响应面法优化花椒芽菜的乳酸钙保脆工艺

穆璇，张珍，牛黎莉，张盛贵，邓星火，张世福，

杜雨1，贾志春1，郭敏超1

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州　730070；2.甘肃盛源菊香农业发展有限公司，甘肃 天水　741600)



响应面法优化花椒芽菜的乳酸钙保脆工艺

穆璇1，张珍1，牛黎莉1，张盛贵1，邓星火2，张世福2，

杜雨1，贾志春1，郭敏超1

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州730070；2.甘肃盛源菊香农业发展有限公司，甘肃 天水741600)

摘要：为了探索花椒芽菜保脆的最佳工艺，在单因素试验基础上，选取乳酸钙浓度、浸泡时间、液料比、浸泡温度为影响因子，以剪切力为响应值，根据Box-Behnken试验设计原理采用4因素3水平的响应面分析法对花椒芽菜的保脆工艺进行优化.结果表明：花椒芽菜保脆的最佳工艺条件为乳酸钙浓度0.2%、浸泡时间32 min、液料比10∶1、浸泡温度22 ℃，在此条件下，测得的剪切力达到28.51 N.

关键词：花椒芽菜；响应面法；保脆

Optimization of brittleness-keeping using calcium

lactate for pepper sprouts by response

花椒芽菜是指花椒树发芽期幼嫩的芽叶，油亮鲜绿，麻香味美，是芽苗菜中的珍品，旧曾被列为宫廷贡品，供宫廷贵族享用被称为“一品椒蕊”[1].花椒芽菜叶富含蛋白质、纤维素、脂肪、胡萝卜素、维生素及多种氨基酸，是珍贵的木本蔬菜.花椒芽菜中也含有丰富的膳食纤维，这对促进胃肠蠕动，减少某些慢性疾病(如心血管疾病和结肠癌)具有一定益处[2].我国花椒资源丰富，但鲜椒芽采收期短，量大集中.由于花椒芽菜的生长季节性较强，萌芽不久后采摘，采后菜体组织呼吸作用旺盛，不久便失水老化、变质，失去固有的脆度.因此，进行花椒芽菜保脆工艺研究，加工具有一定保脆度的花椒芽菜具有重要现实意义.

由于加工过程中的脆度研究存在产品保脆时间受季节营销、纯化学物质处理浸泡或是需要复杂物理机械等问题[3-5].目前对于蔬菜变软的原因主要归结为蔬菜本身果胶的降解[6-9]，因蔬菜在腌制过程中，水溶性果胶的含量增加，导致蔬菜变软.但同时水溶性果胶在果胶酶或酸、碱的作用下，会进一步分解成果胶酸[10].而大量文献显示，果胶酸与钙、镁离子等结合形成不溶性的果胶酸盐可使果蔬制品变脆嫩[11].乳酸钙作为一种安全无毒的食品添加剂，不仅无异味，而且具有保持水分调节酸度抗氧化等作用[12].目前对于保脆工艺的研究多集中于腌渍蔬菜上[13-15]，尚未见到有关花椒芽菜的保脆研究.本研究以乳酸钙为保脆剂，以花椒芽菜脆度(剪切力)为指标，在单因素试验的基础上，通过响应面分析得到其优化组合，为进一步开发利用花椒芽菜资源提供科学依据.

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1试验材料花椒芽菜，甘肃盛源菊香农业发展有限公司；乳酸钙，分析纯.

1.1.2仪器与设备HH-222V型数显恒温水浴锅，C-LM3B型数显式嫩度仪，FA2004B型电子天平.

1.2试验方法

1.2.1脆度的测定方法根据于泓鹏[16]的方法.选取同批采摘的，大小厚度相似的10片花椒芽菜芽叶上下重叠放置为一组，用C-LM3B型数显式嫩度仪测定每组叶子中间部位的剪切力，重复10次，求平均值，以降低不同叶片个体差异对试验结果可能造成的影响.

