响应面法优化杏坯脱盐工艺

王 雪，王新宇，李 慧，毕 莹，阿加尔·海拉提，王 静

（新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

杏（Prunus armeniacaL）属蔷薇科李属，在我国新疆地区分布广泛，种植历史悠久，种质资源丰富[1]，在我国林果业中占据重要的地位，也是新疆重要的经济林树种[2]。杏果含有丰富的营养成分，具有生津止渴，清热解毒的特点，深受广大消费者的喜爱[3]。杏属于典型的呼吸跃变型果实，因为杏成熟季节气温高，且采收期集中，常温贮藏中后熟衰老迅速，贮藏期仅1周左右[4]，严重制约了杏果的市场流通[5]。

目前，对鲜杏的保鲜技术主要集中于1-MCP 处理[6]、水杨酸处理[7-8]、茉莉酸甲酯处理[9]、钙处理[10]、低温贮藏[11]、气调贮藏[12]、电离子束处理[13]、生物保鲜技术[14]等，保鲜时间大多为21～42 d，且贮藏后期品质下降严重[14]。杏果实目前除部分鲜食外，大多以杏加工制品形式流通于市场[15-16]。然而鲜杏收获季节结束后，杏脯、杏酱、杏酒、杏话梅等再加工制品则是以熏硫或褐变的杏干和杏肉为原料[17]，在原料供应方面存在诸多不足。但是将鲜杏盐渍制成杏坯半成品，不仅可缓解收获季节加工能力的不足，还可为后续杏制品的加工提供优质原料，有效避免次等原料，并可实现在采收季节以鲜杏为原料生产杏产品，在非鲜果采收季节以盐渍的杏坯半成品为原料加工杏制品，为实现鲜杏一季采收全年加工提供原料保障，对杏制品全年生产具有重要的指导意义。

有研究表明，盐渍食品的脱盐通常采用清水浸泡的方式，料液比、脱盐时间、换水次数和脱盐温度对盐渍食品脱盐后的品质都有直接或间接的影响[18]。顾林等[19]研究发现，生姜盐坯的最佳脱盐工艺为：料水体积比1∶4，温度30 ℃，浸泡时间40 min。长白楤木嫩芽的最优脱盐工艺为：液料比3∶1（mL/g），换水2 次，脱盐20 min，脱盐温度30 ℃[20]。李子盐胚的脱盐工艺为：果水质量比1∶3，换水3次，脱盐温度55 ℃条件下脱盐10 h[21]。高盐芹菜的最佳脱盐工艺条件为：料液比1∶2，脱盐时间90 min，脱盐温度80 ℃，漂洗次数3 次[22]。盐渍莲藕的最优脱盐工艺为：2∶1 的水藕比，在浸泡脱盐的水中加入0.2%柠檬酸，脱盐40 min，换水1次[23]。曾婷婷[24]研究发现，料水比1∶4，在常温下脱盐2 h，中间换水1次，而后再以料水比1∶3的比例在常温下脱盐6 h 后换水1 次，继续常温脱盐6 h后再用流水冲洗脱盐后的枇杷胚，此时枇杷果肉组织内的盐分含量几乎接近于0。高盐盐渍食品的盐分含量高达12%～18%[25]，盐渍食品的口感过咸，若长期食用高盐食品，会大大增加心脑血管疾病的发病率[26]。因此，近年来高盐食品的脱盐工艺条件优化已成为食品加工行业中的研究热点[27]，但目前尚未见盐渍杏果脱盐工艺的相关研究报道。

本试验以“赛买提”鲜杏盐渍制得的杏坯为原料，采用清水浸泡脱盐的方式，在保证杏果加工品质的前提下，开展盐渍杏坯半成品加工技术的推广应用及脱盐工艺的研究，该研究结果可为后续杏制品加工提供优质原料，实现鲜杏一季采收全年加工，同时也可为杏果产品的加工生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

转色期“赛买提”鲜杏：采摘自喀什地区英吉沙县。选择成熟度基本一致、完整、大小均匀、肉厚的青转黄期“赛买提”鲜杏，采用整果湿腌法，在质量分数为25%的食盐水中添加焦亚硫酸钠（2 g/L）、果胶甲基酯酶（PE 酶）（0.5 g/L）及CaCO3（4 g/L）制得复合腌渍液，腌渍2个月，将盐腌后的杏摊放均匀晾在席子上，得到杏坯原料，用自封袋装好，常温避光保藏。

加碘食盐：新疆盐湖制盐有限责任公司；CaCO3（食品级）：上海千味食品科技有限公司；果胶甲基酯酶（1 000 U/mL）、焦亚硫酸钠：新疆优乐果农业有限公司提供；酚酞、氯化钠、铬酸钾、无水乙醇：天津市致远化学试剂有限公司；硝酸银：西陇科学股份有限公司；氢氧化钠：天津市鑫铂特化工有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

