响应面法优化正己醛、反2己烯醛熏蒸鲜切菠萝蜜条件

,,,

(海南大学食品学院,海南海口 570228)

菠萝蜜(ArtocarpusheterophyllusL. ),又称木菠萝、大树菠萝、蜜冬瓜、牛肚子果等[1]。它原产于印度的西高止山脉,在马来西亚、非洲的中部和东部、加勒比海地区、巴西、澳大利亚、波多黎各和许多太平洋岛屿中都有发现[2]。在我国海南、广西、广东、福建、云南和四川南部的热带和亚热带地区均有存在,其中以海南省种植最多[3]。其香气浓郁,有类似菠萝的香味,素有“热带珍果”之称[4]。但是,菠萝蜜果实可食部分较少(仅占全果总量的35%左右)[5],且外表覆盖有较坚实的表皮,它不像其他水果极易削皮,因此给销售、运输与食用带来极大的不便。因此,既能方便消费者食用,又能保持果实特有风味[6]的鲜切加工处理技术的研究对于“硕大”的菠萝蜜来说,显得尤为重要。此外,经过鲜切处理还可以维持菠萝蜜原有的风味和口感,不仅能增加菠萝蜜的经济价值,还能提高菠萝蜜的应用价值[7]。

虽然鲜切水果可以满足消费者对“快捷和方便”产品的需求,但是,鲜切水果市场推广的障碍在于难以长时间保持其新鲜的程度[8]。这是因为在鲜切水果加工处理时,去皮、去核和切分等一系列操作都是十分必要的。而随着水果天然保护组织的除去、完整的组织破损及细胞的破裂,一方面容易导致鲜切水果受到微生物侵染[9],另一方面又会不可避免地出现水分丧失、高糖分的汁液泄漏,更易于使酵母等在鲜切水果表面生长[10]。而且由于存在机械损伤,乙烯还会大量生成、呼吸速率上升,同时还会诱发次生代谢过程[7]。伴随这些次生代谢反应的进行,往往会产生大量的,甚至是不愉快香气挥发物质,从而影响鲜切产品的风味[11 - 12],最终降低了鲜切水果的货架期[13]。

植物精油等天然的抗菌剂已经作为一种可提高鲜切水果微生物稳定性的方法引入到新的研究领域当中[14]。而正己醛、正己醇、反 - 2 - 己烯醛等作为西红柿、茶叶、草莓、橄榄油、葡萄、苹果和梨的香味的重要成分,Lanciotti等人已研究了它们对许多微生物,包括一些病原体存在抗菌活性[15]。Maria等人利用正己醛和反 - 2 - 己烯醛处理鲜切苹果切片,结果表明处理后的苹果切片在16d的货架期内几乎不发生褐变[16]。Jun等人证实,采用18. 6μmol·L-1的正己醛熏蒸鲜切苹果切片,16h后可被苹果切片完全代谢,且能抑制真菌的生长[17]。Lanciotti等人采用正己醛、反 - 2 - 己烯醛、乙酸己酯的混合蒸气熏蒸鲜切苹果切片,证明混合蒸气熏蒸是一个重要的抑制病原微生物生长的方法[18]。

表1 鲜切菠萝蜜感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards of fresh - cut jackfruit

至于安全性方面问题,由于这些天然化合物均是苹果香气挥发性物质的成分,Jun等人证实它们可被苹果切片完全代谢[19]。实际上,通过感官分析显示,它们确实也能使鲜切苹果切片的感官特性得到提高。反 - 2 - 己烯醛已经作为食品添加剂被GB 29978 - 2013收录[20],而正己醛也已经作为食品添加剂出现在中华人民共和国卫生部关于指定《D - 甘露糖醇等58个食品添加剂产品标准》的公告(2011年第8号)名单上。

本研究采用正己醛、反 - 2 - 己烯醛熏蒸处理鲜切菠萝蜜,运用响应面法优化处理条件,建立经验模型,并在最优条件下贮藏11d后鲜切菠萝蜜的失重率、亮度值以及感官评分进行预测,以确定鲜切菠萝蜜最佳熏蒸条件。本研究将通过正己醛、反 - 2 - 己烯醛熏蒸处理的研究,为其能改善鲜切菠萝蜜的风味、延长其保鲜时间和为后续研究提供一定的依据。

