射频处理对猕猴桃片灭酶工艺的优化

贺刘成，赵武奇，张清安，高贵田，刘振蓉

（陕西师范大学食品工程与营养科学学院 西安 710119）

猕猴桃（Actinidia Lindl.），又名奇异果，富含大量的维生素C、酚类、类黄酮、叶绿素等物质，素有“水果之王”的美誉[1]。猕猴桃属于呼吸越变型果实，水分含量高达80%以上，采收后若贮藏不当，则果实极易变软和腐烂变质[2]。将猕猴桃加工成干燥片，降低了水分活度，能够抑制微生物生长，有效解决猕猴桃保存期短，易腐败变质的问题，同时有利于降低贮藏与运输成本[3]。烫漂是生产猕猴桃片的关键工序，传统烫漂工艺主要采用热水和蒸汽加热方式，这些方法加热时间较长，易导致物料表面因过热而品质变差[4]，且存在耗水量大，排污成本高等缺点。

射频（radio frequency，RF） 是频率范围在3 kHz～300 MHz 的电磁波，目前国际上常用的射频频率是13.56，27.12 MHz 和40.68 MHz。射频加热是通过高频交变电磁场使物料中的极性分子发生极化运动与离子迁移振荡而产生热能，从而实现物料温度的升高[5]。射频加热技术已广泛应用于食品及农产品的加工贮藏的研究[6]。目前已开展胡萝卜丁[7]、葡萄干[8]、八角粉[9]、脱水蔬菜粉[10]、猕猴桃汁[11]的射频杀菌，西式火腿[12]、牛肉[13]的射频蒸煮，羊肉[14]的射频解冻，核桃[15]的射频杀虫及苹果片[16]的射频干燥等。这些研究表明，相较于微波，射频具有穿透力强，加热速率快以及加热均匀性好[17]等优点。在射频灭酶方面，史乐伟等[18]开展了米糠射频灭酶，而对鲜切猕猴桃片的射频灭酶研究尚未见报道。本文采用频率为27.12 MHz，功率为6 kW 射频设备，探究射频处理对鲜切猕猴桃片品质与灭酶的影响，并通过响应面分析优化其工艺，在保证灭酶效果的前提下，最大程度地提高猕猴桃片的品质，为射频技术应用于猕猴桃片的灭酶处理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

秦美猕猴桃：产于陕西周至，果实新鲜，无病虫害，大小、形状、成熟度均匀一致。所有化学试剂均为市售分析纯。

1.2 仪器和设备

GJX-6B-2711-JY 型粮食，食品射频干燥杀虫设备（6 kW，27.12MHz），河北华氏纪元高频设备有限公司；TA.XT Plus 质构仪，荧光Stable Micro Systems 公司；NS-810 色差仪，深圳三恩驰科技有限公司；UV-1800 型紫外分光光度计，日本岛津公司；高速冷冻离心机，Thermo 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 猕猴桃片样品的制备 取成熟度一致、大小基本相同，且无病虫害与机械损伤的新鲜猕猴桃，去皮后用切片机切成厚度为8 mm 的猕猴桃片作为样品。

1.3.2 响应面设计 取150 g 样品放置射频设备的两极板间。以射频极板间距（A）、保温时间（B）、射频温度（C）为影响因素，以猕猴桃片的失重率、硬度、可滴定酸含量、色差ΔE、抗坏血酸含量、可溶性糖含量、总酚含量、叶绿素含量、糖酸比、可溶性固形物含量、过氧化物酶及多酚氧化酶活力为指标，利用Box-Behnken 三因素三水平响应面进行试验设计，见表1。

表1 Box-Behnken 设计因子与水平Table 1 Box-Behnken design factors and levels

1.3.3 失重率的测定 计算公式如下：

式中：M0——鲜切猕猴桃片的质量，g；M——射频处理后的猕猴桃片质量，g。

1.3.4 硬度的测定 采用TA.XT Plus 型质构分析仪穿刺测试[19]，测前速度2.0 mm/s，测试速度2.0 mm/s，测后速度5.0 mm/s。

1.3.5 色差值的测定 采用NS-810 色差仪测定猕猴桃片的色泽[20]。其中L*值代表亮度（白-黑）；a*值代表红-绿程度；b*值代表黄-蓝程度。色差值ΔE 计算公式如下：

式中：L0、a0、b0为鲜切猕猴桃片的测定值；L*、a*、b*为射频处理后的猕猴桃片的测定值。

1.3.6 理化指标的测定 可滴定酸采用酸碱滴定法测定，参照GB/T 12456-2008；抗坏血酸采用2，6-二氯酚靛酚滴定法，参照GB 5009.86-2016；可溶性固形物采用手持阿贝折光仪[21]测定；叶绿素采用比色法测定；总酚含量采用分光光度计法[22]测定；可溶性糖采用蒽酮法[23]测定；糖酸比按照公式计算：

