枇杷果实热水和甜菜碱复合处理保鲜条件优化

张 瑜，金 鹏*，黄玉平，单体敏，郑永华

（南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095）

枇杷果实热水和甜菜碱复合处理保鲜条件优化

张 瑜，金 鹏*，黄玉平，单体敏，郑永华

（南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095）

以“解放钟”枇杷果实为试材，采用响应面试验研究不同的热水处理温度（40、45、50 ℃）、时间（5、10、15 min）以及不同浓度甜菜碱（5、10、15 mmol/L）对1 ℃冷藏枇杷果实品质的影响。通过对枇杷果实果心褐变指数、出汁率和硬度的测定，建立这3 个响应值的二次多项模型，分析其拟合度，并进行验证分析，同时利用模型的响应面对影响枇杷果实品质的关键因素及其相互作用进行探讨。结果表明，甜菜碱结合热处理降低采后枇杷冷害的最优条件为：处理温度44.36 ℃、时间9.14 min、甜菜碱浓度10.65 mmol/L。验证实验结果表明，该复合处理组褐变指数、出汁率、硬度分别为23.66%、58.91%、2.66 N，能有效抑制枇杷果实冷害症状，保持较好品质，且处理效果优于单独处理。

枇杷；冷害；甜菜碱；热处理；复合处理；响应面法

枇杷（Eriobotrya japonica Lindl.）原产于我国，以果肉柔软多汁，酸甜可口，营养丰富著称，又兼具润肺、止咳等的药用功效[1-2]，深受人们的喜爱。枇杷果实成熟于高温多雨的初夏时节，采后代谢旺盛，常温贮藏

极易发生失水皱缩和腐烂变质，难以贮藏和长途运输[3-4]。低温冷藏是枇杷保鲜的常见方法，其在能够抑制果实品质降低的同时又会出现果皮和果肉黏连、果心褐变、果肉硬度上升、粗糙少汁等木质化冷害现象，使果实降低甚至失去商品性[5]。因此，降低采后枇杷冷害技术的研究成为了提高枇杷产业利益的关键点。热处理是指在采后以适宜温度（一般35～50 ℃）处理果蔬，以杀死或抑制病原菌的活动，改变酶活性、改变果蔬表面的结构特性，诱导果蔬的抗逆性，从而达到贮藏保鲜的效果[6-7]。热处理对冷害的抑制效果已经在猕猴桃[8]、香蕉[9]、草莓[10]、枇杷[11]等果蔬上得到证实。甜菜碱是一种含羧基的季铵类生物，作为一种渗透调节物质在高等植物体内普遍存在，有研究[12-14]表明甜菜碱能有效维持逆境下蛋白质和生物膜的结构和功能，保护光合系统，还可通过自身的积累来降低细胞质水势、减少水分的丧失，并且能诱导相关抗寒基因的表达，甜菜碱的积累与植物对逆境的耐受能力呈正相关。外源甜菜碱的施用也已经被证明对枇杷[15]、黄瓜[16]、辣椒[17]等果蔬的冷害有一定的延缓作用。

这两种采后处理单独使用都可以减轻果蔬冷害的发生，但二者复合处理来提高果蔬抗冷性的研究还鲜有报道。复合处理较单一处理能更好地保持果蔬的品质已经在西兰花[18]、青种枇杷[19]、草莓[20]等果蔬上得到证实。有相关研究将响应面法应用于果蔬的保鲜，响应面试验法优化不同处理保鲜工艺的研究在枇杷[21]、苹果[22]、鲜切荸荠[23]等果蔬上都取得了一定进展。因此本实验利用响应面试验研究热水和甜菜碱复合处理对枇杷果实冷害的影响，从果实果心褐变指数、出汁率、硬度3 个指标来确定复合处理的最优条件，以期为复合处理技术在枇杷果实保鲜中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料为福建产“解放钟”枇杷（Eriobotrya japonica Lindl. cv. Jiefangzhong）果实，人工采摘后，采用泡沫网袋单果包装，于采摘当天运回南京实验室，挑选大小一致、果形端正、无病虫害、无机械伤、成熟度基本相同的果实。

甜菜碱 美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

TA-XT2i型质构仪 英国Stable Micro System公司；DK-S26型电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司；WMY-01C型数字测温仪 上海华辰医用代表有限公司；TG16W型高速离心机 长沙湘智离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 热水和甜菜碱复合处理枇杷果实

将所需浓度的甜菜碱溶于蒸馏水中，取5 L甜菜碱溶液置于塑料白盒，随后放入恒温水浴锅加热至所需温度，并保持该温度，采用数字测温仪实时测定溶液温度。挑选出来的枇杷被随机分组，每次用30 个枇杷（约1 kg）浸泡于甜菜碱溶液中，达到所需时间后取出果实自然风晾干，然后将枇杷果实用0.01 mm厚聚乙烯塑料袋分装，袋口用普通橡皮筋绕两道，设定不做任何处理的果实为对照组，同时置于（1±1）℃、90%相对湿度条件下贮藏35 d后取出测定果实品质相关指标。

