響應面法優化杏坯脫鹽工藝

王 雪，王新宇，李 慧，畢 瑩，阿加爾·海拉提，王 靜

（新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆 烏魯木齊 830052）

杏（Prunus armeniacaL）屬薔薇科李屬，在我國新疆地區分布廣泛，種植歷史悠久，種質資源豐富[1]，在我國林果業中占據重要的地位，也是新疆重要的經濟林樹種[2]。杏果含有豐富的營養成分，具有生津止渴，清熱解毒的特點，深受廣大消費者的喜愛[3]。杏屬于典型的呼吸躍變型果實，因為杏成熟季節氣溫高，且采收期集中，常溫貯藏中后熟衰老迅速，貯藏期僅1周左右[4]，嚴重制約了杏果的市場流通[5]。

目前，對鮮杏的保鮮技術主要集中于1-MCP 處理[6]、水楊酸處理[7-8]、茉莉酸甲酯處理[9]、鈣處理[10]、低溫貯藏[11]、氣調貯藏[12]、電離子束處理[13]、生物保鮮技術[14]等，保鮮時間大多為21～42 d，且貯藏后期品質下降嚴重[14]。杏果實目前除部分鮮食外，大多以杏加工制品形式流通于市場[15-16]。然而鮮杏收獲季節結束后，杏脯、杏醬、杏酒、杏話梅等再加工制品則是以熏硫或褐變的杏干和杏肉為原料[17]，在原料供應方面存在諸多不足。但是將鮮杏鹽漬制成杏坯半成品，不僅可緩解收獲季節加工能力的不足，還可為后續杏制品的加工提供優質原料，有效避免次等原料，并可實現在采收季節以鮮杏為原料生產杏產品，在非鮮果采收季節以鹽漬的杏坯半成品為原料加工杏制品，為實現鮮杏一季采收全年加工提供原料保障，對杏制品全年生產具有重要的指導意義。

有研究表明，鹽漬食品的脫鹽通常采用清水浸泡的方式，料液比、脫鹽時間、換水次數和脫鹽溫度對鹽漬食品脫鹽后的品質都有直接或間接的影響[18]。顧林等[19]研究發現，生姜鹽坯的最佳脫鹽工藝為：料水體積比1∶4，溫度30 ℃，浸泡時間40 min。長白楤木嫩芽的最優脫鹽工藝為：液料比3∶1（mL/g），換水2 次，脫鹽20 min，脫鹽溫度30 ℃[20]。李子鹽胚的脫鹽工藝為：果水質量比1∶3，換水3次，脫鹽溫度55 ℃條件下脫鹽10 h[21]。高鹽芹菜的最佳脫鹽工藝條件為：料液比1∶2，脫鹽時間90 min，脫鹽溫度80 ℃，漂洗次數3 次[22]。鹽漬蓮藕的最優脫鹽工藝為：2∶1 的水藕比，在浸泡脫鹽的水中加入0.2%檸檬酸，脫鹽40 min，換水1次[23]。曾婷婷[24]研究發現，料水比1∶4，在常溫下脫鹽2 h，中間換水1次，而后再以料水比1∶3的比例在常溫下脫鹽6 h 后換水1 次，繼續常溫脫鹽6 h后再用流水沖洗脫鹽后的枇杷胚，此時枇杷果肉組織內的鹽分含量幾乎接近于0。高鹽鹽漬食品的鹽分含量高達12%～18%[25]，鹽漬食品的口感過咸，若長期食用高鹽食品，會大大增加心腦血管疾病的發病率[26]。因此，近年來高鹽食品的脫鹽工藝條件優化已成為食品加工行業中的研究熱點[27]，但目前尚未見鹽漬杏果脫鹽工藝的相關研究報道。

本試驗以“賽買提”鮮杏鹽漬制得的杏坯為原料，采用清水浸泡脫鹽的方式，在保證杏果加工品質的前提下，開展鹽漬杏坯半成品加工技術的推廣應用及脫鹽工藝的研究，該研究結果可為后續杏制品加工提供優質原料，實現鮮杏一季采收全年加工，同時也可為杏果產品的加工生產提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

