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(1.重慶第二師范學院,重慶市功能性食品協(xié)同創(chuàng)新中心,重慶 400067; 2.重慶第二師范學院生物與化學工程學院,重慶 400067; 3.西華大學食品與生物工程學院糧油與食品安全省級重點實驗室,四川成都 610039; 4.四川省綠茵農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司阿壩州分公司,四川馬爾康 624000; 5.國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術(shù)研究中心(天津),農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品采后生理 與貯藏保鮮重點開放實驗室,天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津 300384)

鮮切果蔬是指對新鮮果蔬進行修整、切分(去皮)、包裝及冷藏等加工制得的果蔬制品,具有新鮮、安全和營養(yǎng),滿足消費者對烹飪的即時訴求等特點[1]。紫甘藍色澤鮮艷,富含膳食纖維以及多種維生素和礦物質(zhì),具有較佳的藥食兩用價值[2]。高原特色蔬菜紫甘藍的膳食纖維、維生素種類及礦物質(zhì)含量均高于其他地區(qū)紫甘藍;花色苷類物質(zhì)多于其他地區(qū)紫甘藍數(shù)倍,更有效增強機體的抗氧化能力[3]。然而,鮮切加工往往會造成貯藏期間鮮切果蔬營養(yǎng)成分的損失及水分的散失,采取措施減少鮮切果蔬抗氧化物質(zhì)的損失、提高抗氧化能力以及減少其褐變的產(chǎn)生正受到越來越多的關(guān)注[4]。加壓惰性氣體保鮮技術(shù)是指惰性氣體在一定溫度和壓力下溶于鮮切果蔬細胞間或細胞內(nèi)水中,此時的水分被“結(jié)構(gòu)化”,形成籠形水合物,減少了水分的流動性,減緩了鮮切果蔬生理代謝速率[5]。Wu等[6]在4 ℃下對鮮切菠蘿進行1.6～2.2 MPa加壓氬氣處理43～65 min,結(jié)果表明該處理可有效地維持其營養(yǎng)成分和感官品質(zhì),鎖住細胞內(nèi)水分,較好的維持其細胞表面微觀結(jié)構(gòu)。Mattsson等[7]研究發(fā)現(xiàn),鮮切胡蘿卜經(jīng)過超高壓處理后,其細胞膜透性減弱,細胞壁堿溶性果膠增加,可保持鮮切胡蘿卜的貨架期硬度。目前,尚未有關(guān)于加壓氬氣處理對鮮切紫甘藍貯藏品質(zhì)影響的研究。

本文研究不同加壓氬氣處理條件加壓氬氣處理壓強、保壓時間、加壓時間和撤壓時間對鮮切紫甘藍貯藏品質(zhì)的影響,通過單因素實驗和Box-Behnken響應面試驗對加壓氬氣處理條件進行優(yōu)化,以期控制鮮切紫甘藍的水分散失,減輕褐變,改善鮮切紫甘藍的品質(zhì),延長其貨架期。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫甘藍 四川省綠茵農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司阿壩州分公司;氬氣 四川僑源氣體股份有限公司;聚乙烯/尼龍(PE/PA)復合包裝材料(15 cm×25 cm,δ0.06 mm) 上海錦蕊新材料科技有限公司;次氯酸鈉 成都市科龍試劑有限公司;95%乙醇 成都市科龍試劑有限公司;以上化學試劑均為分析純。

GSH-10高壓反應釜 威海環(huán)宇化工機械有限公司;TDL-40B離心機 湖南星科科學儀器有限公司;722s分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;TP-602電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;DZ-580A真空充氣包裝機 諸城市舜康包裝機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鮮切紫甘藍加壓氬氣的保鮮處理 將新鮮紫甘藍用100 mg·L-1的次氯酸鈉溶液浸泡5 min,然后用去離子無菌水沖洗,室溫下放置瀝干。將新鮮紫甘藍修整后去除根蒂部位,接著將可食部分切分成(40×10) mm大小,然后用100 mg·L-1的次氯酸鈉溶液浸2 min,再用無菌水清洗。隨后將鮮切紫甘藍在110×g 4 ℃條件下離心1 min[8]。將離心過后的鮮切紫甘藍放入高壓容器中,密封,抽真空后,通入氬氣,進行加壓處理。然后采用PE/PA復合包裝材料進行氮氣氣調(diào)包裝[9-10],最后擺放于4 ℃的冷庫展示架上貯藏。每個因素對應的每個水平或者響應面試驗中對應的每組試驗為一個處理,每個處理6袋,50 g/袋,在20 d的貯藏周期內(nèi),每4 d取樣測定一次。