KQ-250DE型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；DZKW-S-4电热恒温水浴锅：北京市永光明医疗仪器有限公司；KH-111循环水式多用真空泵：上海科恒实业发展有限公司；FSH-2A可调高速匀浆机：常州天瑞仪器有限公司；HY-5回旋振荡器：江苏金怡仪器科技有限公司；KQ-B玻璃仪器气流烘干器：河南省予华仪器有限公司；PHS-3C型pH计、WZ-108手持式折光仪：上海仪电科学仪器股份有限公司；PTT-A+200电子天平：福州志华科学仪器有限公司；JA1003电子分析天平：上海浦春计量仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 单因素试验设计

1.2.1.1 料液比对杏坯脱盐效果的影响

称取250 g 杏坯，用清水脱盐，50 ℃下恒温水浴12 h，每3 h换水1次，杏坯与清水分别按照1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5（g/mL）的比例进行浸泡脱盐，以氯化钠含量和可溶性固形物含量为考察指标，筛选适宜的料液比。

1.2.1.2 换水频率对杏坯脱盐效果的影响

称取250 g 杏坯，用清水脱盐，50 ℃下恒温水浴12 h，按照料液比1∶3（g/mL）的比例进行浸泡脱盐，分别为每6、4、3、2 h 换水1 次，以氯化钠含量和可溶性固形物含量为考察指标，筛选适宜的换水时间。

1.2.1.3 脱盐时间对杏坯脱盐效果的影响

称取250 g杏坯，用清水脱盐，每3 h换水1次，按照料液比1∶3（g/mL）的比例进行浸泡脱盐，50 ℃下分别恒温水浴3、6、9、12、15 h，以氯化钠含量和可溶性固形物含量为考察指标，筛选适宜的脱盐时间。

1.2.1.4 脱盐温度对杏坯脱盐效果的影响

称取250 g 杏坯，用清水脱盐，按照料液比1∶3（g/mL）的比例进行浸泡脱盐，分别在30、40、50、60、70 ℃条件下恒温水浴12 h，每3 h换水1次，以氯化钠含量和可溶性固形物含量为考察指标，筛选适宜的脱盐温度。

1.2.2 脱盐工艺条件响应面优化设计

在单因素试验结果的基础上，以料液比、脱盐时间、换水时间及脱盐温度为主要影响因素，以氯化钠含量和可溶性固形物含量为响应值，采用Box-Behnken方法对脱盐工艺进行优化，响应面试验因素水平如表1所示。

表1 杏坯脱盐工艺优化响应面试验因素水平表Table 1 Factor and level table of response surface test to optimize apricot blanks desalination process

1.2.3 测定项目与方法

1.2.3.1 氯化钠含量

采用GB 5009.44—2016[28]中的直接滴定法测定。

1.2.3.2 可溶性固形物含量

采用NY/T 2637—2014[29]中的折射仪法测定。

1.2.4 数据处理

使用Excel 软件处理试验数据，采用Origin 2018及Design-Expert 8.0.6软件制图，利用SPSS 19.0软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 料液比对杏坯氯化钠含量及可溶性固形物含量的影响

由图1A 可以看出，杏坯的氯化钠含量随着清水比例的增加呈逐渐下降的趋势，料液比从1∶1（g/mL）至1∶2（g/mL）时，氯化钠含量下降较为明显，由1.397%降至0.387%，之后继续增加清水占比至料液比为1∶5（g/mL）时，杏坯的氯化钠含量下降逐渐变缓且下降趋势并不显著。由图1B 可见，随着清水添加量的增加，杏坯的可溶性固形物含量呈阶梯式下降的趋势，当料液比为1∶2、7∶3、1∶4、1∶5（g/mL）时，可溶性固形物含量的变化不明显。根据渗透原理可知，刚脱盐时离子内外浓度差很大，可以加速杏坯的脱盐速度，但是清水添加量过高时，不仅会增加耗水量，还会导致杏坯中营养物质的损失[21]。因此，选择杏坯原料脱盐的料液比1∶2、1∶3、1∶4（g/mL）进行后续响应面试验。

图1 料液比对杏坯氯化钠含量（A）及可溶性固形物含量（B）的影响Fig.1 Effects of material to water ratio on contents of sodium chlorides(A)and soluble solid substance(B)of apricot blank