轉色期“賽買提”鮮杏：采摘自喀什地區英吉沙縣。選擇成熟度基本一致、完整、大小均勻、肉厚的青轉黃期“賽買提”鮮杏，采用整果濕腌法，在質量分數為25%的食鹽水中添加焦亞硫酸鈉（2 g/L）、果膠甲基酯酶（PE 酶）（0.5 g/L）及CaCO3（4 g/L）制得復合腌漬液，腌漬2個月，將鹽腌后的杏攤放均勻晾在席子上，得到杏坯原料，用自封袋裝好，常溫避光保藏。

加碘食鹽：新疆鹽湖制鹽有限責任公司；CaCO3（食品級）：上海千味食品科技有限公司；果膠甲基酯酶（1 000 U/mL）、焦亞硫酸鈉：新疆優樂果農業有限公司提供；酚酞、氯化鈉、鉻酸鉀、無水乙醇：天津市致遠化學試劑有限公司；硝酸銀：西隴科學股份有限公司；氫氧化鈉：天津市鑫鉑特化工有限公司。以上試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

KQ-250DE型數控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；DZKW-S-4電熱恒溫水浴鍋：北京市永光明醫療儀器有限公司；KH-111循環水式多用真空泵：上海科恒實業發展有限公司；FSH-2A可調高速勻漿機：常州天瑞儀器有限公司；HY-5回旋振蕩器：江蘇金怡儀器科技有限公司；KQ-B玻璃儀器氣流烘干器：河南省予華儀器有限公司；PHS-3C型pH計、WZ-108手持式折光儀：上海儀電科學儀器股份有限公司；PTT-A+200電子天平：福州志華科學儀器有限公司；JA1003電子分析天平：上海浦春計量儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗設計

1.2.1.1 料液比對杏坯脫鹽效果的影響

稱取250 g 杏坯，用清水脫鹽，50 ℃下恒溫水浴12 h，每3 h換水1次，杏坯與清水分別按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5（g/mL）的比例進行浸泡脫鹽，以氯化鈉含量和可溶性固形物含量為考察指標，篩選適宜的料液比。

1.2.1.2 換水頻率對杏坯脫鹽效果的影響

稱取250 g 杏坯，用清水脫鹽，50 ℃下恒溫水浴12 h，按照料液比1∶3（g/mL）的比例進行浸泡脫鹽，分別為每6、4、3、2 h 換水1 次，以氯化鈉含量和可溶性固形物含量為考察指標，篩選適宜的換水時間。

1.2.1.3 脫鹽時間對杏坯脫鹽效果的影響

稱取250 g杏坯，用清水脫鹽，每3 h換水1次，按照料液比1∶3（g/mL）的比例進行浸泡脫鹽，50 ℃下分別恒溫水浴3、6、9、12、15 h，以氯化鈉含量和可溶性固形物含量為考察指標，篩選適宜的脫鹽時間。

1.2.1.4 脫鹽溫度對杏坯脫鹽效果的影響

稱取250 g 杏坯，用清水脫鹽，按照料液比1∶3（g/mL）的比例進行浸泡脫鹽，分別在30、40、50、60、70 ℃條件下恒溫水浴12 h，每3 h換水1次，以氯化鈉含量和可溶性固形物含量為考察指標，篩選適宜的脫鹽溫度。

1.2.2 脫鹽工藝條件響應面優化設計

在單因素試驗結果的基礎上，以料液比、脫鹽時間、換水時間及脫鹽溫度為主要影響因素，以氯化鈉含量和可溶性固形物含量為響應值，采用Box-Behnken方法對脫鹽工藝進行優化，響應面試驗因素水平如表1所示。

表1 杏坯脫鹽工藝優化響應面試驗因素水平表Table 1 Factor and level table of response surface test to optimize apricot blanks desalination process