1 材料与方法

1. 1 材料与仪器

供试菠萝蜜品种为“马来西亚一号” 购自海口市南北水果批发市场,八成熟,于6℃下预冷过夜;正己醛(97%)、反 - 2 - 己烯醛(98%) 中国阿拉丁试剂(上海)有限公司。

MIR - 253型恒温培养箱 日本Sanyo公司;TW - 450型保鲜膜封接机 台湾依利达公司;CT3型质构仪 美国Brookfield公司;CR - 400型色泽色差计 KONICA MINOLTA公司;722型可见分光光度计 上海欣茂仪器有限公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 原材料处理 将菠萝蜜用200mg·L-1的二氧化氯水溶液清洗,经去皮、切分、去核等工序后,将其果肉浸渍在30mg·L-1的二氧化氯水溶液中,杀菌5min,晾干。挑选大小相对均一且无明显机械损伤和病虫害的菠萝蜜果肉60g放于塑料托盘中,连同装有所需用量正己醛、反 - 2 - 己烯醛的烧杯一起置于24. 5cm×18. 0cm×15. 0cm的塑料密封盒内,立即密封熏蒸。熏蒸一定时间后,取出塑料托盘,用聚乙烯薄膜包装,并置于(6±1)℃下贮藏。贮藏一定时间后,对各项指标进行测量。

1. 2. 2 单因素实验

1. 2. 2. 1 正己醛浓度对鲜切菠萝蜜品质的影响 对经过杀菌处理的鲜切菠萝蜜分别用0、50、100、150、200mg·kg-1的正己醛进行熏蒸,熏蒸时间为3h,并在(6±1)℃下贮藏5d后,进行感官评定,以此确定用于熏蒸鲜切菠萝蜜最适宜的正己醛浓度。

1. 2. 2. 2 反 - 2 - 己烯醛浓度对鲜切菠萝蜜品质的影响 对经过杀菌处理的鲜切菠萝蜜分别用0、45、90、135、180mg·kg-1的反 - 2 - 己烯醛进行熏蒸,熏蒸时间为3h,并在(6±1)℃下贮藏5d后,进行感官评定,以此确定用于熏蒸鲜切菠萝蜜最适宜的反 - 2 - 己烯醛浓度。

1. 2. 2. 3 熏蒸时间对鲜切菠萝蜜品质的影响 对经过杀菌处理的鲜切菠萝蜜用最适量的正己醛结合反 - 2 - 己烯醛进行熏蒸,熏蒸时间分别为1、3、5、7、9h,并在(6±1)℃下贮藏5d后,进行感官评定,以此确定最佳的熏蒸时间。

1. 2. 3 响应面设计 在单因素实验基础上,确立正己醛浓度、反 - 2 - 己烯醛浓度及熏蒸时间3个因素,采用中央组合实验设计(Central Composite Design),以失重率、亮度值以及感官评分为响应值,通过响应面分析方法对结果进行优化。并将数据用Design -Expert 8. 0. 6 软件进行多元回归拟合分析处理,得出多元回归方程。

1. 2. 4 测定方法

1. 2. 4. 1 失重率 采用称重法进行测定。测量公式为:

失重率(%)=(鲜切菠萝蜜初重 - 每次测定的重量)/鲜切菠萝蜜初重×100

1. 2. 4. 2 色泽 采用色差计来测定鲜切菠萝蜜色泽中的总色差亮度值。

1. 2. 4. 5 感官评定 感官评定人员由十人组成,所得结果取平均值,不同处理的样品各取三组平行,从色泽、气味、口感和组织状态四个方面进行评价,评分标准如表1。

2 结果与分析

2. 1 单因素实验

2. 1. 1 正己醛、反 - 2 - 己烯醛浓度对鲜切菠萝蜜品质的影响 由图1(a)可知,在正己醛浓度较低时,感官品质随着浓度的增大而提高,但当浓度大于100mg·kg-1时,感官品质反而随浓度的增大而稍有下降。这可能是因为熏蒸气体的浓度太高,会使鲜切菠萝蜜失去原有的风味,从而影响到感官评分的降低。