1.2.2 單因素實驗 采用單因素實驗[11-12]研究加壓氬氣處理壓強(0.0、0.5、1.0、1.5和2.0 MPa)、保壓時間(20、40、60、80和100 min)、加壓時間(80、90、100、110和120 s)和撤壓時間(90、120、150、180和210 s)4個因素對鮮切紫甘藍失重率和褐變度的影響。加壓氬氣處理壓強、保壓時間、加壓時間和撤壓時間4個因子的固定水平分別為1.0 MPa、60 min、100 s和150 s,在對各因素進行單因素實驗探究時,其他因素均取固定水平。

1.2.3 Box-Behnken試驗設計 在單因素實驗基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken響應面法[13-14]設計4因素3水平實驗,以20 d后失重率(%)為響應值,確定鮮切紫甘藍貯藏期間加壓氬氣最佳處理條件條件,試驗因素及水平編碼如表1所示。

表1 Box-Behnken試驗因素及水平編碼Table 1 Levels of the variables tested in the Box-Behnken

1.2.4 失重率的測定 采用謝國芳等[15]的方法,運用稱重法測定,具體可用以下公式表示:

式(1)

其中:M0:樣品的初始重量,g;Mt:貯藏一定時間后樣品的重量,g。

1.2.5 褐變度的測定 采用楊志娟等[16]的方法,取樣5 g,倒入95%乙醇15 mL,研磨均勻,2000 r/min離心15 min,取上清液于420 nm處測定吸光度A,即為樣品褐變度?？瞻捉M樣液制備時即為將樣品替換為同等質(zhì)量的蒸餾水。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,各項指標結(jié)果以“平均數(shù)±標準偏差”表示,n=3,采用S-N-K法進行差異顯著性分析(p<0.05),圖表中標注不同字母的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)間具有顯著性差異(p<0.05);采用Origin 8.6作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果分析

2.1.1 不同加壓氬氣處理壓強對鮮切紫甘藍失重率和褐變度的影響 如圖1、圖2所示,隨著貯藏時間延長,各處理組鮮切紫甘藍失重率和褐變度上升趨勢為先明顯后平穩(wěn)。貯藏20 d后,2 MPa加壓氬氣處理的鮮切紫甘藍具有最大的失重率,為6.53%,無加壓氬氣處理的鮮切紫甘藍具有最大的褐變度,為0.997。由圖2可明顯看出,隨著處理氬氣壓強的增加,鮮切紫甘藍褐變度呈現(xiàn)先明顯減少后增加的趨勢。當加壓氬氣處理壓強為1.0 MPa時,鮮切紫甘藍具有最小的失重率和褐變度,第20 d時分別為3.83%和0.628,可有效保持其貯藏期間水分,維持其正常色澤。加壓氬氣處理可實現(xiàn)細胞間水分的結(jié)構(gòu)化,減緩呼吸代謝和酶促褐變的發(fā)生[17]。因此,適宜的加壓氬氣處理壓強為1.0 MPa。

圖1 不同加壓氬氣處理壓強 對鮮切紫甘藍貯藏期間失重率的影響Fig.1 Effects of different argon treatment pressure on weight loss rate of fresh-cut red cabbage during storage

圖2 不同加壓氬氣處理壓強 對鮮切紫甘藍貯藏期間褐變度的影響Fig.2 Effects of different argon treatment pressure on browning degree of fresh-cut red cabbage during storage

