響應(yīng)面法優(yōu)化苦菜蔬菜紙護(hù)綠配方

王瑞，劉曉琴

(呂梁學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 呂梁 033001)

苦菜是野生植物，是藥食兼具的多年生草本植物，為菊科菊苣族[1-2]，又名苦苣菜等。苦菜中含有膽堿、蒲公英醇等成分，具有清熱解毒、殺菌消炎、預(yù)防癌癥的作用，深受消費(fèi)者青睞[3]。苦菜不易保存，極易腐爛。開(kāi)發(fā)苦菜類產(chǎn)品如蔬菜醬[4]、蔬菜紙、蔬菜調(diào)味品等制品是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵，此外，可作為調(diào)味、調(diào)色及增加營(yíng)養(yǎng)等方面的輔料用于肉類等其他制品加工中[5-6]，如蔬菜腸、調(diào)味包等[7-8]。

蔬菜紙含有豐富的膳食纖維，具有低糖、低脂、低熱量、耐貯藏的特點(diǎn)[9-10]。蔬菜基食品加工中褪色、褐變、質(zhì)地等變化會(huì)影響感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[11]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于蔬菜紙加工有一定報(bào)道，主要集中在工藝、配方和質(zhì)地方面[12-16]，但還沒(méi)有苦菜蔬菜紙護(hù)綠方面的報(bào)道。

本試驗(yàn)以苦菜為主要原料，借助單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)法研究護(hù)綠劑的不同添加量對(duì)苦菜蔬菜紙成品護(hù)綠效果的影響，確定最佳護(hù)綠配方，為苦菜加工提供了新的方法，同時(shí)也解決了貯藏難題，為蔬菜紙?jiān)谧o(hù)綠研究提供了一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮苦菜：購(gòu)自呂梁農(nóng)貿(mào)菜市場(chǎng)；可溶性淀粉：食品級(jí)，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；CMC-Na：食品級(jí)，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；食用油、金龍魚(yú)油：鄭州市清棟糧油商貿(mào)有限公司；醋酸鋅、醋酸銅、碳酸氫鈉：分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

C21-WK2102電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；KLG-9205A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；1000型真空包裝機(jī) 南通鑫燕包裝機(jī)械有限公司；HC60001電子天平 慈溪市華徐衡器實(shí)業(yè)有限公司；DFT-100型100 g手提式高速粉碎機(jī) 溫嶺市林大機(jī)械有限公司；干燥箱烘盤(pán)(460 mm×640 mm×45 mm) 常州市業(yè)創(chuàng)干燥設(shè)備有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蔬菜紙制備[17]

原料的預(yù)處理→預(yù)煮護(hù)綠調(diào)配、熱燙→打漿→保脆→均質(zhì)→過(guò)濾→制模型→脫水→揭紙→真空包裝成品。

1.2.2 護(hù)綠效果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

選擇經(jīng)過(guò)培訓(xùn)、無(wú)色盲癥、具有豐富專業(yè)知識(shí)的人員12名，感官評(píng)定應(yīng)選在室內(nèi)，盡量避開(kāi)強(qiáng)光照射，且在白天進(jìn)行。評(píng)定的項(xiàng)目包括顏色、成型性、易揭性。顏色由綠色等級(jí)法進(jìn)行排序分為褐綠色、淡綠色、鮮綠色，感官評(píng)分越高，所制的成品越好。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The sensory evaluation criteria

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，分別選取醋酸鋅添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、醋酸銅添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、碳酸氫鈉添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察各因素對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響(每組因素添加量的中間值為固定添加量)。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[18]

采用Box-Behnken模型，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 不同醋酸鋅添加量對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響

當(dāng)醋酸銅的添加量為0.03%，碳酸氫鈉的添加量為0.03%，醋酸鋅的添加量在0.01%～0.05%之間變化時(shí)，對(duì)苦菜蔬菜紙的感官評(píng)定見(jiàn)表2。

表2 不同醋酸鋅添加量對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響Table 2 Effect of zinc acetate additive amount on green protection effect of Sonchus oleraceus L.vegetable paper

由表2可知，不同醋酸鋅添加量對(duì)苦菜蔬菜紙的護(hù)綠效果產(chǎn)生比較明顯的影響，隨著醋酸鋅添加量梯度的增加，苦菜蔬菜紙的綠色由淺變深，且成型效果及易揭性發(fā)生變化，添加量為0.01%時(shí)為淡綠色，成型較好，不易碎。添加量增加到0.02%左右時(shí)為鮮綠色，成型好，不起卷，不易碎，感官評(píng)分也較高，為89分。當(dāng)添加量超過(guò)0.02%時(shí)綠色越來(lái)越深。故選擇醋酸鋅的添加量0.02%為響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