1.3.7 酶活的测定 过氧化物酶（POD）与多酚氧化酶（PPO）活性均参照曹建康等[24]比色法测定，以每克鲜质量样品每分钟吸光度变化值增加1 时为1 个过氧化物酶活性单位，以酶残余活力表示，计算公式如下：

1.4 数据分析

采用SPSS 软件（SPSS 21.0）进行相关性及因子分析；采用Design-Expert12.0 软件设计三因素三水平的响应面试验，建立回归方程并进行方差分析，显著水平取0.05。

2 结果与分析

2.1 响应面试验结果

试验结果见表2。表中编号1～17 为响应面设计的试验结果，编号18 为未经射频处理的对照组，编号19 为响应面优化的最佳工艺参数下的射频处理组。

PPO/%力活7 1.11 45.93 31.85 42.96 98.52 68.21 85.93 59.26 88.15 65.98 86.67 85.12 19.26 8.89 39.26 65.98 67.41 100 21.03素绿叶POD/量含/%力活-1 mg·g 9.01 0.12 19.49 0.15 6.02 0.12 18.89 0.13 28.65 0.15 12.97 0.10 24.70 0.14 17.89 0.07 37.28 0.06 14.01 0.11 19.10 0.07 23.95 0.10 24.70 0.15 14.06 0.12 17.64 0.1 14.01 0.11 29.25 0.14 100 0.20 11.57 0.15酚总/量含-1·g OD280nm 1.45 1.48 1.35 1.56 1.47 1.39 1.57 1.34 1.48 1.37 1.37 1.49 1.43 1.37 1.38 1.37 1.42 1.58 1.48果结及案方计设验试面应响2表Response surface test design scheme and results Table 2 ·VC/mg TSS/%比酸糖SSC/%-1）（100g TA/%E△/g度硬14.15 5.97 8.95 127.97 1.50 6.42 22.72 14.85 8.51 13.70 137.47 1.61 3.17 23.67 14.25 5.36 8.25 123.08 1.54 3.48 25.35 14.95 6.38 9.63 139.44 1.51 3.40 23.68 15.25 8.15 12.15 145.85 1.49 5.30 25.95 13.35 6.65 10.78 126.69 1.62 5.71 22.98 14.75 7.33 11.72 138.44 1.60 6.36 15.20 14.85 5.91 8.33 129.90 1.41 3.81 34.34 14.05 7.63 11.68 149.17 1.53 6.58 35.38 13.45 6.79 9.98 128.92 1.47 6.99 21.03 15.35 7.29 12.18 132.05 1.67 4.36 28.28 14.03 6.39 9.07 129.58 1.42 6.29 19.60 14.35 6.27 10.54 136.36 1.68 4.66 29.35 16.05 5.47 9.47 133.31 1.73 4.79 17.40 13.75 6.39 9.27 131.97 1.45 6.42 28.90 13.45 6.79 9.98 128.92 1.47 6.99 21.03 14.95 6.78 10.72 139.87 1.58 4.04 21.28 14.00 6.76 13.39 162.88 1.98 0 75.36 15.21 7.22 11.56 134.78 1.60 0.76 24.72极频射率/重失温频射时温保/距间板号编%/℃度/min间mm 7.20 60 2 75 1 5.13 70 0 75 2 8.71 70 2 70 3 2.53 60 0 70 4 3.22 50 4 75 5 6.52 60 2 75 6 3.24 50 2 70 7 8.17 70 4 75 8 5.37 50 0 75 9 7.90 60 2 75 10 4.00 50 2 80 11 8.10 60 2 75 12 3.39 60 4 80 13 8.65 70 2 80 14 7.49 60 4 70 15 7.90 60 2 75 16 4.83 60 0 80 17 0 0 0 0 18 3.08 70 0 70 19

2.2 猕猴桃品质指标的相关性分析

对猕猴桃的各项品质指标进行相关性分析，结果见表3。可以看出，猕猴桃的失重率与VC 含量、SSC 含量、总酚含量呈极显著负相关，猕猴桃失重率越大，猕猴桃中的营养成分含量损失越多；硬度与叶绿素含量呈显著负相关；ΔE 与TSS 呈极显著负相关；VC 含量与SSC、糖酸比呈显著正相关，与总酚含量呈显著正相关；SSC 与糖酸比呈显著正相关。由表3中相关性分析可得出，10 项指标间相关性较高，因此，可利用因子分析法来进行猕猴桃品质指标的提取，减少变量个数。

