正交试验法优化软包装莲藕片护色工艺

杨 松，伍玉菡，陈 敏，宋亚琼

(安徽省农业科学院农产品加工研究所，安徽合肥 230031)

莲藕是一种多年生宿根水生草本植物，又被称为英渠、水芙蓉、荷、藕、泽芝等。莲藕多为人工栽培，主要种植区域为长江中下游地区，其中以湖北和江苏种植面积较大，鄂莲系列的莲藕品种也是优良莲藕品种之一[1-2]。莲藕是深受人们喜爱的一种蔬菜，其口感爽脆、营养成分丰富，富含淀粉、蛋白质和多种矿物质元素[3]。莲藕因水分含量高，多酚氧化酶活性高，导致其贮藏与加工困难，困扰莲藕贮藏与深加工的最主要问题就是褐变[4]。

果蔬褐变主要分为酶促褐变和非酶促褐变两大类。有研究表明，莲藕的褐变主要是由酶促褐变引起的，其细胞组织内的酚类物质在多酚氧化酶的作用下被氧化为醌类化合物，而醌类物质进一步聚合形成黑色素[5]。在果蔬护色方面，国内外学者开展了大量的研究工作。吴立根等[6]研究了浓缩苹果原汁的护色工艺。结果表明，抗坏血酸和柠檬酸的混合溶液对浓缩苹果原汁具有很好的护色效果。吴本刚等[7]研究了催化式杀青法对莴苣中过氧化物酶(POD)、VC及色泽等指标的影响。结果表明，催化式红外杀青法能有效降低POD酶活力，较好地保持产品色泽。然而，随着食品工业的发展，护色剂种类的增加和国家关于食品添加剂政策法规的变化，前期的研究结论并不能完全满足现在加工企业的需求和国家相关标准的规定。

笔者选择4种符合现阶段食品添加剂标准要求的护色剂，采用正交试验法优化其护色配方，旨在为抑制莲藕贮藏和加工过程中褐变提供参考。

1 材料与方法

1.1材料

1.1.1原料与主要试剂。鄂莲6号莲藕，由安徽省舒城县舒丰现代农业科技开发有限责任公司提供。柠檬酸亚锡二钠(食品级)，博野县邦恩食品辅料有限公司；焦亚硫酸钠(食品级)，上海康达食品工程有限公司；植酸(食品级)，河南万邦实业有限公司；EDTA二钠(食品级)，汕头市金沙化工厂有限公司。

1.1.2主要仪器与设备。CR-400型色差仪，美国柯尼卡美能达公司；DZ-500/2S型真空包装机，上海阿凡佬包装机械厂；JA1003B型电子天平，上海越平科学仪器有限公司；C21-RT2140型电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司。

1.2方法

1.2.1软包装莲藕片工艺流程。新鲜莲藕→去皮、切片(1 cm左右厚度)→漂洗→0.5%NaCl溶液浸泡30 min→加入护色液装袋→包装→贮藏。

1.2.2莲藕片褐变度测定。采用手持式色差仪测定莲藕片表面色值，获得藕片的L、a、b值，通过L、a、b值计算藕片的总色差(ΔE)。以ΔE值表示莲藕片的褐变度。ΔE值越大，证明莲藕片褐变越严重[8-10]。每个莲藕片随机选择3个点测定，取平均值。

式中，ΔE为藕片的总色差；ΔL为测试样与标准样L值之差；Δa为测试样与标准样a值之差；Δb为测试样与标准样b值之差。

1.2.3单因素试验。按照软包装藕片生产工艺流程，选择柠檬酸亚锡二钠、EDTA二钠、焦亚硫酸钠、植酸为护色液对藕片进行护色处理，每隔5 d测定1次各处理组藕片的褐变度。具体护色液浓度见表1。

表1 各种护色液浓度

1.2.4正交试验优化护色液配方。在单因素试验的基础上，以柠檬酸亚锡二钠、EDTA二钠、焦亚硫酸钠、植酸为自变量，以贮藏20 d后的藕片褐变度为试验评价指标，设计4因素3水平的正交试验，试验因素水平设计见表2。

表2 试验因素水平设计

1.3数据处理采用SPSS19.0对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1柠檬酸亚锡二钠对贮藏期间藕片褐变度的影响。由图1可以看出，随着贮藏时间的延长，藕片的褐变度总体呈现上升的趋势。尤其是在贮藏10 d后，藕片的褐变度呈显著增长态势。但是，不同浓度的柠檬酸亚锡二钠处理组之间，藕片的褐变度并不相同。100 mg/L柠檬酸亚锡二钠处理的藕片，褐变程度最大，贮藏20 d后，褐变度显著高于其他4组处理。而250和300 mg/L柠檬酸亚锡二钠溶液处理的藕片，在贮藏20 d后，褐变度几乎一样，没有显著差异。这说明柠檬酸亚锡二钠能够在一定程度上抑制藕片的褐变。

图1 柠檬酸亚锡二钠对藕片褐变度的影响Fig.1 Effects of disodium stannous citrate on lotus roots slices browning degree

