鲜切菠萝复合保鲜剂配方优化及其保鲜效果研究

廖兴梅，邱 叶，王晓敏，万如风，邢亚阁，刘晓翠，许青莲

（1.西华大学食品与生物工程学院,四川 成都 610039；2.宜宾西华大学研究院食品非热技术重点实验室,四川 宜宾 644000）

菠萝是世界上第3 大种植热带水果，仅次于香蕉和柑橘[1]。其因香味独特、口感酸甜和营养价值丰富，而备受消费者的喜爱。近年来，由于消费者对新鲜、健康食品需求的增加，在世界范围内对最低加工菠萝的消费也稳步增加。鲜切菠萝是经过清洗、去皮、取芯和切片等轻度加工环节，再经包装后供给消费者食用的一种即食产品[2]。这既免去了消费者在食用前的繁琐操作，又具有方便、营养安全等特点，因此受到广大消费者的青睐。然而，由于微加工制备程序会使菠萝的组织细胞遭到破坏，促使水分和挥发物与周围环境的交换，导致鲜切菠萝颜色、质地和风味的劣变，从而降低鲜切菠萝的商品价值[3]。因此，提高鲜切菠萝的贮藏品质，推广新型保鲜技术已迫在眉睫。

可食性涂膜保鲜技术被认为是改善果蔬品质最有发展潜力的技术之一，是一种安全、环保、成本低廉和操作简便的方法。相关研究[4]表明，复合涂膜比单一涂膜保鲜效果更好，使其逐渐成为广大学者的研究热点。海藻酸钠是一种天然多糖，具有浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力，能延长鲜切果蔬的货架期。然而，单一的海藻酸钠涂膜存在抗菌性能和抗氧化效果差的缺点，因此考虑到其独特的胶体性质，可与其他材料进行复配，形成保护屏障[5]。柠檬酸是一种能与异抗坏血酸、赤酸及其中性盐起到螯合剂作用的有机酸，可提供酸性环境，使其达到杀菌防腐、防褐变和稳定品质等作用，从而延长鲜切果蔬货架期[6-7]。异抗坏血酸钠具有强烈的还原作用，是一种安全有效的抗氧化防腐剂，被广泛用于抑制鲜切茄子和鲜切桃等鲜切农产品的褐变[8-9]。虽然将海藻酸钠、柠檬酸和异抗坏血酸钠单独使用时对果蔬贮藏有一定的保鲜效果；但仍有一定局限性，而将海藻酸钠、柠檬酸和异抗坏血酸钠复合使用，三者可产生协同作用，提高贮藏效果。

目前，关于上述三者的复合保鲜剂应用于鲜切菠萝的研究还未见报道。因此，本研究以鲜切菠萝为原料，研究不同浓度的海藻酸钠、柠檬酸和异抗坏血酸钠处理对鲜切菠萝贮藏品质的影响，通过单因素和响应面试验优化后得到复合保鲜剂的最佳配比，以期解决鲜切菠萝失重、褐变、腐败和涂膜保鲜剂产品单一等问题，并为鲜切菠萝的加工及贮藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选取成熟度一致（八成熟）、无病虫害和无机械损伤的甜蜜蜜菠萝（台农16 号）作为试验原料，产地为海南海口。主要试剂有海藻酸钠（食品级，连云港天天海藻工业有限公司）、柠檬酸（食品级，山东潍坊英轩实业有限公司）、D-异抗坏血酸钠（食品级，山东诸城华源生物科技有限公司）。氢氧化钠、酚酞、偏磷酸、碳酸氢钠、2,6-二氯靛酚、抗坏血酸标准品等均为分析纯，所有试剂均购于成都科隆化学品有限公司。其他材料还有市售不锈钢水果刀、砧板、标签纸等。

1.2 仪器与设备

DigiEye 数字电子眼，上海韵鼎国际贸易有限公司；TA-XT PLUS 质构仪，Stable Micro Syste；A610 数字阿贝折射仪，海能（济南）仪器；UV240 紫外可见分光光度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 鲜切菠萝的预处理

