張曉虎，白芳芳，魏夏夏，張艷娜，李 樂

(商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

引言

黃芩苷(Baicalin)系藥用植物黃芩的代表性抑菌成分，抗菌、抗炎、抗氧化等效果顯著，不僅存在于傳統(tǒng)藥用部位黃芩根中，而且存在于非藥用部位如黃芩葉中，探討優(yōu)化其提取工藝并用于食品防腐保鮮成為食品科學(xué)領(lǐng)域的熱門研究課題[1～4]。

乳酸鏈球菌素(Nisin)，亦稱乳酸鏈球菌肽或尼生素，是在變性乳介質(zhì)中經(jīng)乳酸鏈球菌發(fā)酵而得到的小分子多肽抗菌物質(zhì)[5]。研究表明，在其合成過程中，周圍環(huán)境的不同或者理化因素的變化對其穩(wěn)定性有很大影響，在中性或堿性條件下會導(dǎo)致失活，而在強酸高溫條件下則無活力損失[6]，對大多數(shù)革蘭氏陽性菌的殺滅效果很強，屬于窄譜抗菌素[7]。

追求綠色、安全的消費理念已使經(jīng)濟實用的天然食品防腐劑需求日漸擴大，而欲在保障合理食品貨架期的前提下盡可能少的使用防腐劑，最有效的途徑是將多種防腐劑進行復(fù)配，發(fā)揮復(fù)合防腐劑的協(xié)同作用，以既確保食品安全，又有效降低產(chǎn)品成本[8]。已有學(xué)者將連翹、番石榴、黃芩和菊苣等植物提取液應(yīng)用于果蔬和鮮蛋儲藏保鮮并取得了較好效果[9～11]。金明曉等[12]研究表明：以Nisin為主，輔以鈉他霉素、山梨酸和乙二胺四乙酸(EDTA)制備的復(fù)配物在肉和牛奶等食品中保鮮效果明顯。

選取中國秦嶺腹地陜西省商洛市人工種植面積、產(chǎn)量較大的被譽為“五大商藥”之一的黃芩為原料[13]，以乙醇為溶劑超聲輔助提取黃芩根中的黃芩苷，以黃芩苷、乳酸鏈球菌素、檸檬酸和氯化鈣為主要成分復(fù)配保鮮劑，利用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)配方案，將制備的復(fù)配保鮮噴灑液應(yīng)用于香蕉保鮮，以期為香蕉的采后貯藏與運輸銷售提供安全、簡便、高效的保鮮技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑 主要材料：兩年生黃芩根(2018年9月采于商洛學(xué)院黃芩種植園)，乳酸鏈球菌素(購于上海瑞永生物科技有限公司)，檸檬酸、氯化鈣、黃芩苷標準品(購于成都埃法生物科技有限公司)，同批次新鮮無損傷香蕉、一次性保鮮袋(購于商洛市客都超市)。

主要試劑：乙醇(95%)、鹽酸(36%)、氫氧化鈉、無水乙醇、蒸餾水。

1.1.2 儀器設(shè)備 主要儀器設(shè)備見表1。

表1 主要儀器設(shè)備

1.2 研究方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將黃芩根清洗后，在60℃烘箱烘干至恒重，高速多功能粉碎機粉碎，過40目篩后置于干燥的容器中，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 黃芩苷提取 黃芩苷提取參照帥仁亞等[14]的方法，采用乙醇為溶媒、超聲波提取黃芩苷優(yōu)化工藝，從每份5 g黃芩根樣品中平均提取得0.496 g淡黃色黃芩苷粗品，黃芩苷得率為9.92%。

1.2.3 單因素試驗設(shè)計 劃分4組實驗，每組取5個一次性保鮮袋，每袋中各擺放5個香蕉樣品并編號，分別噴灑不同濃度黃芩苷(0.4、0.3、0.2、0.1、0%)、Nisin(0.04、0.03、0.02、0.01、0%)、檸檬酸(4、3、2、1、0%)、氯化鈣(3.5、2.5、1.5、0.5、0%)溶液，封好保鮮袋后在室溫條件下于3、6、9、12 d觀察褐變程度，測定果實硬度、失重率。以噴灑濃度“0”值作對照CK，分別探討4個單因素的保鮮效果。

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計 在單因素試驗基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken原理，選取三個影響較大的因素，以感官評價為響應(yīng)值，設(shè)計3因素3水平的響應(yīng)面分析實驗[15-17]。

