鮮山藥片干制過程中的無硫護(hù)色劑配方優(yōu)化

黃艷斌，李星琪，張 洵，熊偉成，陳厚榮，2，3，4，*（.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶40075；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實(shí)驗(yàn)室（重慶），重慶40076；3.重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶40076；4.西南大學(xué)國家食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，重慶40075）

鮮山藥片干制過程中的無硫護(hù)色劑配方優(yōu)化

黃艷斌1，李星琪1，張 洵1，熊偉成1，陳厚榮1，2，3，4，*
（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400715；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險評估實(shí)驗(yàn)室（重慶），重慶400716；3.重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400716；4.西南大學(xué)國家食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，重慶400715）

研究了鮮山藥片在干制過程中的無硫護(hù)色劑配方。以重慶新鮮懷山藥為原料，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對所選護(hù)色劑進(jìn)行篩選，得出適合山藥干燥的護(hù)色劑種類和添加量，以色差值、L值為評價指標(biāo)，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了護(hù)色效果的護(hù)色劑配方。結(jié)果表明：檸檬酸、植酸、氯化鈉的護(hù)色效果好，VC、EDTA效果不佳。響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果為1.99g/100mL氯化鈉+0.84g/100mL檸檬酸+0.06g/100mL植酸復(fù)配效果最佳，色差值及L值的預(yù)測值分為17.1791、86.8254，驗(yàn)證值分別為17.8451、86.3742，與之接近，優(yōu)化結(jié)果可靠。

山藥，干燥，護(hù)色，配方優(yōu)化

山藥為薯蕷屬植物薯蕷地下塊莖的習(xí)稱，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，全世界有600種以上，在我國就有90多種[1]。山藥富含多種營養(yǎng)及功能活性成分，除含有大量的蛋白質(zhì)、維生素和粘質(zhì)多糖外，還富含皂苷、尿囊素、膽堿和淀粉酶等，具有很高的食用、保健及藥用價值[2-5]。鮮山藥水分含量高，在常溫下長時間保存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸都存在一定的困難。因此對鮮山藥進(jìn)行干制加工，可以有效延長山藥的貯藏期[6]。山藥塊根中的多酚氧化酶活性高，酚類物質(zhì)含量高[7]，因此干制和貯藏過程中很容易發(fā)生褐變[7-9]，影響干制品的外觀和風(fēng)味。因此，山藥干制過程中防褐、護(hù)色是決定其干制品品質(zhì)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)山藥干制防褐、護(hù)色是采用硫熏蒸或亞硫酸鹽類浸泡的方法。越來越多的研究表明，過量使用二氧化硫和亞硫酸鹽對人類的健康存在潛在危害[10]。如能在山藥干制過程中采用無硫護(hù)色技術(shù)，不但可以提高山藥干制品的品質(zhì)，還能提高其食用安全性。山藥無硫護(hù)色技術(shù)在鮮切山藥中已有報道[11-13]，在鐵棍山藥干制品也有應(yīng)用報道[14]，而在懷山藥的研究還未見報道。由于懷山藥與鐵棍山藥品種不同，其引起褐變的PPO活性有較大差異，所以其無硫護(hù)色干制工藝存在較大差異[15]。以市售懷山藥為研究對象，找出一種能較好地抑制懷山藥片在干制和貯藏過程中的褐變并保持山藥片品質(zhì)的復(fù)配護(hù)色劑，為懷山藥干片的制備，提高山藥干制品品質(zhì)，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

懷山藥 購自重慶市北碚區(qū)天生麗街永輝超市生鮮部，生鮮無損傷，形狀勻稱，大小基本一致，用保鮮袋扎緊，放入冰箱冷藏室備用；檸檬酸、植酸、氯化鈉、VC、EDTA 均為分析純。

DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；Ultra Scan PRO色差儀 上海信聯(lián)創(chuàng)體電子有限公司；物料網(wǎng)盤 自制。

1.2 護(hù)色效果評價方法

色差值及L值的測定[16-18]：色差值ΔE=（ΔL2+Δa2+ Δb2）1/2；明度差ΔL=L1-L2（明度差異）；色度差 Δa=a1-a2（紅/綠差異），Δb=b1-b2（黃/藍(lán)差異）。

ΔE表示山藥片的褐變程度，ΔE值越小，表明褐變程度越輕，反之亦然；L值代表明度上白下黑，其值從底部0（黑）到頂部100（白），中間位亮度不同的灰色過度，L值越高越接近于白色。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 山藥清洗→熱燙→去皮→切片→護(hù)色處理→烘干→包裝→測色差。