1.3.2 响应面试验设计

利用Design Expert 8.0软件中的旋转中心组合设计（central composite rotatable design，CCRD）功能来进行试验设计，以处理温度、时间和甜菜碱浓度为自变量，根据前期试验选定处理温度、时间以及甜菜碱浓度的范围分别为40～50 ℃、5～15 min、5～15 mmol/L，具体试验设计见表1。以枇杷果实果心褐变指数、出汁率和硬度为响应值Y，对试验数据的二阶多项式方程进行拟合度分析。

表1 复合处理的旋转中心组合试验设计因素与水平Table 1 Code and level of variables used in CCRD design for the optimization of combined treatment

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 果心褐变指数的测定

参考孙玉洁等[15]方法测定褐变指数，结果以百分数表示。取30 个果实，沿果柄纵向切开，将果实果心褐变程度分为5 个等级，即0级，无褐变；1级，褐变面积小于果心切面总面积的5%；2级，褐变面积占果心切面总面积的5%～25%；3级，褐变面积占果心切面总面积的25%～50%；4级，褐变面积大于果心切面总面积的50%。褐变指数计算见公式（1）：

1.3.3.2 出汁率的测定

将果实去皮去核后用6 mm打孔器取肉柱，切成薄厚均匀的片状后，从中取出8 片放入已经称质量的塞有吸水纸的离心管（m1）中，并称质量（m2），1 200 r/min离心10 min后取出果肉再将带汁离心管称质量（m3）。出汁率计算见公式（2）：

1.3.3.3 果肉硬度的测定

用TA-XT2i质构仪测定果肉硬度，探头直径5 mm，下压距离为5 mm。每次测定用10 个果实，取平均值。

1.4 数据处理

实验数据分析和二次模型的建立采用Design Expert 8.0软件，通过对数据进行方差分析、回归分析和响应面分析获得最优复合条件。

2 结果与分析

2.1 热水和甜菜碱复合处理优化工艺回归方程的建立

枇杷果实在1 ℃贮藏35 d后，测得不同处理组的褐变指数、出汁率和硬度，见表2。

表2 旋转中心组合设计试验设计及结果Table 2 Observed and predicted values from CCRD design

利用Design Expert 8.0软件对表2中数据进行二次多元回归拟合，得到枇杷果心褐变指数、出汁率和硬度对处理温度、时间及甜菜碱浓度的二次多项回归方程（3）～（5），利用回归方程计算的3 个响应值的预测结果见表2。

2.2 热水和甜菜碱复合处理优化工艺模型检验

表3 回归方程系数显著性检验Table 3 Signifi cant test of the regression coeffi cients

从表3可以看出，预测果心褐变指数的模型极显著（P＜0.000 1），R2=0.963 6， 调整系数RA2dj= 0.930 9，说明模型拟合程度好，试验误差小，失拟项检验概率为0.146 2＞0.05，说明失拟项拟合不足不显著。各项回归系数显著性检验表明：一次项X1（P＜0.004 3）极显著，X（P=0.037 7）、X（P=0.014 4）显著；二次项X2231（P＜0.000 1），X32（P＜0.000 1）极显著；交互项X1X2（P＜0.000 1）极显著，其余各系数不显著。

预测果实出汁率的模型极显著（P＜0.000 1），R2=0.937 2，R2= 0.880 8，说明模型拟合程度好，失拟

Adj项检验概率为 0.089 7＞0.05，说明失拟项拟合不足不显著。且一次项X1（P=0.005 5）极显著，X3（P=0.032 7）显著；二次项X12（P＜0.000 1）和X32（P=0.001 1）极显著，X22（P=0.020 4）显著；交互项X1X3（P= 0.000 4）极显著，其余各系数不显著。

预测果肉硬度的模型极显著（P=0.000 3），R2=0.912 5，RA2dj=0.833 7，说明模型拟合程度好，失拟项检验概率为0.860 8，说明失拟项拟合不足不显著。各项回归系数显著性表明：一次项X1（P=0.007 2）极显著；二次项X2（P＜0.000 1）、X2（P=0.003 8）和X2123（P=0.002 9）都为极显著；交互项XX（P= 0.012 6）显12著，其余各系数不显著。

