BBD响应面法优化食盐、明矾溶液对柿子脱涩工艺的研究

王　辉,王　丽,句荣辉,段丽丽

(北京农业职业学院,北京 102442)



BBD响应面法优化食盐、明矾溶液对柿子脱涩工艺的研究

王辉,王丽,句荣辉,段丽丽

(北京农业职业学院,北京 102442)

目的:采用食盐、明矾溶液浸泡柿果,优化柿子的脱涩工艺。方法:采用Box-Behnken设计方法,研究食盐与明矾质量比、脱涩温度、脱涩时间3个因素及其交互作用对柿子单宁含量、硬度的影响。结果：不同因素对可溶性单宁含量和硬度的影响程度顺序为:食盐、明矾质量比>脱涩温度>脱涩时间;优化得到最佳的脱涩条件为:食盐、明矾质量比3∶1,脱涩温度33.7 ℃,脱涩时间为24 h;在此条件下,可溶性单宁含量降到0.1430%,硬度为0.3719 MPa。结论:本研究优化了柿子脱涩工艺,提高了脱涩效率,准确可靠,适用于柿子的脱涩处理。

响应面法,食盐,明矾溶液,柿子,脱涩

中医报道柿子能润心肺、开胃和清肠胃[1]。据统计我国有800多种柿子品种,产量较高,仅次于苹果、梨、柑橘等水果,在全国各类果品产量中排第四[2-3]。当前,北京地区主要种植磨盘柿,属于涩柿。其果实个体大、品质优、产量高,深受人们喜爱[4]。涩柿中含有较多的单宁,给人较强烈的口腔收敛感,涩味突出,一般的脱涩方法处理后容易使柿果褐变、软化、耐贮运性变差,有损柿果的商品和营养价值,如果使用冷藏设备,成本较高,利润偏低,使得大部分柿果无法外销,这种产销矛盾严重阻碍了柿子产业的顺利发展[5-6]。柿果一般采用温水浸泡、冷冻处理、烟熏、酒精喷洒、乙烯利处理等方法脱涩[7-8],这些方法大多所需脱涩时间较长,有些方法脱涩后对柿果的感官特性和风味特征有一定的影响,易出现复涩、软化严重,不耐贮藏等劣势[9-10]。因此,采用何种办法能够使得柿子脱涩后仍能保持一定程度的硬度,找寻适合不同品种柿子的脱涩及贮藏方法是现阶段柿业发展亟待解决的问题。

柿果脱涩处理后的关键技术在于果实保持一定硬度和增强感官品质,其机理就是把可溶性单宁变为不溶性的,根据研究表明各种碱族金属离子能与柿子中的单宁发生化学反应,降低柿子中可溶性单宁的溶解度[11-12]。食盐、明矾溶液中的Na+、Al3+等均可通过渗透作用进入柿果实单宁细胞中,发生沉淀反应,经过滤除去沉淀而脱涩[13]。本实验采用食盐、明矾溶液浸泡柿果,选取不同脱涩条件进行响应面分析,以期得到能估测脱涩实际效果的数学回归方程,确定最佳脱涩条件,为柿子后期的贮运与加工创造有利条件,以解决实际生产中的问题。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

磨盘柿北京市房山区青龙湖镇,采收八成熟果实,在5 ℃下预冷 24 h后,挑选一致性较强、无病虫害、机械伤果实。

食盐市售。

没食子酸分析纯,南京景竹生物科技有限公司;无水碳酸钠、磷酸、钨酸钠、磷钼酸、硫酸锂、浓盐酸、溴水、十二水合硫酸铝钾(明矾)分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

可见分光光度计T6新世纪,北京普析通用仪器有限责任公司;果实硬度计GY-2型,丹江市机械研究所;恒温水浴锅HH-S型,江苏省金坛市正基仪器有限公司;打浆机80型,顺德市海电实业有限公司;电子天平BS224S型,北京赛多利斯仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1单因素条件筛选实验

1.2.1.1不同温度脱涩新采摘柿子单宁含量为0.8862%,硬度为0.583 MPa。将柿子分别放在20、26、33、40、47 ℃的温水中浸没,每12 h测定柿子可溶性单宁含量,硬度。

1.2.1.2不同质量比的食盐、明矾溶液脱涩将柿子分别放在食盐、明矾质量比为1∶3,1∶2,1∶1,2∶1,3∶1的溶液中浸没,每12 h测定柿子可溶性单宁含量,硬度。