1.2.3 測定項目與方法

1.2.3.1 氯化鈉含量

采用GB 5009.44—2016[28]中的直接滴定法測定。

1.2.3.2 可溶性固形物含量

采用NY/T 2637—2014[29]中的折射儀法測定。

1.2.4 數據處理

使用Excel 軟件處理試驗數據，采用Origin 2018及Design-Expert 8.0.6軟件制圖，利用SPSS 19.0軟件進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 料液比對杏坯氯化鈉含量及可溶性固形物含量的影響

由圖1A 可以看出，杏坯的氯化鈉含量隨著清水比例的增加呈逐漸下降的趨勢，料液比從1∶1（g/mL）至1∶2（g/mL）時，氯化鈉含量下降較為明顯，由1.397%降至0.387%，之后繼續增加清水占比至料液比為1∶5（g/mL）時，杏坯的氯化鈉含量下降逐漸變緩且下降趨勢并不顯著。由圖1B 可見，隨著清水添加量的增加，杏坯的可溶性固形物含量呈階梯式下降的趨勢，當料液比為1∶2、7∶3、1∶4、1∶5（g/mL）時，可溶性固形物含量的變化不明顯。根據滲透原理可知，剛脫鹽時離子內外濃度差很大，可以加速杏坯的脫鹽速度，但是清水添加量過高時，不僅會增加耗水量，還會導致杏坯中營養物質的損失[21]。因此，選擇杏坯原料脫鹽的料液比1∶2、1∶3、1∶4（g/mL）進行后續響應面試驗。

圖1 料液比對杏坯氯化鈉含量（A）及可溶性固形物含量（B）的影響Fig.1 Effects of material to water ratio on contents of sodium chlorides(A)and soluble solid substance(B)of apricot blank

2.2 換水頻率對杏坯氯化鈉含量及可溶性固形物含量的影響

由圖2A可知，隨著換水間隔時間的延長，杏坯制品的氯化鈉含量呈上升趨勢，當換水頻率為每2、3、4 h換水1 次時，氯化鈉含量較低，而隨著換水間隔時間的延長，杏坯制品的氯化鈉含量下降緩慢。由圖2B可知，杏坯的可溶性固形物含量也隨著換水間隔時間的延長呈上升趨勢。這是因為當換水頻率一定時，杏坯與浸泡脫鹽液之間的離子交換速度基本保持恒定，從而使杏坯制品的氯化鈉含量下降速度趨于緩慢。同時，換水間隔時間越短，營養物質流失也會更多[21]。因此，選擇換水頻率每6、4、3 h 換水1 次進行后續響應面試驗。

圖2 換水頻率對杏坯氯化鈉含量（A）及可溶性固形物含量（B）的影響Fig.2 Effects of water exchanging frequency on contents of sodium chlorides(A)and soluble solid substance(B)of apricot blank

2.3 脫鹽時間對杏坯氯化鈉含量及可溶性固形物含量的影響

由圖3A可知，隨著脫鹽時間的延長，杏坯制品的氯化鈉含量呈下降趨勢，當脫鹽時間為0～9 h 時，氯化鈉含量由11.334%降至0.760%，脫鹽效果十分顯著；脫鹽時間超過9 h后，隨著脫鹽時間的延長，杏坯的氯化鈉含量變化逐漸變小。這是因為脫鹽開始時杏坯制品的氯化鈉內外濃度差較大，滲透壓與濃度差成正比，脫鹽速度較快[22]，隨后脫鹽速度緩慢，可能是由于脫鹽后期杏坯內外氯化鈉濃度差逐漸趨于平衡。由圖3B可知，隨著脫鹽時間的延長，杏坯的可溶性固形物含量也呈現下降的趨勢，營養物質流失嚴重，當脫鹽時間在9 h 以上時，樣品的可溶性固形物含量下降趨勢變緩。因此，選擇脫鹽時間6、9、12 h進行后續響應面試驗。