工艺流程：菠萝→挑选→去皮目→切片→涂膜处理→沥干→包装→贮藏。

用专用菠萝刀将菠萝切头去尾，削外皮，斜削，边削边旋削除芽眼，沿轴心平均切成四半，再分别切成1 cm 厚大小均匀的扇形菠萝片，切好的菠萝放在1%（质量分数）食盐水中暂存，供后续实验使用。

1.3.2 鲜切菠萝单因素实验设计

采用不同浓度的海藻酸钠溶液（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%，以下均为质量分数）、柠檬酸溶液（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）、异抗坏血酸钠溶液（0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%）对鲜切菠萝进行浸泡处理2 min，空白对照组不做处理，沥干后放入带盖PP 塑料包装盒中，盖好盖后置入4 ℃冷库中冷藏，保藏10 d（处理组间变化明显）后取出，测定样品的失重率和L*值，以确定海藻酸钠、柠檬酸、异抗坏血酸钠的最佳浓度范围。

1.3.3 鲜切菠萝保鲜的响应面优化试验

在单因素试验的基础上，选取海藻酸钠、柠檬酸、异抗坏血酸钠作为响应因子，以贮藏10 d 后的失重率、L*值为响应值，对每个因素的低、中、高水平分别以-1、0、1 进行编码，进行3 因素3 水平响应面试验设计（见表1）。根据Box-Behnken Design（BBD）设计原理通过Design-Expert.V8.0.6 软件进行数据分析，建立回归模型，确定可食性复合涂膜的最佳配比。

表1 响应面设计因素及水平表

1.4 鲜切菠萝指标测定方法

1.4.1 失重率

采用称量法，按以下公式进行计算：

失重率=（贮藏前质量-贮藏后质量）/贮藏前质量×100%。

1.4.2L*值的测定

参考周中帆等[10]的方法，选取鲜切菠萝的5 个不同位置进行测定，记录L*值（亮度值）。

1.4.3 可溶性固形物

采用数字阿贝折射仪测定，称取10.0 g 鲜切菠萝进行研磨和四层纱布过滤，取少量果汁置于折射仪上，得到可溶性固形物的百分比，取平均值。

1.4.4 可滴定酸

参考《果蔬采后生理生化实验指导》[11]中的酸碱中和滴定法进行测定，结果以柠檬酸的系数进行计算。

1.4.5 抗坏血酸

参考方宗壮等[12]的方法，采用2,6-二氯靛酚滴定法测定，单位为mg/100 g。

1.4.6 菌落总数

参考GB 4789.2—2016，采用平板计数法进行计算。

1.5 数据处理

本文采用IBM SPSS Statistics 22 软件对所得数据进行统计学分析，并用OriginPro 8.5 和Design-Expert 8.05 软件对数据进行作图和分析。结果以平均值±标准差（n=3）表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 海藻酸钠添加量对鲜切菠萝保鲜效果的影响

由图1 可知，随着海藻酸钠添加量的增加，鲜切菠萝的失重率呈现先下降而后缓慢上升的趋势，其L*值呈现先升高后下降的趋势。其中，鲜切菠萝经添加量为0.75%的海藻酸钠溶液处理后，失重率达到最小，为4.53%，保鲜效果最好。同时，鲜切菠萝的L*值最大，为68.82，褐变程度最小。但当添加量＞0.75%时，失重率和L*值呈逐渐上升和下降的趋势。这是因为经过适量的海藻酸钠溶液处理后，鲜切菠萝表面会形成一层保护膜，在膜内形成低氧高二氧化碳的微气调环境，从而有效减少水分挥发和营养流失[13]。但涂膜过厚会使鲜切菠萝产生无氧呼吸，增大糖分消耗量，内部发酵产生酒精，使其成熟腐败加速[14]。因此，本文选择海藻酸钠的添加量为0.5%～1%进行响应面实验。

