速冻乌龙头芽加工工艺优化及品质分析

康三江，张海燕，宋 娟

（甘肃省农业科学院农产品贮藏加工研究所, 甘肃省果蔬贮藏加工技术创新中心, 甘肃兰州 730070）

乌龙头（Aralia chinensisL.），学名楤木，为五加科楤木属多年生落叶小乔木。乌龙头是陇东南地区对其的俗称，又称刺嫩芽、刺龙芽、树头菜、鸟不宿等[1]。乌龙头全身是宝，可食，可入药，味苦，性平，具有活血化瘀、补气安神、强精滋肾、除湿止痛之功效；乌龙头营养丰富，嫩芽中含有碳水化合物、氨基酸、矿物质、维生素、蛋白质、脂肪、粗纤维等营养物质及皂苷、多糖、多酚等多种活性成分，其中含有9种人体所必需的氨基酸；口感独特、野味浓郁，素有“山野菜之王”的美誉[2-3]。因此，基于其在医疗保健、营养价值、风味口感以及丰富食品多样性等方面的特殊性，乌龙头在国内外市场上深受消费者的欢迎，具有广阔的发展前景，在促进农民增收、保护生态保护、带动经济发展等方面也有重大意义。但由于乌龙头嫩芽采收季节性强、采收时间短（15 d左右），嫩芽长大会失去食用价值；采摘后不耐贮运，容易出现失水失绿和新鲜产品积压等现象[4]，严重影响了乌龙头的产业化发展。速冻加工可使产品在短时间内形成极小的冰晶，最大限度地减少细胞组织的损伤，降低果蔬中游离水和酶的活性，抑制微生物的生长，能够长期有效地保持果蔬固有风味和新鲜度，在果蔬保鲜加工领域得到广泛的应用[5-6]。除腌制、干制和罐藏等多种可保持其营养成分和色、香、味、形的传统乌龙头芽加工产品外[7]，压差膨化酥脆食品和软枣猕猴桃-龙牙楤木混合汁饮料等新产品的研发[8-9]，为乌龙头芽的多元化加工提供了新的思路，但有关速冻乌龙头芽的相关研究尚未见报道。

色泽和汁液流失率是速冻果蔬极其重要的品质评价指标，色泽直接影响消费者对产品的接受程度，汁液流失率反映了产品风味和营养品质的保持情况，不当的漂烫、速冻、冻藏等工艺技术和加工条件易破坏速冻果蔬的细胞组织而导致其色泽劣变和汁液流失[10-11]，因而优化速冻乌龙头芽加工工艺显得尤为重要。因此，本研究考察漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度等影响速冻乌龙头芽产品品质的主要因素，以色泽和汁液流失率为评价指标，采用响应面法优化速冻乌龙头芽加工关键技术参数，旨在研发出能较好保持乌龙头芽的天然成分和鲜嫩口感的方法，为乌龙头芽的综合开发利用和产业化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

乌龙头 采自甘肃省天水市张家川，4月末到5月上中旬，芽体未展叶之前，采集6～13 cm长的紫红色子弹头状的嫩芽，人工采摘，选择无病虫害、无腐烂、大小均一、色泽均匀、成熟度一致的乌龙头嫩芽；氯化钠、碳酸氢钠 食品级，浙江巨化新联化工有限公司；乙醇、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、邻苯二酚、多聚半乳糖醛酸、3,5-二硝基水杨酸等 分析纯，中瑞化学试剂公司。

HPP.L1-600MPa/5超高压设备型 天津华泰森淼有限公司；UV-1100型紫外可见分光光度计 上海凌析达仪器有限公司；MIRCOCL 17R 离心机 赛默飞世尔科技（中国）有限公司；超低温冰箱 青岛海尔集团；CT3质构仪 美国博勒飞公司； CR-400型色差计 日本柯尼卡公司。