/量含素绿-1·g mg 1叶/量含酚总-1·g OD280nm 1 0.396 TSS/%1 0.155 0.228析分性关相的标指项10 3表Correlation coefficient of 10 indices Table 3 ·VC/mg比酸糖SSC/%-1）（100g TA/%E△1 1-0.329 1 0.132-0.052 1 0.611**0.437-0.084 1 0.917*0.638**0.044 0.070 0.055 0.235 0.387 0.479-0.606**0.440 0.391 0.595*-0.005 0.028 0.159 0.241 0.178 0.271-0.250/g度硬/%率重失1/%率重失1-0.069/g度硬-0.188 0.257 E△-0.210-0.332 TA/%0.236-0.697**-1）·（100g VC/mg-0.005-0.651**SSC/%0.076-0.575*比酸糖-0.074-0.348 TSS/%-0.266-0.666**-1·g/OD280量含酚总-0.530*-0.394-1·g/mg量含素绿叶）。（P＜0.01关相著显极示表）；**（P＜0.05关相著显示表：*注

2.3 猕猴桃片品质指标的提取

PPO 酶与POD 酶是一类能催化多酚类物质氧化成醌类物质的酶，是引起猕猴桃片褐变的主要酶类，因此将POD、PPO 活力作为响应面考察的主要指标。除POD、PPO 活力外，对表2中的失重率、硬度、可滴定酸（TA）含量、色差ΔE、抗坏血酸（VC）含量、可溶性糖（SSC）含量、总酚含量、叶绿素含量、糖酸比、可溶性固形物（TSS）含量10 项猕猴桃评价指标进行因子分析，以提取出猕猴桃特征品质指标。

由表4可知，因子分析提取出来的3 个主因子的特征值分别为3.880，1.899，1.601，特征值均大于1，所得累计方差贡献率达到73.799%，说明这3 个主因子可反映猕猴桃片绝大部分的品质特征。图1为因子分析碎石图，可直观看出，前3 个因子曲线陡峭，从第4 个因子以后曲线平缓、斜率减小，说明从第4 个因子往后各因子对变异的解释越来越小，因而提取前3 个因子为主因子。

表4 因子解释总方差Table 4 Factors explain the total variance

图1 因子特征值贡献碎石图Fig.1 Scree plot of contribution of factor characteristic values

表5是利用SPSS 21.0 进行最大方差分析得到的旋转成分矩阵。以各因子旋转成分矩阵中载荷绝对值大于0.6 的指标为解释指标，因子1 解释指标为失重率、VC、SSC、糖酸比、总酚含量反映了猕猴桃片中热敏成分的保留率与营养价值，其中失重率权重最大（0.876），失重率与VC 含量、SSC 含量、总酚含量呈极显著负相关，与糖酸比呈显著负相关，因此，可将失重率作为因子1 的特征指标。因子2 解释指标为ΔE、TSS、TA，反映了猕猴桃片的色泽与酸甜口感，其中ΔE 权重最大（0.612），ΔE 与TSS 呈极显著负相关，因此将ΔE作为因子2 的特征指标。因子3 解释指标为硬度，反映了猕猴桃片的质构及贮藏品质，权重为0.807。因此选取失重率、ΔE、硬度作为猕猴桃片的特征品质指标。

表5 旋转成分矩阵Table 5 Rotation component matrix

2.4 回归模型的建立与显著性分析

利用Design Expert 12.0 对失重率（Y1）、ΔE（Y2）、硬度（Y3）、POD 活性（Y4）和PPO 活性（Y5）进行多元回归拟合分析，得方程为：

失重率（Y1）=-291.111+7.098A+10.154B+0 .58C-0.16AB-0.004AC+0.065BC-0.044A2-0.443B2-0.002C2；

ΔE （Y2）=-160.799+4.744A+4.224B-0.351C-0.06AB+0.017AC+0.024BC-0.038A2-0.244B2-0.0086C2；

硬度 （Y3）=-850.196+19.725A-25.542B+5.189C+0.071AB-0.105AC+0.251BC-0.09A2+1.508B2+0.018C2；

POD 活 性（Y4）=210.334+2.034A-9.034B-8 .7C-0.083AB+0.068AC+0.088BC-0.036A2+2.237B2+0.023C2；

PPO 活性（Y5）=-6 096.118+164.575A+85.682B+0.393C-1.111AB-0.119AC+0.037BC-1.038A2-1.579B2+0.048C2，回归模型的方差分析见表6。

由表6可得，模型P 值均小于0.05，模型显著，失拟项P 值均大于0.05，不显著，证明回归模型真实可靠，拟合度好。各因子对失重率的影响大小依次为C＞B＞A，B2对失重率有极显著影响，交互项AB、BC 影响显著；各因子对△E 的影响大小依次为C＞B＞A，A2、B2影响显著；各因子对硬度的影响大小依次为B＞C＞A，B2和交互项AC、BC影响极显著；各因子对POD 活性的影响大小依次为C＞A＞B，B2影响极显著；各因子对PPO 活性的影响大小依次为C＞B＞A，A2影响极显著。