图1 海藻酸钠添加量对鲜切菠萝的保鲜效果

2.1.2 柠檬酸添加量对鲜切菠萝保鲜效果的影响

柠檬酸是一种酸化剂，可以降低溶液PH。一定浓度的柠檬酸可抑制PPO 活性，从而达到防褐变的目的[15]。由图2 可知，柠檬酸的添加量为0.15%时，失重率最低且L*值最高，失重率最低为6.73%，L*值最高为65.12。当柠檬酸的添加量过高时，鲜切菠萝出现失水过多皱缩和褐变加重的现象，失重率升高，L*值相应降低。虽然柠檬酸有3 个羧基，具有很强的螯合金属离子的能力，可作用于多酚氧化酶的铜辅基[16]。但当柠檬酸添加量＞0.15%时，溶液的PH 太低，导致柠檬酸与发生褐变过程的关键酶PPO 中金属离子的螯合作用达到了饱和状态，从而护色效果也较弱[17]。综合考虑，本文选择柠檬酸的添加量范围为0.1%～0.2%。

图2 柠檬酸添加量对鲜切菠萝的保鲜效果

2.1.3 异抗坏血酸钠添加量对鲜切菠萝保鲜效果的影响

由图3 可知，随着异抗坏血酸钠添加量的增加，鲜切菠萝的失重率呈现先下降而后缓慢上升的趋势，其L*值呈现先升高后下降的趋势。异抗坏血酸钠添加量在1%时，鲜切菠萝的失重率和L*值分别达到最低和最高，分别是5.36%和66.11。异抗坏血酸钠具有抗氧化性，将酮类物质还原成酚类，防止醌类物质聚合成黑色素。同时，经异抗坏血酸钠处理的鲜切菠萝表面可形成一层隔离膜，可有效减少氧气的渗入[18]。但当添加量大于1%时，鲜切菠萝的失重率和L*值随添加量的增加分别呈缓慢上升和缓慢下降趋势，品质逐渐劣变。这主要是由于异抗坏血酸钠的添加量达到1%后，异抗坏血酸钠作为强还原剂将醌还原为酚的同时，自身被氧化为脱氢抗坏血酸从而导致对鲜切菠萝的护色能力减弱[19]。综上所述，本文选择0.75%～1.25%进行响应面试验。

图3 异抗坏血酸钠添加量对鲜切菠萝的保鲜效果

2.2 鲜切菠萝涂膜保鲜剂的响应面优化试验

2.2.1 Box-Benhnken 试验设计方案及试验结果

根据单因素试验结果，选取海藻酸钠添加量（A）、柠檬酸添加量（B）和异抗坏血酸钠添加量（C）为自变量，失重率（Y1）和L*值（Y2）作为响应值，采用响应面中的Box-Behnken 设计试验对保鲜剂进行优化，并进行多元回归拟合。其试验方案及结果见表2。

表2 响应面实验方案及结果

2.2.2 多元回归模型分析

通过Design-expert 8.0.6 软件对试验结果进行多元回归拟合分析，得到以失重率为评价指标的回归方程为：

由表3 可知，该模型回归极显著（P＜0.01），说明该模型对失重率有显著意义。失拟项用来表示所用模型与试验拟合的程度，即二者的差异程度[20]。该模型的失拟项不显著（P＞0.05），表明拟合度较好。校正决定系数R2adj=968 3，说明该模型能解释96.83%响应值的变化。离散系数（C.V.=2.17%）在可接受范围内，模型可信度较高。其中，A、AC、A2、B2和C2对失重率的影响极显著（P＜0.01），B、C和AB对失重率的影响显著（P＜0.05），而BC对失重率的影响不显著（P＞0.05）。从一次项A、B、C的F值大小可判断各因素对鲜切菠萝失重率的影响大小，得出各试验因素对鲜切菠萝失重率的影响顺序为A＞C＞B，即海藻酸钠＞异抗坏血酸钠＞柠檬酸。