1.2 实验方法

1.2.1 速冻乌龙头加工工艺 新鲜乌龙头嫩芽用自来水清洗、吸干水分后放入由水、4.0 g/L碳酸氢钠和2.0 g/L氯化钠按500:2:1的比例组成的漂烫液中，在设置好的pH（以2.0 g/L或1.0 g/L的柠檬酸溶液和1.5 g/L或1.1 g/L的氢氧化钠溶液调节pH）下，沸水漂烫一定时间，捞出吸干表面水分后在不同温度下于速冻库中快速冻结至样品中心温度-20～-18 ℃，得到无结块、无冰晶、无霜，呈单体状的速冻乌龙头，以不经漂烫的乌龙头嫩芽作为对照，清洗吸干水分后在-30 ℃下速冻至中心温度-20～-18 ℃，预包装室温＜15 ℃，用铝箔袋密封包装（200 g/袋），在-18 ℃冷冻库中冻藏6 个月，微波解冻（600 MHz，3 min）至中心温度达到-5 ℃（以刀能切断为准）时，测定各项指标。

1.2.2 单因素实验 分别考察当漂烫时间4 min，速冻温度-30 ℃时，不同漂烫液pH（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）对速冻乌龙头芽冻藏过程中色泽和汁液流失率的影响；漂烫液pH7.0，速冻温度-30 ℃时，漂烫时间（2、3、4、5、6 min）对速冻乌龙头芽冻藏过程中色泽和汁液流失率的影响；漂烫时间4 min，漂烫液pH7.0时，速冻温度（-20、-25、-30、-35、-40 ℃）对速冻乌龙头芽冻藏过程中色泽和汁液流失率的影响；实验重复3次，每30 d取一次样，取样180 d。

1.2.3 响应面试验 采用Box-Benhnken模型试验设计[12-13]，选取漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度为自变量，以X1、X2、X3表示，并以1、0、-1分别代表自变量的高、中、低水平，以速冻乌龙头解冻后的色泽（Y1）和汁液流失率（Y2）为响应值，进行3因素3水平响应面分析，优化速冻乌龙头芽加工工艺条件，响应面试验因素水平编码见表1，试验重复3次，冻藏180 d时取样测定各项指标。

表1 响应面实验的因素水平编码Table 1 Factors and levels coding of response surface experiment

1.2.4 测定项目及方法

1.2.4.1 色泽（△E值）测定 采用色差计法测定[14]，采用亨特均匀表色系统测定L、a、b值，其中L表示白度，a值表示色泽红/绿，b值表示黄/蓝，计算公式△E2=（L－L0）2+（a-a0）2+（b－b0）2，带0的字母表示空白值，△E值越小代表色泽褐变度越小，与原料色泽越接近，样品要求切分为薄厚均匀、大小一致的片状，每个样品重复测定5次，取平均值。

1.2.4.2 汁液流失率的测定 样品解冻前的重量为W1，解冻后将包装袋中解冻流失的汁液倒掉，用吸水纸吸干样品表面的汁液，重量为W2，汁液流失率的计算公式如下[15]：

1.2.4.3 品质检测 根据NY/T1406-2018《绿色食品速冻蔬菜》[16]的要求，由甘肃国信润达分析测试中心对速冻乌龙头芽产品的感官品质及污染物限量做出检测判定。

1.3 数据处理

每组实验重复3 次，实验数据采用Excel2010、SPSS22.0数据分析软件进行分析处理及作图，Box-Behnken设计采用Design Expert 8.0.6 软件并进行响应面分析，实验结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 速冻乌龙头芽加工工艺单因素实验