表2 响应面实验因素及水平Table 2 Coded level of the independent variables

而由图1(b)可知,反 - 2 - 己烯醛浓度在大于90mg·kg-1时,感官评分则与浓度变化的关联程度不大。因此,选取正己醛浓度为100mg·kg-1,反 - 2 - 己烯醛浓度为90mg·kg-1作为最适宜熏蒸的浓度。

图1 正己醛、反 - 2 - 己烯醛浓度对鲜切菠萝蜜品质的影响Fig. 1 Effect of n - hexanal concentration onthe quality of fresh - cut jackfruit

图2 熏蒸时间对鲜切菠萝蜜品质的影响Fig. 2 Effect of fumigation time on the quality of fresh - cut jackfruit

2. 1. 2 熏蒸时间对鲜切菠萝蜜品质的影响 由图2可知,随着熏蒸时间的增加,感官品质先提高后下降,在处理5h时感官品质最优。出现这种现象可能是由于熏蒸时间过短,正己醛、反 - 2 - 己烯醛参与的次生代谢不足,没有起到保持品质的作用;而熏蒸时间太长,则会产生一些不良气味,使得鲜切菠萝蜜的感官变差。因此,熏蒸时间为5h时,熏蒸效果最好。

2. 2 响应面实验

在单因素实验的基础上,对正己醛浓度、反 - 2 - 己烯醛浓度和熏蒸时间3个实验因素与5个水平进行响应面设计,如表2所示。

经过响应面设计实验后,鲜切菠萝蜜各项品质指标的结果见表3。

表3 响应面实验设计及结果Table 3 Experimental values of response variables for CCRD

表4 响应面中熏蒸处理鲜切菠萝蜜过程变量函数的二阶多项式拟合模型的方差分析表Table 4 Analysis of variance of the responses for the fitted second - order polynomial model as a function of process variables of fresh - cut jackfruit fumigation

从表4可知,本实验所选用的二次多项模型具有极显著性(p<0. 0001),且失拟项均不显著(失拟项>0. 01),说明用该模型对失重率、亮度值和感官评价得分拟合良好,且能做出较准确的预测。

图3 各两因素交互影响对鲜切菠萝蜜失重率影响的响应面图Fig. 3 Response surface showing combined effects of two fumigation conditions on the weight loss of fresh - cut jackfruit

2. 2. 1 响应面法优化熏蒸鲜切菠萝蜜的失重率 鲜切水果失重率的大小是衡量鲜切类产品品质是否发生恶化的重要指标之一。响应面设计实验的失重率结果见图3。在6℃下贮藏9d后,不同组处理样本平均每天失重率在2. 562% ～ 4. 380%之间,中心设计组(正己醛浓度为100 mg·kg-1、反 - 2 - 己烯醛浓度为90mg·kg-1、熏蒸时间约为5. 00h)五个样本点实测值均低于其它样品点,由此可见,在此条件下熏蒸能减少鲜切菠萝蜜重量的损失,有利于其品质的保持。

将所得实验数据用多元回归拟合,得到的多元回归方程:

失重率(%)=8. 717 - 0. 04003A - 0. 02242B -0. 9734C+4. 194×10-5AB - 5. 738×10-4AC - 1. 063×10-3BC+2. 034×10-4A2+9. 948×10-5B2+0. 09588C2(校正决定系数为0. 9677)

2. 2. 2 响应面法优化熏蒸鲜切菠萝蜜的色泽 褐变是限制鲜切产品货架期和影响产品销售的主要因素之一。褐变主要体现在色泽上,而色泽是评价鲜切果蔬成熟度、外观品质和货架期的重要指标,能直接影响消费者的购买意愿[7]。本研究选用表面亮度值来评价样本表面质量。L*值越大,表示亮度越高、褐变程度越轻。因此在本实验中将L*作为鲜切菠萝蜜色泽的一个定性指标。响应面设计实验的结果见图4。在6℃下贮藏9d后,不同组合处理后的L*在77. 53 ～ 83. 36之间变化。综合三幅等高线图可知,正己醛的浓度在100g·kg-1,反 - 2 - 己烯醛的浓度在90mg·kg-1处,熏蒸时间在5 ～ 7h的范围内,各等高线图都出现峰值。由此可见,在此条件处理下,鲜切菠萝蜜的亮度值仍然保持在较高水平,褐变程度较轻。

