均匀设计法优化鲜切山药的护色工艺

徐春明, 李 婷, 王英英, 庞高阳, 刘 颖

（北京工商大学食品学院/食品添加剂与配料北京高校工程研究中心/北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

均匀设计法优化鲜切山药的护色工艺

徐春明, 李 婷, 王英英, 庞高阳, 刘 颖

（北京工商大学食品学院/食品添加剂与配料北京高校工程研究中心/北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

鲜切山药在空气中容易被氧化产生褐色素，影响其品质。通过单因素实验，研究了常用护色剂EDTA-2Na、抗坏血酸、氯化钠及柠檬酸对鲜切山药的护色效果，并确定了其单独使用时的较佳浓度。通过均匀设计安排实验，对鲜切山药的护色工艺进行优化，得到优化护色配方：0.8% EDTA-2Na，2.0%柠檬酸，0.2%抗坏血酸。通过对照实验，研究了不同前处理0.005%，0.010% NaClO消毒及65℃烫漂对鲜切山药的护色效果，结果表明：0.005%，0.010%NaClO消毒及65℃烫漂对鲜切山药均具有良好的护色效果，其中0.005%NaClO效果优于0.010%NaClO。

鲜切山药；护色；均匀设计

鲜切果蔬是指新鲜果蔬原料经挑选、清洗、整理、切分、包装等工序生产，能保持产品新鲜状态，供消费者立即食用或餐饮业使用的一种新型果蔬产品［1］。随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，鲜切产品的开发与生产在我国具有十分诱人的前景。山药（dioscorea opposite）为薯蓣科薯蓣属多年生草质藤本植物，是我国保健食品的重要原料［2-3］。

鲜切山药在加工和贮藏过程中很容易褐变，失去原有的乳白色泽。鲜切山药的褐变反应主要为酶促褐变［4］。多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）位于正常细胞的质体中，当山药受到损伤后，PPO释放出来，在有氧环境中PPO催化酚类物质为邻醌，然后邻醌继续相互作用生成高分子聚合物或与氨基酸或蛋白质生成高分子络合物，导致褐色素的生成［5］。学者利用薄层层析、HPLC及紫外吸收光谱鉴定山药中引起酶促褐变的主要底物为绿原酸［6］。PPO与不同底物结合能力的强弱依次为绿原酸、儿茶酚、酪氨酸、焦性没食子酸、愈创木酚、苯酚［7］。国内学者高义霞等［8］研究表明L-半胱氨酸、亚硫酸氢钠也可降低PPO活性，可有效减缓鲜切山药的褐变。前人多研究山药褐变的原因及抑制褐变的方法，但少有人给出鲜切山药的无硫护色配方。

本课题用不同浓度的EDTA-2Na、抗坏血酸、氯化钠、柠檬酸溶液分别对鲜切山药进行处理，研究不同无硫护色剂对山药护色的效果，并以褐变度为指标，进行均匀设计，得出EDTA-2Na、抗坏血酸、氯化钠及柠檬酸复合护色的最优配方；分别用热漂、次氯酸钠消毒处理鲜切山药，考察不同前处理对鲜切山药的护色影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

山药，从超市购买无褐变的，表面无机械伤的新鲜山药；化学试剂EDTA-2Na、NaCl、抗坏血酸、柠檬酸等均购于北京汇海科仪科技有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平，西杰天平（北京）仪器有限公司；D-37520型离心机，Sigma laborzentrifugen；TD5A型离心机，湖南赫西仪器装备有限公司；HH-4型水浴锅，华港通国际有限公司；研钵，北京汇海科仪科技有限公司；色差计，北京辰泰克科技有限公司；UV-2450型分光光度计，Shimadzu Corporation Japan；Supra 22K型冷冻离心机，Hanil science industrial。

1.3 实验方法

1.3.1 样品的制备

将新鲜山药清洗后，经0.02%次氯酸钠清冼后，4℃的冰箱中冷藏24 h，去皮，切分成0.5 cm左右厚薄的圆片。分别放入不同浓度的氯化钠、EDTA -2Na、柠檬酸、抗坏血酸溶液中浸泡5 min，以去离子水为对照，取出后放于塑料托盘中，晾干，装入PE膜袋中，每份50 g左右，重复3次，后放于冷藏柜（4±1℃）中保存，每隔一天测定其褐变度。