2.1.1 漂烫液pH对速冻乌龙头芽色泽和汁液流失率的影响 由图1可知，不同pH下漂烫的速冻乌龙头芽的△E值和汁液流失率随着冻藏时间的延长均逐渐升高，这可能是由于冻藏期间温湿度的波动导致重结晶形成大的冰晶体，增大了组织细胞的机械损伤，引起产品品质下降所致，与张海燕[17]的研究结果相似。但不同pH下△E值和汁液流失率的升高趋势是不同的，对照组和pH9.0的△E值在整个冻藏期内迅速升高，冻藏180 d时分别为68.33和63.00，其它pH组在冻藏前60 d时变化均较平缓，随后pH5.0和pH6.0的变化较为迅速，而pH7.0和pH8.0的在整个冻藏期间变化均较为平缓，且保持在较低水平，冻藏180 d时的△E值分别为34.50和38.45；冻藏前120 d各处理的汁液流失率均低于对照组，之后pH5.0和pH9.0的汁液流失率逐渐升高并高于对照，冻藏结束时分别为46.00%和48.38%，pH7.0和pH8.0的汁液流失率在冻藏期间的变化相对较平缓，且pH7.0的一直保持在较低水平，冻藏180 d时为24.50%。这可能是由于过酸的漂烫条件破坏了乌龙头芽中游离叶绿素和类囊体膜中的叶绿素蛋白复合体，使叶绿素在高浓度氢离子环境下迅速脱镁降解，从而产品的色泽发生劣变，同时破坏了细胞膜的结构，细胞膜剥离细胞体，细胞间间隙增加，产品持水性下降，汁液流失升高[18]；但是pH过高容易造成细胞组织软化损伤，使其在损失可溶性固形物、无机盐类、维生素等营养价值的同时引起色泽下降和汁液流失率升高[19]。因此，在速冻乌龙头芽的加工中，选择漂烫液pH6.0～pH8.0的范围进行后续工艺优化试验。

图1 pH对速冻乌龙头芽色泽和汁液流失率的影响Fig.1 Effect of pH on the color and drip loss of frozen Aralia chinensis L. bud

2.1.2 漂烫时间对速冻乌龙头芽色泽和汁液流失率的影响 速冻前漂烫可以抑制多酚氧化酶、叶绿素酶、过氧化物酶等的活性，还可以使果蔬组织变软，增加细胞速冻膨胀的耐受性[20-21]，因此，适度漂烫是稳定速冻产品色泽、质地、风味和营养等品质的重要技术手段之一[22-23]。

由图2可以看出，冻藏期间速冻乌龙头芽的△E值和汁液流失率均呈现逐渐升高趋势，但不同漂烫时间对其的影响是不同的，对照组和漂烫6 min的△E值随冻藏时间的增加而迅速升高，冻藏结束时分别为68.33和58.32，漂烫3～5 min的△E值在冻藏前60 d内的变化幅度不大，60 d分别升高了8.84%、8.47%和18.09%，其中，漂烫4 min的△E值在整个冻藏期间变化较平缓，冻藏结束时△E值为32.58，升高了44.47%；对照组、漂烫5 min和6 min的汁液流失率随冻藏时间的延长而迅速升高，冻藏结束分别升高至52.38%、45.39%和49.26%，漂烫2～4 min的汁液流失率在冻藏前60 d分别升高至13.12%、10.07%和12.39%，变化幅度不大，之后逐渐升高，其中漂烫4 min的汁液流失变化相对平缓，冻藏180 d时仅为26.11%。这可能是由于不漂烫或漂烫时间过短，速冻乌龙头芽中多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）等相关酶未被彻底灭活而引起品质劣变，发生酶促褐变促使产品色泽下降；而漂烫时间过长，破坏了组织细胞结构的完整性，细胞内的有机酸释放，大范围与叶绿素接触，反应生成脱镁叶绿素，致使产品发生褐变，且细胞内的水分流出，汁液流失率升高[24-25]。因此，选择漂烫时间3～5 min的范围进行后续工艺优化试验。

图2 漂烫时间对速冻乌龙头芽色泽和汁液流失率的影响Fig.2 Effect of blanching time on the color and drip loss of frozen Aralia chinensis L. bud

2.1.3 速冻温度对速冻乌龙头芽色泽和汁液流失率的影响 冻结温度越低，冻结速率越高。冻结速率通过影响冻结过程中冰晶的大小、形态以及在组织细胞内的分布而影响速冻产品的品质[26]。