2.1.2 不同醋酸銅添加量對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響

當(dāng)醋酸鋅添加量為0.03%，碳酸氫鈉添加量為0.03%，分別以0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05% 5組不同醋酸銅添加量做單因素試驗(yàn)，在60 ℃的條件下干燥1.5 h制得成品，進(jìn)行感官評(píng)定，見(jiàn)表3。

表3 不同醋酸銅添加量對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響Table 3 Effect of copper acetate additive amount on green protection effect of Sonchus oleraceus L.vegetable paper

由表3可知，醋酸銅添加量在0.01%～0.05%之間變化時(shí)苦菜蔬菜紙的顏色、成型性、易揭性發(fā)生變化，添加量由0.01%增加到0.03%時(shí)，苦菜蔬菜紙的顏色由淡綠色變?yōu)轷r綠色，且成型性好，不易碎。當(dāng)添加量超過(guò)0.03%時(shí)，苦菜蔬菜紙的綠色先變淺再變深，添加量為0.05%時(shí)，顏色變?yōu)楹志G色，改變了苦菜原有的色澤，蔬菜紙的成型性一般，易碎。試驗(yàn)表明，當(dāng)醋酸銅的添加量為0.03%左右時(shí)，苦菜蔬菜紙的顏色為鮮綠色，且成品均勻，光滑，成型好，感官評(píng)分也高。故選擇醋酸銅的添加量0.03%為響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

2.1.3 不同碳酸氫鈉添加量對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響

當(dāng)醋酸鋅的添加量為0.03%，醋酸銅的添加量為0.03%，碳酸氫鈉的添加量在0.01%～0.05%之間變化時(shí)，在60 ℃的條件下干燥1.5 h制成成品，進(jìn)行感官評(píng)定，見(jiàn)表4。

由表4可知，不同碳酸氫鈉的添加量對(duì)苦菜蔬菜紙的顏色、成型性、易揭性產(chǎn)生比較明顯的影響。碳酸氫鈉添加量為0.03%左右時(shí)，苦菜蔬菜紙的顏色為鮮綠色，且成型好，不易碎。當(dāng)碳酸氫鈉添加量超過(guò)0.03%時(shí)，顏色變?yōu)楹志G色，成型一般，易碎。試驗(yàn)表明，當(dāng)碳酸氫鈉的添加量為0.03%左右時(shí)，苦菜蔬菜紙成品的顏色為鮮綠色，護(hù)綠效果比較好，而且制得的成品表面均勻，光滑，易揭，感官評(píng)分分值高。故選擇碳酸氫鈉的添加量0.03%為響應(yīng)面設(shè)計(jì)中心點(diǎn)。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，因素水平表見(jiàn)表5。醋酸鋅添加量(%)、醋酸銅添加量(%)、碳酸氫鈉添加量(%)分別用A，B，C表示，并以1.000，0，-1.000分別代表自變量的高、中、低水平。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 試驗(yàn)因素水平表Table 5 The factors and levels of test %

表6 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果 Table 6 Box-Behnken design scheme and test results

續(xù) 表

2.3 回歸模型的建立及分析

由響應(yīng)面軟件對(duì)表6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得出感官評(píng)分與各因素變量的二次方程模型：

Y=14.37500-862.50000A+1937.50000B+3775.00000C+47500.00000AB+40000.00000AC-15000.00000BC-43750.00000A2-43750.00000B2-66250.00000C2。

為了檢驗(yàn)二次回歸方程模型的有效性以及各個(gè)因素與感官評(píng)分的影響程度，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的模型進(jìn)行方差分析，回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)見(jiàn)表7。

表7 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn) Table 7 Regression equation coefficient significance test

根據(jù)表7回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，回歸模型P<0.05，則說(shuō)明此模型具有顯著性，回歸方程也具有一定的意義。由此模型所得的失擬項(xiàng)P>0.05，具有不顯著性，證明此模型擬合度好，誤差較小。方程復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方R2=0.9355，相關(guān)度好，具有可信度，可用于配方優(yōu)化的預(yù)測(cè)。

由表7可知，模擬一次項(xiàng)對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響不顯著(P>0.05)。B，C對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響均顯著(P<0.05)。模擬二次項(xiàng)A2、B2、C2對(duì)苦菜蔬菜紙的影響極顯著(P<0.01)。交互項(xiàng)AB、AC用對(duì)苦菜蔬菜紙感官評(píng)分有極顯著的影響(P<0.01)。BC的交互作用不顯著性(P>0.05)。即各因素范圍內(nèi)，按影響排序?yàn)锽>C>A，即醋酸銅添加量>碳酸氫鈉添加量>醋酸鋅添加量。

根據(jù)回歸方程繪制的響應(yīng)面圖見(jiàn)圖1。

圖1 交互項(xiàng)對(duì)于護(hù)綠效果響應(yīng)面圖Fig.1 The response surface diagrams for interaction terms and green protection effect