對響應(yīng)面試驗結(jié)果所得數(shù)據(jù)采用Design-Expert 8.0.5軟件進行分析和作圖，得出復(fù)配保鮮劑的最優(yōu)保鮮效果組合方案。

1.2.5 指標測評方法 取相同批次新鮮成熟香蕉，蒸餾水清洗自然晾干后，進行保鮮液噴灑處理，再次自然晾干后，置于一次性保鮮袋中密封，于25℃、65%相對濕度的恒溫培養(yǎng)箱貯藏，間隔相同天數(shù)觀察測定相關(guān)指標，每次取一個樣，測定失重率、果實硬度和褐變程度，重復(fù)三次取平均值。

失重率計算：W(%)=[G0-G1/G0]*100%

式中，W—失重率；G0—新鮮香蕉質(zhì)量；G1—儲藏若干天后香蕉質(zhì)量。

硬度測定：果實硬度計法，將香蕉待測部分的果皮削掉，用手握果實硬度計，使其垂直于香蕉表面，壓頭均勻壓入香蕉內(nèi)，當壓頭壓至刻度線時停止，指示指針的讀數(shù)即為香蕉硬度[18]。

香蕉褐變程度評分標準見表2，香蕉感官品質(zhì)評分標準見表3。

表2 香蕉褐變程度評分標準

表3 香蕉感官品質(zhì)評分標準

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 不同濃度黃芩苷溶液對香蕉的影響 由圖1可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度黃芩苷溶液，均在一定程度上降低失重率，其中噴灑0.2%黃芩苷溶液的香蕉前期重量變化較緩慢，第12 d失重率最低為2.44%，整體失重率降低較明顯，故0.2%黃芩苷在該組試驗中對降低香蕉失重率效果較優(yōu)。

由圖2可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的黃芩苷溶液，均在一定程度上延緩了香蕉硬度的下降，其中噴灑0.2%黃芩苷溶液對香蕉硬度影響較大，1～3 d硬度變化幅度最小，12 d硬度最大為9.8 g·cm-2，故0.2%黃芩苷在該組試驗中對保持香蕉硬度效果最優(yōu)。

由圖3可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的黃芩苷溶液，均在一定程度上減緩香蕉褐變速度，其中噴灑0.2%黃芩苷溶液的香蕉褐變較緩慢，整體褐變程度較小。

2.1.2 不同濃度Nisin溶液對香蕉的影響 由圖4可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的Nisin溶液，均在一定程度上降低失重率且效果顯著，失重率隨著濃度增加而降低，當濃度到0.03%后，隨濃度增加失重率增加，噴灑0.03%Nisin溶液的香蕉失重率最低為2.09%，故0.03%Nisin在該組試驗中對降低香蕉失重率效果較優(yōu)。

由圖5可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的Nisin溶液，均在一定程度上延緩了香蕉硬度的下降，但效果差別并不顯著，與該組其他濃度相比較，噴灑0.03%Nisin溶液的香蕉對香蕉硬度影響較大12 d為7.7 g·cm-2，故0.03%Nisin在該組試驗中對保持香蕉硬度效果最優(yōu)。

由圖6可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的Nisin溶液，均在一定程度上減緩香蕉褐變程度且均效果顯著，其中0.03%Nisin在該組試驗中最為明顯。

2.1.3 不同濃度檸檬酸溶液對香蕉的影響 由圖7可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度檸檬酸溶液，均在一定程度上降低失重率且效果較為顯著，12 d后噴灑2%檸檬酸溶液的香蕉失重率最低為3.7%，故2%檸檬酸在該組試驗中對降低香蕉失重率效果較優(yōu)。

由圖8可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的檸檬酸溶液，均在一定程度上延緩了香蕉硬度的下降，但效果差別并不顯著，噴灑2%檸檬酸溶液的香蕉硬度影響較大12 d為8.5 g·cm-2，故2%檸檬酸在該組試驗中對保持香蕉硬度效果最優(yōu)。

由圖9可見，與對照相比較，噴灑不同濃度的檸檬酸溶液，均在一定程度上減緩香蕉褐變程度，其中2%檸檬酸在該組試驗中減緩香蕉褐變程度較優(yōu)。

2.1.4 不同濃度氯化鈣溶液對香蕉影響 由圖10可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的氯化鈣溶液，均在一定程度上降低失重率，12 d噴灑1.5%氯化鈣溶液的香蕉失重率為3.57%，故1.5%氯化鈣在該組試驗中對降低香蕉失重率效果較優(yōu)。