2.2 换水频率对杏坯氯化钠含量及可溶性固形物含量的影响

由图2A可知，随着换水间隔时间的延长，杏坯制品的氯化钠含量呈上升趋势，当换水频率为每2、3、4 h换水1 次时，氯化钠含量较低，而随着换水间隔时间的延长，杏坯制品的氯化钠含量下降缓慢。由图2B可知，杏坯的可溶性固形物含量也随着换水间隔时间的延长呈上升趋势。这是因为当换水频率一定时，杏坯与浸泡脱盐液之间的离子交换速度基本保持恒定，从而使杏坯制品的氯化钠含量下降速度趋于缓慢。同时，换水间隔时间越短，营养物质流失也会更多[21]。因此，选择换水频率每6、4、3 h 换水1 次进行后续响应面试验。

图2 换水频率对杏坯氯化钠含量（A）及可溶性固形物含量（B）的影响Fig.2 Effects of water exchanging frequency on contents of sodium chlorides(A)and soluble solid substance(B)of apricot blank

2.3 脱盐时间对杏坯氯化钠含量及可溶性固形物含量的影响

由图3A可知，随着脱盐时间的延长，杏坯制品的氯化钠含量呈下降趋势，当脱盐时间为0～9 h 时，氯化钠含量由11.334%降至0.760%，脱盐效果十分显著；脱盐时间超过9 h后，随着脱盐时间的延长，杏坯的氯化钠含量变化逐渐变小。这是因为脱盐开始时杏坯制品的氯化钠内外浓度差较大，渗透压与浓度差成正比，脱盐速度较快[22]，随后脱盐速度缓慢，可能是由于脱盐后期杏坯内外氯化钠浓度差逐渐趋于平衡。由图3B可知，随着脱盐时间的延长，杏坯的可溶性固形物含量也呈现下降的趋势，营养物质流失严重，当脱盐时间在9 h 以上时，样品的可溶性固形物含量下降趋势变缓。因此，选择脱盐时间6、9、12 h进行后续响应面试验。

2.4 脱盐温度对杏坯氯化钠含量及可溶性固形物含量的影响

由图4A可以看出，随着脱盐温度的升高，杏坯的氯化钠含量呈逐渐下降的趋势。当脱盐温度由30 ℃升至50 ℃时，氯化钠含量由0.674%快速下降至0.344%；当脱盐温度为50～70 ℃时，氯化钠含量下降较慢，且逐渐趋于平缓。随着脱盐温度的升高，分子无规则运动加快，杏坯的渗透性增加[21]，脱盐速率增大。由图4B可见，随着脱盐温度的升高，杏坯的可溶性固形物含量呈阶梯式下降趋势，在40～50 ℃温度范围内保持了较高含量。考虑到成本问题，温度越低越节能，选择脱盐温度40、50、60 ℃进行后续响应面试验。

图4 脱盐温度对杏坯氯化钠含量（A）及可溶性固形物含量（B）的影响Fig.4 Effects of desalting temperature on contents of sodium chlorides(A)and soluble solid substance(B)of apricot blank

2.5 响应面优化试验设计及分析

2.5.1 响应面试验设计与结果

采用Box-Benhnken 试验设计原理设计四因素三水平的响应面试验，试验设计及结果见表2，方差分析见表3和表4。

表2 响应面试验设计与结果Table 2 Response surface design and results

表4 以可溶性固形物含量为响应值的回归模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model with soluble solid content as the response value

Box-Behnken 法是响应面分析法中的常用设计方法之一，可以用比较少的试验因素对试验进行全面研究，通过对几个响应变量进行数学建模和分析，定向优化响应因子[22]。根据单因素试验的结果，采用响应面软件中的Box-Behnken 试验设计原理设计四因素三水平的响应面试验，对表2中的试验数据进行拟合，获得线性回归方程为：

由表3可见，以氯化钠含量为响应值拟合的模型显著（F=16.75，P＜0.000 1），失拟项不显著（P=0.144 6＞0.05），说明该模型有较好的拟合度，得到的回归方程能较好地反映氯化钠含量与各因素之间的关系。一次项A（料液比）、B（脱盐时间）、C（换水频率）及D（脱盐温度）和二次项A2、C2、D2对杏坯氯化钠含量的影响极显著（P＜0.01），B2的影响显著（P＜0.05）。各因素对氯化钠含量影响的主次顺序为：C＞D＞B＞A，即换水频率的影响最大，其次是脱盐温度和脱盐时间，料液比的影响最小。

由表4可见，以可溶性固形物含量为响应值拟合的模型显著（F=14.13，P＜0.01），失拟项（P=0.002 2）也显著，且回归系数的显著性结果表明，各因素间的交互作用不明显，且可溶性固形物含量与各因素呈一定线性关系。

2.5.2 各因素交互作用分析

图5 为各因素间交互作用对杏坯氯化钠含量影响的响应曲面图。由图5 可以看出，料液比、脱盐时间及脱盐温度一定时，随着换水间隔时间的延长，氯化钠含量一直在下降；当换水频率一定时，氯化钠含量随料液比、脱盐时间及脱盐温度的增大而减小且变化明显。综合来看，氯化钠含量对换水频率的改变较敏感。