表6 回归模型的方差分析Table 6 Analysis of variance of regression model

由表6可以看出，交互项对POD、PPO 活性均不显著，一次项仅射频温度对POD、PPO 活性极显著，且随着射频温度的升高，POD、PPO 活性降低。这与Manzocco 等[25]所研究的对苹果衍生物中氧化酶的射频灭酶模型中证明的射频灭酶效能主要归因于热效应的观点相一致。射频烫漂猕猴桃片时，猕猴桃中的水、有机酸等极性分子和可溶性盐离子在射频高频交变磁场的作用下，由原来随机分布状态变为随磁场极性变化的排列取向，促使了猕猴桃中的分子急剧碰撞和相互摩擦，从而使物料温度升高[26]。热效应破坏了二硫键和各种非共价作用力的敏感平衡，如氢键和疏水作用、静电作用和范德华相互作用[27]，使维持酶活性的三维构型发生变化，导致酶失活[28]。

2.5 响应面分析

由Design Expert 12.0 软件分析，得到各因素对猕猴桃片交互影响的响应面。响应面坡度反映了射频工艺参数发生变化时，猕猴桃特征指标响应的灵敏程度。响应面坡度越陡峭表明各因素之间的交互作用越强，反之则越弱。

由图2可知，当射频温度一定时，随着射频极板间距的增大，猕猴桃的失重率先迅速增加后趋于平缓。这是由于射频处理猕猴桃片的过程中，通过调节两极板间距来调节颅腔频率，进而控制颅腔频率与机器固有频率耦合到负载中的输出功率，一定范围内，射频极板间距越大，耦合功率越小[11]。随着射频极板间距的增大，射频耦合功率减小，输出功率也随之减小，猕猴桃片所吸收的电磁波变小，造成升到相同温度时需要的时间延长[29]，加重细胞和组织结构的破坏程度，水分流失增大。这与张永迪[30]对苹果进行射频加热烫漂的研究结果一致。由图3可知，当极板间距一定时，失重率随射频温度的升高与保温时间的延长而增加。这是由于随着射频温度的升高和保温时间的延长，猕猴桃的内部物质结构趋于活跃，造成内部电解质的电离与离子水化作用减弱[31]，自由水含量增加，带电粒子运动阻力减小、速度加快、动能增大；同时，细胞膜通透性不断增加甚至膜破坏[32]，细胞内离子类物质和大分子逸出，失重率增加。

图2 保温时间与射频极板间距对失重率的交互影响Fig.2 Interaction effect of holding time and RF plate spacing on weight loss rate

图3 射频温度与保温时间对失重率的交互影响Fig.3 Interaction effect of RF temperature and holding time on weight loss rate

由图4可知，当射频温度为60～70 ℃时，随着射频极板间距的增大，硬度呈现缓慢下降的趋势；由图5可知，当保温时间为0～2 min 时，随着射频温度的升高，硬度逐渐下降。这是由于猕猴桃的硬度受其细胞壁及细胞完整性的影响[33]，在射频烫漂的过程中，随着极板间距的增大，造成猕猴桃片升温时间延长，加热时间相应增加。加热时间越长或温度越高，易破坏猕猴桃片中的果胶、纤维素、半纤维素等物质，使细胞壁的完整性受到破坏，导致猕猴桃片的硬度下降。

图4 射频温度与射频极板间距对硬度的交互影响Fig.4 Interaction effect of RF temperature and RF plate spacing on hardness

图5 射频温度与保温时间对硬度的交互影响Fig.5 Interaction effect of RF temperature and RF holding time on hardness

2.6 最佳工艺验证

通过Design Expert 12.0 软件分析，以猕猴桃片的品质指标失重率最小，色差值ΔE 最小，硬度最大，POD 与PPO 活性最小进行优化，得到猕猴桃片的射频灭酶最佳工艺参数为：射频极板间距70 mm，保温时间0 min，射频温度70 ℃；在最佳工艺参数下进行验证试验，得表7，所得到的测定值与模型预测值之间的误差均小于5%，表明该模型良好，该优化工艺具有可行性。

表7 回归方程预测效果表Table 7 Prediction effect table of regression equation

3 结论

猕猴桃片射频灭酶的最佳工艺参数为射频极板间距70 mm，保温时间0 min，射频温度70 ℃，此条件下猕猴桃片的失重率为3.08%，色差值ΔE为0.76，硬度为24.72 g，POD 活性为11.57%，PPO活性为21.03%。射频处理可使猕猴桃片的POD、PPO 酶活性显著降低，并且能极大程度的保留猕猴桃片的色泽以及营养价值。