由圖11可見，與對照相比較，噴灑不同濃度的氯化鈣溶液，均在一定程度上延緩了香蕉硬度下降，效果顯著，較其他濃度，噴灑1.5%氯化鈣溶液的香蕉對香蕉硬度影響較大，12 d香蕉硬度為10.0 g·cm-2，故1.5%氯化鈣在該組試驗中對增強香蕉硬度效果最優(yōu)。

由圖12可見，與對照相比較，隨保藏時間增加，噴灑不同濃度的氯化鈣溶液，均在一定程度上減緩香蕉褐變程度，但均不顯著，其中1.5%氯化鈣在該組試驗中減緩香蕉褐變程度較優(yōu)。

綜上單因素試驗可得出：0.2%黃芩苷、0.03%Nisin、2%檸檬酸和1.5%氯化鈣為較優(yōu)處理；影響因素順序為：Nisin含量>黃芩苷含量>檸檬酸含量>氯化鈣含量。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果 選取單因素試驗中影響較為明顯的黃芩苷、Nisin、檸檬酸含量3個因素為自變量，每因素設(shè)置3個水平，以感官評價為響應(yīng)值，設(shè)計3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗。響應(yīng)面法試驗設(shè)計方案及結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果

2.2.2 回歸分析 用軟件對表3結(jié)果進行回歸擬合分析，得到二次多元回歸方程模型為：

Y=+36.36+0.70*A+2.34*B+1.93*C-0.018*A*B-0.58*A*C+1.56*B*C-9.61*A^2-10.61*C^2

該方程中各項系數(shù)的正、負值反映了各因素對響應(yīng)值的影響方向，絕對值大小反映影響程度[19]。該方程式的二次項系數(shù)均為負值，可以推斷方程形成的拋物面開口向下，具有極大值點，能夠進行優(yōu)化分析[20]。回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗結(jié)果見表5。

由表5可知，P<0.0001，方程的模型效果是極顯著的，說明該模型有意義。筆者試驗?zāi)Ｐ椭蠦、C的影響顯著(P<0.05)，A2、B2、C2都達到極顯著水平。模型的失擬項的概率為0.5116，是不顯著的。表明此回歸模型是符合實際情況的，可以用該模型對復(fù)配保鮮劑配方進行預(yù)測?；貧w模型方差分析見表6。

表5 回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗結(jié)果

注：* 表示顯著，** 表示極顯著

表6 回歸模型方差分析

由表6可知，該模型相關(guān)系數(shù)R2=98.28%，表明該回歸模型可以解釋98.28%的響應(yīng)值變化，說明回歸模型的擬合效果較好。

2.2.3 響應(yīng)面分析 由圖13可知，當檸檬酸含量一定時，黃芩苷含量0.17%～0.22%左右，香蕉感官評價得分較高；當黃芩苷含量一定時，檸檬酸含量在1.75%～2.4%時，香蕉感官評價得分較高。由圖可知，在進行試驗的水平范圍內(nèi)，黃芩苷含量為0.2%，檸檬酸含量為2%左右，香蕉感官評價得分最高。

由圖14可知，當檸檬酸含量一定時，Nisin含量0.025%～0.034%時，香蕉感官評價得分較高；當Nisin含量一定時，檸檬酸含量在1.75%～2.5%時，香蕉感官評價得分較高。由圖可知，在進行試驗的水平范圍內(nèi)，Nisin含量為0.03%，檸檬酸含量為2%左右，香蕉感官評價得分最高。

由圖15可知，當黃芩苷含量一定時，Nisin含量0.028%～0.036%時，香蕉感官評價得分較高；當Nisin含量一定時，黃芩苷含量在0.17%～0.23%時，香蕉感官評價得分較高。由圖可知，在進行試驗的水平范圍內(nèi)，Nisin含量為0.03%，黃芩苷含量為0.2%左右，香蕉感官評價得分最高。