1.2.2单因素试验单因素试验在参考前人文献和预试验的基础上确定基本参数，通过每次改编1个因素水平来进行，确定1个最佳条件后，固定不变，再进行下1个试验[17].分别考察表1各因素对花椒芽菜保脆效果的影响.

表1　花椒芽菜保脆单因素试验

1.2.3响应面分析法试验设计根据单因素试验的结果，确定乳酸钙浓度、浸泡时间、液料比、保脆液温度4个因素的合适水平，根据Box-Behnken中心组合设计原理，设计4因素3水平试验方案，并使用Design Expert软件对试验数据进行回归分析，确定最佳工艺条件.

2结果与分析

2.1单因素试验结果

2.1.1乳酸钙浓度对保脆效果的影响由图1可知，随着乳酸钙浓度的增加，花椒芽菜的脆度也明显增大.这是因为适当的钙离子能与花椒芽菜中的蛋白质和氨基酸形成桥键，保持细胞完整.但是当乳酸钙浓度达到0.25%时，经乳酸钙浸泡处理的花椒芽菜出现涩味，并且随着乳酸钙浓度的增大，这种涩味也随之增大.因为浓度在0.15%时与0.05%时在5%置信水平上有显著差异，因此确定0.15%为最佳试验条件.

图1　乳酸钙浓度对剪切力的影响

2.1.2浸泡时间对保脆效果的影响由图2可知，随着浸泡时间的延长，花椒芽菜的脆度逐渐增加，到30 min时达到最大值，且与浸泡40 min在5%置信水平上无显著差异.这是因为浸泡时间越长，乳酸钙与花椒芽菜体细胞作用越充分，保脆效果越好.而超过30 min之后延长浸泡时间脆度增强不明显，这可能是因为乳酸钙已与花椒芽菜体细胞充分作用，再延长时间保脆效果不能明显提升.因此确定浸泡30 min为最佳试验条件.

图2　浸泡时间对剪切力的影响

2.1.3液料比对保脆效果的影响由图3可知，随着溶剂乳酸钙用量的增加，花椒芽菜与溶剂接触面的浓度增大，溶剂中溶质的浓度差和溶剂能够溶解的物质的量不断增大，使得脆度逐渐增大.当液料比料液比10∶1时，剪切力几乎达到最大值，且与8∶1、12∶1在5%置信水平上有显著差异.再增加液料比，脆度的增加并不显著，而且并不经济.因此确定10∶1的液料比为最佳试验条件.

图3　液料比对剪切力的影响

2.1.4温度对保脆效果的影响由图4可知，在15～25 ℃范围内，花椒芽菜的剪切力随着温度的增加而增大，这是因为适当提高温度可以加快离子活化速度，加速乳酸钙与花椒芽菜体细胞的作用，提高保脆效果.在25 ℃时保脆效果达到最佳，且与15、35 ℃的结试验果在5%置信水平上有显著差异.但温度超过25 ℃以上时，可能由于花椒芽菜体细胞结构改变，保脆效果降低.因此确定浸泡温度为25 ℃比为最佳试验条件.

图4　浸泡液温度对剪切力的影响

2.2响应面分析法优化工艺

2.2.1响应面分析因素水平的设计根据Box-Behnken中心组合设计原理，综合单因素试验结果，选取乳酸钙浓度、浸泡时间、液料比、浸泡液温度4个因素，采用4因素3水平的响应面分析方法优化花椒芽菜保脆的工艺参数，试验因素和水平见表2.