2.4 脫鹽溫度對杏坯氯化鈉含量及可溶性固形物含量的影響

由圖4A可以看出，隨著脫鹽溫度的升高，杏坯的氯化鈉含量呈逐漸下降的趨勢。當脫鹽溫度由30 ℃升至50 ℃時，氯化鈉含量由0.674%快速下降至0.344%；當脫鹽溫度為50～70 ℃時，氯化鈉含量下降較慢，且逐漸趨于平緩。隨著脫鹽溫度的升高，分子無規則運動加快，杏坯的滲透性增加[21]，脫鹽速率增大。由圖4B可見，隨著脫鹽溫度的升高，杏坯的可溶性固形物含量呈階梯式下降趨勢，在40～50 ℃溫度范圍內保持了較高含量?？紤]到成本問題，溫度越低越節能，選擇脫鹽溫度40、50、60 ℃進行后續響應面試驗。

圖4 脫鹽溫度對杏坯氯化鈉含量（A）及可溶性固形物含量（B）的影響Fig.4 Effects of desalting temperature on contents of sodium chlorides(A)and soluble solid substance(B)of apricot blank

2.5 響應面優化試驗設計及分析

2.5.1 響應面試驗設計與結果

采用Box-Benhnken 試驗設計原理設計四因素三水平的響應面試驗，試驗設計及結果見表2，方差分析見表3和表4。

表2 響應面試驗設計與結果Table 2 Response surface design and results

表4 以可溶性固形物含量為響應值的回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model with soluble solid content as the response value

Box-Behnken 法是響應面分析法中的常用設計方法之一，可以用比較少的試驗因素對試驗進行全面研究，通過對幾個響應變量進行數學建模和分析，定向優化響應因子[22]。根據單因素試驗的結果，采用響應面軟件中的Box-Behnken 試驗設計原理設計四因素三水平的響應面試驗，對表2中的試驗數據進行擬合，獲得線性回歸方程為：

由表3可見，以氯化鈉含量為響應值擬合的模型顯著（F=16.75，P＜0.000 1），失擬項不顯著（P=0.144 6＞0.05），說明該模型有較好的擬合度，得到的回歸方程能較好地反映氯化鈉含量與各因素之間的關系。一次項A（料液比）、B（脫鹽時間）、C（換水頻率）及D（脫鹽溫度）和二次項A2、C2、D2對杏坯氯化鈉含量的影響極顯著（P＜0.01），B2的影響顯著（P＜0.05）。各因素對氯化鈉含量影響的主次順序為：C＞D＞B＞A，即換水頻率的影響最大，其次是脫鹽溫度和脫鹽時間，料液比的影響最小。

由表4可見，以可溶性固形物含量為響應值擬合的模型顯著（F=14.13，P＜0.01），失擬項（P=0.002 2）也顯著，且回歸系數的顯著性結果表明，各因素間的交互作用不明顯，且可溶性固形物含量與各因素呈一定線性關系。

2.5.2 各因素交互作用分析

圖5 為各因素間交互作用對杏坯氯化鈉含量影響的響應曲面圖。由圖5 可以看出，料液比、脫鹽時間及脫鹽溫度一定時，隨著換水間隔時間的延長，氯化鈉含量一直在下降；當換水頻率一定時，氯化鈉含量隨料液比、脫鹽時間及脫鹽溫度的增大而減小且變化明顯。綜合來看，氯化鈉含量對換水頻率的改變較敏感。

圖5 各因素交互作用對杏坯氯化鈉含量影響的響應面圖Fig.5 Response surface plots of the interaction effect of various factors on the sodium chloride content of apricot blanks

由于料液比、換水頻率、脫鹽時間及脫鹽溫度對杏坯可溶性固形物含量的影響在試驗范圍內未呈現二次彎曲效應，且無交互作用，故不進行交互作用分析。結合圖5可知，可溶性固形物含量與脫鹽條件在參數范圍內線性相關，但氯化鈉含量的變化趨勢明顯不一致，說明脫鹽效果與脫鹽程度不能始終呈正負相關，控制脫鹽程度及可溶性固形物含量，建立數學預測模型，在鹽漬杏坯脫鹽工藝中有重要意義。以杏坯氯化鈉含量為優先考量，并且綜合考慮可溶性固形物含量，采用Design-Expert 8.0.6 軟件預測杏坯最優脫鹽工藝為：料液比1∶2.83（g/mL），換水頻率為每4.6 h 換水1 次，脫鹽時間6.57 h，脫鹽溫度53.80 ℃，預測氯化鈉含量為1.655%。

