響應面法優化柳蒿芽護綠劑的研究

張秀玲，劉茜茜，柳曉晨，王曉君，李鳳鳳，高寧

（1.東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030；2.林下經濟資源研發與利用協同創新中心，黑龍江哈爾濱150040）

響應面法優化柳蒿芽護綠劑的研究

張秀玲1，2，劉茜茜1，柳曉晨1，王曉君1，李鳳鳳1，高寧1

（1.東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030；2.林下經濟資源研發與利用協同創新中心，黑龍江哈爾濱150040）

以確定VC、檸檬酸、NaCl 3種護綠劑對柳蒿芽滅酶護綠過程中最佳濃度的單因素試驗的結果為基礎，利用DesignExpert8.0軟件設計交互試驗，建立回歸模型，測定3種護綠劑是否存在交互作用及最佳的復配濃度。試驗選取的VC、檸檬酸、NaCl均為無重金屬的食品級試劑，實現了對柳蒿芽安全高效護綠的目的。試驗結果表明：在微波滅酶功率為630W，滅酶時間為1min的條件下，3種護綠劑的最佳復配比為：VC濃度為2.13g/L、檸檬酸濃度為0.96 g/L、NaCl濃度為1.99g/L，此條件下柳蒿芽葉綠素含量為0.7027mg/g。

柳蒿芽；葉綠素；護綠；優化

柳蒿菜又稱水蒿、白蒿等，是一種多年生的菊科生草本植物，嫩的莖葉可作為食用［1］。柳蒿芽主要分布在東北地區，尤其是在大興安嶺南北。柳篙芽具有獨特的香味，是一種藥食同源的山野菜，因此開發前景較好［2］。以往的研究成果顯示柳篙芽具有豐富的營養價值：馬微［3］等人的研究表明柳篙芽中所含的鉛、砷、汞等有毒元素含量較低，人體必需的元素如鈉、鎂、鉀、鐵、鈣等元素含量豐富，而且柳篙芽中鈣元素的含量比其他野菜的高［3］；柳蒿芽還具有許多藥理作用，如：清熱利尿、清熱利濕、降壓、降脂及降糖等［4］。除此之外，烏蘭［5］的研究結果表明柳蒿芽對胃腸不適、肝炎、感冒發燒等起到一定的治療作用。由于野生柳蒿芽的量較少，并且采摘后極容易黃化、萎蔫，自然保鮮期較短等原因限制了其進一步的加工及利用，并且野生的柳蒿芽只有在每年的6月份～8月份生產，明顯的季節性也限制了其進一步的開發。因此研究如何延緩柳蒿芽的護綠保鮮問題，延長其保鮮貯藏期，成為柳蒿芽進一步加工的首先要解決的問題，目前國內外關于這方面的研究相對較少。

本研究利用微波滅酶技術，創新性的選取VC、檸檬酸、NaCl 3種食品級護綠劑，利用Design Expert 8.0軟件對柳蒿芽的護綠劑濃度進行優化，探究3種護綠劑之間是否存在交互作用及最佳的濃度復配比例，以實現柳蒿芽安全高效的護綠目的，希望對其今后柳蒿芽的貯藏保鮮提供一定的理論指導。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1原料

柳蒿芽：采摘自東北農業大學園藝學院的山野菜培養棚。

1.1.2試驗試劑

VC、檸檬酸、NaCl、95%乙醇：購自哈爾濱市德美試驗儀器經銷有限責任公司。

1.1.3主要儀器設備

721型紫外可見分光光度計：購自深圳市鼎鑫宜實驗設備有限公司；YP20002電子天平：購自上海越平科學儀器有限公司；G70D20CN1P-D2（S0）格蘭仕微波爐：購自格蘭仕微波生活電器有限公司。

1.2方法

1.2.1試驗流程

柳蒿芽→預處理→微波滅酶→迅速冷卻→葉綠素測定

1.2.2預處理

將采摘后新鮮的柳蒿芽，去除黃化的部位，清洗去除表面的雜質，晾干備用。

1.2.3微波滅酶

查閱文獻及在以往試驗的基礎上，選擇利用微波技術對菜體滅酶，將柳蒿芽按照1∶100（g/mL）的比例放入護綠液中，微波功率為630 W，時間為1 min［6］。選擇VC、檸檬酸、NaCl 3種護綠劑，VC試驗濃度范圍0.50 g/L～2.50 g/L，檸檬酸試驗濃度范圍為0.50 g/L～2.50 g/L，NaCl濃度范圍1.00 g/L～3.00 g/L，進行單因素試驗。之后利用Design Expert 8.0軟件對試驗進行交互設計。

1.2.4葉綠素測定

采用分光光度法測定處理后柳蒿芽的葉綠素含量。具體步驟為在分析天平上稱樣1 g柳蒿芽置研缽中，加入少量95%乙醇，加入少量石英砂、碳酸鈣粉末，研磨至葉片組織變白即可，并靜置3 min～5 min。過濾，用少量95%乙醇沖洗研缽2次～3次轉入容量瓶，容至50 mL，搖勻。利用721分光光度計652 nm波長下測定吸光度，并根據公式計算葉綠素總含量值，重復3次取平均值。