響應(yīng)面試驗得出該模型預(yù)測結(jié)果最優(yōu)為：0.2%黃芩苷+2.11%檸檬酸+0.03%Nisin。

最優(yōu)復(fù)配保鮮液的成分及配比為：0.2%黃芩苷+ 2.11%檸檬酸+ 0.03% Nisin+ 1.5%氯化鈣。

2.3 復(fù)配保鮮液在香蕉中的應(yīng)用

同1.2.5方法設(shè)置噴灑復(fù)配保鮮液處理組與蒸餾水對照組(CK)2組試驗，每組6根香蕉，每次取一個樣，分別于2、4、6、8、10、12 d后測定失重率、果實硬度和褐變程度，重復(fù)三次取平均值。試驗結(jié)果見表7。

由表7可知，噴灑復(fù)配保鮮液的香蕉較對照組失重率明顯降低，果實硬度顯著增強，并且有效延緩香蕉表皮褐變。對照組在溫度25℃、相對濕度65%環(huán)境下，2 d香蕉表皮開始出現(xiàn)輕微針點狀褐變，而同樣環(huán)境下，噴灑復(fù)配保鮮液的香蕉在9 d開始出現(xiàn)輕微針點狀斑點，結(jié)果表明噴灑復(fù)配保鮮液可延長香蕉貯藏期達7 d。

3 結(jié)論

采用乙醇浸提超聲輔助提取商洛黃芩根中的黃芩苷，以響應(yīng)面法優(yōu)化黃芩苷、乳酸鏈球菌素、檸檬酸和氯化鈣為主要成分的復(fù)配保鮮液配方設(shè)計并用于香蕉采后保鮮，得出以下結(jié)論：

(1)通過不同濃度黃芩苷、Nisin、檸檬酸和氯化鈣4個因素對香蕉失重率、硬度和褐變程度的影響，得出單因素試驗組中最優(yōu)組分別為0.2%黃芩苷、2%檸檬酸、0.03%Nisin和1.5%氯化鈣；影響因素順序為：Nisin含量>黃芩苷含量>檸檬酸含量>氯化鈣含量。

(2)選取黃芩苷含量、檸檬酸含量和Nisin含量3個影響較大的因素為自變量，香蕉感官評價為響應(yīng)值，進行響應(yīng)面分析得到的最優(yōu)復(fù)配保鮮液配方參數(shù)為：0.2%黃芩苷+2.11%檸檬酸+0.03%Nisin+1.5%氯化鈣。

(3)制備的復(fù)配保鮮液應(yīng)用于香蕉保鮮，可延長貯藏期達7 d，研究結(jié)果能夠作為香蕉采后運輸和貯藏保鮮的技術(shù)參考依據(jù)。

4 討論

(1)研究采用超聲輔助乙醇提取黃芩苷的方法，是因其具有提取率高、純度高、重現(xiàn)性好的特點，且操作方便、耗時較短。文中黃芩苷提取率低于有關(guān)文獻報道[2]，原因有3方面：首先可能與黃芩粉目數(shù)有關(guān)，目數(shù)越大黃芩苷提取效果越好；其次在提取過濾操作過程中，可能會造成一些損失；再次試驗操作環(huán)境的差異也會影響提取效果，如離心溫度等。

(2)研究在失重率測定中，因稱取重量時與空氣接觸，會對失重率有所影響，因此測定應(yīng)迅速；測定硬度時可通過增加測定次數(shù)，取平均值，來減少誤差。

(3)研究以響應(yīng)面法通過分析試驗值，建立較符合實際情況的模型，相比其他分析方法可以更加直觀準確地進行數(shù)據(jù)分析，得到較為精確的優(yōu)化工藝參數(shù)。但以感官評價為響應(yīng)值，具有一定主觀色彩，應(yīng)增加評定人數(shù)取平均值，以此來保證科學(xué)程度[21]。

(4)制備復(fù)合保鮮劑并用于香蕉保鮮已被徐丹丹等人[18]的研究所證實，保鮮效果的發(fā)揮與各組分之間的協(xié)同效應(yīng)有關(guān)。筆者研究復(fù)合保鮮劑配制中正是利用了功能成分協(xié)同作用的特點，Nisin在酸性條件下極為穩(wěn)定，檸檬酸本身呈酸性具有一定的抗氧化作用，可為Nisin提供適宜酸性條件，增強作用效果，氯化鈣的加入在保持香蕉硬度方面有極大作用。因此，研制的復(fù)合保鮮劑能夠充分利用商洛當?shù)刎S富的黃芩資源，為香蕉的采后貯藏和保鮮提供簡便有效的途徑。