1.3.2 褐变度测定［9］

褐变度由鲜切山药的颜色反映，用色差计检测鲜切山药片的色度并记录L值。L值从0～100，L= 0时为标准黑，L=100时为标准白。

1.3.3 均匀设计

首先研究每种护色剂对鲜切山药的护色影响，得到每种护色剂单独使用时的最佳浓度。采用混合水平均匀设计法设计试验，用U7（74）表格，均匀设计及实验结果如表1。自变量X1为EDTA-2Na溶液质量分数，X2为柠檬酸溶液质量分数，X3为抗坏血酸溶液质量分数，X4为NaCl溶液质量分数，且每种护色剂的研究水平依据单因素实验结果确定；以鲜切山药处理5天后的L值为因变量，（5天后鲜切山药颜色变暗，质量下降）。经DPS软件进行二次多项式逐步回归分析，得到回归方程为

β0，βi，βij为回归系数，Xi，Xj为自变量，Y为因变量。

表1 均匀设计及实验结果Tab.1 Uniform design with observed responses

1.3.4 不同前处理对鲜切山药护色影响的实验

分别用热漂、次氯酸钠消毒处理鲜切山药，实验用实验所得最优护色工艺处理，每隔1天（连测10天）检测山药的褐变度（颜色变化），并对鲜切山药进行感官评价，与未做处理的山药对比，考察不同前处理对山药护色的影响。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度的EDTA-2Na、柠檬酸、抗坏血酸、NaCl对鲜切山药褐变度的影响

不同浓度的EDTA-2Na、柠檬酸、抗坏血酸、NaCl对鲜切山药褐变度的影响以山药表面色度来反映。褐变度用L值来表现，每隔1天连续10天检测其L值，每次实验重复3次。实验结果如图1。

由图1得知，一定浓度EDTA-2Na、柠檬酸、抗坏血酸溶液对鲜切山药有显著防褐变作用。经EDTA-2Na、柠檬酸、抗坏血酸溶液处理后的山药，在前3天基本无褐变，L值变化很小。3天过后，未经处理的山药L值迅速降低，褐变加速。EDTA-2Na处理的山药褐变受到显著抑制，L值缓慢下降，其中3%EDTA-2Na溶液护色效果最佳。0.5%～2.0%的柠檬酸处理的山药褐变程度明显降低，1.0%的柠檬酸作用效果最佳，L值由72.25降低到70.72。图1（c）可看出，抗坏血酸对鲜切山药的影响受浓度影响较大，0.2%抗坏血酸对鲜切山药的护色保鲜效果最佳。有文献表明，一定浓度的氯化钠对鲜切果蔬具有一定的护色作用［10］，图1（d）显示0.25%～1.00%NaCl溶液对鲜切山药无护色作用，甚至会加速山药的褐变。

2.2 鲜切山药最优护色工艺

均匀设计的实验结果如表1。通过DPS软件建立多元线性回归模型，采用多因子及互作项逐步回归，获得鲜切山药褐变度L值，得回归方程（2）。

相关系数R=0.986，R2=0.972。该方程能很好地拟合鲜切山药和各护色剂浓度之间的关系，具体的拟合误差见表2。由表2可得：鲜切山药的L值与X1X2（EDTA-2Na与柠檬酸）值影响最大，其次是抗坏血酸浓度。由回归方程可得X1、X2值越大，X3值越小，Y值越大，与X4大小无关。因此，鲜切山药最优护色配方为：0.8%EDTA-2Na，2.0%柠檬酸，0.2%抗坏血酸。将此浓度带入回归方程的Y= 75.033 4。以此护色配方进行实验，检测鲜切山药5天后的L值，L=74.97。说明该方程能很好地拟合鲜切山药和各护色剂浓度之间的关系。

图1 不同浓度的EDTA-2Na、柠檬酸、抗坏血酸、NaCl对鲜切山药褐变度的影响Fig.1 Effects of different concentrations of EDTA-2Na，CA，NaCl，and Vc on browning degree of fresh-cut yam

表2 回归系数对山药L值的影响Tab.2 Significance of regression coefficient for L value of fresh-cut Chinese yam

2.3 不同前处理对鲜切山药护色影响

在鲜切山药进行护色处理前，分别用0.01%，0.005%的NaClO溶液进行消毒处理；用65℃热水烫漂，考察不同前处理对鲜切山药的护色影响，并以只做护色处理不做前处理的和空白组为对照。实验结果如图2。结果表明，0.01%，0.005%NaClO溶液消毒处理及热漂处理对鲜切山药都有护色保鲜作用。0.005%NaClO处理效果较0.01%好，一定浓度的NaClO溶液可对山药起抑菌作用，且不损伤山药组织。烫漂对山药的护色效果明显且绿色环保，这和一定高温能抑制PPO、POD活性密不可分。