由圖1可知，醋酸鋅添加量與醋酸銅添加量的交互作用曲面彎折程度大，較陡峭，而且等高線為橢圓形，說(shuō)明醋酸鋅與醋酸銅兩因素之間的交互作用對(duì)苦菜蔬菜紙的感官評(píng)價(jià)影響顯著。醋酸鋅添加量的變化對(duì)成品感官評(píng)價(jià)的影響小于醋酸銅添加量的變化對(duì)成品感官評(píng)價(jià)的影響，說(shuō)明在醋酸鋅與醋酸銅兩因素中，感官評(píng)分的分值主要受醋酸銅添加量的影響。醋酸鋅與碳酸氫鈉添加量的交互作用曲面彎折程度大，而且等高線為橢圓形，說(shuō)明醋酸鋅與碳酸氫鈉兩因素之間有顯著的交互作用。醋酸鋅添加量的變化對(duì)成品感官評(píng)價(jià)的影響小于碳酸氫鈉添加量的變化對(duì)成品感官評(píng)價(jià)的影響，說(shuō)明在醋酸鋅與碳酸氫鈉兩因素中，感官評(píng)分的分值主要受碳酸氫鈉添加量的影響。醋酸銅與碳酸氫鈉的交互作用曲線比較平緩，等高線呈現(xiàn)近似圓形，說(shuō)明醋酸銅與碳酸氫鈉兩因素之間的交互作用不顯著。醋酸銅添加量的變化對(duì)成品感官評(píng)價(jià)的影響大于碳酸氫鈉添加量的變化對(duì)成品感官評(píng)價(jià)的影響，說(shuō)明在醋酸銅與碳酸氫鈉兩因素中，感官評(píng)分的分值主要受醋酸銅添加量的影響。

2.4 驗(yàn)證設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

由 Design-Expert 8.0.6軟件優(yōu)化不同添加量醋酸鋅、醋酸銅、碳酸氫鈉對(duì)苦菜蔬菜紙護(hù)綠效果的影響，最優(yōu)條件見(jiàn)表8。

表8 苦菜蔬菜紙護(hù)綠配方最優(yōu)條件Table 8 Optimum conditions of green protection formula for Sonchus oleraceus L.vegetable paper

通過(guò)軟件優(yōu)化后得出的3種護(hù)綠劑(醋酸鋅、醋酸銅、碳酸氫鈉)的最佳護(hù)綠配方為：醋酸鋅的添加量為0.023%，醋酸銅的添加量為0.033%，碳酸氫鈉的添加量為0.029%，在此條件下的感官評(píng)分為91.347。根據(jù)實(shí)際情況，將最佳護(hù)綠配方的添加量調(diào)整為：醋酸鋅添加量為0.02%，醋酸銅添加量為0.03%，碳酸氫鈉添加量為0.03%。為了驗(yàn)證模型的可靠性與準(zhǔn)確性，使試驗(yàn)更加嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)果更加準(zhǔn)確，對(duì)感官評(píng)分進(jìn)行3次重復(fù)性試驗(yàn)，見(jiàn)表9。

表9 最佳配方條件驗(yàn)證Table 9 Verification of optimal formula conditions

由表9可知，進(jìn)行3次試驗(yàn)后感官評(píng)分的平均值為90.588±0.657，與表8的預(yù)測(cè)值91.347相比，相對(duì)誤差為0.83%，證明所建立的回歸模型的可靠性好，本試驗(yàn)采用的方法是穩(wěn)定可行的，因此，采用此模型優(yōu)化得到的添加參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值，對(duì)苦菜蔬菜紙的研制具有理論指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

苦菜作為一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的野生蔬菜，具有很高的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。 通過(guò)研究苦菜蔬菜紙的護(hù)綠配方，從而提高苦菜蔬菜紙的品質(zhì)，為苦菜的開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)積累一定的理論知識(shí)。本試驗(yàn)以感官評(píng)分為主要指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取護(hù)綠劑醋酸鋅、醋酸銅和碳酸氫鈉添加量0.02%、0.03%、0.03%為中心點(diǎn)，通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立苦菜蔬菜紙護(hù)綠劑的二次回歸方程模型，結(jié)合實(shí)際，優(yōu)化得到的復(fù)合護(hù)綠劑最佳配方為：醋酸鋅添加量0.02%，醋酸銅添加量0.03%，碳酸氫鈉添加量0.03%，在60 ℃、1.5 h的干燥條件下制得的成品不容易破碎，且為鮮綠色，感官評(píng)分為90.588±0.657，相對(duì)誤差為0.83%，證明所建立的回歸模型可靠性好，具有一定的理論指導(dǎo)價(jià)值。