将所得实验数据用多元回归拟合,得到多元回归方程:

L*=64. 44+0. 1122A+0. 06341B+3. 356C -1. 458×10-4AB - 2. 999×10-4AC+3. 135×10-4BC -4. 970×10-4A2- 2. 374×10-4B2- 0. 2799C2(校正决定系数为0. 8936)

图4 各两因素交互影响对鲜切菠萝蜜L*值影响的响应面图Fig. 4 Response surface showing combined effects of two fumigation conditions on the L* value of fresh - cut jackfruit

2. 2. 3 响应面法优化熏蒸鲜切菠萝蜜的感官评分 感官评定,主要利用人的感官来测量食品的感知及这种感知对食物和口味接受性的影响,是衡量人们对鲜切果蔬喜爱程度的重要因素。响应面设计实验的感官评分结果如图5所示。在6℃下贮藏9d后,不同组合处理后的感官评分分值在64. 50 ～ 89. 83之间变化。

感官评分=5. 693+0. 4539A+0. 4143B+14. 03C- 6. 759×10-4AB+6. 458×10-3AC - 9. 953×10-3BC -2. 353×10-3A2- 1. 407×10-3B2- 1. 139C2(校正决定系数为0. 9055)

图5 各两因素交互影响对鲜切菠萝蜜感官评分影响的响应面图Fig. 5 Response surface showing combined effects of two fumigation conditions on the sensory evaluation of fresh - cut jackfruit

2. 3 响应面优化熏蒸条件及验证

根据所得的响应面数据,对上述出现的3条方程用Design - Expert 8. 0. 6软件进行拟合,可得到最优的熏蒸条件,见表5。

表5 响应面优化熏蒸条件Table 5 Optimized the fumigation conditions

图6 Design - Expert 8. 0. 6拟合后的预测值分布图Fig. 6 The distribution of predicted values after fitting by Design - Expert 8. 0. 6

图6为Design - Expert 8. 0. 6软件拟合后所得的预测值分布图,从图中可以看出,各等高线间距平均,且预测值的可信程度达到0. 995。根据表5优化的熏蒸条件对鲜切菠萝蜜进行熏蒸,所得实验结果与响应面优化所得的预测值进行比较,见表6。

表6 相应品质指标的预测值与实测值Table 6 Predicted and experimental values of responses at optimum conditions

从表6可知,对优化结果进行实验验证结果表明:优化工艺后熏蒸的鲜切菠萝蜜的失重率、亮度值和感官评分与预测值相当,说明该方法与实际情况拟合很好,充分验证了所建模型的正确性,说明响应面法能够很好地适用于正己醛、反 - 2 - 己烯醛熏蒸鲜切菠萝蜜工艺的回归分析和参数优化。

3 结论

鲜切菠萝蜜在进行鲜切加工及贮藏的过程中,由于细胞破裂等不可避免存在,同时也会诱发自身代谢及次生代谢水平的提高,最终导致品质劣变和腐烂。而且,随着贮藏时间的增加,鲜切菠萝蜜果肉中的一些营养成分极易损失,同时香气挥发性物质也会随之减少,严重影响了鲜切菠萝蜜的感官属性。而运用正己醛、反 - 2 - 己烯醛等水果的香气挥发性物质对鲜切水果进行熏蒸不仅能够增加香味,而且还能够提高水果自身的抗病性。虽然正己醛、反 - 2 - 己烯醛等水果的香气挥发性物质对鲜切水果熏蒸有很大的应用价值,但是关于此方面的研究和应用还仅停留在苹果、龙眼等极少数水果中,缺乏对其它水果进行大范围的应用。

