多指标综合评分法优化黄桃真空浸渍工艺

杨松，伍玉菡，郭家刚，朱倩，陈敏，刘金平，江舰*

（1.安徽省农业科学院农产品加工研究所，安徽 合肥 230031；2.熙可安粮（安徽）食品有限公司，安徽 宿州 235200）

黄桃是一种优良的桃品种，其果肉为黄色，在我国大部分地区均有种植[1]。国内种植的黄桃大多用来加工，产品类型有黄桃罐头、黄桃脆片、黄桃果脯等，其中黄桃罐头是主要的产品类型，加工量非常大，在我国出口果品罐头中排名第二[2-3]。黄桃罐头在加工及贮藏过程中，容易出现果肉软化、溶解、塌陷等问题，严重影响产品品质。适宜的预处理方式能够较好地改善原料的加工特性，避免果蔬在加工和贮藏过程中出现品质劣变的情况。果蔬加工中经常采用的预处理方式有烫漂、冻融、浸渍、预干燥等，其中浸渍预处理是应用较为广泛的方式[4]。通过合适的浸渍工艺，可以有效改善原料品质或对原料进行某种营养成分的强化[5-7]。

真空浸渍是一种将浸渍工艺和真空技术相结合的新型加工技术，能够在短时间内将溶液注入果蔬原料内部，从而改善果蔬原料品质和加工特性[8]。因其操作简便、经济有效，越来越多的研究学者对真空浸渍技术开展深入的研究。一方面，研究学者采用真空浸渍技术达到改善原料品质，缩短加工时间的目的。OCCHINO等[9]采用麦芽糊精、NaCl和CaCl2混合溶液对西葫芦进行真空浸渍处理后，能够减少西葫芦在加工过程中的硬度损失，限制其质构和微观结构的改变，从而提升加工产品的品质。PEREZ-CABRERA等[10]采用乙二胺四乙酸 (ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA)、4-己基间苯二酚、二水合柠檬酸钠、L-抗坏血酸钠和乳酸钙混合溶液对鲜切梨进行真空浸渍处理，可以较好地抑制鲜切梨在冷藏条件下的褐变、软化等问题。李慧等[11]利用真空浸渍技术腌制大头菜，可有效提升腌制速度，缩短腌制时间。另一方面，真空浸渍还被用来对果蔬原料进行营养强化。ASSIS等[12]在进行对流干燥加工前，采用真空浸渍结合真空脉冲技术对苹果进行预处理，可缩短干燥时间2 h，并且将产品的钙离子浓度提升10倍。WANG等[13]利用真空浸渍技术对马铃薯块进行VC强化，可将马铃薯块中VC含量提升至150 mg/100 g，并且在冷藏期间依然能保持较高的VC含量。

本研究以黄桃为研究对象，采用真空浸渍技术对黄桃进行乳酸钙溶液浸渍处理，以达到改善黄桃原料品质、提升原料中钙离子含量的目的，为黄桃后续加工提供更加优质的原料。本研究采用多指标综合评分法结合响应面分析法优化黄桃真空浸渍工艺，获得最佳黄桃真空浸渍工艺参数。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金童5号黄桃：熙可安粮（安徽）食品有限公司；乳酸钙（食品级）：郑州瑞普生物工程有限公司；氢氧化钾、硫化钠、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠、钙红指示剂（均为分析纯）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；盐酸、硝酸、高氯酸（均为优级纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

CR-400型色差仪：美国柯尼卡美能达公司；ZKY-60型真空浸渍机组：杭州亿安机械设备有限公司；TA.XT Plus型质构仪：英国Stable Micro Systems公司；XSE105DU型电子天平：梅特勒-托利多国际有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黄桃浸渍工艺

选择成熟度、大小基本一致的黄桃，去皮、去核后，一分为二备用。每组试验取样量约500 g，放入真空浸渍罐内，抽真空，待真空度达到设置条件后，按1∶3（g/mL）的料液比注入乳酸钙溶液进行浸渍处理。达到浸渍时间后，恢复常压，再维持浸渍同等时间。随后取出样品，用蒸馏水冲洗，吸干表面水分后进行指标测定。

