响应曲面法研究贮前热处理对油豆角品质的影响

郭 丽，王 鹏，马 莺，赵东江，刁小琴，李 贺

(1.绥化学院生物与食品工程系，黑龙江绥化152061;2.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090)

响应曲面法研究贮前热处理对油豆角品质的影响

郭 丽1，王 鹏1，马 莺2，赵东江1，刁小琴1，李 贺1

(1.绥化学院生物与食品工程系，黑龙江绥化152061;2.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090)

以油豆角为原料，采用响应面方法，研究贮前热空气处理温度和处理时间对油豆角冰温贮藏过程中品质的影响。通过中心优化组合设计得出最佳热处理参数为:热处理温度53℃，热处理时间19min。油豆角热处理后冰温贮藏优势明显，油豆角膜透性的增加趋势得以延缓，过氧化物酶活性得到抑制。

热空气处理，油豆角，品质，响应曲面法

油豆角(Phaseolus vulgaris L.)是黑龙江省的特色菜豆品种，它含有人体所需的多种氨基酸、维生素、膳食纤维、矿物质及丰富的碳水化合物和蛋白质。但是油豆角采后不易贮藏，很容易发生萎蔫、褪色、腐烂、褐变、锈斑，这大大降低了其品质和商品价值。近年来，贮前热处理作为一种安全高效、简便易行、耗能低、无污染的处理方法，在果蔬保鲜领域广泛应用［1］。而热空气处理作为贮前热处理的方法之一，可以改善果蔬品质和贮藏效果，保持果蔬色泽和硬度，抑制呼吸作用，防治冷害的发生，延缓细胞壁降解和软化，延缓果蔬的生理生化代谢等活动［2－6］。但热处理温度过低或时间太短则效果不理想，温度过高或时间太长则会造成高温伤害，进而造成果蔬品质下降。因此本实验利用响应面方法着重研究不同时间－温度条件下热空气处理对油豆角品质的影响，以及热处理后油豆角的贮藏优势，以期为改善油豆角采后贮藏品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

将军油豆角(Phaseolus vulgaris L.) 采自黑龙江省农业科学院园艺分院，花后11～14d采摘成熟度适中、无损伤的油豆角，采收后1h内运到实验室，阴凉处分散预冷。

1.2 实验方法

1.2.1 处理方法 将实验用油豆角置于热空气环境中，热空气处理在恒温箱中进行。在热处理期间，油豆角外套塑料薄膜袋以避免蒸发失水。热处理后，将油豆角转入冰温(0℃、90%～95%RH)环境中。对照为未经热处理的油豆角，将其直接放入冰温下贮藏。每个处理20～30个油豆角，重复3次。

1.2.2 实验设计 采用SAS8.0软件，以热处理温度X1和热处理时间X2为自变量，并以+1、0、－1分别代表自变量的高、中、低水平，按方程xi=(Xi－X0)/ΔX 对自变量进行编码。编码值为－1.414、－1、0、1、1.414。根据预实验选定热处理温度和处理时间范围分别为:48～62℃，9～51min，以油豆角的品质指标 Y(硬度)为响应值，确定最优的油豆角热处理温度和时间。

该模型通过最小二乘法拟合二次多项式方程为:

式中:Y为预测响应值(油豆角硬度);A0为常数项;Ai为线性系数;Aii为二次项系数;Aij为交互项系数;Xi、Xj(i≠j)为自变量编码值。

1.3 测定方法

1.3.1 硬度的测定 采用物性测试仪(TA－XT plus，Stable Micro System Surrey)测定油豆角硬度，根据油豆角结构的纤维组织与表皮组织的特点，探头采用P/36R进行剪切力测试，感应力为20g，压前速度为2mm/s，冲压速度为 0.5mm/s，压后速度为 2mm/s［7］。每个样品取10个进行测试，将豆角放置在单元盒中，其长轴线与剪切单元垂直，在传感器探头接触油豆角表皮过程中，表皮产生破裂，载荷再加大时，出现破断点。传感器自动记录并分析处理豆角剪切数据，参数分析软件为Texture Expert 32(Version 3.0.1.0)。

1.3.2 豆荚膜透性的测定 取10个样品的豆荚，用打孔器制成厚薄均匀、大小一致的组织圆片30个，精确称取2g，放在盛有20m L蒸馏水的烧杯中，在真空干燥器中抽气，浸泡1h，弃去浸泡液，用滤纸吸干附着的水分，放入装有20m L蒸馏水的具塞三角瓶中，振荡1h，用DDS－ⅡA型电导仪测定浸出液电导度，再将豆荚及浸出液加热煮沸，冷却后再测豆荚全渗液的电导度。以浸出液电导度占全渗时电导度的百分率表示膜透性大小，实验重复3次。

1.3.3 过氧化物酶(POD)活性的测定 均匀称取2g豆角，加入20m L预冷的0.2mol/L pH6.8的磷酸缓冲液(内含0.1g聚乙烯吡咯烷酮)中，冰浴研磨，在4℃10000 r/m in离心30m in，取上清液用于酶活性的测定。将0.5m L粗酶提取液加入2m L 0.1%愈创木酚溶液(用0.2mol/L pH6.4的磷酸缓冲液配成)中，在30℃水浴中平衡5m in，然后加1m L 0.08%H2O2(用0.2mol/L pH6.4的磷酸缓冲液配成)混匀，在460nm扫描，记录 1m in内吸光值变化，POD酶活性以ΔOD460nm·m in－1·g－1FW 表示，重复 3 次［8］。

