第40卷第6期黄冈师范学院学报V o l.40N o.6 2020年12月J o u r n a l o fH u a n g g a n g N o r m a lU n i v e r s i t y D e c.2020鲜切佛手山药的护色条件优化胡婷,谈叶,吴鹏,王蔚新,占剑峰(湖北省经济林木种质改良重点实验室,大别山特色资源开发湖北省协同创新中心,黄冈师范学院生物与农业资源学院,湖北黄冈438000)摘要鲜切佛手山药在空气中容易被氧化而发生褐变,影响其色泽与品质,针对这个问题进行了鲜切佛手山药的护色工艺研究㊂以佛手山药为原料,采用柠檬酸㊁氯化钙㊁D-异抗坏血酸钠为单因素进行实验,结合响应面法确定鲜切佛手山药的最佳护色条件㊂结果表明最佳护色条件为:柠檬酸浓度1.50%㊁氯化钙浓度0.50%和D-异抗坏血酸钠浓度0.80%,在此护色条件下,鲜切佛手山药的总色差值(әE)为1.74ʃ0.01,与响应面预测值(1.73)接近,护色效果较好,可以有效防止佛手山药在后续加工中发生褐变㊂关键词佛手山药;褐变;护色;响应面法;优化中图分类号 T S255.3文献标志码 A 文章编号2096-7020(2020)06-0020-05收稿日期2020-02-28D O I10.3969/j.i s s n.2096-7020.2020.06.04作者简介胡婷,女,湖北仙桃人,博士,主要研究方向为农产品加工及贮藏工程㊂通信作者占剑峰,男,湖北黄冈人,副教授,博士,主要研究方向为农产品及其副产物的加工与利用㊂基金项目湖北省自然科学基金(2019C F B395);黄冈师范学院2018年度大学生创新创业训练计划项目(201810514045);黄冈师范学院高级别培育项目(201816703)㊂S t u d y o no p t i m i z a t i o no f t h e c o l o r p r o t e c t i o n c o n d i t i o n s o f f r e s h-c u t F o s h o u y a mH UT i n g,T A NY e,W UP e n g,W A N G W e i-x i n,Z H A NJ i a n-f e n g(K e y L a b o r a t o r i e s o fE c o n o m i cF o r e s tG e r m p l a s mI m p r o v e m e n t a n dC o m p r e h e n s i v eR e s o u r c e sU t i l i z a t i o n o fH u b e i P r o v i n c e,C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o nC e n t e r f o r t h eC h a r a c t e r i s t i cR e s o u r c e sE x p l o i t a t i o no fD a b i eM o u n t a i n s,C o l l e g e o fB i o l g o g y a n dA g r i c u l t u r a lR e s o u r c e,H u a n g g a n g N o r m a lU n i v e r s i t y,H u a n g g a n g438000,H u b e i,C h i n a)A b s t r a c t F r e s h-c u tF o s h o u y a mi s e a s y t ob e o x i d i z e d i n t h e a i r t ob r o w n i n g,w h i c ha f f e c t s i t s c o l o r a n d q u a l i t y.U s i n g c i t r i c a c i d,c a l c i u mc h l o r i d e a n dD-s o d i u me r y t h o r b a t e a s s i n g l e f a c t o r s,t h e o p t i m i z e d c o l o r p r o t e c t i o n c o n d i t i o n sw a s d e t e r m i n e d b y r e-s p o n s e s u r f a c em e t h o d.