1.3.2 单因素试验

以真空度、浸渍时间、乳酸钙浓度为试验单因素，以色差、果肉硬度、可溶性固形物含量（soluble solid content，SSC）、密度、钙含量为评价指标，分析各因素对黄桃品质及营养成分的影响。选取真空度0.04、0.05、0.06、0.07、0.08MPa（浸渍时间 20 min，乳酸钙浓度6%）；浸渍时间 10、15、20、25、30 min（真空度 0.06 MPa，乳酸钙浓度6%）；乳酸钙浓度2%、4%、6%、8%、10%（真空度0.06 MPa，浸渍时间20 min）为单因素试验水平。

1.3.3 响应面试验设计

根据单因素试验结果，选择真空度（A）、浸渍时间（B）、乳酸钙浓度（C）3个因素为自变量，设置3个试验水平。以综合评分（Y）为响应值。采用Box-Behnken原理设计响应面试验，具体试验因素和水平设计见表1。

表1 响应面试验设计因素水平设计Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.4 指标测定与计算

1.4.1 色差测定

参照文献报道的方法[13]，采用手持式色差计测定黄桃色泽，每组样品测定10次，以ΔE表示样品色差，ΔE越大，表示样品色泽与新鲜黄桃色泽差异越大。计算公式如下。

式中：ΔE 为样品色差；L*、a*、b*分别为样品的白度值、红绿值和黄蓝值；L*0、a*0、b*0分别为新鲜黄桃的白度值、红绿值和黄蓝值。

1.4.2 硬度测定

参照史轲轲等[14]的方法测定黄桃果肉硬度。将样品稳定置于检测台上，使用P5型探头测定黄桃硬度，测前速度5 mm/s，测试速度1 mm/s，返回速度5 mm/s，穿刺距离6 mm。每组样品测定15次，取平均值。

1.4.3 密度测定

参照晏幸等[15]的方法测定黄桃果肉的质量和体积。样品经蒸馏水冲洗后，吸干表面水分，直接称重，获得样品质量。用量杯量取适量蒸馏水，将黄桃肉置于量杯中，并使其完全浸没水中，增加的体积即为黄桃体积。按下式计算黄桃果肉密度。

式中：ρ为果肉密度，g/mL；m 为果肉质量，g；V 为果肉体积，mL。

1.4.4 可溶性固形物含量测定

参照NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定折射仪法》规定的方法测定。

1.4.5 钙含量测定

参照GB 5009.92—2016《食品安全国家标准 食品中钙的测定》规定的方法测定。

1.5 数据分析

选用IBM SPSS Statistics 23进行单因素方差分析；选用Microsoft Office Excel绘制折线图；选用Design-Expert 8.06对响应面试验结果进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素结果分析

2.1.1 真空度对黄桃品质的影响

在浸渍时间为20 min，乳酸钙浓度为6%的条件下，不同真空度对黄桃色差、硬度、SSC等指标的影响见图1。

图1 不同真空度对黄桃品质的影响Fig.1 The effects of vacuum degree on quality of yellow peach

由图1可以看出，在真空浸渍条件下，不同的真空度会对黄桃的各项品质指标产生一定的影响。随着真空度的增加，黄桃的色差指标变化不显著，基本维持在同等水平，数值范围为5.59～7.18，这说明真空度对黄桃的颜色变化未起到明显的作用，可能是因为真空度的改变仅仅带来作用在黄桃上的压强变化，对色泽并没有影响。随着真空度的增加，黄桃的硬度呈现略有下降趋势，但是真空度为0.05 MPa～0.08 MPa的浸渍样品之间硬度差异不显著。这可能是因为随着真空度的增加，黄桃的细胞变形松弛的程度越来越大，造成了果肉硬度出现了一定程度的下降[16]。随着真空度的增加，黄桃的可溶性固形物含量并未出现明显变化，且与新鲜黄桃（8.06 g/100 g）维持在同一水平，范围为7.17 g/100 g～8.37 g/100 g。这可能是因为浸渍时间较短，黄桃细胞内的内容物并未发生较大的外渗现象。同时，浸渍液采用的是低渗溶液，也不足以改变黄桃的可溶性物质含量。黄桃的密度随着真空度的增加也未发现显著的变化，且浸渍样品与新鲜样品（1.0 g/mL）也处在同一水平，范围为0.94 g/mL～1.0 g/mL。这可能是由于浸渍采用的是低渗溶液，对黄桃本身的密度未起到明显的改变。随着真空度的增加，黄桃的钙含量呈现先显著上升后保持平衡的趋势，在真空度达到0.07 MPa后，黄桃的钙含量不再显著随着真空度的加大而增加。与新鲜样品相比，真空浸渍后黄桃的钙含量上升幅度较大，新鲜样品的钙含量约为28.32 mg/kg，而浸渍后的样品黄桃钙含量最低达到331.00 mg/kg，约为新鲜样品的12倍。这可能是由于真空度的增加带来的毛细管效应和压力差越来越大，从而使乳酸钙进入黄桃内部的量逐渐增加，使得黄桃样品的钙含量呈现明显的上升趋势。