2.1.2 不同保壓時間對鮮切紫甘藍失重率和褐變度的影響 隨著貯藏時間的延長,鮮切紫甘藍失重率(圖3)和褐變度(圖4)均呈明顯上升趨勢。從圖4可明顯看出,鮮切紫甘藍的褐變度隨著保壓時間的增加先明顯減少后增加。貯藏20 d時,當保壓時間為60 min時,鮮切紫甘藍具有最小的失重率和褐變度,其值分別為3.83%和0.631,此時對鮮切紫甘藍保鮮效果最佳;當保壓時間為80 min時,鮮切紫甘藍失重率和褐變度較小,分別為4.44%和0.741,保鮮效果次之。張秋婷等[18]在400 MPa壓強處理下,保壓5 min,可明顯抑制鮮切蘋果水分散失,抑制感官色澤劣變,減輕果蔬組織褐變程度。因此,考慮實際情況,確定適宜的保壓時間為60 min。

圖3 不同保壓時間對鮮切紫甘藍貯藏失重率的影響Fig.3 Effects of different holding time on weight loss rate of fresh-cut red cabbage during storage

圖4 不同保壓時間對鮮切紫甘藍貯藏期間褐變度的影響Fig.4 Effects of different holding time on browning degree of fresh-cut red cabbage during storage

2.1.3 不同加壓時間對鮮切紫甘藍失重率和褐變度的影響 隨著貯藏時間的延長,鮮切紫甘藍失重率(圖5)和褐變度(圖6)均呈現(xiàn)出上升趨勢,且16～20 d時,上升趨勢變得較為平緩。隨著加壓時間不斷減小,樣品褐變度先明顯減小后增加。貯藏20 d,當加壓時間為100 s時,鮮切紫甘藍失重率和褐變度均最小,分別為3.83%和0.642,保鮮效果最佳。當加壓時間過長或者較短時,易破壞組織細胞結(jié)構(gòu),營養(yǎng)物質(zhì)流失,組織細胞內(nèi)過氧化物酶與殘留在細胞內(nèi)的氧氣接觸,造成褐變的發(fā)生[19]。因此,結(jié)合實際生產(chǎn),確定適宜的加壓時間為100 s。

圖5 不同加壓時間對鮮切紫甘藍貯藏期間失重率的影響Fig.5 Effects of different pressure time on weight loss rate of fresh-cut red cabbage during storage

圖6 不同加壓時間對鮮切紫甘藍貯藏期間褐變度的影響Fig.6 Effects of different pressure time on browning degree of fresh-cut red cabbage during storage

2.1.4 不同撤壓時間對鮮切紫甘藍失重率和褐變度的影響 由圖7～圖8可知,隨著撤壓時間不斷減小,鮮切紫甘藍失重率、褐變度基本呈現(xiàn)出先減少后明顯增加的趨勢。在貯藏結(jié)束后,當撤壓時間為150 s時,鮮切紫甘藍具有最小的失重率和褐變度,其值分別為3.85%和0.632;當撤壓時間為210 s時,對鮮切紫甘藍的保鮮效果最差,其失重率和褐變度均最大,其值分別為6.49%和0.993。汪薇等[20]研究可知,當撤壓時間處于120～170 s范圍內(nèi)時,鮮切蓮藕的細胞模結(jié)構(gòu)較為完整,可有效減少水分散失;另外氬氣在高壓狀態(tài)下進入鮮切蓮藕組織的微氣孔,將微氣孔中的氧氣趕出,殘留的氬氣分子能在貯藏期間有效抑制組織細胞發(fā)生酶促褐變,減輕褐變度。因此,確定適宜的撤壓時間為150 s。

圖7 不同撤壓時間對鮮切紫甘藍貯藏期間失重率的影響Fig.7 Effects of different pressure removal time on weight loss rate of fresh-cut red cabbage during storage

圖8 不同撤壓時間對鮮切紫甘藍貯藏期間褐變度的影響Fig.8 Effects of different pressure removal time on browning degree of fresh-cut red cabbage during storage