1.2.2实验处理方法采用Design Expert 8.0.6软件中的 Box-Behnken Design模型设计响应面实验,选择浓度为3%的食盐、明矾溶液中食盐、明矾质量比(A)、脱涩温度(B)、脱涩时间(C)3个因素作为自变量,每个因素设置3个水平,单宁含量(Y)和硬度(Z)为响应值[14]。各因素编码及水平见表1。

表1　响应面方法因素水平表Table 1　Factor and levels of the response surface method

1.2.3测定方法硬度测定-果品硬度计测定[15]。可溶性单宁测定-紫外分光光度法[16]。

2　结果与分析

2.1单因素条件筛选实验结果

2.1.1不同脱涩温度对柿子可溶性单宁含量的影响用不同温度的热水对柿子进行脱涩处理,20 ℃温水处理柿子单宁含量降低较慢。脱涩经过96 h后,仍然还有0.2354%的可溶性单宁含量。26 ℃温度下处理的柿子可溶性单宁含量下降较快一些。柿子在33、40、46 ℃水中处理后经过24 h后单宁含量有较大的下降,可达到较好的脱涩效果,其中46 ℃处理后的柿子可溶性单宁含量降低速度较快,经过72 h后含量已经非常少,与其他温度处理后的柿子差异较显著,但是软化和果皮胀裂情况较严重,严重影响品质;33、40 ℃处理下的柿子可溶性单宁含量变化差异不显著。

图1　不同脱涩温度对柿子可溶性单宁含量的影响Fig.1　Effects of temperature on soluble tannic content of the persimmon

2.1.2不同脱涩温度对柿子硬度的影响由图2可知,柿子在不同温度处理下,硬度会随着温度上升总体有下降的趋势,柿子在温度较高的46 ℃条件下,硬度变化较快,在72 h后基本全部变软。在20 ℃温度处理下,虽然硬度保持较稳定,但是脱涩效果不好,故也不可取;而在26、33、40 ℃处理下,在24～60 h的处理时间内,硬度相对保持稳定,可以在这一温度范围继续筛选适宜脱涩温度。

图2　不同脱涩温度对柿子硬度的影响Fig.2　Effects of temperature on hardness of the persimmon

2.1.3不同食盐、明矾质量比对柿子可溶性单宁的影响由图3可看出,柿子经过食盐、明矾质量比为1∶3的溶液处理后,可溶性单宁含量下降较快,但考虑明矾使用量的问题,不适宜用此浓度,另外质量比为1∶2的溶液处理96 h后,可溶性单宁含量最后残留量较其他比较高。其他3种不同浓度的溶液处理后,单宁含量最少的是3∶1质量比的溶液,但与其他2种差别也不显著,可以进一步作优化实验。

图3　不同食盐、明矾质量比对柿子可溶性单宁含量的影响Fig.3　Effects of salt,alum mass ratio on soluble tannic content of the persimmon

2.1.4不同食盐、明矾质量比对柿子硬度的影响由图4可看出,经过处理后96 h的柿子,硬度保持最高的2个质量比是2∶1和3∶1,可以在进一步的实验中优化和筛选。

图4　不同食盐、明矾质量比对柿子硬度的影响Fig.4　Effects of salt,alum mass ratio on hardness of the persimmon

2.2响应面设计方案及结果

Box-Behnken实验设计结果见表2。

表3　方差分析表Table 3　Variance analysis table

注:**表示极显著水平(p<0.01);*表示显著水平(0.01

使用软件Design-Expert 8.0.6对表2的数据进行分析处理,可依次得到两个二次回归方程:

Y=0.22-0.092A-0.079B-0.022C-0.024AB+0.017AC+0.13BC+0.19A2+0.23B2-0.16C2

Z=0.17+0.066A-0.015B-1.662×10-3C-0.075AB-0.049AC-0.030BC+0.077A2-4.013×10-3B2+0.018C2

通过对数据进行方差分析,检查三个因素的偏回归系数,结果见表3、表4。

表2　响应面分析方案及实验结果Table 2　Design and results of the response surface method

由表3和表4的方差分析可知,柿子可溶性单宁(Y)模型中,p=0.001,表明模型拟合较好,失拟项p>0.05,表明实验误差较小,未控制因素对实验结果干扰很小。R2=0.9792,说明该方程与实际情况拟合良好,离散系数为20.9%,表明实验具有较高的稳定性和操作可靠度。在模型中,单一因素中A、B对响应值Y的影响显著,影响程度的大小顺序为食盐、明矾质量比(A)>脱涩温度(B)>脱涩时间(C);模型的二次项、BC交互项对响应值Y的曲面效应均为极显著,AB、AC不显著。

