鮮山藥片干制過程中的無硫護色劑配方優化

黃艷斌，李星琪，張 洵，熊偉成，陳厚榮，2，3，4，*（.西南大學食品科學學院，重慶40075；2.農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室（重慶），重慶40076；3.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶40076；4.西南大學國家食品科學與工程實驗教學中心，重慶40075）

鮮山藥片干制過程中的無硫護色劑配方優化

黃艷斌1，李星琪1，張 洵1，熊偉成1，陳厚榮1，2，3，4，*
（1.西南大學食品科學學院，重慶400715；2.農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室（重慶），重慶400716；3.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶400716；4.西南大學國家食品科學與工程實驗教學中心，重慶400715）

研究了鮮山藥片在干制過程中的無硫護色劑配方。以重慶新鮮懷山藥為原料，在單因素實驗的基礎上，對所選護色劑進行篩選，得出適合山藥干燥的護色劑種類和添加量，以色差值、L值為評價指標，通過正交實驗優化了護色效果的護色劑配方。結果表明：檸檬酸、植酸、氯化鈉的護色效果好，VC、EDTA效果不佳。響應面優化結果為1.99g/100mL氯化鈉+0.84g/100mL檸檬酸+0.06g/100mL植酸復配效果最佳，色差值及L值的預測值分為17.1791、86.8254，驗證值分別為17.8451、86.3742，與之接近，優化結果可靠。

山藥，干燥，護色，配方優化

山藥為薯蕷屬植物薯蕷地下塊莖的習稱，主要分布于熱帶和亞熱帶地區，全世界有600種以上，在我國就有90多種[1]。山藥富含多種營養及功能活性成分，除含有大量的蛋白質、維生素和粘質多糖外，還富含皂苷、尿囊素、膽堿和淀粉酶等，具有很高的食用、保健及藥用價值[2-5]。鮮山藥水分含量高，在常溫下長時間保存和遠距離運輸都存在一定的困難。因此對鮮山藥進行干制加工，可以有效延長山藥的貯藏期[6]。山藥塊根中的多酚氧化酶活性高，酚類物質含量高[7]，因此干制和貯藏過程中很容易發生褐變[7-9]，影響干制品的外觀和風味。因此，山藥干制過程中防褐、護色是決定其干制品品質的關鍵。傳統山藥干制防褐、護色是采用硫熏蒸或亞硫酸鹽類浸泡的方法。越來越多的研究表明，過量使用二氧化硫和亞硫酸鹽對人類的健康存在潛在危害[10]。如能在山藥干制過程中采用無硫護色技術，不但可以提高山藥干制品的品質，還能提高其食用安全性。山藥無硫護色技術在鮮切山藥中已有報道[11-13]，在鐵棍山藥干制品也有應用報道[14]，而在懷山藥的研究還未見報道。由于懷山藥與鐵棍山藥品種不同，其引起褐變的PPO活性有較大差異，所以其無硫護色干制工藝存在較大差異[15]。以市售懷山藥為研究對象，找出一種能較好地抑制懷山藥片在干制和貯藏過程中的褐變并保持山藥片品質的復配護色劑，為懷山藥干片的制備，提高山藥干制品品質，促進其產業化發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

懷山藥 購自重慶市北碚區天生麗街永輝超市生鮮部，生鮮無損傷，形狀勻稱，大小基本一致，用保鮮袋扎緊，放入冰箱冷藏室備用；檸檬酸、植酸、氯化鈉、VC、EDTA 均為分析純。

DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；Ultra Scan PRO色差儀 上海信聯創體電子有限公司；物料網盤 自制。

1.2 護色效果評價方法

色差值及L值的測定[16-18]：色差值ΔE=（ΔL2+Δa2+ Δb2）1/2；明度差ΔL=L1-L2（明度差異）；色度差 Δa=a1-a2（紅/綠差異），Δb=b1-b2（黃/藍差異）。

ΔE表示山藥片的褐變程度，ΔE值越小，表明褐變程度越輕，反之亦然；L值代表明度上白下黑，其值從底部0（黑）到頂部100（白），中間位亮度不同的灰色過度，L值越高越接近于白色。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程 山藥清洗→熱燙→去皮→切片→護色處理→烘干→包裝→測色差。

