四川泡青菜专用护色剂配方优化及其性能研究

蒋子敬,许青莲,*,林洪斌,邢亚阁,王丹枫,陈 玲

(1.西华大学食品与生物工程学院食品生物技术重点实验室,四川成都 610039;2.成都新繁食品有限公司,四川成都 610501)

四川泡青菜专用护色剂配方优化及其性能研究

蒋子敬1,许青莲1,*,林洪斌1,邢亚阁1,王丹枫2,陈 玲2

(1.西华大学食品与生物工程学院食品生物技术重点实验室,四川成都 610039;2.成都新繁食品有限公司,四川成都 610501)

本文在探讨不同护色剂对四川泡青菜褐变抑制效果影响的基础上,采用单因素和响应面法优化复合护色剂配比,并用ASLT法对其护色性能进行了预测。结果表明,最佳护色剂配比为:氯化钙添加量0.082%、D-异抗坏血酸钠添加量0.017%、柠檬酸亚锡二钠添加量0.027%。所得复合护色剂褐变抑制率达53.36%、样品褐变度为5.44,护色效果能保持约146～161 d,为泡青菜生产中的护色工艺提供了重要依据。

泡青菜,护色剂,配方优化,性能,货架期

四川泡青菜是西南地区常见的一类非发酵型泡菜,所采用的新鲜青菜呈鲜绿色。但其中的蓝绿色素与黄绿色素是一种不稳定物质,在食品加工及储存过程中,极易受到加工工艺或外界环境的影响而发生分解并伴有褐变反应产生[1]。这会导致泡青菜类产品在货架期内便发黄或呈深褐色,严重影响其整体品质质量。究其原因主要是色素受光分解与热分解以及多酚类物质氧化的影响。

护色剂作为一类食品添加剂可提供食品原料相应的稳定性与抗氧化性,保持叶绿素稳定并抑制褐变,能有效解决泡青菜中的褐变问题。但是,目前对于泡青菜生产过程中的护色研究较少。尼海峰[2]等研究了青菜中的护色工艺,但其主要只针对一种护色剂进行了研究。王向阳[3]等进行了青菜脱水工艺护色的研究,表明在漂烫液中加入0.05% Mg2+或是Zn2+能够较好地保存叶绿素,但并没有针对抗氧化、抗褐变方面进行研究。金定樑[4]研究表明浓度为0.05%～0.2%的新型护色剂柠檬酸亚锡二钠对果蔬类制品具有较好护色效果。相对于单一护色剂,复配型护色剂能充分利用各护色剂之间的协同互补性,可能会对泡青菜护色产生较好的效果[5-7]。

本研究在对于几种护色剂进行单因素实验基础上,筛选出3种护色能力较好的护色剂进行复配,运用Box-Behnken实验设计原理进行护色剂复配优化研究,并对此护色剂护色效果进行了货架期预测[8-9]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

泡青菜 成都新繁食品有限公司;柠檬酸、植酸、氯化钙、L-半胱氨酸、D-异抗坏血酸钠 河南巧手食品添加剂有限公司;柠檬酸亚锡二钠(DSC)、叶绿素铜钠盐 郑州天顺食品添加剂有限公司;75%乙醇 成都科龙化工试剂厂;添加剂 均为符合国标要求的食品级添加剂;试剂 均为分析纯。

7200型分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;精密色差仪 深圳威福光电科技有限公司;JA-2003电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;TDZ5-WS离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;600型三用电热恒温水箱 金坛市富华仪器有限公司;兴和真空包装机 诸城市兴和机械有限公司;HNY-2102C智能摇床 天津欧诺仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 泡青菜护色工艺流程 泡青菜→整理成形→分装→添加护色剂→真空包装→巴氏灭菌→冷却→成品。

将泡菜取出后整理成形,切分为整颗,沿根部切分为约5 cm块状,剔除菜叶部分后装入包装袋并添加护色剂。护色剂进行直接添加而非浸泡,以模拟实际生产情形。配制相应浓度的护色剂溶液直接添加于产品包装中与泡青菜混合均匀。经真空包装及巴氏灭菌(65 ℃,20 min)处理后制得成品,并置于摇床培养箱中培养待后续实验用。