表4　模型分析表Table 4　Analysis of the model

柿子硬度(Z)模型中,其中R2=0.9534,说明95.34% 的实验数据可以体现此模型的准确性;离散系数为19%,表明了实验具有较高的稳定性和操作可靠度。由p可知食盐、明矾质量比(p=0.0023)对硬度的影响极显著,其他因素一次项对硬度影响结果不显著;食盐、明矾质量比和脱涩温度的交互作用(p=0.0076)影响极显著,脱涩时间和食盐、明矾质量比的交互作用(p=0.0466)影响显著,其他各因素之间的交叉相互作用影响不显著。模型显著性较高(p<0.01),失拟项0.1227影响不显著(p>0.05),表明该模型具有较强的稳定性。

2.3不同因素对柿子可溶性单宁含量的响应面分析

根据回归方程,利用Design Expert 8.0.6软件作不同因素的响应面分析图,并结合方差分析表,食盐、明矾质量比,脱涩温度,脱涩时间3个因素及其交互作用对可溶性单宁含量的影响结果可通过图5～图7直接反映出来。由图5～图7可知,脱涩温度和脱涩时间之间的交互作用对单宁含量影响显著,其余因素间的交互作用对可溶性单宁含量的影响均不显著。

图5　食盐、明矾质量比和脱涩温度对柿子单宁含量的影响Fig.5　Effects of salt,alum mass ratio and temperature to soluble tannic content of the persimmon

图6　食盐、明矾质量比和脱涩时间对柿子单宁含量的影响Fig.6　Effects of salt,alum mass ratio and time to soluble tannic content of the persimmon

图7　脱涩温度和脱涩时间对柿子单宁含量的影响Fig.7　Effects of temperature and time to soluble tannic content of the persimmon

2.4各因素对柿子硬度的响应面分析

根据回归方程,利用Design Expert 8.0.6软件作不同因素的响应面分析图,并结合方差分析表,食盐、明矾质量比,脱涩温度,脱涩时间3个因素及其交互作用对硬度的影响结果可通过图8～图10直接反映出来,实验寻求柿子处理后保持较高硬度的数据结果。由图8～图10可知,食盐、明矾质量比和脱涩温度以及食盐、明矾质量比和脱涩时间对柿子硬度的交互相互作用影响显著,其余因素间的交互作用对硬度的影响不显著。

图8　食盐、明矾质量比和脱涩温度对柿子硬度的影响Fig.8　Effects of salt,alum mass ratio and temperature to hardness of the persimmon

2.5感官分析结果

根据磨盘柿子质量特征进行分析和描述性检验,结果如表5,脱涩前的柿子表面部分泛黄,选择了表面无病虫害、机械伤的果实,表面无光泽,颜色较暗淡,无果实香气,质地脆硬,口感酸涩,有较强收敛感;脱涩后的柿果果皮橙黄至橙红色,鲜亮有光泽,细腻无绉缩,果肉淡黄色,有一点果实香气,口感清脆爽甜。经过脱涩处理后的柿子不仅达到了感官上令人愉悦的可食用目的,而且能保持一等的硬度,可以在一定程度上减缓柿子的软烂腐败。

表5　柿子脱涩前后感官分析结果表Table 5　Sensory analysis results table of persimmon deastringency before and after

图9　食盐、明矾质量比和脱涩时间对柿子硬度的影响Fig.9　Effects of salt,alum mass ratio and time to hardness of the persimmon

图10　脱涩温度和脱涩时间对柿子硬度的影响Fig.10　Effects of temperature and time to hardness of the persimmon

2.6最佳工艺条件的确定及验证实验

本实验通过对不同脱涩因素进行BBD响应面分析,最终得到最佳脱涩条件,即食盐、明矾质量比为3∶1,脱涩温度为33.7 ℃,脱涩时间为24 h。按照实验所得方程模型可知,可溶性单宁含量下降到0.1432%,硬度为0.3725 MPa。另外,本次实验根据最佳脱涩条件方程数据进行了三次重复验证,测得可溶性单宁含量平均值为0.1430%,硬度为0.3719 MPa，相对误差均小于1%,优化前柿子单宁含量为0.8862%,硬度为0.583 MPa。证明通过本方法得到的最佳脱涩条件实用可靠。