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e o p t i m i z e d c o l o r p r o t e c t i o n c o n d i t i o n sw a s1.50%c i t r i c a c i d,0.50%c a l c i u m c h l o r i d e a n d0.8%D-s o d i u me r y t h o r b a t e.U n d e r t h i s c o n d i t i o n s,t h e v a l u e o f t o t a l c o l o r d i f f e r e n c e(әE)o f f r e s h-c u t f o s h o u y a m w a s1.74ʃ0.01,w h i c hw a s c l o s e t o t h e p r e d i c t e d v a l u e(1.73),s h o w i n g a g o o d c o l o r p r o t e c t i o ne f f e c t.A f t e r t h e c o l o r p r o t e c-t i o n,t h e b r o w n i n g o f f r e s h-c u t f o s h o u y a mc o u l db e p r e v e n t e d e f f e c t i v e l y i n t h e s u b s e q u e n t p r o c e s s i n g.K e y w o r d s f r e s h-c u tF o s h o u y a m;b r o w n i n g;c o l o r p r o t e c t i o n;r e s p o n s e s u r f a c em e t h o d o l o g y;o p t i m i z a t i o n佛手山药产于湖北省黄冈市蕲春㊁武穴等地,因其形状似手掌而得名[1]㊂2012年佛手山药被省农业厅授予 首届湖北名优蔬菜 ,已成为了传统特色经济作物[2]㊂佛手山药不仅是有着糯香可口风味品质的常见蔬菜,更是一种拥有卓越药用保健功效的中药[3]㊂作为一种天然功能性食品,它具有强筋骨㊁健脾脏㊁除湿㊁益肾等作用,而相关研究也表明佛手山药中含有的多糖具有降血脂㊁抗肿瘤㊁增强免疫力等功能[4]㊂新鲜的佛手山药中含有大量的多酚氧化酶,在其遇到氧气后会将其中的酚类物质氧化成为醌类物质,然后再与细胞内蛋白质中的氨基酸基团发生反应,产生黑色与褐色物质,导致褐变,影响佛手山药的外观与口感,从而很大程度上限制了佛手山药的加工与应用,因此,研究佛手山药的护色条件具有十分重要的意义㊂第6期胡 婷,等:鲜切佛手山药的护色条件优化C h i l a k a [5]提出了过氧化物酶(P O D )在山药褐变机理中起着重要作用,山药的护色研究主要在于如何抑制多酚氧化酶(P P O )与P O D 的活性,从而降低褐变度㊂大量研究表明,采用护色剂对山药进行处理,可以有效的防止山药在加工过程中发生褐变[6-12],提高山药的色泽和口感,但是关于佛手山药护色的研究未见报道㊂目前,市面上护色剂有很多种类,例如维生素C ㊁亚硫酸钠㊁氯化钙㊁柠檬酸㊁D -异抗坏血酸钠等㊂食品级的维生素C 价格偏高,不够经济实用,而柠檬酸㊁氯化钙以及D -异抗坏血酸钠常被作为护色剂[6-10],用途广泛,护色效果好,且价格低廉㊂胡月芳等人[6]采用两种护色剂即D -异抗坏血酸钠和柠檬酸制成的复合护色液对淮山药能够有明显的护色效果,娄文娟等人[7]则选用柠檬酸㊁无水氯化钙㊁亚硫酸钠三种护色剂浸泡淮山药,发现可减缓其褐变程度㊂但是,娄文娟等人选取的护色液中有亚硫酸钠,不是无硫的护色配方㊂因此本研究决定选用不同浓度的柠檬酸㊁氯化钙㊁D -异抗坏血酸钠溶液分别对鲜切佛手山药进行护色处理,再通过响应面法确定最佳护色条件,以期降低鲜切佛手山药的褐变程度,为佛手山药深加工产品的开发提供技术支撑与理论参考㊂1 材料与方法1.1 材料与试剂佛手山药:湖北省武穴市;柠檬酸:郑州苍宇食品化工有限公司;氯化钙㊁D -异抗坏血酸钠:河南万邦实业有限公司㊂1.2 主要仪器色差计:东莞市汇东仪器设备有限公司;电子天平(C P 413):奥豪斯仪器(常州)有限公司㊂1.3 实验方法1.3.1 样品的制备选取未发生霉变㊁质地较硬的新鲜佛手山药,清洗干净后去皮,切成3m m 左右的片状㊂将切好的山药片迅速放入已准备好的护色液中,以去离子水为对照,浸泡30m i n 后捞出,漂洗后沥干水分,放入塑料盘中,待其晾干后测定样品的褐变度㊂1.3.2 褐变度的测定采用色差计[13]测定鲜切佛手山药的褐变度㊂可以用总色差(әE )来评价褐变程度,这种色差的差别用әE 来判断㊂一般әE 越小,褐变度越小㊂先通过色差计测得鲜切佛手山药浸泡前后的a ㊁b 和L 值(其中a 表示红绿,+表示偏红,-表示偏绿,b 表示黄蓝,+表示偏黄,-表示偏蓝,L 表示黑白,+表示偏白,-表示偏暗),然后使用公式计算:әE =[(әa )2+(әb )2+(әL )2]1/2式中:әL =L 样品L 标准(明度差异)әa =a 样品a 标准(红/绿差异)әb =b 样品b 标准(黄/蓝差异)әE总色差1.4 单因素实验将鲜切片状佛手山药分为五份,每份5片(厚薄均匀,大小基本一致),使用色差计检测其a ㊁b ㊁L 值,然后立即分别投入到不同柠檬酸浓度(0.50%㊁1.00%㊁1.50%㊁2.00%㊁2.50%)㊁氯化钙浓度(0.25%㊁0.50%㊁0.75%㊁1.00%㊁1.25%)和D -异抗坏血酸钠浓度(0.25%㊁0.50%㊁0.75%㊁1.00%㊁1.25%)的护色液中,30m i n 后捞出,漂洗后沥干水分,将其置于塑料盘中晾干,检测其a ㊁b ㊁L 值㊂1.5 响应面实验结合单因素实验结果,以鲜切佛手山药总色差值(әE )为响应值(Y ),选取柠檬酸浓度(A )㊁氯化钙浓度(B )及D -异抗坏血酸钠浓度(C )为影响因素,运用D e s i g n E x p e r t 8.0.6软件进行三因素三水平响应面优化实验的设计,响应面因素水平见表1㊂表1 响应面试验设计因素水平T a b .1L e v e l o f d e s i g n f a c t o r s i n r e s p o n s e i n t e r v i e w 水平A/%B/%C /%-11.000.250.5001.500.500.7512.000.751.002 结果与分析2.1 单因素对鲜切佛手山药褐变度的影响2.1.1 柠檬酸浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响柠檬酸是一种褐变抑制剂,它的用途也比较广泛,护色效果比较好㊂A l i [14]等人也提出了柠檬酸能抑制褐变,降低P P O 的活性㊂柠檬酸浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响如图1所示,随着柠檬酸浓度的增加,鲜切佛手山药褐变度先显著下降后缓慢上升,当柠檬酸浓度为1.50%时,鲜切佛手山药褐变度达到最低㊂当柠檬酸浓度高于1.50%时,鲜切佛手山药褐变度逐渐增加,这是由㊃12㊃黄 冈 师 范 学 院 学 报 第40卷于此时p H 过低,导致柠檬酸与发生褐变过程的关键酶P P O 中金属离子的螯合作用达到了饱和状态,对鲜切佛手山药褐变的抑制能力逐渐趋于平缓[15-17],此外柠檬酸添加量过大会影响食用的品质,由此可得柠檬酸的最适浓度为1.5%㊂图1 柠檬酸浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响F i g.1E f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o no f c i t r i c a c i do n t h e b r o w n i n g d e gr e e o f f r e s h -c u tF o s h o u y a m 2.1.2 氯化钙浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响氯化钙的护色机理是钙与氨基酸发生沉淀作用而抑制羟氨反应,同时钙的存在使C a2+与细胞壁上的果胶酸作用形成果胶酸钙,增加组织的硬度,从而阻止液泡中组织液外渗到细胞质中与酶类接触,从而降低褐变程度[17],因此常被选择作为护色剂㊂氯化钙浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响如图2所示,随着氯化钙浓度的增加,鲜切佛手山药褐变度先降低后升高,当氯化钙浓度为0.50%时,鲜切佛手山药褐变度达到最低㊂当氯化钙浓度高于0.50%时,鲜切佛手山药褐变度逐渐增加,这是由于氯化钙保护细胞壁和细胞膜的完整性而只能起到减少部分P P O 溢出,因此其护色能力有限,而浓度过高的话会使护色能力缓慢下降[18],由此可得氯化钙的最适浓度为0.50%㊂图2 氯化钙浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响F i g.2E f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o no f c a l c i u mc h l o r i d e o nb r o w n i n g d e gr e e o f f r e s h -c u tF o s h o u y a m 2.1.3 D -异抗坏血酸钠浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响D -异抗坏血酸钠作为一种新型的抗氧化剂,可以有效抑制P P O 活性的上升[8,18],因此其也可以作为护色试剂㊂D -异抗坏血酸钠浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响如图3所示,随着D -异抗坏血酸钠浓度的增加,鲜切佛手山药褐变度先降低后升高㊂当D -异抗坏血酸钠浓度为0.75%时,鲜切佛手山药褐变度达到最低㊂当D -异抗坏血酸钠浓度高于0.75%时,鲜切佛手山药褐变度逐渐增加,这主要是由于D -异抗坏血酸钠的浓度达到0.75%后,D -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而导致对鲜切佛手山药的护色能力减弱[19],由此可得D -异抗坏血酸钠的最适浓度为0.75%㊂图3 D -异抗坏血酸钠浓度对鲜切佛手山药褐变度的影响F i g .3E f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o n o fD -s o d i u me r y t h o r b a t e o n t h eb r o w n i n g d e gr e e o f f r e s h -c u tF o s h o u y a m 2.2 响应面优化实验结果与分析2.2.1 响应面优化实验结果对表2中各单因素与鲜切佛手山药总色差值(Y )进行多项拟合回归分析,得到回归方程为:Y =1.78-0.00625A+0.17B-0.21C-0.035A B -0.11A C -0.13B C +0.25A 2+0.44B 2+0.31C2式中:A 为柠檬酸浓度,B 为氯化钙浓度,C为D -异抗坏血酸钠浓度㊂响应面回归模型方差分析结果(表3)显示:该模型P <0.01,说明回归模型达到显著水平;失拟项=0.2520>0.05,表现为不显著,即模型与试验值的差异较小,说明该模型是合适可用的;相关系数R 2=0.9355>0.9,说明该模型的拟合度较好,试验误差小;C V=4.71%,说明置信度较高㊂在回归方程中,P 值可用来检验影响因素的重要性,其值也能反映各影响因素之间的相互作用,P值越小,说明影响因素也越重要[13],所以B ㊁C ㊁㊃22㊃第6期胡 婷,等:鲜切佛手山药的护色条件优化A 2㊁B 2和C 2对Y 值影响极其显著(P <0.01),B C对Y 值影响显著(P<0.05),而A ㊁A B 和A C 对Y 值影响不显著㊂由方差结果分析可得,各响应因素对佛手山药褐变度影响的主次顺序依次为C >B >A ㊂表2 响应面试验设计及结果T a b .2E x p e r i m e n t a l d e s i g n a n d r e s u l t s f o r r e s p o n s e s u r f a c e a n a l y s i s 编号A/%B/%C/%总色差值11.000.501.002.2521.500.500.751.8231.000.500.502.4941.500.251.002.2451.500.750.503.0661.000.250.752.3071.500.751.002.4481.500.500.751.8091.500.500.751.83102.000.500.502.64111.500.250.502.34122.000.750.752.55132.000.250.752.42141.000.750.752.57152.000.501.001.95161.500.500.751.81171.500.500.751.62表3 响应面回归模型结果方差分析T a b .3A n a l y s i s o f v a r i a n c e o f r e s p o n s e s u r f a c e r e gr e s s i o nm o d e l 方差来源平方和自由度均方F 值P 值模型2.3090.2622.910.0002**A 0.000312510.00031250.0280.8718B0.2210.2219.530.0031**C0.3410.3430.520.0009**A B 0.004910.00490.440.5286A C0.05110.0514.540.0706B C0.06810.0686.060.0433*A 20.2610.2623.270.0019**B20.8010.8071.71<0.0001**C20.4010.4035.880.0005**残差0.07870.011失拟项0.04730.0162.030.2520纯误差0.03140.00773总回归2.3816 注: * 代表差异显著(P<0.05); **代表差异极显著(P <0.01)2.2.2 响应面交互作用分析各因子交互作用响应面分析表示,因素的边线越陡说明该因素对鲜切佛手山药护色效果的影响越大[20]㊂等高线图越接近椭圆,说明两因素交互作用对鲜切佛手山药护色效果的影响越大[21]㊂通过图4~6可对实验过程中三个因素的相互作用及对鲜切佛手山药护色效果的影响进行分析与评价,从而确定鲜切佛手山药的最佳护色条件㊂固定C 