百合外片加工中褐变控制工艺的优化

李 浪，王行军，彭长城，刘琪龙，刘昆言，余莲芳，高 炜

[1.岳阳市农业科学研究院，农业农村部植物新品种测试（岳阳）分中心，湖南 岳阳 414000；2.湖南省环境保护科学研究院，湖南 长沙 410014；3.岳阳市检验检测中心，湖南 岳阳 414000；4.湖南省农业科学院农产品加工研究所，湖南 长沙 410125]

百合是百合科百合属球根植物，可观赏、食用或药用，其鳞茎营养丰富，除淀粉外还含有较丰富的营养物质如VB1、VC、胡萝卜素、生物碱以及硒、钙和镁等矿物质[1-2]。百合在我国的栽培历史十分悠久，著名产地有甘肃兰州、湖南龙山、江苏宜兴、浙江湖州、江西龙牙和河南洛阳等，除兰州甜百合外其他产地的百合均味苦，具有补益心肺、清润肺燥、调理脾胃、清热止咳、养阴止血和消暑等功效[3]。

鲜百合含水量高，如长时间暴露在空气中很容易发生氧化褐变，颜色由白变褐，进而腐烂[4]，不便于长途运输和贮藏，因而百合多以干百合的形式贮藏和流通，其产地加工对百合的质量影响较大[1]。在加工过程中，百合通常采用煮制或蒸制工艺、护色工艺进行干燥前处理，再经过干燥工艺加工出多样的百合产品[5]。目前，市面上的百合加工产品有百合果脯、百合粉、百合酒、百合饮料和百合面等[6-7]。关于百合加工研究的报道较多，但与百合复合护色剂及加工工艺优化有关的报道不多见。基于此，笔者针对百合外鳞片最易发生褐变，中部和心部鳞片由于有皮部鳞片保护[4]，且鳞茎内外层的多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）活性差异较大[7]、耐热性不一等问题，选取龙山卷丹百合外片为原材料，对百合煮制烫片工艺、护色工艺与干燥工艺进行优化，以色泽L 值为评价指标控制产品的质量，期望获得更加优质的百合粉。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以龙山县卷丹百合为原材料，取色泽鲜明，呈微黄色，片大，无霉烂、虫伤的鳞茎，通过人工拨片的方式由外向内取外片完好的3～4 层。

主要试剂有食用级柠檬酸、抗坏血酸（广州穗欣化工有限公司），生化试剂植酸、半胱氨酸（国药集团化学试剂有限公司）等。

主要仪器设备有：电子天平（BSA124S 型，赛多利斯科学仪器有限公司），全自动色度分析仪（Hunter Lab-Color Quest XE 型，上海信联创作电子有限公司），高速万能粉碎机（FW-100 型，北京市永光明医疗仪器有限公司），电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9053A 型，上海精宏实验设备有限公司），电子恒温不锈钢水浴锅（KQ-700DE 型，昆山市超声仪器有限公司）等。

1.2 试验方法

1.2.2 护色剂类型及浓度的筛选 分别选取柠檬

酸、植酸、半胱氨酸、抗坏血酸进行护色单因素试验。取500 g 百合片，按1 ∶10（m ∶V，下同）的料液比在煮沸的水浴锅中热烫8 min 后快速取出，在冰水中冷却。然后，按照1 ∶3 的料液比用不同护色剂浸泡百合片30 min，研究不同浓度柠檬酸（0.40%、0.50%，0.60%，0.70%，0.80%，）、植酸（0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%）、半胱氨酸（0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%）和抗坏血酸（0.15%，0.20%，0.25%，0.30%，0.35%）对百合粉色泽的影响。最后，取漂洗3 次沥干水的百合片，平铺在60目筛子上，厚度为一层鳞片，在垂直风向、风速为10 m/s、温度70℃的鼓风干燥箱中干燥。当水分含量小于10%时，取出百合置于干燥器中冷却待测。

1.2.3 复合护色剂组配的正交试验 参照1.2.2 的试

验结果选取3 种护色效果较好的护色剂作为因素，以不同浓度作为水平，通过正交试验确定最佳的复合护色剂组成及配比。

1.2.4 百合粉加工工艺的单因素试验 （1）热烫时间对百合粉色泽的影响：按照1.2.2 的步骤进行试验，固定复合护色剂护色时间30 min，鼓风干燥温度70℃，考察不同热烫时间（5、6、7、8、9 min）对百合粉色泽的影响。（2）复合护色剂护色时间对百合粉色泽的影响：按照1.2.2 的步骤进行试验，固定热烫时间8 min，鼓风干燥温度70℃，考察不同复合护色剂护色时间（5、15、20、25、30 min）对百合粉色泽的影响。（3）鼓风干燥温度对百合粉色泽的影响：按照1.2.2 的步骤进行试验，固定热烫时间8 min，复合护色剂护色时间30 min，考察不同鼓风干燥温度（50、60、70、80、90℃）对百合粉色泽的影响。