上述结果表明，3 个模型的显著性均较高，拟合程度良好，试验误差小。上述3 个模型适合用于分析和预测复合处理果实贮藏35 d后的褐变指数、出汁率和硬度的变化。

2.3 各因素交互作用的响应面图

2.3.1 果心褐变指数的响应面图

如图1所示，当甜菜碱浓度固定在0（10 mmol/L）水平时，处理温度为45 ℃时褐变指数较小，当处理温

度大于45 ℃时，曲面陡峭，随着处理温度的升高，果心褐变指数逐渐增加，表明处理温度的改变对褐变指数的影响大，且处理温度和时间的交互作用极显著（P＜0.000 1）；当处理时间为固定值时，可以看出甜菜碱浓度在9～11 mmol/L时，褐变指数能控制在较低水平，但甜菜碱浓度和处理温度的交互作用不显著（P=0.756 6）；当处理温度为固定值时，处理时间和甜菜碱浓度对褐变指数影响的响应面较为平缓，交互作用不显著。这些结果说明对于果心褐变指数而言，影响较大的因素是处理温度（P＜0.000 1）、甜菜碱浓度（P=0.014 4）和处理时间（P=0.037 7）次之。

图1 各因素交互作用影响枇杷果心褐变指数的响应面图Fig. 1 Response surface plots for the interactive effects of experimental factors on internal browning index

2.3.2 果实出汁率的响应面图

由图2可以看出，当时间固定在0（10 min）水平时，处理温度和甜菜碱浓度对果实出汁率影响的曲面较陡峭，表明果实出汁率对处理温度和甜菜碱浓度的改变都较为敏感，当处理温度44～46 ℃、甜菜碱浓度9～11 mmol/L时，出汁率保持最大，且二者的交互作用极显著（P=0.000 4）；当处理温度为固定值时，甜菜碱浓度和处理时间的改变对出汁率影响的曲面较平缓，二者交互不显著（P=0.618 4），且处理时间对出汁率影响不显著（P=0.471 9）；另外当甜菜碱浓度为固定值时，处理温度和时间的交互作用不显著（P=0.357 4）。

图2 各因素交互作用影响枇杷果实出汁率的响应面图Fig. 2 Response surface plots for the interactive effects of experimental factors on extractable juice

2.3.3 果肉硬度的响应面图

图3 各因素交互作用影响枇杷果肉硬度的响应面图Fig. 3 Response surface plots for the interactive effects of experimental factors on fruit fi rmness

由图3可以看出，当甜菜碱浓度固定在0（10 mmol/L）水平时，处理温度在44～46 ℃内硬度保持较好，当处理温度高于48 ℃后，果实硬度上升幅度较大，曲面陡峭，这表明处理温度对果实硬度的改变影响较大，二者交互作用显著（P=0.012 6）；当处理时间为固定值时，在甜菜碱浓度较低时，随着浓度的上升，果实硬度下降，但甜菜碱浓度水平较高时，随着浓度的上升，硬度也上升，但甜菜碱浓度对果实硬度的影响不显著（P=0.961 8），二者交互作用也不显著；当处理温度为固定值时，甜菜碱浓度和处理时间对果肉硬度的影响曲面较平缓，处理时间对硬度的影响不显著（P=0.102 3），二者交互作用不显著（P=0.839 6）。

2.3.4 模型验证实验结果

由响应面分析可知，处理温度和甜菜碱浓度是影响枇杷果实品质的主要因素，其次是处理时间。利用Design Expert 8.0软件对试验结果进行3 个方程的联合求解，根据3 个回归方程的常数项数据，要求在褐变指数不高于15.05%，出汁率不低于69.31%，硬度不高于2.36 N时，得到的最佳变量水平为热处理温度44.36 ℃、处理时间9.14 min、甜菜碱浓度10.65 mmol/L。根据响应面得到的结果，并结合实际操作的可行性与方便性，选择热处理温度45 ℃、处理时间10 min、甜菜碱浓度10 mmol/L。在此条件下进行验证实验，并和单独热水、甜菜碱处理进行比较分析，结果见表4。

表4 验证与比较实验结果Table 4 Validation of optimized combined treatment and comparison with single treatments

由表4可知，对照组用蒸馏水常温浸泡10 min；热处理组果实用45 ℃蒸馏水浸泡10 min；甜菜碱处理组用10 mmol/L甜菜碱溶液常温浸泡10 min；复合处理组果实用45 ℃、10 mmol/L甜菜碱溶液浸泡10 min。处理后枇杷果实置于1 ℃贮藏35 d后测定相关指标。结果表明，热水处理组、甜菜碱处理组以及二者复合处理组与对照组相比均能显著抑制果心褐变的发生（P＜0.05），保持较高的出汁率，抑制果肉硬度上升，从而减轻了枇杷果实在冷藏过程中褐变和木质化败坏等冷害症状，维持较好的果实品质；且复合处理组褐变指数、出汁率、硬度分别为23.66%、58.91%、2.66 N，显著优于单独热处理和甜菜碱处理组（P＜0.05）。因此，验证实验表明热水复合甜菜碱处理，在减轻枇杷果实冷害保持品质方面的效果最好。