图5 各因素交互作用对杏坯氯化钠含量影响的响应面图Fig.5 Response surface plots of the interaction effect of various factors on the sodium chloride content of apricot blanks

由于料液比、换水频率、脱盐时间及脱盐温度对杏坯可溶性固形物含量的影响在试验范围内未呈现二次弯曲效应，且无交互作用，故不进行交互作用分析。结合图5可知，可溶性固形物含量与脱盐条件在参数范围内线性相关，但氯化钠含量的变化趋势明显不一致，说明脱盐效果与脱盐程度不能始终呈正负相关，控制脱盐程度及可溶性固形物含量，建立数学预测模型，在盐渍杏坯脱盐工艺中有重要意义。以杏坯氯化钠含量为优先考量，并且综合考虑可溶性固形物含量，采用Design-Expert 8.0.6 软件预测杏坯最优脱盐工艺为：料液比1∶2.83（g/mL），换水频率为每4.6 h 换水1 次，脱盐时间6.57 h，脱盐温度53.80 ℃，预测氯化钠含量为1.655%。

2.5.3 最佳工艺参数及模型的验证

考虑操作方便和实际生产，对模型取得的最佳工艺条件进行调整，杏坯脱盐条件设定为：用清水脱盐，料液比1∶3（g/mL），换水频率为每4 h换水1次，脱盐时间7 h，脱盐温度50 ℃，经过3 次验证试验，测得杏坯的氯化钠含量为1.362%，与预测值1.655%接近，测得可溶性固形物含量为5.50%。与未脱盐的杏坯相比，氯化钠含量由11.334%降低至1.362%，说明模型试验可行，优化后的工艺大大降低了制品的氯化钠含量。

3 讨论

杏坯在脱盐过程中受到料液比、换水方式、脱盐时间、温度等多种因素的影响[18-23]，这些因素直接影响杏坯脱盐过程中的氯化钠含量及其色泽、香气、口感等感官品质。杏坯的脱盐工艺与其他盐渍果蔬制品[20-24，30]、海产品[31-32]等的脱盐工艺相比，料液比、换水方式与其他盐渍食品脱盐参数相似，但脱盐时间明显延长，脱盐温度小幅度上升。

料液比对杏坯脱盐效果的影响非常显著，随着脱盐液比例的提高，杏坯中的氯化钠含量和可溶性固形物含量均呈下降趋势。这可能是因为杏坯中的盐离子与渗透水之间存在浓度差，并且脱盐液用量越大，浓度差就越高，对盐离子由果肉组织中向外部渗透的帮助就越大。然而，当清水添加量过大时，离子渗透率降低，氯化钠含量下降速率逐渐减慢[30]，杏坯中氯化钠向外扩散的速率基本达到平衡，这与尹爽等[26]的研究结果一致。当换水频率达到一定时，杏坯与脱盐液之间的离子交换率基本相同，进而减缓了杏坯氯化钠含量的下降速率，这与孙丽婷[21]的研究结果一致。随着脱盐时间的延长，杏坯的脱盐速度也逐渐降低，当脱盐时间为9 h 时，样品的脱盐量基本达到最大，这可能是由于杏果实在盐渍后为失水状态，其细胞之间的膨胀压力降低，但在有浓度差的脱盐溶液中，由于脱盐溶液和细胞液之间的渗透平衡，为恢复并保持一定的细胞膨胀压力，离子交换速率增大；当细胞吸收过多的水分时，浓度差降低，离子交换速率减缓[25]，这与井月欣等[18]、顾林等[19]、张晓等[22]的研究结果一致，但脱盐时间相对延长。当脱盐温度过高（50～70 ℃）时，杏坯的氯化钠含量变化不明显，这是因为温度升高会使样品的渗透率增加，溶质透过速率增大，盐分渗透速率增加。但是，当溶液的浓度和溶质的浓度相近时，渗透率会降低，直至达到稳态[22]。这与马璐璐等[31]、徐仰丽等[32]及孙丽婷[21]的研究结果相似。

4 结论

通过单因素和响应面试验对杏坯的脱盐工艺进行研究，结合实际生产操作，确定了杏坯脱盐最佳工艺条件为：料液比1∶3（g/mL），脱盐时间7 h，换水频率为每4 h换水1次，脱盐温度50 ℃。在此脱盐工艺条件下，杏坯的氯化钠含量为1.362%，可溶性固形物含量为5.50%，脱盐后的杏坯色泽黄亮，盐度较低，有杏果固有的风味。利用自来水浸泡杏坯脱盐，方法简单、耗水量低，可以节约生产成本、简化生产工艺，且能达到较好的脱盐效果，有利于保证脱盐杏坯质量，减轻生产对环境的影响。