2.5.3 最佳工藝參數及模型的驗證

考慮操作方便和實際生產，對模型取得的最佳工藝條件進行調整，杏坯脫鹽條件設定為：用清水脫鹽，料液比1∶3（g/mL），換水頻率為每4 h換水1次，脫鹽時間7 h，脫鹽溫度50 ℃，經過3 次驗證試驗，測得杏坯的氯化鈉含量為1.362%，與預測值1.655%接近，測得可溶性固形物含量為5.50%。與未脫鹽的杏坯相比，氯化鈉含量由11.334%降低至1.362%，說明模型試驗可行，優化后的工藝大大降低了制品的氯化鈉含量。

3 討論

杏坯在脫鹽過程中受到料液比、換水方式、脫鹽時間、溫度等多種因素的影響[18-23]，這些因素直接影響杏坯脫鹽過程中的氯化鈉含量及其色澤、香氣、口感等感官品質。杏坯的脫鹽工藝與其他鹽漬果蔬制品[20-24，30]、海產品[31-32]等的脫鹽工藝相比，料液比、換水方式與其他鹽漬食品脫鹽參數相似，但脫鹽時間明顯延長，脫鹽溫度小幅度上升。

料液比對杏坯脫鹽效果的影響非常顯著，隨著脫鹽液比例的提高，杏坯中的氯化鈉含量和可溶性固形物含量均呈下降趨勢。這可能是因為杏坯中的鹽離子與滲透水之間存在濃度差，并且脫鹽液用量越大，濃度差就越高，對鹽離子由果肉組織中向外部滲透的幫助就越大。然而，當清水添加量過大時，離子滲透率降低，氯化鈉含量下降速率逐漸減慢[30]，杏坯中氯化鈉向外擴散的速率基本達到平衡，這與尹爽等[26]的研究結果一致。當換水頻率達到一定時，杏坯與脫鹽液之間的離子交換率基本相同，進而減緩了杏坯氯化鈉含量的下降速率，這與孫麗婷[21]的研究結果一致。隨著脫鹽時間的延長，杏坯的脫鹽速度也逐漸降低，當脫鹽時間為9 h 時，樣品的脫鹽量基本達到最大，這可能是由于杏果實在鹽漬后為失水狀態，其細胞之間的膨脹壓力降低，但在有濃度差的脫鹽溶液中，由于脫鹽溶液和細胞液之間的滲透平衡，為恢復并保持一定的細胞膨脹壓力，離子交換速率增大；當細胞吸收過多的水分時，濃度差降低，離子交換速率減緩[25]，這與井月欣等[18]、顧林等[19]、張曉等[22]的研究結果一致，但脫鹽時間相對延長。當脫鹽溫度過高（50～70 ℃）時，杏坯的氯化鈉含量變化不明顯，這是因為溫度升高會使樣品的滲透率增加，溶質透過速率增大，鹽分滲透速率增加。但是，當溶液的濃度和溶質的濃度相近時，滲透率會降低，直至達到穩態[22]。這與馬璐璐等[31]、徐仰麗等[32]及孫麗婷[21]的研究結果相似。

4 結論

通過單因素和響應面試驗對杏坯的脫鹽工藝進行研究，結合實際生產操作，確定了杏坯脫鹽最佳工藝條件為：料液比1∶3（g/mL），脫鹽時間7 h，換水頻率為每4 h換水1次，脫鹽溫度50 ℃。在此脫鹽工藝條件下，杏坯的氯化鈉含量為1.362%，可溶性固形物含量為5.50%，脫鹽后的杏坯色澤黃亮，鹽度較低，有杏果固有的風味。利用自來水浸泡杏坯脫鹽，方法簡單、耗水量低，可以節約生產成本、簡化生產工藝，且能達到較好的脫鹽效果，有利于保證脫鹽杏坯質量，減輕生產對環境的影響。