3 讨论与结论

果心褐变程度是评价枇杷果实冷害程度的一个重要指标。研究[24]发现，膜脂过氧化产物丙二醛的积累会与游离氨基酸和核酸生成褐色素，加剧果实的褐变，多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD）是酚类物质发生氧化的主要酶类，参与果蔬冷藏期间的褐变。已有研究[15,25]报道，单独甜菜碱或热水处理能保持枇杷果实细胞膜完整性，减轻膜脂过氧化，并能抑制PPO和POD的活性，从而降低冷藏枇杷果心褐变的发生。本实验结果发现，热水复合甜菜碱处理也可以减轻枇杷冷害症状。

果实在成熟衰老过程中会发生果胶、纤维素等细胞壁物质的降解，从而导致果肉的软化和出汁率的提高[26]。低温胁迫条件下，枇杷果实细胞壁物质代谢会发生异常，使果实不能正常软化而出现汁液减少、果肉硬度上升、果皮难剥离等木质化败坏症状[5]。果实硬度是反映枇杷冷害的重要指标之一。枇杷在冷藏过程中会出现硬度上升现象，有研究[5]表明这可能与枇杷冷藏过程中木质素和原果胶的合成有关，热处理和甜菜碱处理已经被证实能有效抑制枇杷果实硬度的上升[15,25]。

本研究利用Design Expert 8.0软件中的CCRD模块，

通过响应面法建立热水复合甜菜碱处理对枇杷果实品质（果心褐变、出汁率和硬度）的二次多项数学模型，结果表明3 个模型都具有极显著性（P＜0.01），拟合程度好，失拟项拟合不足不显著，试验误差小。

同时利用模型的3D响应面对影响枇杷品质的因素及其交互作用进行了分析。根据响应面试验结果并结合实际应用的便捷性，优化得到的最佳工艺条件为：热处理温度45 ℃、处理时间10 min、甜菜碱浓度10 mmol/L。验证实验结果表明，热水复合甜菜碱处理能够有效抑枇杷果实冷害的发生，保持果实品质，且其效果显著好于单一处理。

本研究针对枇杷保鲜的实际需求，通过对热水复合甜菜碱处理的温度、浓度和时间进行优化和验证，获得良好的保鲜效果。在实际应用中，热水和甜菜碱处理可以同时进行，既缩短了处理时间，又节约了成本，作为一种新型枇杷保鲜方法其具有良好的商业应用前景。

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Optimization of Conditions for Combined Treatment of Hot Water and Glycine Betaine for Preservation of Postharvest Loquat Fruit

ZHANG Yu, JIN Peng*, HUANG Yuping, SHAN Timin, ZHENG Yonghua
(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Loquat fruits (Eriobotrya japonica Lindl. cv Jiefangzhong) were harvested from Fujian province and response surface methodology (RSM) was used to study the effects of different combined treatment conditions with hot water at different temperatures (40, 45, 50 ℃), for different time periods (5, 10, and 15 min), and three concentrations of glycine betaine (5, 10, and 15 mm ol/L) on the quality of loquat fruits during subsequent storage at 1 ℃. At the end of storage, the changes in fruit internal browning, fi rmness and extractable juice were measured. A second-order polynomial model describing each of the three responses was established and its goodness of fi t was analyzed. In addition, the model was validated. The response surface analysis was carried out to identify the factors with signifi cant infl uence on fruit quality and the interactions between them. The optimal combined treatment conditions for reducing chilling injury in loquat fruit were determined as follows: hot water temperature, 44.36 ℃; treatment time, 9.14 min; and glycine betaine concentration, 10.65 mmol/L. The optimized combined treatment was more effective in inhibiting chilling injury of loquat fruit and maintaining quality than either alone.

loquat fruit; chilling injury; glycine betaine; hot water treatment; combined treatment; response surface methodology

10.7506/spkx1002-6630-201610039

TS255.3

A

1002-6630（2016）10-0226-06

张瑜, 金鹏, 黄玉平, 等. 枇杷果实热水和甜菜碱复合处理保鲜条件优化[J]. 食品科学, 2016, 37(10): 226-231.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610039. http://www.spkx.net.cn

ZHANG Yu, JIN Peng, HUANG Yuping, et al. Optimization of conditions for combined treatment of hot water and glycine betaine for preservation of postharvest loquat fruit[J]. Food Science, 2016, 37(10): 226-231. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201610039. http://www.spkx.net.cn

2015-07-06

国家自然科学基金面上项目（31371862）；江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养项目

张瑜（1991—），女，硕士研究生，研究方向为农产品贮藏。E-mail：2014108031@njnu.edu.cn

*通信作者：金鹏（1981—），男，副教授，博士，研究方向为农产品贮藏与加工。E-mail：pjin@njnu.edu.cn