分別7、9、11、13 、15 cm時(shí)對(duì)鮮切油麥菜表面殺菌效果的影響。

1.3.3響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以鮮切油麥菜殺菌率為響應(yīng)值，對(duì)輸入電壓、照射次數(shù)、照射距離進(jìn)行3因素3水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。利用Design Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，采用 Box-Behnken 響應(yīng)面分析得到回歸模型和優(yōu)化的工藝參數(shù)。試驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表1。

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

1.3.4鮮切油麥菜品質(zhì)影響測(cè)定

1.3.4.1油麥菜切片菌落總數(shù)的測(cè)定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定[11]

1.3.4.2感官品質(zhì)的測(cè)定

參照高凱的方法[12]略作修改，將鮮切油麥菜放入保鮮袋中保藏，以其新鮮度評(píng)分表示。油麥菜新鮮程度評(píng)價(jià)內(nèi)容包括色澤、風(fēng)味、質(zhì)地，腐爛程度。滿分10分，10分-非常新鮮；8分-很新鮮；6分-可以正常食用，無(wú)明顯腐爛；4分-較差，蔬菜表面能明顯看見(jiàn)腐爛現(xiàn)象；0分-非常差。

1.3.4.3葉綠素含量的測(cè)定

采用分光光度法[13]

1.3.4.4失重率

采用稱重法，計(jì)算失重率。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1輸入電壓對(duì)鮮切油麥菜殺菌效果的影響

由圖1可以看出，隨著輸入電壓的增大，殺菌率呈遞增趨勢(shì)。在輸入電壓為1 300～2 200 V時(shí)，殺菌率由35.8%遞增至99.3%，提高了63.5%，。當(dāng)輸入電壓繼續(xù)增大，殺菌率提高不明顯，因此，輸入電壓在2 200 V 時(shí)即可達(dá)到最佳的殺菌效果。

圖1　輸入電壓對(duì)殺菌效果的影響Fig.1　Effect of voltage on sterilization efficiency

2.1.2照射次數(shù)對(duì)鮮切油麥菜殺菌效果的影響

由圖2可以看出，隨著照射次數(shù)的增加，殺菌率呈遞增趨勢(shì)，在照射次數(shù)10～25內(nèi)，殺菌率由47.4%遞增到99.3%。照射次數(shù)增至25次以上時(shí)，殺菌效果趨于穩(wěn)定，上升幅度緩慢。因此，選擇照射次數(shù)25次為最佳次數(shù)。

圖2　照射次數(shù)對(duì)殺菌效果的影響Fig.2　Effect of radiant frequency on sterilization efficiency

2.1.3照射距離對(duì)鮮切油麥菜殺菌效果的影響

由圖3可以看出，隨著照射距離的增加，殺菌率呈遞減趨勢(shì)。照射距離大于9 cm時(shí)，殺菌率下降顯著，在照射距離為7、9 cm時(shí)，殺菌效果幾乎相同，殺菌率均達(dá)到了99.2%以上。照射距離越大，殺菌面積越大，從而能夠在實(shí)際應(yīng)用中提高殺菌率[5]，因此選擇照射距離9 cm為最佳距離。

圖3　照射距離對(duì)殺菌效果的影響Fig.3　Effect of radiant distance on sterilization efficiency

2.2響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化工藝參數(shù)

2.2.1響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù) Design Expert 8.0.6 軟件對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行安排，試驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表2、表3。

表2　響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果

表3　回歸方程方差分析表

注： *差異顯著(P<0.05)；**差異極顯著(P<0.01)。

對(duì)響應(yīng)值以及各因素進(jìn)行擬合，得到關(guān)于殺菌率的回歸方程如下:

Y=98.90+6.84A+5.30B-0.74C-3.89AB+0.34AC+1.05BC-4.36 A2-2.93 B2-2.00 C2

變量模型P< 0.01，達(dá)到極顯著水平，回歸方程失擬檢驗(yàn)P>0. 05，差異不顯著，說(shuō)明所得的回歸方程擬合程度良好。表3方差分析結(jié)果表明一次項(xiàng)系數(shù)A、B、C都是極顯著(P<0.01)；交互項(xiàng)AB(P<0.01)，交互項(xiàng)BC(P=0.001 7<0.01)對(duì)殺菌率的影響極顯著；交互項(xiàng)AC(P=0.150 0>0.05)對(duì)殺菌率的影響不顯著。各因素對(duì)殺菌率影響大小順序?yàn)锳(輸入電壓)>B(照射次數(shù))>C(照射距離)。