本研究通过单因素实验筛选,响应面实验优化,建立了正己醛、反 - 2 - 己烯醛在不同熏蒸条件下的处理对鲜切菠萝蜜色泽、口感、香气和组织状态等感官评定的影响进行二次多项式的数学模型。经检验,该模型拟合程度较高。通过该模型的响应面图分析,明确了正己醛结合反 - 2 - 己烯醛浓度与熏蒸时间对鲜切菠萝蜜感官评分的影响,并在此基础上优化了熏蒸处理的条件:正己醛浓度95. 21mg·kg-1、反 - 2 - 己烯醛浓度108. 21mg·kg-1、熏蒸时间6h。在该处理条件下的鲜切菠萝蜜,其香味会更加浓郁、色泽也更加明亮,极大地改善了果实的品质。但是,本研究仅研究了用不同浓度的正己醛、反 - 2 - 己烯醛处理鲜切菠萝蜜,观测其失重率、亮度值等。而关于正己醛、反 - 2 - 己烯醛对鲜切水果挥发性气体的影响及其机理还有待于进一步的研究。

[1]毛琪,叶春海,李映志,等. 菠萝蜜的研究进展[J]. 中国农学通报，2007,27(3):439 - 444.

[2]Azizur Rahman M,Nahar N,Jabbar Mian A,etal. Variation of carbohydrate composition of two forms of fruit from jack tree (Artocarpus heterophyllus L. ) with maturity and climatic conditions[J]. Food Chemistry,1999,65(1):91 - 97.

[3]叶春海,李映志,丰锋. 雷州半岛菠萝蜜种质资源遗传多样性的RAPD分析[J]. 园艺学报,2005,32(6):1088 - 1091.

[4]姚定. 菠萝蜜果皮果胶提取及特性研究[D]. 安徽：安徽农业大学,2009.

[5]Saxena A,Bawa A S,Raju P S. Optimization of a multitarget preservation technique for jackfruit (Artocarpus heterophyllus L. ) bulbs[J]. Journal of Food Engineering,2009,91(1):18 - 28.

[6]朱萍,潘永贵,梁大伟,等. 响应面法优化乙醛熏蒸鲜切菠萝工艺条件[J]. 食品科学,2011,32(24):36 - 40.

[7]朱萍. 乙醛熏蒸改善鲜切菠萝风味技术研究[D]. 海南：海南大学,2012.

[8]M R Corbo,B Speranza,D Campaniello,etal. Fresh - cut fruits preservation:current status and emerging technologies [J]. Current research,technology and education topics in applied microbiology and microbial biotechnology,2010:1143 - 1154.

[10]Heard G M. Microbiology of fresh - cut produce[J]. Fresh - cut fruits and vegetables:Science,technology,and market,2002:187 - 248.

[11]魏长宾,刘胜辉,臧小平,等. 果实香气成分及其研究进展[J]. 热带农业科学,2009,29(3):59 - 64.

[12]潘永贵,陈维信. 鲜切加工对果蔬挥发性风味的影响[J].食品科学,2008,29(10):670 - 674.

[13]Chien P J,Sheu F,Yang F H. Effects of edible chitosan coating on quality and shelf life of sliced mango fruit[J]. Journal of Food Engineering,2007,78:225 - 229.

[14]Oms - Oliu G,Rojas - Graü M A,González L A,etal. Recent approaches using chemical treatments to preserve quality of fresh- cut fruit:A review[J]. Postharvest Biology and Technology,2010,57(3):139 - 148.

[15]Lanciotti R,Gianotti A,Patrignani F,etal. Use of natural aroma compounds to improve shelf - life and safety of minimally processed fruits[J]. Trends in Food Science & Technology,2004,15(3):201 - 208.

[16]Maria R C,Rosalba L,Fausto G,etal. Effects of hexanal,trans - 2 - hexenal and storage temperature on shelf life of fresh sliced apples[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2000,48(6):2401 - 2408.

[17]Jun S,Rujida L,Weimin D,etal. Hexanal vapor is a natural metabolizable fungicide:inhibition of fungal activity and enhancement of aroma biosynthesis in apple slices[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science,1996,121(5):937 - 942.

[18]Lanciotti R,Gianotti A,Patrignani F,etal. Use of natural aroma compounds to improve shelf - life and safety of minimally processed fruits[J]. Trends in Food Science & Technology,2004,15(3):201 - 208.

[19]Jun S,Rujid A L,Weimin D,etal. Hexanal vapor is a natural metabolizable fungicide:inhibition of fungal activity and enhancement of aroma biosynthesis in apple slices[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science,1996,121(5):937 - 942.

[20]GB 29978 - 2013,食品添加剂 2 - 己烯醛(叶醛)[S].