图2 不同前处理对鲜切山药护色影响Fig.2 Effects of different pretreatment methods on color of fresh-cut Chinese yam

3 结 论

一定浓度EDTA-2Na、柠檬酸、抗坏血酸溶液对鲜切山药有显著地防褐变作用，氯化钠溶液对鲜切山药的保鲜无明显作用。经均匀设计优化得到的鲜切山药最优护色工艺为0.8%EDTA-2Na、2.0%柠檬酸、0.2%抗坏血酸。实验证明，鲜切山药在护色处理前做一定的前处理如0.005%NaClO溶液消毒，65℃烫漂等，有助于防止山药的褐变，提高鲜切山药的保鲜。

［1］Alarcón-Flores M I，Romero-González R，Martínez-Vidal J L，et al.Monitoring of phytochemicals in fresh and freshcut vegetables：a comparison［J］.Food Chemistry，2014，142：392-399.

［2］王邈，李德远，李玮，等.山药的药理作用分析及其开发利用［J］.中国食物与营养，2010（4）：72-74.

［3］Megh Raj Bhandari，Takanori Kasai，Jun Kawabata.Nutritional evaluation of wild yam（Dioscorea spp.）tubers of Nepal［J］.Food Chemistry，2003，82：619-623.

［4］杜德红，陈勇，肖军霞.山药中多酚氧化酶活性的测定及其护色研究［J］.安徽农业科学，2011，39（27）：16572-16574.

［5］Martinez-Ferrer M，Harper C，Perez-Muroz F，et al. Modified atmo-sphere packaging of minimally processed mango and pineapple fruits［J］.Food Sci，2002，67：3365-3371.

［6］Zhu Liqin，Zhou Jie，Zhu Shuhua，et al.Inhibition of browning on the surface of peach slices by short-term exposure to nitric oxide and ascorbic acid［J］.Food Chemistry，2009，114：174-179.

［7］罗馨.山药多酚氧化酶特性及活性抑制研究［J］.贵州化工，2011，36（2）：13-19.

［8］高义霞，周向军，张继，等.山药过氧化物酶的特性及抑制研究［J］.食品工业科技，2011，32（7）：105-108.

［9］Zhang Shaoying，Yu Youwei，Xiao Chunling，et al. Effect of carbon monoxide on browning of fresh-cut lotus root slice in relation to phenolic metabolism［J］.LWTFood Science and Technology，2013，53：555-559.

［10］Jin Guofeng，He Lichao，Zhang Jianhao，et al.Effects of temperature and NaCl percentage on lipid oxidation in pork muscle and exploration of the controlling method using response surface methodology（RSM）［J］.Food Chemistry，2012，131：817-825.

Researching Optimal Color-protecting Process of Fresh-cut Chinese Yam Slice by Uniform Design

XU Chunming， LI Ting， WANG Yingying， PANG Gaoyang， LIU Ying
（School of Food and Chemical Engineering/Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients/Beijing Key Laboratory of Food Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

Fresh-cut yam was easily oxidized in the air and produced brown pigment，which affected its quality.The effects of EDTA-2Na，NaCl，citric acid（CA），and Vc on the color of fresh-cut Chinese yam were studied by the single-factor experiment and the optimum concentrations of color fixative were obtained.The uniform design was used to optimize color-protecting formula of fresh-cut Chinese yam. The optimize color-protecting formula was as follows：EDTA-2Na 0.8%，citric acid 2.0%，and Vc 0.2%.Meanwhile，effects of different pretreatment methods，such as disinfection using different concentrations（0.005%and 0.010%）NaClO and 65℃blanching，on fresh-cut Chinese yam were also studied.The result showed that the NaClO disinfection and 65℃blanching treatment all could protect the color of fresh-cut Chinese yam and 0.005%NaClO had better effect than 0.010%NaClO.

fresh-cut Chinese yam；color fixative；uniform design

叶红波）

TS255.36

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.01.010

2095-6002（2015）01-0055-04

徐春明，李婷，王英英，等.均匀设计法优化鲜切山药的护色工艺［J］.食品科学技术学报，2015，33（1）：55-58.

XU Chunming，LI Ting，WANG Yingying，et al.Researching optimal color-protecting process of fresh-cut Chinese yam slice by uniform design［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（1）：55-58.

2014-03-31

北京市食品学科特色教学科研创新平台建设项目（PXM2012-014213-000063）。

徐春明，男，副教授，博士，主要从事食品与生物化工方面的研究。