响应面法优化柳蒿芽护绿剂的研究

张秀玲，刘茜茜，柳晓晨，王晓君，李凤凤，高宁

（1.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030；2.林下经济资源研发与利用协同创新中心，黑龙江哈尔滨150040）

响应面法优化柳蒿芽护绿剂的研究

张秀玲1，2，刘茜茜1，柳晓晨1，王晓君1，李凤凤1，高宁1

（1.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030；2.林下经济资源研发与利用协同创新中心，黑龙江哈尔滨150040）

以确定VC、柠檬酸、NaCl 3种护绿剂对柳蒿芽灭酶护绿过程中最佳浓度的单因素试验的结果为基础，利用DesignExpert8.0软件设计交互试验，建立回归模型，测定3种护绿剂是否存在交互作用及最佳的复配浓度。试验选取的VC、柠檬酸、NaCl均为无重金属的食品级试剂，实现了对柳蒿芽安全高效护绿的目的。试验结果表明：在微波灭酶功率为630W，灭酶时间为1min的条件下，3种护绿剂的最佳复配比为：VC浓度为2.13g/L、柠檬酸浓度为0.96 g/L、NaCl浓度为1.99g/L，此条件下柳蒿芽叶绿素含量为0.7027mg/g。

柳蒿芽；叶绿素；护绿；优化

柳蒿菜又称水蒿、白蒿等，是一种多年生的菊科生草本植物，嫩的茎叶可作为食用［1］。柳蒿芽主要分布在东北地区，尤其是在大兴安岭南北。柳篙芽具有独特的香味，是一种药食同源的山野菜，因此开发前景较好［2］。以往的研究成果显示柳篙芽具有丰富的营养价值：马微［3］等人的研究表明柳篙芽中所含的铅、砷、汞等有毒元素含量较低，人体必需的元素如钠、镁、钾、铁、钙等元素含量丰富，而且柳篙芽中钙元素的含量比其他野菜的高［3］；柳蒿芽还具有许多药理作用，如：清热利尿、清热利湿、降压、降脂及降糖等［4］。除此之外，乌兰［5］的研究结果表明柳蒿芽对胃肠不适、肝炎、感冒发烧等起到一定的治疗作用。由于野生柳蒿芽的量较少，并且采摘后极容易黄化、萎蔫，自然保鲜期较短等原因限制了其进一步的加工及利用，并且野生的柳蒿芽只有在每年的6月份～8月份生产，明显的季节性也限制了其进一步的开发。因此研究如何延缓柳蒿芽的护绿保鲜问题，延长其保鲜贮藏期，成为柳蒿芽进一步加工的首先要解决的问题，目前国内外关于这方面的研究相对较少。

本研究利用微波灭酶技术，创新性的选取VC、柠檬酸、NaCl 3种食品级护绿剂，利用Design Expert 8.0软件对柳蒿芽的护绿剂浓度进行优化，探究3种护绿剂之间是否存在交互作用及最佳的浓度复配比例，以实现柳蒿芽安全高效的护绿目的，希望对其今后柳蒿芽的贮藏保鲜提供一定的理论指导。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

1.1.1原料

柳蒿芽：采摘自东北农业大学园艺学院的山野菜培养棚。

1.1.2试验试剂

VC、柠檬酸、NaCl、95%乙醇：购自哈尔滨市德美试验仪器经销有限责任公司。

1.1.3主要仪器设备

721型紫外可见分光光度计：购自深圳市鼎鑫宜实验设备有限公司；YP20002电子天平：购自上海越平科学仪器有限公司；G70D20CN1P-D2（S0）格兰仕微波炉：购自格兰仕微波生活电器有限公司。

1.2方法

1.2.1试验流程

柳蒿芽→预处理→微波灭酶→迅速冷却→叶绿素测定

1.2.2预处理

将采摘后新鲜的柳蒿芽，去除黄化的部位，清洗去除表面的杂质，晾干备用。

1.2.3微波灭酶

查阅文献及在以往试验的基础上，选择利用微波技术对菜体灭酶，将柳蒿芽按照1∶100（g/mL）的比例放入护绿液中，微波功率为630 W，时间为1 min［6］。选择VC、柠檬酸、NaCl 3种护绿剂，VC试验浓度范围0.50 g/L～2.50 g/L，柠檬酸试验浓度范围为0.50 g/L～2.50 g/L，NaCl浓度范围1.00 g/L～3.00 g/L，进行单因素试验。之后利用Design Expert 8.0软件对试验进行交互设计。

1.2.4叶绿素测定

采用分光光度法测定处理后柳蒿芽的叶绿素含量。具体步骤为在分析天平上称样1 g柳蒿芽置研钵中，加入少量95%乙醇，加入少量石英砂、碳酸钙粉末，研磨至叶片组织变白即可，并静置3 min～5 min。过滤，用少量95%乙醇冲洗研钵2次～3次转入容量瓶，容至50 mL，摇匀。利用721分光光度计652 nm波长下测定吸光度，并根据公式计算叶绿素总含量值，重复3次取平均值。