1.2.5 百合粉加工工艺的响应面法优化试验 以单因素试验所得结果为参考，根据Box-Behnken 原理设计试验，以百合粉色泽L 值为评价指标，选取热烫时间、复合护色剂护色时间、鼓风干燥温度3 个因素，设计3 因素3 水平的响应面优化试验[6]。

1.2.6 百合粉色泽L 值的测定 取干燥后的百合外片，在高速万能粉碎机作用下，磨粉1 min 制得百合粉。然后经60 目过筛，用色度测试仪在反射模式下测定百合粉的色泽。百合颜色呈现出的是白色或微黄色，所以测百合粉色泽时取L 值作为标准较适合。色度仪中的L 值表示表面色泽的明暗度，主要取决于产品表面的反射率。L 值越大表明颜色越白，褐变程度越低；反之则越暗，褐变程度越高[9]。采用色度仪对百合粉的色泽程度进行评价，能够客观地反映褐变的差异，且便于统计和比较。

2 结果与分析

2.1 不同护色剂及浓度对百合粉色泽的影响

由表1 可知，空白组因没有加护色剂，L 值最低，为73.92；其次，植酸组的百合粉L 值也偏低，为74.22～74.45；护色效果较好的是柠檬酸组、半胱氨酸组和抗坏血酸组，其百合粉L 值范围分别为79.95～80.56、84.26～85.62、84.07～85.03。柠檬酸组和抗坏血酸组，百合粉的L 值随着护色剂浓度的增加而上升，而半胱氨酸组，百合粉的L 值在0.20%～0.30%范围内随护色剂浓度的增加表现出先升后降的趋势。柠檬酸作为酸化剂和鳌合剂，对多酚氧化酶（PPO）有较好的抑制作用[10-12]。高浓度半胱氨酸在抑制褐变方面效果较好[13]。而抗坏血酸对多酚氧化酶反应体系的作用比较复杂，它既可以作为醌类的还原剂又可以作为酶分子中铜离子的螯合剂，其对PPO 的抑制主要是通过和酚类物质竞争反应底物，包括铜离子和氧气，同时还可将酚类物质氧化形成的醌重新还原成酚，从而发挥延缓或抑制褐变过程的作用。因此，后续研究选取柠檬酸、半胱氨酸、抗坏血酸3 种护色剂进行正交试验，其浓度水平见表2。

表1 不同护色剂对百合粉色泽的影响

表2 复合护色剂组配正交试验的因素及水平

2.2 复合护色剂的最佳组成和配比

由表3 可知，3 个因素对护色效果的影响表现为B ＞C ＞A，柠檬酸、半胱氨酸和抗坏血酸的极差值远大于空列，表明试验结果是有效的、显著的。同时，结合K 值可知，最佳组合为A3B2C3，即含0.8%柠檬酸、0.25%半胱氨酸和0.30%抗坏血酸的复合护色剂护色效果最好。由于该组合未出现在正交试验的9 个处理中，因此对最优组合进行试验验证，结果显示：以最佳组合制备的百合粉L 值（平均值为87.21）大于正交试验处理中的最大值（87.15）。这表明该最佳组合是切实可行的。

表3 复合护色剂组配的正交试验结果

表4 的方差分析结果显示，半胱氨酸对百合粉L 值的影响极显著；其次是抗坏血酸的影响，达显著水平；而柠檬酸对百合粉L 值的影响不显著；这一结论与李霞等[9]对兰州百合干无硫护色剂配方优化的研究结果相似。

表4 复合护色剂组配的正交试验方差分析结果

2.3 百合粉加工工艺单因素试验结果

2.3.1 热烫时间对百合粉色泽的影响 由图1 可知，热烫时间短于8 min 时，百合粉的L 值随着热烫时间的延长而上升，上升的速度由快到慢，后面趋于稳定或上升平缓。这是因为多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的活性减弱，最耐热的过氧化物酶在90～100℃下，加热5 min 就会去其活性[10-11]。当热烫时间超过8 min 时，热烫出来的百合片外观不好，热烫时间越久，外观越差，营养成分流失越多，同时加工出来的百合粉L 值也不高。因此，后续试验的热烫时间为8 min 左右。