如图3所示，速冻乌龙头芽△E值和汁液流失率随冻藏时间的延长呈逐渐升高趋势，但冻结温度不同，二者的变化趋势有所不同，对照组的△E值在冻藏期间增长速度较快且均高于其他不同温度速冻组，冻藏180 d时为70.33，冻藏前60 d各样品的△E值变化差异不大，之后-40 ℃和-20 ℃的升高幅度较大，冻藏180 d时达到65.83和54.29，-35 ℃和-25 ℃的次之，-30 ℃的在整个冻藏期间变化较为平缓，冻藏180 d时的△E值为35.45，升高33.00%；冻藏结束时，各样品汁液流失率从高到低依次为：对照组＞-40 ℃＞-20 ℃＞-25 ℃＞-35 ℃＞-30 ℃。其中对照组和-40 ℃的速冻乌龙头芽的汁液流失率上升较快，冻藏180 d时高达48.38%和45.37%，而-30 ℃处理组除冻藏90 d外，汁液流失率均最低，且变化较为平缓，冻藏180 d时汁液流失率为23.26%。这可能是因为速冻温度过高，冻结速率较慢，冰晶形成的速度缓慢且大冰晶数量较多，在细胞内外分布不均匀，加剧了细胞的机械损伤，导致细胞水分外渗，部分叶绿素等色素物质的损失，使解冻后速冻乌龙的色泽和持水能力下降[27]；速冻温度较低时，冰晶分布与原料中液态水分布相近，细胞内外渗透压降低，同时形成较小且分布均匀的冰晶，对细胞组织结构损伤很小，能较好的保持果蔬原有的色泽，口感、风味及营养价值[28]，但速冻温度过低，会引起果蔬的宏观龟裂和微观结构的破坏, 造成果蔬质地下降、色泽褐变、风味及营养物质流失等不良后果，这与张海燕等[29]在速冻苹果中的研究结果一致。因此，选择速冻温度-35～-25 ℃进行后续工艺优化试验。

图3 速冻温度对速冻乌龙头芽色泽和汁液流失率的影响Fig.3 Effect of different frozen temperature on the color and drip loss of frozen Aralia chinensis L. bud

2.2 速冻乌龙头芽加工工艺响应面优化试验结果

2.2.1 响应面试验设计及结果 在单因素实验的基础上，选择漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度为影响因素，以△E值和汁液流失率为响应值，对速冻乌龙头芽加工工艺条件进行3因素3水平的响应面分析，试验设计及结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果Table 2 Design and results of the response surface experiments

2.2.2 回归模型建立与方差分析 利用Design-Expert 8.0数据分析软件对表2中试验数据进行多元回归分析，得到△E值（Y1）和汁液流失率（Y2）对自变量漂烫液pH（X1）、漂烫时间（X2）、速冻温度（X3）的二次多项回归模型方程分别为：

如表3所示，一次项的偏回归系数绝对值X1＞X2＞X3，说明各因素对速冻乌龙头芽△E值（Y1）的影响依次为漂烫液pH（X1）＞漂烫时间（X2）＞速冻温度（X3）。对△E值的回归模型进行方差分析结果P＜0.0001（P＜0.01），表明回归模型差异极显著，失拟项P值为0.5091，无显著性影响（P＞0.05），表明该模型对速冻乌龙头芽加工工艺优化试验拟合程度较好，可用该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析，回归方程的决定系数R2=0.9938，表明测量值和预测值之间吻合度较高，校正决定系数R2Adj=0.9859，说明速冻乌龙头芽加工工艺有98.59%的程度受漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度等因素的影响，设计的预测值和试验值相近，准确率高，变异系数CV 值为5.01，反映了模型的可信度，显示试验稳定性较好。表3中的显著性分析结果表明，X1、X2、X3、X1X2、X1X3、X2X3、X12、X22、X32对速冻乌龙头芽△E值的影响均达到了极显著水平（P＜0.01）。因此，该模型可对速冻乌龙头芽加工工艺优化试验研究进行分析预测。

