壳聚糖复合涂膜对鲜切莲藕保鲜的响应面法优化研究

黄建初,李崇高,梁文欢

(1.广州工商学院 物流系，广东 广州 510850；2.广州城市职业学院 食品系，广东 广州 510405；3.珠海市厚生药业有限公司，广东 珠海 519000)

莲藕，属多年生水生植物，是我国非常重要的特色水生蔬菜和出口创汇蔬菜，主要分布在黄河、长江和珠江流域的山东、湖南、湖北、广东等地。莲藕营养丰富，富含淀粉、蛋白质、矿物质，还有多酚、黄酮类、多糖等，肉质脆嫩、清香甘甜、药食两用，具有清热生津、补气养神、健脾益气等功效，深受广大消费者的喜爱[1]。

莲藕组织脆嫩，适合鲜切加工，经清洗、去皮、切分、包装等处理而成的鲜切莲藕，具有新鲜、方便、卫生，可食率高等特点，越来越受消费者的青睐[2]。但鲜切莲藕在切分时产生机械伤，破坏了组织细胞，导致呼吸加快、褐变加速，失水失重，引起营养消耗、质地变软、微生物污染等问题，严重影响食用价值和商品价值。为了解决上述问题，国内外采取漂烫、SO2熏蒸，添加抗氧化剂、有机酸、酶抑制剂、涂膜等处理，但还存在着食品安全性不理想、成本高、防褐效果不佳等问题[2-4]。壳聚糖是一种天然、可降解的多糖，涂膜处理形成的薄膜，能阻隔氧气，抑制氧化酶活性，减缓呼吸强度；防止微生物污染，起到护色和抑菌作用[5]。异抗坏血酸钠属于食品添加剂，抗氧化性好，能够抑制果蔬褐变，对食品起保鲜护色作用[6]。苹果酸、柠檬酸能够降低pH值，抑制多酚氧化酶的活性，降低褐变速率，防止果蔬褐变，起护色和保鲜作用[7-8]。目前尚未见苹果酸、柠檬酸混合应用于鲜切莲藕的报道。

本文以复配酸、异抗坏血酸钠、壳聚糖为材料，采用响应面优化法，以感官评分为响应值，对鲜切莲藕进行保鲜处理，研究不同用量的复合涂膜的保鲜效果，建立多元回归方程，来预测它们对鲜切莲藕的保鲜影响，筛选出复合涂膜的最佳配比，为解决鲜切莲藕的褐变等问题提供技术支持和理论依据。

一、 材料与方法

(一)材料

莲藕：新鲜莲藕，市售。苹果酸、柠檬酸、异抗坏血酸钠(食用级，山东潍坊英轩实业有限公司)，壳聚糖(白色粉末，脱乙醇度≥95%，食用级，济南奥康生物科技有限公司)。食盐，市售。PP塑料托盘(1.2×15.7×9.3cm)，PE保鲜膜(4μm)，0.02mm厚的家用保鲜袋，市售。

(二) 仪器和设备

分析天平(丹佛仪器北京有限公司)，紫外可见分光光度计(UV-1100，上海精密仪器仪表有限公司)，离心机(LA-5K型 湘仪离心机仪器有限公司)，手持糖度计(TD-92上海精密科学仪器有限公司)，海尔冰柜，不锈钢水果刀，砧板，不锈钢托盘，烧杯，玻璃棒，容量瓶，温度计等。

(三)试验方法

1.鲜切莲藕的处理

莲藕→挑选→预冷→清洗→去皮→切片→暂存→涂膜→包装贮存→检验。

操作要点：①挑选：选取肉质白色，藕节粗壮、完整，孔道较细的新鲜莲藕，无机械伤、无病虫害、无异样斑点、无腐烂变质。②预冷：莲藕采购回来后，用塑料袋包装好，放入5℃的冷藏室预冷8h以上。③清洗：在流水中用软毛刷洗表面的泥沙等。④去皮：清洗后的莲藕，用不锈刚刀去除藕节，然后削皮，削皮要干净、平滑、剔除损伤和斑点，然后用清水冲洗干净。⑤切片：用不锈钢刀手工切片，切片厚度4-5mm，切片后用清水洗去表面淀粉。⑥烫漂：将切片置于95℃、0.2%柠檬酸溶液中烫漂3-5min，以莲藕片呈半透明且保持原有脆度为佳。⑦暂存：烫漂后用自来水冷却后，置于2%的食盐水中保存待用。⑧涂膜：用不同用量的壳聚糖复合涂膜浸泡1-2min，沥干。⑨包装、贮存：将处理好的藕片装入托盘，用保鲜膜密封，每盘100g，每个处理10盘，将托盘放入5±1℃冰箱中贮存15天左右。⑩检验：每隔2天取样检验分析，记录数据。