3　结论

食盐、明矾溶液的脱涩处理用时较短,可以有效脱涩,而且在脱涩过程中食盐、明矾溶液具有一定保持硬度作用,实验处理过程中操作简单,有利于大批量柿果脱涩处理。本实验采用Box-Behnken响应面分析法探讨了食盐与明矾质量比、脱涩温度、脱涩时间3个因素对柿子脱涩效果的影响,并获得了二次多元回归方程,由方程可知对单宁含量的影响次序为:食盐、明矾质量比(A)>脱涩温度(B)>脱涩时间(C),对于硬度(Z)的影响次序为:食盐、明矾质量比(A)>脱涩温度(B)>脱涩时间(C)。优化了脱涩条件参数:食盐、明矾质量比为3∶1,脱涩温度为33.7 ℃,脱涩时间为24 h,在此条件下,可溶性单宁含量能降到0.1430%,硬度为0.3719 MPa。优化脱涩后外观呈金黄色,表面鲜亮有光泽,黄色汤汁,滋味香甜,无涩味、无收敛感口感软滑,流动性强。而后进行3次重复验证实验,相对误差均小于1%,证明了本法可行。在实际生产的柿子脱涩处理中,可以利用方程,计算出不同脱涩因素的脱涩情况,从而对实际生产具有一定的指导作用。

[1]王同阳.柿子醋固态发酵工艺[J].中国调味品,2005,318(8):36-38.

[2]胡青素,龚榜初,谭晓风,等.柿子的应用价值及发展前景[J].湖南农业科学,2010(1):103-106.

[3]周筱玲,廖亮,邓辉胜,等.柿果综合保鲜技术研究[J].北方园艺,2009(5):225-227.

[4]杨绍艳,王文生,董成虎.冷藏处理对磨盘柿保鲜效果的影响[J].保鲜与加工,2007,7(5):22-24.

[5]张海生,陈锦屏. 柿饼加工中脱涩和反涩机理的研究[J].食品工业科技,2003(12):39-40.

[6]李宝,尚丽,薛晓莉. 柿果实脱涩机理及脱涩技术研究进展[J]. 中国农业科学,2010,43(14):2973-2981.

[7]锁喜鹏,胡晓光,李琴义.柿果脱涩技术简介[J].现代园艺,2011,(2):58.

[8]王桂生.柿果的脱涩技术[J].农村经济与科技,2008,19(6):96.

[9]马君岭,王春明,王立第.柿子脱涩技术[J].果农之友,2009(11):35.

[10]De Souza E L,De Souza A L K,Tiecher A,et al.Changes in enzymatic activity,accumulation of proteins and softening of persimmon(Diospyros Kaki Thunb)flesh as a function of precooling acclimatization[J].Scientia Horticulturae,2011,127(3):242-248.

[11]陈道明,吴洁芳,王真,等.柿果脱涩机理及脱涩方法研究进展[J].广东农业科学,2010(3):157-160.

[12]董文宾,周悦,修秀红.柿子脱涩新工艺及其影响因素研究[J].陕西科技大学学报：自然科学版，2014,32(2):109-112.

[13]石碧,张敦信.植物鞣质与胶原的反应机理研究[J].中国皮革,1993,22(8):26-31.

[14]林菲.柿子保鲜及脱涩技术研究[D].福州:福建农林大学,2013.

[15]曾庆孝.食品加工与保藏原理(第三版)[M].化学工业出版社,2015,1:156-160.

[16]NY-T 1600-2008,水果、蔬菜及其制品中单宁含量的测定,分光光度法[S].

Optimization of salt,alum solution on persimmon deastringency process by BBD response surface methodology

WANG Hui,WANG Li,JU Rong-hui,DUAN Li-li

(Beijing Vocational College of Agriculture,Beijing 102442,China)

Objective:The persimmon deastringency process was optimized by using salt,alum solution soaking persimmon fruit.Methods:The effects of the mass ratio of salt and alum,astringent temperature,astringent time on the soluble tannin content and hardness of the persimmon were investigated by Box-behnken using design methods.Results:The order of the influence of the three factors on the soluble tannin content and hardness was alum mass ratio>astringent temperature>astringent time,and the optimized conditions was salt,alum mass ratio of 3∶1,astringent temperature was 33.7 ℃,astringent time of 24 h.According to model predictions,soluble tannin content was reduced to 0.1430%,the hardness was 0.3719 MPa.Conclusion:The study showed that the persimmon deastringency process was optimized,deastringency efficiency was improved,which was accurate and reliable,suitable for processing astringent persimmon.

response surface methodology;salt;alum solution;persimmon;deastringency

2015-09-02

王辉(1982-),男,硕士研究生,讲师,研究方向:食品加工与营养检测,E-mail:yihui5553@sina.com。

学院技术研发与示范推广基金项目(XY-YF-14-26)。

TS255.36

B

1002-0306(2016)09-0262-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.09.042