图1 不同热烫时间处理下百合粉的L 值

2.3.2 护色时间对百合粉色泽的影响 由图2 可知，复合护色剂护色时间≤30 min 时，百合粉的L 值随着护色时间的延长几乎呈直线上升趋势。因此，后续试验护色时间为30 min 左右。

图2 不同护色时间处理下百合粉的L 值

2.3.3 鼓风干燥温度对百合粉色泽的影响 由图3可知，当鼓风干燥温度低于70℃时，百合粉色泽L值随温度的升高而升高；当鼓风干燥温度为70℃时，百合粉的色泽L 值最大；而继续升高鼓风干燥的温度，百合粉色泽L 值有所降低。这是因为热烫中百合片大部分酶失活，在不同温度下，温度越高，干燥时间越短，褐变度越轻。反之，当高于某一温度极限时，其中存活的耐热酶活性最强[14]，褐变度越重，百合粉色泽L 值降低。因此，后续试验的鼓风干燥温度为70℃左右。

图3 不同鼓风干燥温度处理下百合粉的L 值

2.4 百合粉加工工艺响应面法优化结果

2.4.1 试验模型及方差分析 根据Box-Behnken 中心组合试验设计原理，百合粉加工工艺响应面试验的因素与水平如表5 所示，根据表6 的设计进行试验，然后采用Design Expert V8.0.6 软件对各处理L值进行响应面回归分析，获得回归方程：Y=87.21－0.046X1＋0.14X2－0.69X3－0.033X1X2＋1.38X1X3＋－－－。对回归方程进行显著性分析，结果如表7 所示，模型的F值达极显著水平，失拟值项的P值为0.394 7 ＞0.05，不显著，且该模型总决定系数R2=0.984 1，调整决定系数R2adj=0.963 7。这些数据说明该模型拟合度好，误差小，可以用该回归方程对试验数据进行分析和预测。从表7 还可看出，模型中因素X3对模型的影响达极显著水平，因素X1对模型的影响达显著水平，因素X2对模型的影响不显著，而二次项、、对模型的影响均达显著水平，表明各因素对百合粉色泽L 值的影响并非简单的线性关系。

表5 响应面试验的因素与水平

表6 Box-Behnken 设计方案以及L 值

表7 响应面试验方差分析结果

2.4.2 响应面分析 通过对回归方程进行分析，固定其中一个因素值为零，可以得到另外2 个因素之间的交互作用是否显著。从图4～6 的3 组响应面图可以看出各因素交互作用对百合粉色泽L 值的影响程度。结合回归方程以及表7 的数据可知：鼓风干燥温度对百合粉色泽L 值的影响最为显著，L 值变化最大，曲面陡峭；热烫时间对百合粉色泽L 值的影响显著，L 值变化大，曲面较陡峭；而护色时间对百合粉色泽L 值的影响不明显，交互作用不显著，曲面较为平滑。综上可以得出对百合粉色泽L 值的影响程度从大到小排序依次为鼓风干燥温度＞热烫时间＞护色时间。

图4 热烫时间与复合护色剂护色时间对百合粉色泽的影响

图5 热烫时间与鼓风干燥温度对百合粉色泽的影响

图6 复合护色剂护色时间与鼓风干燥温度对百合粉色泽的影响

2.4.3 百合粉加工的最佳工艺及验证 通过Design Expert V8.0.6 软件对L 值进行优化分析，得到最佳工艺参数为热烫时间7.97 min、护色时间30.06 min、鼓风干燥温度69.1℃，理论L 值为87.27。在实验室条件下设置工艺条件如下：热烫时间8 min、护色时间30 min、鼓风干燥温度69℃，平行试验3 次，得到百合粉L 值的平均值为87.15，达到了理论值的99.9%，说明获得的百合粉最优加工工艺参数是可靠的。

3 结 论

通过正交试验获得百合片（外片）热烫加工的最佳护色剂配方为0.8%柠檬酸、0.25%半胱氨酸和0.3%抗坏血酸。通过响应面法获得了百合粉加工工艺最优参数为热烫时间8 min、复合护色剂护色时间30 min、鼓风干燥温度69℃，在该条件下百合粉色泽L 值的理论值为87.27，试验均值为87.15，达到了理论值的99.9%，抑制褐变的效果良好。