表3 △E值回归模型方差分析表Table 3 Variance analysis of regression model on △E value

如表4所示，一次项的偏回归系数绝对值X1＞X2＞X3，说明各因素对速冻乌龙头芽汁液流失率（Y2）的影响依次为漂烫液pH（X1）＞漂烫时间（X2）＞速冻温度（X3）。对汁液流失率的回归模型进行方差分析结果P＜0.0001（P＜0.01），表明回归模型差异极显著，失拟项P值为0.6266，无显著性影响（P＞0.05），表明该模型对速冻乌龙头芽加工工艺优化试验拟合程度较好，可用该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析，回归方程的决定系数R2=0.9918，表明测量值和预测值之间吻合度较高，校正决定系数R2Adj=0.9812，说明速冻乌龙头芽加工工艺有98.12%的程度受漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度等因素的影响，设计的预测值和试验值相近，准确率高，变异系数CV 值为5.33，反映了模型的可信度，显示试验稳定性较好。表4中的显著性分析结果表明，X1、X2、X3、X1X3、X2X3、X12、X22、X32对速冻乌龙头芽汁液流失率的影响均达到了极显著水平（P＜0.01），X1X2达到了显著水平（P＜0.05）。因此，该模型可对速冻乌龙头芽加工工艺优化试验研究进行分析预测。

表4 汁液流失率回归模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model on drip loss

2.2.3 响应面图分析及参数优化 根据回归方程绘制响应值与漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度等3 个因素的响应面图，直观地反映了各因素交互作用对响应值的影响程度，当响应面的坡度较平缓，表明响应值受该因素的影响不明显；相反响应面的坡度较陡峭，表明响应值受该因素影响作用较大[30]。由图4可以看出，在试验考察范围内，随着漂烫液pH的升高、漂烫时间的延长以及速冻温度的升高，速冻乌龙头芽△E值和汁液流失率均呈现先降低后升高的趋势；漂烫液pH的响应面坡度大于漂烫时间和速冻温度的曲面变化幅度，漂烫时间的响应面坡度大于速冻温度的曲面变化幅度，说明各因素对速冻乌龙头芽△E值和汁液流失率的影响由大到小依次为：漂烫液pH（X1）＞漂烫时间（X2）＞速冻温度（X3），验证了方差分析结果。

图4 各因素交互作用对△E值和汁液流失率影响的响应面图Fig.4 Response surface plot of effect of interaction between each factor on the △E value and drip loss

通过Design-Expert 8.0软件进行预测分析，确定速冻乌龙头芽对△E值的回归模型的最佳加工工艺条件为：漂烫液pH7.59，漂烫时间4.13 min，速冻温度-30.26 ℃，对汁液流失率的最佳加工工艺条件为：漂烫液pH7.47，漂烫时间3.89 min，速冻温度-30.37 ℃，上述条件下，△E值和汁液流失率的预测值分别为22.45分和21.69%。结合实际情况，将工艺调整为漂烫液pH7.50，漂烫时间4.00 min，速冻温度-30.00 ℃，并为了确保所建回归模型的准确性，在此条件下进行验证，试验重复3 次，冻藏60 d时实际所得到的速冻乌龙头芽的△E值平均值为（22.58±1.69），汁液流失率为（21.94%±2.10%），与模型预测值的相对误差较小，分别为0.58%和1.14%，说明该模型准确可靠。

2.3 速冻乌龙头芽品质检测

根据NY/T1406-2018《绿色食品速冻蔬菜》的要求，对速冻乌龙头的感官品质和污染物限量委托甘肃国信润达分析测试中心进行检验，结果如表5所示，按照优化出的工艺参数加工的速冻乌龙头芽产品感官和污染物限量等品质指标均符合标准的要求，可用来指导生产实践。

表5 速冻乌龙头品质检测Table 5 Quality detection of frozen Aralia chinensis L.

3 结论

通过单因素实验，确定漂烫液pH、漂烫时间、速冻温度等因素对速冻乌龙芽色泽和汁液流失率的影响范围，采用Box-Behnken Design 试验设计及响应面分析，建立二次多元回归数学模型，得到最佳工艺条件为：漂烫液pH7.50，漂烫时间4.00 min，速冻温度-30.00 ℃，在该条件下得到的速冻乌龙头芽的△E值和汁液流失率与模型预测值的相对误差较小，分别为0.58%和1.14%，表明该模型合理可靠，以该工艺生产的速冻乌龙头芽产品品质符合NY/T1406-2018《绿色食品 速冻蔬菜》标准的要求，为乌龙头的开发利用提供理论依据。