1.2.2 护色剂单因素实验 在预实验的基础上,同时根据国标以及相关文献,选取了7种护色剂,每种护色剂均分为5个质量分数梯度(分别记为浓度A、B、C、D、E,以样品总质量百分百计)进行护色实验。以添加护色剂样品作为实验组,不添加护色剂样品作为空白组对照。其中,7种护色剂添加浓度分别为:柠檬酸(0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%);植酸(0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%);氯化钙(0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%);L-半胱氨酸(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%);D-异抗坏血酸钠(0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%);柠檬酸亚锡二钠(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%);叶绿素铜钠盐(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)。

1.2.3 Box-Behnken优化实验设计 在单因素实验的基础上,采用Design-Expert 7.0软件进行Box-Behnken设计,以褐变抑制率百分数与褐变度之比作为响应值,选取对其影响显著的3个因素氯化钙(A)、D-异抗坏血酸钠(B)、柠檬酸亚锡二钠(C),设计3因素3水平响应面分析实验,实验因素水平设计见表1。

表1 护色剂响应面实验因素水平表

1.2.4 泡青菜护色效果评价 青菜的色泽直接影响消费者对其接受程度,护色效果主要体现在色泽指标变化上。由于青菜根部与叶子部分色差明显,对其整根测量会有较大的干扰,且考虑到在实际生产中菜叶部分颜色本已较深,褐变并不明显,褐变反应主要集中在根部,故只对其根部进行后续实验。以根部护色效果来反映整体护色情况。

1.2.4.1 褐变抑制率的测定 将同一批经护色处理并保存一段时间后的泡青菜样品切取根部成块状,用75%乙醇按料液比1∶2(g/mL)进行打浆后过滤,并浸提20 min。再进行离心处理10 min,离心转速3500 r/min,取上清液待测。对经护色处理和未经护色处理的青菜根液分别在420 nm下测定吸光度,参比为纯水,经计算得到褐变抑制率[10]。每次测定进行3次平行实验,结果以平均值计算。褐变抑制率越高反映出护色剂护色效果越好,空白组的褐变抑制率为基准0%。

褐变抑制率(%)=(A0-A/A0)×100

式中:A0为空白组OD值,A为实验组OD值。

1.2.4.2 褐变度的测定 将待测样品取出后,用精密色差仪对青菜根部进行色度测量,每次测量3次取平均值。以ΔE值作为参考,比较不同护色剂护色能力的强弱。(ΔE2=ΔL2+Δa2+Δb2,其中L*为明度指数,L*=0表示为黑色,L*=100表示为白色;a*>0表示红色程度,a*<0表示绿色程度;b*>0表示黄色程度,b*<0表示蓝色程度)将ΔE作为反应褐变度的指标,值越小表示褐变度越小,护色效果越好,反之护色效果越差。

1.2.5 泡青菜护色效果预测 在制得复配护色剂的基础上,利用货架期加速实验(ASLT)对护色剂货架时间进行预测。采用其中的Q10法进行预测。温差为10 ℃的2个任意温度下的储存期的比率Q10有如下公式:

不同食品进行加速破坏实验所需温度是不同的,根据食品储存期加速测试实验食品温度选择建议表[11-12],将加速实验的温度分别选为37 ℃,相对湿度60%;47 ℃,相对湿度60%;对照组4 ℃。将恒温摇床培养箱中培养的样品分批次取出检测吸光度变化与色度变化情况。47 ℃下的样品每隔1 d测量一次,37 ℃样品每隔2 d测量一次,直至测量指标到达货架期终点(货架期终点指标由同一批次放置数月,在色泽上已具有不可接受性的样品测得)。利用两组温度下货架期寿命时间可算得Q10,再根据以下公式即可算得正常储存温度下的货架期。

式中:QS(T1)为指定温度T1下的货架寿命;QS(T2)为特定温度T2下的货架寿命;ΔT为T1和T2的温度差。

1.3 数据处理

采用Design-Expert 7.0软件进行响应面法优化设计,采用OriginPro 7.5软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