2.2.2響應(yīng)面分析因素之間的交互作用

圖4為各因素交互作用對(duì)殺菌率影響的等高線及響應(yīng)面圖。由圖4可知，輸入電壓和照射次數(shù)對(duì)鮮切油麥菜表面殺菌率的影響最大，照射距離對(duì)殺菌率的影響較小。依據(jù)回歸模型的數(shù)學(xué)分析并綜合響應(yīng)面圖確定脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜殺菌的最優(yōu)條件是脈沖強(qiáng)光輸入電壓2 500 V，照射次數(shù)30次，照射距離9.33 cm。

圖4　各因素交互作用對(duì)殺菌率影響的等高線及響應(yīng)面圖響應(yīng)面Fig.4　Response surface and contour plots showing the interactive effects of three operating parameters on sterilization efficiency

2.2.3響應(yīng)面試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷尿?yàn)證

應(yīng)用 Design Expert 8.0.6 獲得脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜殺菌的最優(yōu)條件是脈沖強(qiáng)光輸入電壓2 500 V，照射次數(shù)30次，照射距離9.33 cm，此條件下預(yù)測(cè)的細(xì)菌滅菌率為99.92%。結(jié)合實(shí)際操作，優(yōu)化工藝參數(shù)，即脈沖強(qiáng)光輸入電壓2 500 V，照射次數(shù)30次，照射距離9.4 cm，并對(duì)最佳條件做3次重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果得到脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜的殺菌率達(dá)到了99.78%，試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值相差很小，所得參數(shù)較為可靠。表明該模型可以較好地反映出脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜細(xì)菌的滅菌效果。

2.2.4脈沖強(qiáng)光殺菌對(duì)鮮切油麥菜微生物、感官和理化指標(biāo)的影響

鮮切油麥菜經(jīng)脈沖強(qiáng)光處理后，室溫下貯藏。在貯藏的前2 d均未檢測(cè)出殘余細(xì)菌，在貯藏的第5天細(xì)菌總數(shù)為2.05 lg(CFU/g)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組7.82 lg(CFU/g)。與對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比，在貯藏的7 d內(nèi)，細(xì)菌總數(shù)和菌落增長(zhǎng)速度明顯減小，且油麥菜切片的感官品質(zhì)和理化性質(zhì)如失重率、葉綠素含量等沒(méi)有顯著變化。

3　結(jié)論

單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法優(yōu)化脈沖強(qiáng)光對(duì)鮮切油麥菜殺菌工藝，建立了殺菌率與脈沖強(qiáng)光輸入電壓、照射距離、照射次數(shù)3個(gè)因素間的二次回歸方程模型。最佳處理?xiàng)l件為：輸入電壓 2 500 V、照射次數(shù)30次、照射距離9.4 cm，該條件下殺菌率可達(dá) 99.78%。最佳條件下脈沖強(qiáng)光處理的鮮切油麥菜與對(duì)照組相比，在7d保藏期內(nèi)，細(xì)菌總數(shù)和菌落增長(zhǎng)速度明顯減小，且對(duì)油麥菜切片的感官品質(zhì)和理化性質(zhì)無(wú)顯著影響。

本試驗(yàn)研究表明，脈沖強(qiáng)光處理可有效殺滅鮮切油麥菜表面污染的細(xì)菌，對(duì)鮮切油麥菜品質(zhì)沒(méi)有不良影響，是一種有效的鮮切蔬菜保鮮技術(shù)。

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Optimization of pulsed light enhancing sterilization of bacteria on fresh-cut lettuce by response surface methodology

ZHANG Bai-qing*, ZHAO Yue

(College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

Using lettuce for raw materials, the pulsed light conditions for sterilizing the surface of fresh-cut lettuce were optimized by response surface methodology(RSM).The impacts of voltage , radiant number and distance on sterilization efficiency were investigated. Results showed that the optimal pulsed light parameters were determined as 2500V for 30 times at 9.4cm distance. Under the optimized conditions, the total number of bacterial colonies on fresh-cut lettuce was reduced by 99.78%. There is no significant effect on lettuce sensory quality and physicochemical properties.

pulsed light; fresh-cut lettuce; sterilization efficiency; response surface methodology

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201601023

博士，教授(本文通訊作者,E-mail：zbqfood@163.com)。

2015-07-16，改回日期：2015-08-25