式中：V为提取液总量（若进行稀释，应乘以稀释倍数），mL；m为柳蒿芽重量，g［7］。

1.2.5试验结果统计方法

在单因素试验结果的基础上，利用Design Expert 8.0软件进行试验设计、模型建立等［8］。

2　结果与分析

2.1单因素试验

试验选用VC的用量分别为0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 g/L 5个浓度梯度、柠檬酸的用量分别为0.50、1.00、1.50、2.00、2.50g/L 5个浓度梯度、NaCl的量分别为1.00、1.50、2.00、2.50、3.00g/L 5个浓度梯度。不同浓度的VC、柠檬酸、NaCl对柳蒿芽菜体叶绿素含量的影响见图1～图3。

图1　不同浓度的VC对柳蒿芽叶绿素的影响Fig.1　Effect of different concentration of VCon Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll

图2　不同浓度的柠檬酸对柳蒿芽叶绿素的影响Fig.2　Effect of different concentration of citric acid on Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll

图3　不同浓度的NaCl对柳蒿芽叶绿素的影响Fig.3　Effect of different concentration of NaCl on Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll

由图1可知，当VC浓度小于2.00 g/L时，柳蒿芽叶绿素含量随着VC浓度的增大而逐渐增加，当VC浓度大于2.00 g/L时，柳蒿芽叶绿素含量随着VC浓度的增大而逐渐下降，因此在单因素试验测定的VC在选取的浓度范围内，针对柳蒿芽护绿的较佳浓度为2.00 g/L；由图2可知，当柠檬酸浓度小于1.00 g/L时，柳蒿芽叶绿素含量随着柠檬酸浓度的增大而逐渐增加，当柠檬酸浓度大于1.00 g/L时，柳蒿芽叶绿素含量随着柠檬酸浓度的增大而逐渐下降，因此在单因素试验测定的柠檬酸在选取的浓度范围内，针对柳蒿芽护绿的较佳浓度为1.00 g/L；由图3可知，当NaCl浓度小于2.00 g/L时，柳蒿芽叶绿素含量随着NaCl浓度的增大而逐渐增加，当NaCl浓度大于2.00 g/L时，柳蒿芽叶绿素含量随着NaCl浓度的增大而逐渐下降，因此在单因素试验测定的NaCl在选取的浓度范围内，针对柳蒿芽护绿的较佳浓度为2.00 g/L。

2.2响应面对3种护绿剂复配护绿的优化

2.2.1响应面试验设计及结果分析

基于单因素试验的结果，选取VC、柠檬酸、NaCl的浓度为变量，柳蒿芽的叶绿素含量为响应值，利用Design Expert 8.0软件进行响应面分析设计和试验，进一步优化各因素的参数值。各因素水平的编码见表1。

表1　试验设计因素水平及编码Table 1　Experimental design factors and coding

选择中心复合模型，做三因素三水平总共17个试验的响应面分析试验［9］。采用Design Expert 8.0软件对试验数据进行回归分析，得出多元二次回归拟合方程为：柳蒿芽叶绿素含量=0.70+0.021A+0.000 625B+ 0.002C-0.023AB-0.004 75AC+0.006 250BC-0.028A2-0.036B2-0.018C2。表2与表3为二次回归模型的分析结果及方差分析数据。

利用Design Expert 8.0软件对试验结果进行分析，根据表2试验结果可知，A2，B2，C2对柳蒿芽叶绿素含量影响极显著，AB之间的交互作用对柳蒿芽叶绿素含量影响极显著，BC之间的交互作用对柳蒿芽叶绿素含量影响显著，AC之间的交互作用对柳蒿芽叶绿素含量影响不显著。

表2　回归分析结果Table 2　Results of regression analysis

表3　回归方程方差分析及相关系数Table 3　Regression analysis of variance and correlation coefficient

从表2和表3中可以看出，试验得出的二次回归模型极显著（P＜0.000 1）；回归方程的复相关系数为0.990 278，表明99.03%的柳蒿芽护绿可以由此模型解释［14］；校正相关系数为0.977 779，预测相关系数为0.896 749，二者数值接近并且与复相关系数数值十分接近，说明模型理想［13］；信噪比为28.949 18，远大于4，说明模型十分理想［10］。综上所述，该回归方程为柳蒿芽护绿提供了一个较为理想的模型，因此，可用上述模型代替真实试验点对柳蒿芽护绿进行分析和预测。

2.2.2响应面分析

对柳蒿芽交互护绿的结果显示，VC与柠檬酸之间交互作用极显著，柠檬酸与NaCl之间交互作用显著。采用Design Expert 8.0软件对回归模型进行规范分析，VC与柠檬酸、柠檬酸与NaCl交互作用对柳蒿芽叶绿素含量影响的等高线图和响应面图具体见图4～图5。