不同浓度的单一护色剂对泡青菜褐变抑制率和褐变度指标的影响如图1和图2所示。由图1可知,在实验组中,氯化钙、D-异抗坏血酸钠、柠檬酸亚锡二钠、叶绿素铜钠盐4种护色剂褐变抑制率约为22%～29%,护色能力较优。柠檬酸、植酸、L-半胱氨酸3种护色剂褐变抑制率约为16%～24%,护色能力较弱。其中,叶绿素铜钠盐在添加量为0.03%时有最大褐变抑制率为28.8%。由图2可知,空白组褐变度较高,约为11.6～13.2;在实验组中,经过氯化钙、D-异抗坏血酸钠、柠檬酸亚锡二钠、叶绿素铜钠盐4种护色剂处理后的样品褐变度约为6.0～9.2,处于较低水平,护色能力较优。经柠檬酸、植酸、L-半胱氨酸3种护色剂处理后的样品褐变度约为7.8～11.2,处于较高水平,护色能力较弱。其中,D-异抗坏血酸钠在添加量为0.025%时样品具有最小褐变度为6.0。

图1 不同护色剂的褐变抑制率Fig.1 Different browning inhibiton rate of color fixative

图2 样品经不同护色剂处理后的褐变度Fig.2 Browning degree of samples treated with different color fixative

这可能是由于氯化钙中Ca2+与果蔬中的氨基酸发生了沉淀作用从而抑制了羰氨反应的进行,减轻了褐变程度。而D-异抗坏血酸钠的护色作用是因为其作为一种常用的护色剂和还原剂,能够在泡青菜储存过程中消耗氧气,减少氧化物的生成。柠檬酸亚锡二钠也具有一定的还原性能,通过二价锡离子被氧化成四价锡离子而表现出良好的抗氧化性能,从而达到一定的护色效果,同时对多酚氧化酶活力有明显的抑制作用,这可能与其螯合铜离子并使酶失活有关[13-14]。而叶绿素铜钠盐可能是在一定的碱性条件下,用铜离子取代其叶绿素结构中的镁离子,不仅能保持绿色,并且能增强叶绿素的稳定性。另一方面,柠檬酸、植酸与L-半胱氨酸也能通过与多种多价金属离子络合从而抑制多价金属对褐变的催化作用,可能在青菜中由于金属离子催化而引起褐变的影响较小,故这几种护色剂效果较差[15]。从添加浓度梯度方面来看,随着护色剂添加浓度的增加,褐变抑制率普遍呈上升趋势并趋于平缓。在某些情况下,护色剂的过量添加反而会产生反作用,导致褐变抑制率下降[16]。褐变度结果与褐变抑制率结果也具有相关性,随着护色剂浓度的增加,褐变度普遍呈下降趋势。

综合褐变抑制率和褐变度指标考虑,选择氯化钙、D-异抗坏血酸钠、柠檬酸亚锡二钠3种护色剂进行后续实验。叶绿素铜钠盐虽然也具有较好护色效果,但其常作为着色剂使用,在本实验护色过程中有掩盖食品本身褐变色泽的表现,同时由于其抗氧化抗褐变能力不足而被排除[16]。

2.2 响应面法优化护色剂配比

2.2.1 响应面实验 根据表2中的设计方案进行实验,共进行17组实验(12组析因实验+5组中心实验),得到结果如表2所示,回归方程方差分析见表3。

表2 响应面分析实验结果

注:响应值为褐变抑制率与褐变度之比值,由于褐变抑制率越高越好,而褐变度越低越好,故响应值越大,护色剂护色效果越好。

表3 回归方程方差分析

注:*代表差异显著(p<0.05);**代表差异极显著(p<0.01)。

由响应面实验结果及回归方程方差分析可以看出,模型中A、B、C、A2、B2、C2为极显著影响因子,AC为显著影响因子。其中,3种护色剂对护色效果影响大小分别为:柠檬酸亚锡二钠(C)>氯化钙(A)>D-异抗坏血酸钠(B)。因素之间交互作用的强弱为:AC交互作用显著(p<0.05),AB、BC交互作用不显著。得到响应值Y对氯化钙(A)、D-异抗坏血酸钠(B)、柠檬酸亚锡二钠(C)的二次多项回归方程为:

Y=-14.34659+85.92901A+1586.61111B+510.59722C-711.11111AB+827.77778AC-2100.00000BC-589.50617A2-42650.00000B2-9887.50000C2

2.2.2 响应曲面分析及优化 根据二次回归模型方程绘制护色剂配比的响应曲面图,结果见图3～图5,从图中可以直观的看出各项因素对响应值的影响。

图3 氯化钙与D-异抗坏血酸钠质量分数对护色效果影响的响应曲面图Fig.3 Response surface chart of color preserving influence with calcium chloride and sodium erythorbate mass fraction

图4 氯化钙与柠檬酸亚锡二钠质量分数对护色效果影响的响应曲面图Fig.4 Response surface chart of color preserving influence with calcium chloride and disodium stannous citrate mass fraction

图5 D-异抗坏血酸钠与柠檬酸亚锡二钠质量分数对护色效果影响的响应曲面图Fig.5 Response surface chart of color preserving influence with sodium erythorbate and disodium stannous citrate mass fraction

由图3～图5可以看出氯化钙、D-异抗坏血酸钠、柠檬酸亚锡二钠对于响应值均有显著性影响,随着浓度的增加响应值曲线都呈现先上升后趋于平缓的趋势。其中,AC等高线呈椭圆状,说明交互作用显著,AB与BC等高线呈圆形,说明交互作用不显著。两两交互作用响应曲面均为凸面,故响应值有极大值[18]。通过对二次多项回归方程进行求导计算,得到各因素的最佳水平值,分别为:A=0.0818,B=0.0172,C=0.0274,即氯化钙添加量为0.0818%、D-异抗坏血酸钠添加量为0.0172%、柠檬酸亚锡二钠添加量为0.0274%,在此条件下能够得到响应值的极大值为:Y=9.84244,此时对应的褐变抑制率与褐变度理论值分别为:53.5011%、5.4358。

根据响应面实验优化结果,考虑到实际因素,以氯化钙添加量0.082%、D-异抗坏血酸钠添加量0.017%、柠檬酸亚锡二钠添加量0.027%进行验证性实验。得到的结果为:褐变抑制率53.36%、褐变度5.44,计算所得响应值为Y=9.8088,与模型方程预测值基本一致,说明采用响应面法优化复合护色剂配比具有较好的应用价值[19]。

2.3 护色剂效果预测

采用ASLT法预测护色剂对泡青菜护色作用保持的时间。通过考察青菜根液吸光值指标和色度指标来判断是否到达货架期终点,结果如图6～图9所示。

图6 37 ℃下OD值变化图Fig.6 OD value variaion chart under 37 ℃

图7 37 ℃下色度值变化图Fig.7 Chromatic value variaion chart under 37 ℃

图8 47 ℃下OD值变化图Fig.8 OD value variaion chart under 47 ℃

图9 47 ℃下色度值变化图Fig.9 Chromatic value variaionchart under 47 ℃

前期实验测得货架期终点指标分别为:OD值A=0.411±0.012、色度值L*=32.96±1.38,a*=2.76±0.15,b*=28.93±0.74。结合ASLT加速实验结果可以看出:在两个贮藏温度下,随着加速实验时间的增加,OD值均呈上升趋势(p<0.05),在色度值中L*值(亮度值)呈下降趋势(p<0.05),a*值(红色值)有缓慢上升趋势(p>0.05),b*值(黄色值)呈上升趋势(p<0.05)。其中,L*值反映青菜色泽亮度,褐变越严重,亮度越低;a*值为正值,反映青菜红色程度,褐变越严重,红色值越高;b*值为正值,反映青菜黄色程度,褐变越严重,黄色值越高。在同一时间段内,47 ℃条件下各指标的变化均大于37 ℃,说明温度对青菜色泽变化影响显著,贮藏温度越高,褐变现象越严重[20]。青菜样品在37 ℃条件下储存到第29 d时,其OD值为0.421±0.018,色度值L*=32.88±0.82,a*=2.68±0.11,b*=29.31±0.65,已超过货架期终点指标,在第27 d时并未超过;在47 ℃条件下储存到第11 d时,其OD值为0.418±0.016,色度值L*=32.88±0.82,a*=2.88±0.13,b*=30.03±0.78,已超过货架期终点指标。因此,在37 ℃下和47 ℃下样品货架期时间分别取为27或28 d与10 d。