式中：V為提取液總量（若進行稀釋，應乘以稀釋倍數），mL；m為柳蒿芽重量，g［7］。

1.2.5試驗結果統計方法

在單因素試驗結果的基礎上，利用Design Expert 8.0軟件進行試驗設計、模型建立等［8］。

2　結果與分析

2.1單因素試驗

試驗選用VC的用量分別為0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 g/L 5個濃度梯度、檸檬酸的用量分別為0.50、1.00、1.50、2.00、2.50g/L 5個濃度梯度、NaCl的量分別為1.00、1.50、2.00、2.50、3.00g/L 5個濃度梯度。不同濃度的VC、檸檬酸、NaCl對柳蒿芽菜體葉綠素含量的影響見圖1～圖3。

圖1　不同濃度的VC對柳蒿芽葉綠素的影響Fig.1　Effect of different concentration of VCon Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll

圖2　不同濃度的檸檬酸對柳蒿芽葉綠素的影響Fig.2　Effect of different concentration of citric acid on Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll

圖3　不同濃度的NaCl對柳蒿芽葉綠素的影響Fig.3　Effect of different concentration of NaCl on Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll

由圖1可知，當VC濃度小于2.00 g/L時，柳蒿芽葉綠素含量隨著VC濃度的增大而逐漸增加，當VC濃度大于2.00 g/L時，柳蒿芽葉綠素含量隨著VC濃度的增大而逐漸下降，因此在單因素試驗測定的VC在選取的濃度范圍內，針對柳蒿芽護綠的較佳濃度為2.00 g/L；由圖2可知，當檸檬酸濃度小于1.00 g/L時，柳蒿芽葉綠素含量隨著檸檬酸濃度的增大而逐漸增加，當檸檬酸濃度大于1.00 g/L時，柳蒿芽葉綠素含量隨著檸檬酸濃度的增大而逐漸下降，因此在單因素試驗測定的檸檬酸在選取的濃度范圍內，針對柳蒿芽護綠的較佳濃度為1.00 g/L；由圖3可知，當NaCl濃度小于2.00 g/L時，柳蒿芽葉綠素含量隨著NaCl濃度的增大而逐漸增加，當NaCl濃度大于2.00 g/L時，柳蒿芽葉綠素含量隨著NaCl濃度的增大而逐漸下降，因此在單因素試驗測定的NaCl在選取的濃度范圍內，針對柳蒿芽護綠的較佳濃度為2.00 g/L。

2.2響應面對3種護綠劑復配護綠的優化

2.2.1響應面試驗設計及結果分析

基于單因素試驗的結果，選取VC、檸檬酸、NaCl的濃度為變量，柳蒿芽的葉綠素含量為響應值，利用Design Expert 8.0軟件進行響應面分析設計和試驗，進一步優化各因素的參數值。各因素水平的編碼見表1。

表1　試驗設計因素水平及編碼Table 1　Experimental design factors and coding

選擇中心復合模型，做三因素三水平總共17個試驗的響應面分析試驗［9］。采用Design Expert 8.0軟件對試驗數據進行回歸分析，得出多元二次回歸擬合方程為：柳蒿芽葉綠素含量=0.70+0.021A+0.000 625B+ 0.002C-0.023AB-0.004 75AC+0.006 250BC-0.028A2-0.036B2-0.018C2。表2與表3為二次回歸模型的分析結果及方差分析數據。

利用Design Expert 8.0軟件對試驗結果進行分析，根據表2試驗結果可知，A2，B2，C2對柳蒿芽葉綠素含量影響極顯著，AB之間的交互作用對柳蒿芽葉綠素含量影響極顯著，BC之間的交互作用對柳蒿芽葉綠素含量影響顯著，AC之間的交互作用對柳蒿芽葉綠素含量影響不顯著。

表2　回歸分析結果Table 2　Results of regression analysis

表3　回歸方程方差分析及相關系數Table 3　Regression analysis of variance and correlation coefficient

從表2和表3中可以看出，試驗得出的二次回歸模型極顯著（P＜0.000 1）；回歸方程的復相關系數為0.990 278，表明99.03%的柳蒿芽護綠可以由此模型解釋［14］；校正相關系數為0.977 779，預測相關系數為0.896 749，二者數值接近并且與復相關系數數值十分接近，說明模型理想［13］；信噪比為28.949 18，遠大于4，說明模型十分理想［10］。綜上所述，該回歸方程為柳蒿芽護綠提供了一個較為理想的模型，因此，可用上述模型代替真實試驗點對柳蒿芽護綠進行分析和預測。

2.2.2響應面分析

對柳蒿芽交互護綠的結果顯示，VC與檸檬酸之間交互作用極顯著，檸檬酸與NaCl之間交互作用顯著。采用Design Expert 8.0軟件對回歸模型進行規范分析，VC與檸檬酸、檸檬酸與NaCl交互作用對柳蒿芽葉綠素含量影響的等高線圖和響應面圖具體見圖4～圖5。