1.3.2 操作要點(diǎn) a.熱燙：將山藥浸沒于80℃的熱水中熱燙10min，其目的是便于去皮及防止山藥在去皮過程中發(fā)生褐變[19]。

b.去皮、切片：均采用不銹鋼專用刀具操作，操作要迅速，切片厚度為5mm，切片后的山藥要立即浸入準(zhǔn)備好的護(hù)色液中。

c.護(hù)色：每100mL護(hù)色液浸入三片山藥片，常溫護(hù)色2h[19]，護(hù)色液的配方由實(shí)驗(yàn)確定。

d.烘干：取出護(hù)色后的山藥片在篩網(wǎng)上瀝干，然后置于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)（干燥溫度60℃、風(fēng)速0.5m/s）干燥至安全含水率（12%）。

e.包裝：干燥后的山藥片，用聚乙烯自封袋包裝，待用。

f.測色差：用Ultra Scan PRO色差儀進(jìn)行測量，選擇多方位測量選取平均值。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1.4.1 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計 采用不同濃度的氯化鈉溶液（0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0g/100mL），檸檬酸溶液（0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2g/100mL），植酸溶液（0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12g/100mL），EDTA溶液（0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0g/100mL），VC溶液（0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0g/100mL）對山藥片進(jìn)行浸泡處理2h。浸泡后山藥片進(jìn)行熱風(fēng)干燥，干制后的山藥片通過色差儀測量色差值及L值。

1.4.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計[20-22]在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以山藥片的色差值及L值為響應(yīng)值，選擇合適的護(hù)色劑種類，進(jìn)行三因素三水平的旋轉(zhuǎn)正交組合實(shí)驗(yàn)。每個實(shí)驗(yàn)處理均作3個平行，結(jié)果以平均值表示。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels in response surface design

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Design-Expert軟件（Version 8.05 Stat-Ease Inc.MN，USA）對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸和方差分析（p＜0.05），并通過響應(yīng)面分析各個因素的對指標(biāo)的影響情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1.1 氯化鈉對山藥護(hù)色效果的影響 氯化鈉對山藥護(hù)色效果的影響結(jié)果如圖1所示。隨著氯化鈉濃度的增加，干制山藥片褐變程度逐漸減小，白度逐漸增加，當(dāng)氯化鈉濃度達(dá)到2g/100mL時，褐變程度最低，白度最高，此時氯化鈉濃度繼續(xù)增高時，抑制褐變程度減弱，白度降低。氯化鈉溶于水后能減少水中的溶解氧，從而使酚類氧化酶難與氧直接接觸，且鈉離子與多酚氧化酶中的銅離子競爭，降低多酚氧化酶的活性。另外，食鹽溶液具有高的滲透壓，也可以使酶脫水失活。選取氯化鈉1.5、2.0、2.5g/100mL三個濃度作為正交實(shí)驗(yàn)中的3個濃度水平。

圖1 氯化鈉對干制山藥片護(hù)色效果影響Fig.1 Influence of NaCl on the protecting color effect of yam

2.1.2 檸檬酸對山藥護(hù)色效果的影響 檸檬酸對上藥護(hù)色效果的影響結(jié)果如圖2所示。隨著檸檬酸濃度的增加，干制山藥片褐變程度逐漸減小，白度增加，當(dāng)檸檬酸濃度達(dá)到0.8g/100mL時，褐變程度最低，白度最高，但當(dāng)濃度繼續(xù)增高時，褐變抑制作用減弱，白度有所降低。檸檬酸是廣泛應(yīng)用的酸化劑，可以降低溶液pH，抑制多酚氧化酶的活性，酸性溶液中氧氣溶解度較小而兼有抗氧化作用；檸檬酸具有3個羧基，具有很強(qiáng)的螯合金屬離子的作用，可以作用于多酚氧化酶的銅輔基。選取檸檬酸0.6、0.8、1.0g/100mL三個濃度作為正交實(shí)驗(yàn)中的3個濃度水平。

圖2 檸檬酸對干制山藥片護(hù)色效果的影響Fig.2 Influence of Citric acid on the protecting color effect of yam

2.1.3 植酸對山藥護(hù)色效果的影響 植酸對山藥護(hù)色效果的影響結(jié)果如圖3所示。隨著植酸濃度的增加，干制山藥片褐變程度逐漸減小，白度增加，當(dāng)植酸濃度達(dá)到0.06g/100mL時，褐變程度最低，白度最高，當(dāng)植酸濃度繼續(xù)增加時，抑制褐變作用減弱，白度有所降低。植酸是維生素B族的一種肌醇六磷酸酯，其環(huán)狀對稱結(jié)構(gòu)對促進(jìn)氧化作用的微量金屬離子有很強(qiáng)的螯合作用，且植酸與金屬離子形成的絡(luò)合物不能活化氧分子，使氧較難實(shí)現(xiàn)對雙鍵的加成反應(yīng)或形成過氧化物，從而起到穩(wěn)定色澤的作用。選取植酸0.04、0.06、0.08g/100mL三個濃度作為正交實(shí)驗(yàn)中的3個濃度水平。