由公式计算得:

故可计算在商业储存温度20 ℃下的货架寿命为:

QS1=QS(T2)×Q10=27×2.71.7=146 d

QS2=QS(T2)×Q10=28×2.81.7=161 d

由以上结果可知,该护色剂的护色周期为146～161 d,在产品保质期内(180 d)基本能满足护色的性能需求。本实验中的Q10是通过2个温度得到,存在Q10的不确定性对货架寿命预测准确性的影响[21]。同时,4 ℃条件下的对照组在储存至11 d时各项指标为:OD值A=0.286±0.010;色度值L*=38.68±0.75、a*=2.03±0.11、b*=24.62±0.45,在29 d时各项指标为:OD值A=0.293±0.010;色度值L*=38.56±0.66、a*=2.12±0.09、b*=24.78±0.38,褐变程度明显低于37 ℃和47 ℃组。由此可知,该护色剂护色效果对热敏感性较强,低温储存能够大大抑制其褐变,延长货架期[22]。

3 结论

以四川传统泡青菜为原料,研究了其专用护色剂配比的问题,并对该护色剂的护色剂周期进行了预测。通过响应面法优化得到最佳护色剂配比:氯化钙添加量0.082%、D-异抗坏血酸钠添加量0.017%、柠檬酸亚锡二钠添加量0.027%,其褐变抑制率能达53.36%、褐变度为5.44,二次回归模型具有较高拟合度,能够较好的反应护色剂的护色性能。同时运用ASLT法预测此护色剂护色周期约为146～161 d,在保质期内有较好护色效果,具有一定的实际应用价值。该研究结果为四川泡青菜生产中的护色问题提供了理论依据。

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Study on the formula optimization and performance of appropriative color fixative in Sichuan pickled mustard

JIANG Zi-jing1,XU Qing-lian1,*,LIN Hong-bin1,XING Ya-ge1,WANG Dan-feng2,CHEN Ling2

(1.Food Biotechnology Key Laboratory,School of Food and Bioengineering,Xihua University,Chengdu 610039,China;2.Chengdu XinFan Food Co.,Ltd.,Chengdu 610501,China)

In this paper,the ratio of composite color fixatives was optimized by single factor experiment and response surface method on the basis of inhibition effect of different color fixatives on the browning Sichuan pickled mustard. Moreover,the performance of the obtained color fixatives was predicted by ASLT method. Results showed that the best color fixatives ratio was consisted of 0.082% calcium chloride,0.017% sodium erythorbate and 0.027% disodium stannous citrate. The browning inhibition rate of this color fixative was 53.36% and the sample browning degree was 5.44. The color-protecting performance could maintain about 146～161 d. These results in this investigation could provide a significant basis on the color fixatives of pickled mustard production.

pickled mustard;color fixatives;formula optimization;performance;shelf life

2016-09-22

蒋子敬(1992-)，男，在读硕士研究生，研究方向：食品加工与储藏，E-mail:18583391026@163.com。

*通讯作者:许青莲(1981-)，女，硕士，助理实验师，研究方向：农产品加工，E-mail:xuqinglian01@163.com。

四川省教育厅高校科研创新团队建设计划项目(15TD0017)；四川省科技计划项目(2016FZ0019)；成都市科技惠民技术研发项目(2015-HM01-00454-SF)；西华大学青年学者培养计划(01201413)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)06-0308-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.050