2.1.2EDTA二钠对贮藏期间藕片褐变度的影响。由图2可以看出，在贮藏期内，不同浓度EDTA二钠处理组之间藕片的褐变程度也各不相同。在贮藏初期(5 d以内)，不同试验组中藕片的褐变度差异并不明显，这可能是由于藕片的多酚氧化酶活力前期较弱，未能使藕片产生明显的褐变[11-12]。当贮藏时间达到10 d之后，各处理组之间的藕片褐变度呈现出明显的差异。浓度50 mg/L EDTA二钠处理的藕片，其褐变最严重，明显高于其他试验组。由此可见，采用EDTA二钠处理藕片能够有效地阻止藕片的褐变。

图2 EDTA二钠对藕片褐变度的影响Fig.2 Effects of ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt on lotus roots slices browning degree

2.1.3植酸对贮藏期间藕片褐变度的影响。由图3可以看出，植酸溶液对莲藕片的褐变具有一定的抑制效果。在贮藏初期，不同浓度的植酸处理组之间藕片褐变度的差异并不明显，但是，当贮藏至第10天时，50 mg/L的植酸处理组藕片褐变程度较为严重，而其他处理组的藕片褐变较轻。其原因可能是植酸作为一种金属螯合剂，能够高度络合藕片组织中的金属离子，从而达到阻止藕片褐变的效果[13]。

图3 植酸对藕片褐变度的影响Fig.3 Effects of phytic acid on lotus roots slices browning degree

2.1.4焦亚硫酸钠对贮藏期间藕片褐变度的影响。由图4可以看出，各试验处理组的软包装藕片在贮藏过程中，褐变度一直不断增大，这可能是由于多酚氧化酶在贮藏期内活力不断增强，从而导致藕片的酶促褐变越来越严重。不同浓度焦亚硫酸钠处理的藕片，其褐变的程度也不尽相同。总体来说，经过高浓度的焦亚硫酸钠处理的藕片比经过低浓度处理的藕片褐变度要小。当焦亚硫酸钠浓度达到80 mg/L时，藕片的褐变受到明显抑制。这可能是因为，焦亚硫酸钠作为一种强还原性的食品添加剂，能够有效消耗组织中的氧，从而抑制氧化酶的活性，阻止藕片褐变[14-15]。

图4 焦亚硫酸钠对藕片褐变度的影响Fig.4 Effects of sodium pyrosulfite on lotus roots slices browning degree

2.2正交试验结果与分析根据单因素试验结果，以贮藏20 d后的软包装藕片的褐变度(总色差ΔE)为评价指标，设计4因素3水平的正交试验优化藕片护色工艺。试验设计方案与结果见表3。

表3 正交试验设计方案与结果

由表3可知，各因素的R值大小顺序为RA>RD>RC>RB。由此可以判断，4种护色剂对藕片褐变度影响最大的是柠檬酸亚锡二钠，其次是焦亚硫酸钠、植酸和EDTA二钠。通过各因素的K值可以判断，最佳的护色液配方为A3B2C3D3，即柠檬酸亚锡二钠300 mg/L，EDTA二钠150 mg/L，植酸200 mg/L，焦亚硫酸钠100 mg/L。

方差分析显示，A、D 2个因素对藕片的褐变度有显著影响(FA=120.271，FD=25.804，F0.05(2,2)=19)，而B、C 2个因素则对藕片的褐变度无显著影响(FB=1,FC=4.533,F0.05(2,2)=19)。

3 结论与讨论

该研究以藕片的总色差(ΔE)为藕片褐变的评价指标，首先通过单因素试验，考察柠檬酸亚锡二钠、EDTA二钠、植酸和焦亚硫酸钠对软包装藕片在贮藏期间的褐变度变化情况。在单因素试验的基础上，采用正交试验设计优化软包装藕片的复合护色剂配方。通过优化试验得出，软包装藕片的最佳护色剂配方为柠檬酸亚锡二钠300 mg/L，EDTA二钠150 mg/L，植酸200 mg/L，焦亚硫酸钠100 mg/L。

该研究选用的4种护色剂均为食品加工中常用的食品添加剂，其中柠檬酸亚锡二钠和焦亚硫酸钠均为强还原剂，能够消耗包装中残存的氧气从而达到护色效果；而EDTA二钠和植酸则均为金属螯合剂，能够与食品中的金属离子进行络合，以达到护色效果。关于这4种护色剂的研究，国内外也有过很多报道。王朝宇等[16]研究了柠檬酸亚锡二钠等多种护色剂对双孢菇的护色效果，并通过响应面试验法优化了双孢菇的护色工艺。于国光等[14]采用焦亚硫酸钠浸泡茭白，发现焦亚硫酸钠溶液对茭白有较好的漂白功效。但是，将4种护色剂复合使用于软包装莲藕片产品的研究报道则尚未发现，尤其在焦亚硫酸钠用于莲藕护色方面的研究更加罕见。原因在于莲藕的护色研究报道大多集中在2010年之前，而在2016年，焦亚硫酸钠才被批准可使用于蔬菜罐头制品。因此，该研究可以为莲藕加工过程中护色技术开发与护色剂的设计应用提供一定的理论参考。

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