2.1.2 浸渍时间对黄桃品质的影响

在浸渍真空度为0.06 MPa，乳酸钙溶液浓度为6%的条件下，不同浸渍时间对黄桃色差、硬度、SSC等指标的影响见图2。

图2 不同浸渍时间对黄桃品质的影响Fig.2 The effects of immersing time on quality of yellow peach

由图2可知，随着浸渍时间的延长，浸渍后的黄桃与新鲜样品之间的色泽差异越来越大，最大的色差值为7.36，说明浸渍时间的延长会对黄桃的颜色造成一定的影响。这可能是因为在浸渍过程中浸渍液进入黄桃组织细胞内导致细胞液组成被改变，且随着时间的延长，这种变化越来越明显，从而导致黄桃的色差值发生持续上升的现象[17]。黄桃的硬度随着浸渍时间的延长呈现先上升后下降的趋势，浸渍30 min时，黄桃的硬度值下降至428.07 g。这可能是钙的渗透有利于增加黄桃细胞壁的结构稳定，维持细胞的硬度，但是随着浸渍时间的延长，其细胞壁的松弛变形的程度越来越大，导致果肉的硬度出现了一定程度的降低。在浸渍过程中，黄桃的可溶性固形物含量和密度并未出现明显的变化，与新鲜黄桃（8.06 g/100 g，1.0 g/mL）基本处于同等的水平。黄桃中钙含量随着真空浸渍时间的延长呈现先上升后趋于稳定的趋势，而且与新鲜黄桃（28.32 mg/kg）比较，浸渍样品的钙含量明显增加，浸渍30 min后的黄桃钙含量达到680.33 mg/kg。这可能是因为随着浸渍时间的延长，更多的乳酸钙溶液渗入黄桃组织内部，导致黄桃样品的钙含量明显上升。

2.1.3 乳酸钙浓度对黄桃品质的影响

在浸渍时间为20 min，浸渍真空度为0.06 MPa的条件下，不同乳酸钙浓度对黄桃色差、硬度、SSC等指标的影响见图3。

图3 不同乳酸钙浓度对黄桃品质的影响Fig.3 The effects of calcium lactate concentration on quality of yellow peach

由图3可知，随着乳酸钙溶液浓度的增加，黄桃的色差、SSC和密度3个指标并未发生明显的变化，基本处于同一水平，浸渍后的黄桃SSC和密度与新鲜样品（8.06 g/100 g，1.0 g/mL）基本保持在同等的水平，说明浸渍液浓度的变化对黄桃的色差、SSC和密度并未造成明显的影响。黄桃的硬度随着乳酸钙溶液浓度的增加，呈现了上升的趋势。这可能是由于浸渍处理会增加细胞壁中的Ca2+，加强了Ca2+交联的果胶定位，从而减轻细胞松弛变形的程度，有利于维持黄桃的质地特性，降低硬度下降的程度[18]。随着乳酸钙浓度的增加，黄桃的钙含量呈现先上升后趋于稳定的趋势，且与新鲜黄桃（28.32 mg/kg）相比，浸渍样的钙含量得到较大幅度的提升，浸渍样最高的钙含量达653.67 mg/kg。由此可见，增加乳酸钙溶液的浓度有利于提升浸渍后黄桃样品的钙含量。

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 综合评分计算

从单因素试验结果可以看出，不同的真空浸渍条件对黄桃的色泽、硬度和钙含量3个指标产生了一定程度的影响，但是对黄桃的SSC和密度则未产生明显的影响。因此，本研究选择色差、硬度和钙含量3个指标作为响应面试验的考察指标，按照各指标检测的最大值和最小值为参照进行数据归一化[19]，采用标准差法[20-21]对各指标进行权重赋分，经过计算，色差、硬度和钙含量的权重系数分别为-0.307、0.309、0.384。利用权重系数和各项指标归一化后的数值计算各试验组的综合评分（Y），计算公式如下。