2.2 Box-Behnken試驗設計及結(jié)果

在單因素實驗基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken響應面設計,以A加壓氬氣處理壓強1.0 MPa、B保壓時間60 min、C加壓時間100 s和D撤壓時間150 s為中心點,以失重率(%)為響應值,進行響應面優(yōu)化分析實驗。試驗設計及結(jié)果見表2。

表2 Box-Behnken試驗設計及結(jié)果Table 2 Experimental design and results of the Box-Behnken

對29組試驗的響應值進行二次回歸分析,回歸方差分析見表3。經(jīng)過回歸擬合分別得到失重率(Y)為目標函數(shù)的四元二次回歸方程:

表3 Box-Behnken試驗設計的回歸分析表Table 3 Regression results from the test of Box-Behnken experiments

Y=3.74-0.58A-0.55B-0.20C+0.32D-0.51AB+0.100AC+0.72AD-0.060BC+0.47BD-0.22CD+1.62A2+1.33B2+0.77C2+1.68D2

由表3數(shù)據(jù)可知,該回歸模型的p值為0.0106,小于0.05,說明該模型顯著,回歸方程可正確反映失重率與四因素之間的關(guān)系。模型的失擬項p值為0.0532,大于0.05,對失重率的影響不顯著,以上證明回歸模型與實際實驗具有較高的擬合度。決定系數(shù)R2為0.9850,表明采用Box-Behnken響應面設計所得回歸模型可靠,可實現(xiàn)對鮮切紫甘藍貯藏期間加壓氬氣處理工藝實驗的理論預測。

在失重率(Y)模型中,AD、CD對失重率的影響顯著(p<0.05);A2、B2和D2的p值均小于0.01,對失重率的影響極顯著;A、B、C、D、AB、AC和BC、BD、C2的p值均大于0.05,對失重率的影響不顯著;各因素對失重率的影響為:A>B>D>C。

2.2.1 響應面分析與優(yōu)化 如圖9所示,各因素兩兩之間交互效應的大小可由等高線的形狀體現(xiàn),橢圓形反映因素兩兩之間有著顯著的交互作用,而圓形則反映因素兩兩之間交互作用不顯著。因素A和D以及C和D等高線形狀為橢圓形,則說明以上因素兩兩之間交互作用顯著。

圖9 各因素交互作用對失重率影響的響應面圖Fig.9 Surface of mutual-influence for between any two of A,B,C and D on the weight loss rate

通過對方程(Y)求導可得模型預測的最小失重率為3.47%,此時,加壓氬氣處理壓強為1.07 MPa、保壓時間為61.20 min、加壓時間為99.30 s和撤壓時間為148.40 s。

2.2.2 Box-Behnken模型驗證試驗 結(jié)合實際情況,將預測條件優(yōu)化為加壓氬氣處理壓強1.0 MPa、保壓時間61 min、加壓時間99 s和撤壓時間148 s。采用優(yōu)化后的加壓氬氣處理工藝對鮮切紫甘藍進行處理,貯藏結(jié)束后,其失重率為3.57%,與失重率理論值3.47%僅1相差0.1%,表示該響應面回歸模型具有一定可行性和準確性。另外,與非加壓處理條件下測得的失重率5.98%相比,優(yōu)化后失重率降低了42.0%。

3 結(jié)論

在單因素實驗基礎(chǔ)上,應用Box-Behnken響應面設計法對鮮切紫甘藍貯藏環(huán)節(jié)中的加壓氬氣處理工藝進行優(yōu)化。鮮切紫甘藍貯藏環(huán)節(jié)中加壓氬氣處理最佳工藝為:加壓氬氣處理壓強1.0 MPa、保壓時間61 min、加壓時間99 s和撤壓時間148 s。在此優(yōu)化條件下,貯藏20 d后,鮮切紫甘藍失重率為3.57%,與非加壓處理條件下測得的失重率5.98%相比,優(yōu)化后失重率降低了42.0%,保鮮效果明顯提升。