1.4 数据处理

所有实验平行重复3次。实验设计、数据分析和二次模型的建立采用SAS 8.0统计软件，采用响应曲面图分析。

2 结果与分析

2.1 不同热处理温度和时间对油豆角品质的影响

硬度是衡量贮藏后油豆角品质的主要指标，因此选取硬度为考察指标。选取因素X1(热处理温度，℃)和X2(热处理时间，m in)作为优化因子。经过中心优化组合设计，根据两因子对Y1(硬度)影响进行中心组合实验设计，X1(热处理温度，℃)的中心水平为55℃，X2(热处理时间，min)的中心水平为30m in，其实验设计和结果见表1。表1中实验1～8为析因实验，9～13为中心实验。13个实验点分为析因点和零点，其中析因点为自变量取值在X1、X2所构成的顶点，零点为区域的中心点，零点实验重复5次，用以估计实验误差方差。

采用SAS RSREG程序对数据进行ANOVA分析，结果见表2和表3。

表1 热空气处理中硬度和颜色的变化

表2 硬度二次回归模型的方差分析结果

表3 硬度二次回归模型的失拟性方差分析结果

由表可见，方程回归显著，模型的复相关系数的平方为R2=94%，说明回归方程的拟合程度良好，失拟较小。该模型是稳定的，能很好地预测实际烫漂过程中硬度的变化，可以用该方程代替真实实验点进行分析。方程中 X1、X2、X1X1、X2X2对 Y 值的影响达显著水平，表明实验因子对响应值不是简单的线性关系，二次项对响应值也有很大的关系，这和模型回归中的线性和平方项影响显著相对应。交互项系数不显著，所以交互作用的影响相对较小。

根据表1的实验结果，通过SAS软件处理将各因素回归拟和后得到回归方程。实验的回归方程分别为:

根据回归方程可以绘制出相应的响应面图来确定最大响应值(硬度最大)时变量的最佳水平。图1为热处理温度和时间对油豆角硬度影响的响应面图。从图1中可以看出，热空气处理温度和时间的交互作用不大。响应面为凸形，这表明存在最大的响应值。经过对模型及图形的分析得出，在53℃、19m in时，硬度最大。分析这个最大硬度是同果胶甲酯酶的活性密切相关。53℃时果胶甲酯酶活性高，它使果胶分子中的甲酯基团水解，果胶分子呈现负电荷性，释放出的羧基与Ca2+发生交联作用，形成Ca凝胶，产生一个坚固的果胶酸钙网络，使硬度变大［9］。

2.2 热空气处理后油豆角冰温贮藏的优势

冰温贮藏过程中，油豆角膜透性的变化可以反映冰温条件对其产生冷害的影响程度。而POD作为成熟酶参与并促进生物体内的氧化分解过程，生物组织及细胞结构的变化往往是生物氧化的结果，而POD活性的上升，一定程度上反映了植物组织衰老和逆境伤害［10］。

由图2可以看出，随着贮藏期的延长，油豆角膜透性逐渐升高，对照组(CK)的膜透性增加量高于热处理。热处理后的油豆角在冰温贮藏过程中，细胞膜透性上升趋势受到显著抑制，并保持最低水平，反映出其细胞膜相对于对照组受到了一定保护。

图1 热处理温度和时间对油豆角硬度影响的响应面图

图2 热处理后冰温贮藏油豆角膜透性的变化

油豆角细胞膜透性的增大进而会促进细胞内水分外渗，使表皮及皮层细胞水浸状，水浸细胞的失水又会进一步导致细胞脱水凹陷，这是低温促进油豆角表面水浸凹陷的主要原因。本实验发现，热处理可较明显延缓油豆角膜透性的增加，有利于保持细胞膜的完整与稳定，从而减轻或抑制了油豆角表面的水浸凹陷的发生，对抑制冷害有明显作用。

由图3可见，随着贮藏期的延长，油豆角的过氧化物酶活性逐渐升高，对照的增加幅度最大，明显高于热处理。有研究发现，绿皮葫芦经热处理后POD活性上升受到抑制［11］，可见热处理可有效地抑制过氧化物酶活性的上升，有助于延缓油豆角体内的生物氧化进程，减轻甚至抑制油豆角表面锈斑的出现;同时也可提高油豆角的抗冷性，使其受冷害的程度减轻。

3 结论

热空气处理作为一种无毒无害的物理处理方法，在油豆角冰温贮藏过程中是十分有效的技术。油豆角贮前热空气处理最佳条件为热处理温度53℃，热处理时间19min。油豆角热处理后冰温贮藏优势明显，油豆角膜透性的增加趋势得以延缓，过氧化物酶活性得到抑制。

图3 热处理后冰温贮藏油豆角POD活性的变化

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Effect of hot air treatment on quality of green bean(Phaseolus vulgaris L.)by response surface method

GUO Li1，WANG Peng1，MA Ying2，ZHAO Dong－jiang1，DIAO Xiao－qin1，LIHe1
(1.Department of Biology and Food Science Engineering，University of Suihua，Suihua 152061，China;2.College of Food Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，China)

The effects of hot air treatment tem perature and time on the quality of green bean were studied using response sur facem ethod.The optim ization results of hot air tem perature and treatment tim e were 53℃for 19m in by central com posite rotation design.The increase of m embrane permeability and peroxidase activities of treated green bean were significantly inhibited during ice－tem perature storage.

hot air treatment;green bean;quality;response surfacemethod

TS255.3

A

1002－0306(2011)06－0361－03

2010－05－27

郭丽(1979－)，女，讲师，研究方向:农产品贮藏与加工。基金项目:绥化学院青年教师科学技术研究资助项目(K091004)。