式中：Y 表示各试验组的综合评分；F1max、F2max、F3max分别为各试验组3个指标测定的最大值；F1min、F2min、F3min分别为各试验组3个指标测定的最小值；F1、F2、F3分别为某个试验组3个指标测定的数值。

2.2.2 试验结果与方差分析

采用Box-Behnken原理设计响应面试验，试验方案与结果见表2，响应面模型方差与显著性结果分析见表3。

表2 响应面试验方案及结果Table 2 Scheme and experimental results for response surface

续表2 响应面试验方案及结果Continue table 2 Scheme and experimental results for response surface

表3 响应面模型方差分析Table 3 Variance analysis of response surface model

对表2中的试验结果进行拟合分析，得到自变量A真空度、B浸渍时间、C乳酸钙浓度与因变量综合评分（Y）的二次多项回归方程为：Y=-1+32.02A-0.2B+0.22C+0.1AB+0.61AC-1.52×10-3BC-348.83A2+2.4×10-4B2-0.01C2。

由表3可以看出，该模型的p值＜0.000 1，决定系数R2=0.976 0，说明该模型的自变量与因变量的回归关系是显著的，失拟项=0.959 3＞0.05，失拟项不显著，说明回归方程拟合度较好，具有统计学意义。各试验因素对黄桃样品综合评分的影响程度由大到小分别为C乳酸钙浓度＞A真空度＞B浸渍时间。从方差分析还可以看出，3个试验因素对试验结果的影响均为极显著，说明浸渍条件对黄桃样品的品质影响较大。

2.2.3 响应面分析

运用Design-Expert 8.06软件绘制A真空度、B浸渍时间、C乳酸钙浓度3个因素对综合评分（Y）的三维响应曲面图，以直观的观察两因素交互作用对综合评分结果的影响程度，结果见图4。

图4 各因素间交互作用对综合评分的影响Fig.4 The interactive effect of interaction of various factors on comprehensive score

响应曲面图越陡峭说明两因素交互作用对综合评分的影响越大[22]，由图4可知，A真空度和C乳酸钙浓度之间所形成的响应曲面坡度最为陡峭，说明A、C两个因素之间的交互作用对黄桃样品的综合评分影响最大，这与表3方差分析的结果相吻合。

2.2.4 最优工艺与验证试验

经过软件分析确定黄桃真空浸渍最优的工艺条件为真空度0.06 MPa、浸渍时间20.06 min、乳酸钙浓度7.98%，在此工艺条件下，通过方程预测出的黄桃样品的综合评分为0.570 8。为便于生产操作，根据实际情况将最佳工艺参数调整为：真空度0.06 MPa、浸渍时间20 min、乳酸钙浓度8%。在此条件下进行3次验证试验，试验结果分别为 0.583 4、0.552 3、0.567 1，平均值为0.567 6，与预测值相近，说明该模型预测性拟合度良好，所得数据有效可靠。

3 结论

本研究采用真空浸渍技术对黄桃进行浸渍处理，采用多指标综合评分法结合响应面分析法对黄桃的真空浸渍工艺进行优化。选择真空度、浸渍时间、乳酸钙浓度为试验因素，考察不同浸渍条件下，黄桃品质的变化情况。通过单因素试验，可以发现不同试验条件对黄桃色差、硬度、钙含量3个指标影响较大，而对黄桃的SSC和密度则没有明显的影响。因此，选择色差、硬度和钙含量为黄桃品质的考察指标，并通过标准差法计算黄桃样品的综合评分，以综合评分（Y）为响应值，采用响应面分析法优化黄桃浸渍工艺。最终获得黄桃最佳浸渍工艺为真空度0.06 MPa、浸渍时间20 min、乳酸钙浓度8%，在此工艺条件下浸渍后黄桃样品综合评分结果为0.567 6。

通过本研究可以看出，经过浸渍后的黄桃样品在色泽上会与黄桃原料产生一些差异，但是经过试验人员的感官观察，其颜色变化并不明显，未产生严重的褐变现象。黄桃样品经过浸渍后，硬度受到了一定的影响，但是也基本维持在450 g～650 g左右，与黄桃新鲜原料的差异并不是太大，感官上也未发现较为明显的差异。黄桃中钙离子的含量在浸渍后得到了较大幅度的提升，说明真空浸渍可以促进外源矿物元素较快渗入黄桃细胞内部。由此可见，真空浸渍可以作为一种为水果原料提供营养强化处理的技术手段，本研究的结果对企业开发营养强化型黄桃休闲食品具有非常重要的价值和意义。