图4　VC与柠檬酸交互对柳蒿芽叶绿素含量影响的等高线图和响应面图Fig.4　Contour and response surface of interaction between VCand citric acid on Artemisia integrifolia L.’s chlorophyll content

图5　柠檬酸与NaCl交互对柳蒿芽叶绿素含量影响的等高线图和响应面图Fig.5　Contour and response surface of interaction between citric acid and NaCl on Artemisia integrifolia L.’s chlorophyll content

等高线的形状可以反映出因素之间交互效应的强弱，等高线呈图圆形表示两因素交互不显著，椭圆表示较为显著［11］。当微波灭酶功率、灭酶时间处于固定条件时，由模型的相关系数得出：VC与柠檬酸用对柳蒿芽叶绿素含量影响极显著，柠檬酸与NaCl的交互作用对柳蒿芽叶绿素含量影响显著，由图4～图5可以非常直观的得出响应曲面比较陡峭，等高线图均呈椭圆状，其中图4中的等高线图的椭圆状较图5更明显［12］。由图4～图5显示，叶绿素含量均随着护绿剂含量的增加先显著增加，而后显著下降，当交互的两种护绿剂浓度达到适宜的配比时，柳蒿芽中叶绿素含量最大，即为最佳的交互浓度比。根据建立的多元二次回归拟合方程得出：在柳蒿芽微博灭酶过程中，微波灭酶功率为630 W，灭酶时间为1 min时，3种护绿剂的最佳复配比为VC浓度为2.13 g/L、柠檬酸浓度为0.96 g/L、 NaCl浓度为1.99 g/L。

2.2.3验证试验

当微波灭酶功率为630 W，灭酶时间为1 min时，利用Design Expert 8.0软件得出的最优护绿复配剂的比例为VC浓度为2.13 g/L、柠檬酸浓度为0.96 g/L、Na－Cl浓度为1.99 g/L。按照护绿复配剂最优比进行试验来验证是否符合模型方程式预测的最佳响应值，试验测得叶绿素含量结果见表4。

表4　验证试验结果Table 4　Test results

3　结论

试验创新性的选取VC、柠檬酸、NaCl 3种食品级护绿剂在柳蒿芽微波灭酶过程中护绿，在单因素结果的基础上，利用Design Expert 8.0软件进行设计优化，得出了VC与柠檬酸两种护绿剂之间存在极显著的交互作用，柠檬酸与NaCl两种护绿剂之间存在显著的交互作用。并建立了显著的二次回归模型，回归方程为：柳蒿芽叶绿素含量=0.70+0.021A+0.000 625B+0.002C-0.023AB-0.004 75AC+0.006 250BC-0.028A2-0.036B2-0.018C2。表2与表3为二次回归模型的分析结果及方差分析数据。

方差分析表明，回归模型的极显著，因此该方程可以较好的反应柳蒿芽叶绿素含量随VC、柠檬酸、NaCl 3种护绿剂浓度变化的规律。试验利用Design Expert 8.0软件对柳蒿芽的护绿工艺参数进行优化，得出当：微波灭酶功率为630 W，灭酶时间为1 min时，VC浓度为2.13 g/L、柠檬酸浓度为0.96 g/L、NaCl浓度为1.99 g/L，柳蒿芽叶绿素的含量最高，预测值为0.702 7 mg/g，试验验证值与预测值相近，说明建立模型可信。

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Research on Response Surface Optimization of Artemisia integrifolia L.'s Keeping Green Agents

ZHANG Xiu-ling1，2，LIU Qian-qian1，LIU Xiao-chen1，WANG Xiao-jun1，LI Feng-feng1，GAO Ning1
（1.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China；2.Collaborative Innovation Center of Forest Resource Development and Utilization，Harbin 150040，Heilongjiang，China）

Based on the results of single-factor tests，the optimal concentration of three keeping green agents（VC，citric acid，NaCl）for preserving Artemisia integrifolia L.'s chlorophyll during enzyme inactivation process was determined with Design Expert 8.0 software designed regression model to determine the three keeping green agents complex interaction and the best concentration.VC，citric acid，NaCl，three kinds of keeping green color agents selected in test are food grade reagents that have no heavy metals and keep vegetable green color safely and efficiently.Test results showed that under the condition of microwave power was 630 W，time was 1min，optimum complex ratio of three keeping green agents was：the concentration of VCwas 2.13 g/L，the concentration of citric acid was 0.96 g/L，the concentration of NaCl was 1.99 g/L，Artemisia integrifolia L.chlorophyll content was 0.702 7 mg/g in this condition.

Artemisia integrifolia L.；chlorophyll；keeping green color；optimization

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.046

“十三五”国家重大科技专项课题，东北森林区主要林菜资源生态开发利用技术研发与示范（2016YFC0500307）；黑龙江省应用技术研究与开发计划重大项目，果菜采后商品化处理技术集成与示范（GA15B104-3）

张秀玲（1968—），女（汉），教授，博士，研究方向：农产品加工及贮藏工程。

2015-12-30