表2　响应面试验的因素和水平编码值

2.2.2响应面试验设计及结果响应面分析试验设计及结果见表2，采用Design Expert 8.0软件对响应值和各因素进行多元回归拟合，求出影响因素的一次效应、二次效应及其交互效应的响应面二次多远回归模型方程.该模型方程为：

表3　响应面分析试验设计及结果

Y=27.09+1.07A+0.55B+0.30C-0.93D+0.37AB-1.06AC-0.79AD-0.12BC-0.057BD-0.68CD-0.36A2-3.12B2-1.32C2-1.26D2

由回归模型的系数显著性检验可知，模型的一次项A、B、D及二次项B2、C2、D2对花椒芽菜剪切力的线性效应影响极显著.交互项AC、AD极显著(P<0.01)，表明乳酸钙浓度与液料比之间、保脆剂浓度与保脆液温度存在极显著的交互作用.交互项CD 显著(P<0.05)，表明液料比与保脆液温度之间存在显著的交互作用.由此表明该回归模型能够较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以用其确定最佳工艺条件.

2.2.4响应面曲面分析各2因素交互作用对剪切力影响的响应面见图5.在其中2个条件固定的情况下考察其他2个条件的交互作用.由图5可知，2因素交互作用大小为AC>AD>CD.根据响应面二次多远回归模型进行参数最有分析，花椒芽菜保脆的最佳工艺条件为乳酸钙浓度0.2%、浸泡时间31.54 min、液料比9.74∶1、浸泡温度21.75 ℃，在此条件下花椒芽菜剪切力预测值为28.48 N.

表4　回归模型的方差分析

图5　各因素间交互作用的响应面

2.2.5验证试验结果为检验试验结果与真实情况是否一致，采用上述最佳工艺条件进行验证试验，考虑到实际操作的便利性，将最佳工艺条件修正为乳酸钙浓度0.2%、浸泡时间32 min、液料比10∶1、浸泡温度22 ℃，实际测得剪切力的平均大小为28.51 N，与预测值基本一致，验证此试验模型可行，因此所得的花椒芽菜保脆条件准确可靠，具有实际应用价值.

3结论

1)试验结果显示，乳酸钙浓度、浸泡时间、浸泡温度和乳酸钙浓度与液料比、保脆剂浓度与保脆液温度、液料比与浸泡温度的交互作用对花椒芽菜的保脆效果有显著影响.

2)通过响应面分析法得出的最优工艺条件为乳酸钙浓度0.2%、浸泡时间32 min、液料比10∶1、浸泡温度22 ℃.

3)乳酸钙是一种效果较好的保脆剂，经验证试验验证其保脆效果稳定，具有一定应用价值.

参考文献

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(责任编辑李辛)

surface methodology

MU Xuan1,ZHANG Zhen1,NIU Li-li1,ZHANG Sheng-gui1,DENG Xing-huo2,ZHANG Shi-fu2,

DU Yu1,JIA Zhi-chun1,GUO Min-chao1

(1.College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;

2.Gansu Shengyuanjuxiang Agricultural Development Co.Ltd,Tianshui 741600,China)

Abstract：Response surface methodology was used for optimizing brittleness-keeping processing techniques with calcium lactate for pepper sprouts.Based on One-Factor-at-a-Time (OFAT)experiments,four independent variables,the concentration of Calcium lactate additive,soakage time,liquid-to-material ratio and liquid temperature,were selected as the casual factors during brittleness-keeping.The experinents were arranged according to Box-Behnken central composite design.Response surface analysis was applied to determine the shearing force with the four conditions which were composite design.The results showed that the optimum conditions were as calcium lactate at 0.2%,soakage for 32 min,liquid-to-material ratio 10∶1 L/g,and liquid temperature at 22 ℃.Under these conditions,the shearing force of the pepper sprouts was up to 28.51N.

Key words：pepper sprouts；response surface methodology；brittleness-keeping

收稿日期：2014-03-25；修回日期：2014-04-20

通信作者：张珍，女，副教授，主要从事农畜产品加工方面的教学与研究工作.E-mail:zhangzhen@gsau.edu.cn

中图分类号：TS 255.5

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)01-0154-06

第一作者：穆璇(1987-)，女，硕士研究生，研究方向为食品工程.E-mail:mjjhdf@163.com