2.单因素试验

将莲藕切片用0.1%、0.2%、0.3%的复配酸(苹果酸：柠檬酸=4∶1)溶液处理1-2min，确定复配酸的适宜用量。将莲藕切片用0.1%、0.3%、0.5%的异抗坏血酸钠处理1-2min，确定异抗坏血酸钠的适宜用量。将莲藕切片0.5%、1.0%、1.5%的壳聚糖溶液处理1-2min，确定壳聚糖的适宜用量。处理后每隔2d，取样用感官评价法来进行评分。

3.响应面优化试验

根据单因素试验的结果，对复配酸、异抗坏血酸钠、壳聚糖进行三因素三水平的响应面试验设计，见表1。参考陈涵[9]、施伟梅[10]、李崇高[11]等的响应面法，使用Design-Expert.V8.0.6软件，对响应面的试验结果进行回归拟合分析，得出感官评分回归方程，并对方程进行方差分析及P值显著检验。最后进行响应面试验的最优值预测。

表1 三因素三水平响应面优化试验

4.验证试验

根据拟合优化得到的最佳涂膜条件，对鲜切莲藕进行涂膜验证试验，验证所建数学方程的正确性。

(四)测定方法

1.感官质量评价

参照李湘利等[12-13]的评价方法，结合NYT1583-2008莲藕的感官指标表[14]，增加了表面湿润性，进行改进后设计表2。

2.失重率的测定：

失重率采用称重法。失重率%=(贮存前的质量g-取样时的质量g)/贮存前的质量g×100%

3.褐变度的测定

采用吴佩等[15]的消光值法：称取一定量的莲藕样品，按1∶10(重量比)加蒸馏水，冰浴下研磨匀浆，在4000 r/min转速下离心10min，取上清液，采用分光光度计波长410nm处测定吸光度值A410，重复3次，结果取平均值。用10×A410表示褐变度。

二、结果与分析

(一)单因素试验

1.不同复配酸用量对鲜切莲藕感官质量的影响

采用0.1%、0.2%、0.3%的复配酸对鲜切莲藕处理，试验结果见图1。

表2 鲜切莲藕贮存期间的感官评分表

图1 不同复配酸用量对鲜切莲藕感官评分的影响

从图1可以看出，随着鲜切莲藕贮存时间的延长，感官评分呈现下降趋势；其中以0.2%的复配酸处理的感官评分保持较高。这是因为复配酸中的苹果酸、柠檬酸，降低了鲜切莲藕的pH值，抑制了微生物的生长和多酚氧化酶活性，防止了酶促褐变。

2.不同异抗坏血酸钠用量对鲜切莲藕感官质量的影响

采用0.1%、0.3%、0.5%的异抗坏血酸钠对鲜切莲藕处理，试验结果见图2。

图2 不同异抗坏血酸钠用量对鲜切莲藕感官评分的影响

从图2可见，随着鲜切莲藕贮存时间的延长，鲜切莲藕的感官评分呈下降趋势，其中0.3%用量的处理，感官评分保持较高。这是因为酚类物质，通过异抗坏血酸钠的作用，将组织中的醌类物质还原，防止形成黑色素，保持了食品的色泽。

3.不同壳聚糖用量对鲜切莲藕感官质量的影响

采用0.5%、1.0%、1.5%的壳聚糖对鲜切莲藕进行处理，试验结果见图3。

图3 不同壳聚糖用量对鲜切莲藕感官评分的影响

从图3可以看出，感官评分随鲜切莲藕贮存时间的延长呈下降趋势，其中1.0%用量的处理感官评分保持较高。这是因为壳聚糖具有良好的抑菌性和成膜性，抑制了微生物的生长繁殖，在莲藕表面形成一层薄膜，减慢了组织内外的气体交换，抑制了呼吸作用，减缓了酶促褐变。

(二)响应面法优化试验

三因素三水平响应面法优化试验方案及结果见表3。

感官质量评价是利用人的感觉器官来检测食品的感官可接受性。本试验的评价方法综合了鲜切莲藕的色泽、褐变程度、气味、质地、失水等情况。响应面优化试验的感官评分结果见图4-6，它是两两因素作用对响应值影响的曲面图。