表3 失重率回归模型方差分析

通过Design-expert8.0.6 软件对试验结果进行多元回归拟合分析，得到以L*值为评价指标的回归方程为：

由表4 可知，该模型回归极显著（P＜0.01），因变量与所考察自变量之间的线性关系显著（R2=0.969 7），失拟项不显著（P＞0.05），表明方程的拟合度较高。较低的离散系数（C.V.=0.60%）也说明整个实验具有较好的精确度和可靠性。该模型的调整复相关系数（R2adj=0.930 6）接近1，说明该模型能解释93.06%响应值的变化，且变量之间的线性相关性好。因此，该试验结果可靠性高，所得的二次回归方程能够对L*值进行准确的预测。AC、A2、B2和C2对L*值的影响极显著（P＜0.01），A、B、C和BC对L*值的影响显著（P＜0.05），而AB对L*值的影响不显著（P＞0.05）。从一次项A、B、C的F值大小可判断各因素对鲜切菠萝L*值的影响大小，得出各试验因素对鲜切菠萝L*值的影响顺序为B＞A＞C，即柠檬酸＞海藻酸钠＞异抗坏血酸钠。

表4 L*值回归模型方差分析

2.2.3 响应面交互作用分析

根据回归分析的结果，用Design-expert8.0.6 软件进行优化分析，得到等高线和交互作用图。从图4 以看出，AB和AC失重率的等高线分布密集，且均为椭圆形，说明海藻酸钠和柠檬酸、异抗坏血酸的两两交互作用显著，对鲜切菠萝保持水分方面具有协同作用[21]。响应面开口向上，响应值存在最小值。其中海藻酸钠分别与柠檬酸和异抗坏血酸的曲面比柠檬酸和异抗坏血酸的曲面更较陡，说明海藻酸钠对鲜切菠萝的失重率影响较大，与方差分析结果一致。同理，由图5 可知，异抗坏血酸钠与海藻酸钠和柠檬的交互作用明显。响应面开口向下，响应值存在最大值。异抗坏血酸钠的曲面比另外两种保鲜剂的曲面更较陡，说明异抗坏血酸钠对鲜切菠萝的L*值的影响较大。

图4 各因素交互作用对鲜切菠萝失重率的影响

图5 各因素交互作用对鲜切菠萝L*值的影响

2.2.4 验证实验

根据响应面试验结果，得到模型预测鲜切菠萝的最佳涂膜保鲜剂配方：海藻酸钠添加量为0.78%，柠檬酸添加量为0.16%，异抗坏血酸钠添加量为1.03%，且在此条件下预测得到鲜切菠萝的失重率为4.59%，L*值为69.36。选取此最佳复合涂膜保鲜剂进行验证，经过3 次重复试验得到鲜切菠萝的平均失重率为4.93%，平均L*值为69.62，预测值与试验值吻合度分别为93.10%、99.63%，误差均在7%以内，与回归方程预测值接近，说明该模型可较准确反映出复合保鲜剂对鲜切菠萝的保鲜效果。

2.2.5 涂膜保鲜剂对鲜切菠萝的保鲜效果

得到的最优涂膜配方后，对鲜切菠萝进行涂膜处理与对照处理，测定对比两组的品质指标和微生物指标，结果如表5 所示。可以得出涂膜后的鲜切菠萝的指标均显著（P＜0.05）优于对照组，说明经涂膜处理的鲜切菠萝不仅可以延缓微生物的生长，同时在营养指标方面也有所提升。

表5 涂膜组与对照组鲜切菠萝的保鲜效果对

3 结论

以鲜切菠萝为研究对象，选取海藻酸钠、柠檬酸、异抗坏血酸钠添加量为实验因子，以失重率和L*值为响应值，在单因素实验的基础上采用Box-Behnken 响应面优化，获得最佳配方为：海藻酸钠添加量为0.78%，柠檬酸添加量为0.16%，异抗坏血酸钠添加量为1.03%，在此条件下，鲜切菠萝的失重率为4.93%，L*值为69.62。此外，验证实验结果表明，涂膜组的品质指标均优于对照组，保鲜效果明显提升。通过复合保鲜剂涂膜的处理方式延缓了鲜切菠萝的腐烂，较好保持了鲜切菠萝的品质，可为鲜切菠萝的贮藏与保鲜提供技术参考。