圖3 植酸對干制山藥片護(hù)色效果的影響Fig.3 Influence of phytic acid on the protecting color effect of yam

2.1.4 EDTA對山藥護(hù)色效果的影響 EDTA對山藥護(hù)色效果的影響結(jié)果如圖4所示。隨著EDTA濃度增加，初始時EDTA有促進(jìn)干制山藥片褐變的作用，白度降低，當(dāng)濃度增大到1.2g/100mL以后，抑制褐變作用效果不明顯，在濃度為0.8g/100mL時護(hù)色效果較好。EDTA能與多種多價金屬絡(luò)合，抑制多價金屬對褐變反應(yīng)的催化作用，從而起到護(hù)色的效果。

2.1.5 VC對山藥護(hù)色效果的影響 VC對山藥護(hù)色效果的影響結(jié)果如圖5所示。在較低濃度時VC具有一定的抑制褐變作用，白度稍有增加，但效果不明顯，當(dāng)VC濃度增加時，褐變程度增加，白度降低，說明高濃度時VC具有促進(jìn)干制山藥片褐變作用。VC能絡(luò)合多酚氧化酶輔基，直接作用于酶，同時具有很強(qiáng)的還原作用，能防止因氧化引起的品質(zhì)劣變。但是Olusesan Omidiji和Joy Okpuzor的研究表明，VC雖然是一種PPO抑制劑，但作為抗氧化劑，它比酚類物質(zhì)更容易被氧化褐變，故不宜用于防止山藥褐變[23]。

圖4 EDTA對干制山藥片護(hù)色效果的影響Fig.4 Influence of EDTA on the protecting color effect of yam

圖5 VC對干制山藥片護(hù)色效果的影響Fig.5 Influence of VCon the protecting color effect of yam

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken設(shè)計實(shí)驗(yàn)，以檸檬酸濃度、NaCl濃度、植酸濃度為自變量，以色差值（Y1）和L值（Y2）為響應(yīng)值，對干制山藥片的護(hù)色工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

2.2.2 回歸模型建立及顯著性檢驗(yàn) 利用Design-Expert軟件對表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，得到模型及各項(xiàng)方差分析如表3、表4所示，回歸模型參數(shù)及顯著性分析見表5。響應(yīng)曲面見圖6～圖11。

由表4可以看出，該模型回歸極顯著（p＜0.0001），失擬項(xiàng)在p=0.05水平上不顯著（p=0.9188＞0.05），模型的校正決定系數(shù)R2adj=0.9890，這表明該模型的擬合度較好，能解釋98.90%響應(yīng)值的變化，能很好地分析和預(yù)測山藥片色差值隨護(hù)色條件的變化情況。同時較低的離散系數(shù)（CV=1.57%）也說明整個實(shí)驗(yàn)具有較好的精確度和可靠性。

由表5可以看出，該模型回歸極顯著（p＜0.0001），失擬項(xiàng)在p=0.05水平上不顯著（p=0.9000＞0.05），模型的校正決定系數(shù)R2adj=0.9861，這表明該模型的擬合度較好，能解釋98.61%響應(yīng)值的變化，能很好地分析和預(yù)測山藥片L值隨護(hù)色條件的變化情況。同時較低的離散系數(shù)（CV=0.47%）也說明整個實(shí)驗(yàn)具有較好的精確度和可靠性。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Scheme and experimental results for response surface design

表3 色差值回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic model of color difference value

表4 L值回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for the fitted quadratic model of L value

根據(jù)表5得到色差值和L值得多項(xiàng)式回歸數(shù)學(xué)模型：Y1=17.36+0.20X1-1.55X2+0.19X3-0.063X1X2-0.013X1X3-0.012X2X3+4.19X12+3.67X22+0.59X32；Y2= 86.62-0.24X1+1.58X2-0.29X3+0.15X1X2+0.025X1X3+ 0.00X2X3-4.30X12-3.72X22-0.55X32。

通過Design-Expert軟件對模型求極值（設(shè)定條件為：色差取極小值，L值取極大值），得到當(dāng)色差為較小值和L值為較大值的護(hù)色劑的最優(yōu)組合：1.99g/100mL NaCl+0.84g/100mL檸檬酸+0.06g/100mL植酸，在此條件下色差值及L值的預(yù)測值分別為17.1791與86.8254。

表5 色差值和L值的回歸方程系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Analysis results of significance test of the regression coefficients of color difference value and L value

圖6 檸檬酸、氯化鈉濃度對色差值影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface plot of the influence of citric acid and NaCl on the color difference value

圖7 植酸、檸檬酸濃度對色差值影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface plot of the influence of phytic acid and citric acid on the color difference value