表3 三因素三水平响应面法优化试验方案及结果

图4 复配酸与异抗坏血酸钠用量对鲜切莲藕感官评分影响的曲面图

从图4看出，当复配酸的用量增加时，鲜切莲藕的感官评分缓慢上升；当异抗坏血酸钠的用量增加，感官评分先升高，后缓慢下降。

从图5可以看出，当复配酸用量增加时，鲜切莲藕的感官评分缓慢升高；当壳聚糖用量增加时，感官评分呈迅速上升，到达最高峰后又开始下降。

从图6看出，随着异抗坏血酸钠用量的增加，鲜切莲藕的感官评分先缓慢上升后缓慢下降。当壳聚糖用量增加时，感官评分呈迅速上升趋势，到最高峰后缓慢下降。

图5 复配酸与壳聚糖用量对鲜切莲藕感官评分影响的曲面图

图6 异抗坏血酸钠与壳聚糖用量对鲜切莲藕感官评分影响的曲面图

将表3的感官评分试验结果，利用Design-Expert.V8.0.6软件进行多元回归拟合分析，得到多元回归拟合方程：感官评分=41.11313+54.925A+19.4875B+65.685C-22.5AB-17.5AC+7.5BC-78.25A2-41.4375B2-28.13C2，对此方程进行方差分析，P值显著性检验，结果如表4。

从表4可知，鲜切莲藕的感官评分的多元回归拟合方程具有极显著水平(P值<0.0001)，失拟值为0.3088>0.05，不显著，表示该方程对鲜切莲藕的感官评分有显著的意义，拟合度良好，能够进行较准确的预测。拟合度(R-Squared)为0.9767；校正拟合度(Adj R-Squared)0.9468，预测拟合度(Pred R-Squared)0.7767，二者之间比较接近，而且它们的差值处于合理、有意义范围，说明此方程能显著表示三因素对感官评分的影响。从表4看出：C、C2的影响为极显著(P值<0.0001)，壳聚糖是影响感官评分的显著性因素。根据F值的大小，影响感官评分顺序为：壳聚糖>异抗坏血酸钠>复配酸。

表4 鲜切莲藕感官评分的多元回归方程方差分析

(三)响应面法最优值的预测及验证

根据试验得到的响应面数据，对上述多元回归拟合方程用Design-Expert 8.0.6软件进行壳聚糖复合涂膜的最优值预测，结果如下：复配酸0.18%、异抗坏血酸钠0.29%、壳聚糖1.15%。拟合优化后的预测值分布图，见图7。

从图7可看出，满意度(Desirability)的预测值达到0.971，感官评分的预测值为86.6709。根据最优值预测得到的涂膜参数，对鲜切莲藕进行涂膜处理验证试验，得到的试验结果与响应面最优预测得到的预测值比较，见表5。

图7 壳聚糖复合涂膜拟合优化后的预测值分布图

表5 壳聚糖复合涂膜处理鲜切莲藕感官评分等指标的预测值与试验值

从表5可看出，最优值预测得到的涂膜条件，处理鲜切莲藕的感官评分与预测值基本相当，说明本方法与实际情况拟合度较好，证明所建数学方程的正确性。经此处理的鲜切莲藕，经过5±1℃下贮存10天后，感官质量仍保持较佳，色泽白色，褐变较轻微，有莲藕的清香，质地较硬，表面湿润，经检测，失重率为1.12%，褐变度1.365，较好地保持了鲜切莲藕的品质。

三、讨论

利用壳聚糖的抑菌性和成膜性，异抗坏血酸钠的抗氧化和护色性，复配酸的酸化作用，对鲜切莲藕进行保鲜处理，可以减少营养、香气和质量的损失，提高其抗病性。本文通过响应面法试验得到涂膜的优化条件，试验结果与前人的研究基本相同[12][16]。但复配酸在鲜切莲藕中的使用尚未见报道。因为莲藕含适量草酸，如果酸用量较大或使用柠檬酸，会使其风味发生改变，直接影响感官评分。而苹果酸的酸味柔和，且苹果酸在中性下电离、酸性下不电离，在酸性下的杀菌能力比中性下要大很多倍[17]。

四、结论

本文探讨了复配酸、异抗坏血酸钠、壳聚糖对鲜切莲藕的感官评分的影响，建立了二次多元回归方程，对得到的方程进行了响应面图分析，筛选出最优涂膜条件。经此处理的鲜切莲藕，品质达到最高，色泽较白，褐变轻微，有莲藕清香，质地较硬，表面水分明显，失重率较小，较好保持了鲜切莲藕的品质。在5±1℃冷藏条件下，可保鲜10天左右。