为0水平时,A 和B 及二者之间的交互作用对鲜切佛手山药护色效果的影响从图4可以看出:与A 方向比较,B 响应面曲线较陡,说明对鲜切佛手山药护色效果的影响大小为:B >A ㊂固定B 为0水平时,A 和C 及二者之间的交互作用对鲜切佛手山药护色效果的影响从图5可以看出:与A 方向比较,C 响应面曲线较陡,说明对鲜切佛手山药护色效果的影响大小为:C >A ㊂固定A 为0水平时,B 和C 及二者之间的交互作用对鲜切佛手山药护色效果的影响从图6可以看出:B 方向比较,C 响应面曲线较陡,说明对鲜切佛手山药护色效果的影响大小为:C >B ㊂该结果与方差分析结果一致㊂图4 柠檬酸与氯化钙浓度对鲜切佛手山药褐变度影响的响应面图F i g .4R e s p o n s e s u r f a c e d i a gr a mo f t h e e f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o no f c i t r i c a c i da n d c a l c i u mc h l o r i d e o n t h eb r o w n i n g d e gr e e o f f r e s h -c u tF o s h o u y a m 图5 柠檬酸和D -异抗坏血酸钠浓度对鲜切佛手山药褐变度影响的响应面图F i g .5R e s p o n s e s u r f a c e d i a g r a mo f t h e e f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o no f c i t r i c a c i da n dD -s o d i u me r yt h o r b a t e o n t h eb r o w n i n g d e gr e e o f f r e s h -c u tF o s h o u y a m ㊃32㊃黄 冈 师 范 学 院 学 报 第40卷图6 氯化钙与D -异抗坏血酸钠浓度对鲜切佛手山药褐变度影响的响应面图F i g .6R e s p o n s e s u r f a c e d i a g r a mo f t h e e f f e c t o f t h e c o n c e n t r a t i o n o f c a l c i u mc h l o r i d e a n dD -s o d i u me r yt h o r b a t e o n t h eb r o w n i n g d e gr e e o f f r e s h -c u tF o s h o u y a m 2.3 模型验证利用D e s i g nE x p e r t 软件进行分析,得到最佳护色条件为:柠檬酸浓度1.54%㊁氯化钙浓度0.47%㊁D -异抗坏血酸钠浓度0.83%,在此条件下鲜切佛手山药总色差预测值为1.73㊂考虑实验的可操作性,在实际的实验中调整工艺参数为:柠檬酸浓度为1.50%㊁氯化钙浓度为0.50%㊁D -异抗坏血酸钠浓度为0.80%,在此条件下进行3次平行实验,得到鲜切佛手山药总色差为1.74ʃ0.01,此结果与预测值1.73接近,说明此模型结果可靠,适用于鲜切佛手山药护色工艺的研究㊂本实验利用了常见的果蔬护色剂来对鲜切佛手山药的护色工艺进行研究,由实验结果可以看出柠檬酸㊁氯化钙和D -异抗坏血酸钠的复合使用有较明显的护色效果,并且确定了最佳护色条件为:柠檬酸1.50%㊁氯化钙0.50%㊁D -异抗坏血酸钠0.80%㊂该复合护色液不仅价格低廉,而且为无硫护色配方㊂佛手山药本身具有极高的加工价值和销售价值,但鲜切佛手山药的快速褐变十分影响其色泽与口感,护色这一步是佛手山药加工中不可忽略的重要过程,本实验结果对佛手山药的深加工具有重要的参考价值㊂参考文献:[1] 胡艳生.武穴市山药产业发展的S WO T 分析[J ].北方农业学报,2017,45(3):119-122.[2] 陶玉池,陈容见,项扶香.武穴佛手山药产业现状与发展对策[J ].基层农技推广,2016,4(9):78-79.[3] 廖晓玲.佛手山药活性成分研究及其营养方便米的研发[D ].武汉:武汉轻工大学,2009.[4] 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![一种山药多糖提取物及其制备方法和用途[发明专利]](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/682c427468eae009581b6bd97f1922791688be05.webp)