2.2.3 響應(yīng)面分析 當(dāng)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)其他兩因素變化時另一因素固定值分別為：植酸0.06g/100mL，氯化鈉2g/100mL，檸檬酸0.80g/100mL。由響應(yīng)面曲線圖可知，檸檬酸對色差值和L值有顯著影響，曲線呈拋物線型，而植酸的影響次之。由圖6～圖11可知，當(dāng)檸檬酸濃度在0.8～0.9g/100mL范圍內(nèi)，氯化鈉濃度在1.9～2.1g/100mL范圍內(nèi)時，色差值呈現(xiàn)極小值，而L值呈現(xiàn)極大值，這與單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，但出現(xiàn)這一結(jié)果的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

圖8 植酸、氯化鈉濃度對色差值影響的響應(yīng)面圖Fig.8 Response surface plot of the influence of phytic acidand NaCl on the color difference value and NaCl on the color difference value

圖9 植酸、氯化鈉濃度對L值影響的響應(yīng)面圖Fig.9 Response surface plot of the influence of phytic acid and NaCl on the L value

圖10 檸檬酸、NaCl濃度對L值影響的響應(yīng)面圖Fig.10 Response surface plot of the influence of citric acid and NaCl on the L value

圖11 植酸、檸檬酸濃度對L值影響的響應(yīng)面圖Fig.11 Response surface plot of the influence of phytic acid and citric acid on the L value

2.2.4 干制山藥片復(fù)配護(hù)色劑的優(yōu)化與驗(yàn)證 利用Design-Expert軟件，通過對回歸方程進(jìn)行求解，得干制山藥片色差值的最小值為17.1791，L值為86.8254，此時的各護(hù)色劑濃度為氯化鈉1.99g/100mL、檸檬酸0.84g/100mL、植酸0.06g/100mL。為了進(jìn)一步驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確性和有效性，在最佳工藝條件下制備干制山藥片，進(jìn)行色差值測定，得出的色差值為17.8451，L值為86.3742與預(yù)測值相近，可見回歸模型能很好地預(yù)測干制山藥片的色差值，優(yōu)化結(jié)果可靠。在優(yōu)化條件下所制山藥片與未護(hù)色山藥片對比如圖12所示。

圖12 優(yōu)化條件下與未處理?xiàng)l件下干制山藥片對比Fig.12 The contrast of the optimization condition and untread condition’s dried yam

3 結(jié)論

3.1 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)正交組合實(shí)驗(yàn)，并通過Design-Expert軟件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到色差值（Y1）和明度值（Y2）的多項(xiàng)式回歸數(shù)學(xué)模型。3.2 運(yùn)用Design-Expert軟件對色差值和明度值回歸模型求極值，得到在色差值較小和明度值較大的條件下的護(hù)色劑配方優(yōu)化值：1.99g/100mL氯化鈉+ 0.84g/100mL檸檬酸+0.06g/100mL植酸。在此條件下，色差值的預(yù)測值為17.1791，L值的預(yù)測值為86.8254。驗(yàn)證值分別為17.8451、86.3742。通過模型的方差分析表明，回歸模型擬合程度良好，并具有較高的預(yù)測性，優(yōu)化結(jié)果可靠。

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Optimization of non-sulfur color-preservation formulation in the process of the fresh yam slices dried

HUANG Yan-bin1，LI Xing-qi1，ZHANG Xun1，XIONG Wei-cheng1，CHEN Hou-rong1，2，3，4，*
（1.Food Science College，Southwest University，Chongqing 400715，China；2.Department of Agriculture Storage Fresh-Keeping Quality and Safety Risk Assessment Laboratory（Chongqing），Chongqing 400716，China；3.Chongqing Agricultural Product Processing Technology Key Laboratories，Chongqing 400716，China；4.National Food Science and Engineering Experimental Teaching Center，Southwest University，Chongqing 400715，China）

The formulation of non-sulfur color-preservation in the process of the fresh yam slices dried was studied.The sold fresh yam produced in Chongqing as raw materials，the color-preservation was selected that based on the single factor experiment，then the suitable color-preservation type and additive amount was got for the yam dried.The color difference value and L value as the evaluation index，the color-preservation formula was optimized through the orthogonal experiment.The effect of citric acid，phytic acid and NaCl was good，the effect of VC，EDTA was bad.The results of response surface optimization were as follows：1.99g/100mL NaCl+0.84g/100mL Citric acid+0.06g/100mL Phytic acid，the predicted value of the color difference value and L value was divided into 17.1791，86.8254 and the verification value was 17.8451，86.3742，the verification value was approaching to the predicted value，so the optimal results were reliable.

yam；drying；color-preservation；formulation optimization

TS202.3

A

1002-0306（2014）12-0324-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.063

2013－11－08 *通訊聯(lián)系人

黃艷斌（1989-），女，在讀碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)技術(shù)。