圖4　VC與檸檬酸交互對柳蒿芽葉綠素含量影響的等高線圖和響應面圖Fig.4　Contour and response surface of interaction between VCand citric acid on Artemisia integrifolia L.’s chlorophyll content

圖5　檸檬酸與NaCl交互對柳蒿芽葉綠素含量影響的等高線圖和響應面圖Fig.5　Contour and response surface of interaction between citric acid and NaCl on Artemisia integrifolia L.’s chlorophyll content

等高線的形狀可以反映出因素之間交互效應的強弱，等高線呈圖圓形表示兩因素交互不顯著，橢圓表示較為顯著［11］。當微波滅酶功率、滅酶時間處于固定條件時，由模型的相關系數得出：VC與檸檬酸用對柳蒿芽葉綠素含量影響極顯著，檸檬酸與NaCl的交互作用對柳蒿芽葉綠素含量影響顯著，由圖4～圖5可以非常直觀的得出響應曲面比較陡峭，等高線圖均呈橢圓狀，其中圖4中的等高線圖的橢圓狀較圖5更明顯［12］。由圖4～圖5顯示，葉綠素含量均隨著護綠劑含量的增加先顯著增加，而后顯著下降，當交互的兩種護綠劑濃度達到適宜的配比時，柳蒿芽中葉綠素含量最大，即為最佳的交互濃度比。根據建立的多元二次回歸擬合方程得出：在柳蒿芽微博滅酶過程中，微波滅酶功率為630 W，滅酶時間為1 min時，3種護綠劑的最佳復配比為VC濃度為2.13 g/L、檸檬酸濃度為0.96 g/L、 NaCl濃度為1.99 g/L。

2.2.3驗證試驗

當微波滅酶功率為630 W，滅酶時間為1 min時，利用Design Expert 8.0軟件得出的最優護綠復配劑的比例為VC濃度為2.13 g/L、檸檬酸濃度為0.96 g/L、Na－Cl濃度為1.99 g/L。按照護綠復配劑最優比進行試驗來驗證是否符合模型方程式預測的最佳響應值，試驗測得葉綠素含量結果見表4。

表4　驗證試驗結果Table 4　Test results

3　結論

試驗創新性的選取VC、檸檬酸、NaCl 3種食品級護綠劑在柳蒿芽微波滅酶過程中護綠，在單因素結果的基礎上，利用Design Expert 8.0軟件進行設計優化，得出了VC與檸檬酸兩種護綠劑之間存在極顯著的交互作用，檸檬酸與NaCl兩種護綠劑之間存在顯著的交互作用。并建立了顯著的二次回歸模型，回歸方程為：柳蒿芽葉綠素含量=0.70+0.021A+0.000 625B+0.002C-0.023AB-0.004 75AC+0.006 250BC-0.028A2-0.036B2-0.018C2。表2與表3為二次回歸模型的分析結果及方差分析數據。

方差分析表明，回歸模型的極顯著，因此該方程可以較好的反應柳蒿芽葉綠素含量隨VC、檸檬酸、NaCl 3種護綠劑濃度變化的規律。試驗利用Design Expert 8.0軟件對柳蒿芽的護綠工藝參數進行優化，得出當：微波滅酶功率為630 W，滅酶時間為1 min時，VC濃度為2.13 g/L、檸檬酸濃度為0.96 g/L、NaCl濃度為1.99 g/L，柳蒿芽葉綠素的含量最高，預測值為0.702 7 mg/g，試驗驗證值與預測值相近，說明建立模型可信。

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Research on Response Surface Optimization of Artemisia integrifolia L.'s Keeping Green Agents

ZHANG Xiu-ling1，2，LIU Qian-qian1，LIU Xiao-chen1，WANG Xiao-jun1，LI Feng-feng1，GAO Ning1
（1.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China；2.Collaborative Innovation Center of Forest Resource Development and Utilization，Harbin 150040，Heilongjiang，China）

Based on the results of single-factor tests，the optimal concentration of three keeping green agents（VC，citric acid，NaCl）for preserving Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll during enzyme inactivation process was determined with Design Expert 8.0 software designed regression model to determine the three keeping green agents complex interaction and the best concentration.VC，citric acid，NaCl，three kinds of keeping green color agents selected in test are food grade reagents that have no heavy metals and keep vegetable green color safely and efficiently.Test results showed that under the condition of microwave power was 630 W，time was 1min，optimum complex ratio of three keeping green agents was：the concentration of VCwas 2.13 g/L，the concentration of citric acid was 0.96 g/L，the concentration of NaCl was 1.99 g/L，Artemisia integrifolia L.chlorophyll content was 0.702 7 mg/g in this condition.

Artemisia integrifolia L.；chlorophyll；keeping green color；optimization

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.046

“十三五”國家重大科技專項課題，東北森林區主要林菜資源生態開發利用技術研發與示范（2016YFC0500307）；黑龍江省應用技術研究與開發計劃重大項目，果菜采后商品化處理技術集成與示范（GA15B104-3）

張秀玲（1968—），女（漢），教授，博士，研究方向：農產品加工及貯藏工程。

2015-12-30