1.3.2 操作要點 a.熱燙：將山藥浸沒于80℃的熱水中熱燙10min，其目的是便于去皮及防止山藥在去皮過程中發生褐變[19]。

b.去皮、切片：均采用不銹鋼專用刀具操作，操作要迅速，切片厚度為5mm，切片后的山藥要立即浸入準備好的護色液中。

c.護色：每100mL護色液浸入三片山藥片，常溫護色2h[19]，護色液的配方由實驗確定。

d.烘干：取出護色后的山藥片在篩網上瀝干，然后置于鼓風干燥箱內（干燥溫度60℃、風速0.5m/s）干燥至安全含水率（12%）。

e.包裝：干燥后的山藥片，用聚乙烯自封袋包裝，待用。

f.測色差：用Ultra Scan PRO色差儀進行測量，選擇多方位測量選取平均值。

1.4 實驗設計

1.4.1 單因素實驗設計 采用不同濃度的氯化鈉溶液（0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0g/100mL），檸檬酸溶液（0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2g/100mL），植酸溶液（0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12g/100mL），EDTA溶液（0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0g/100mL），VC溶液（0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0g/100mL）對山藥片進行浸泡處理2h。浸泡后山藥片進行熱風干燥，干制后的山藥片通過色差儀測量色差值及L值。

1.4.2 響應面實驗設計[20-22]在單因素實驗的基礎上，以山藥片的色差值及L值為響應值，選擇合適的護色劑種類，進行三因素三水平的旋轉正交組合實驗。每個實驗處理均作3個平行，結果以平均值表示。響應面實驗因素水平表見表1。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels in response surface design

1.5 數據統計與分析

利用Design-Expert軟件（Version 8.05 Stat-Ease Inc.MN，USA）對正交實驗結果進行線性回歸和方差分析（p＜0.05），并通過響應面分析各個因素的對指標的影響情況。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果及分析

2.1.1 氯化鈉對山藥護色效果的影響 氯化鈉對山藥護色效果的影響結果如圖1所示。隨著氯化鈉濃度的增加，干制山藥片褐變程度逐漸減小，白度逐漸增加，當氯化鈉濃度達到2g/100mL時，褐變程度最低，白度最高，此時氯化鈉濃度繼續增高時，抑制褐變程度減弱，白度降低。氯化鈉溶于水后能減少水中的溶解氧，從而使酚類氧化酶難與氧直接接觸，且鈉離子與多酚氧化酶中的銅離子競爭，降低多酚氧化酶的活性。另外，食鹽溶液具有高的滲透壓，也可以使酶脫水失活。選取氯化鈉1.5、2.0、2.5g/100mL三個濃度作為正交實驗中的3個濃度水平。

圖1 氯化鈉對干制山藥片護色效果影響Fig.1 Influence of NaCl on the protecting color effect of yam

2.1.2 檸檬酸對山藥護色效果的影響 檸檬酸對上藥護色效果的影響結果如圖2所示。隨著檸檬酸濃度的增加，干制山藥片褐變程度逐漸減小，白度增加，當檸檬酸濃度達到0.8g/100mL時，褐變程度最低，白度最高，但當濃度繼續增高時，褐變抑制作用減弱，白度有所降低。檸檬酸是廣泛應用的酸化劑，可以降低溶液pH，抑制多酚氧化酶的活性，酸性溶液中氧氣溶解度較小而兼有抗氧化作用；檸檬酸具有3個羧基，具有很強的螯合金屬離子的作用，可以作用于多酚氧化酶的銅輔基。選取檸檬酸0.6、0.8、1.0g/100mL三個濃度作為正交實驗中的3個濃度水平。

圖2 檸檬酸對干制山藥片護色效果的影響Fig.2 Influence of Citric acid on the protecting color effect of yam

2.1.3 植酸對山藥護色效果的影響 植酸對山藥護色效果的影響結果如圖3所示。隨著植酸濃度的增加，干制山藥片褐變程度逐漸減小，白度增加，當植酸濃度達到0.06g/100mL時，褐變程度最低，白度最高，當植酸濃度繼續增加時，抑制褐變作用減弱，白度有所降低。植酸是維生素B族的一種肌醇六磷酸酯，其環狀對稱結構對促進氧化作用的微量金屬離子有很強的螯合作用，且植酸與金屬離子形成的絡合物不能活化氧分子，使氧較難實現對雙鍵的加成反應或形成過氧化物，從而起到穩定色澤的作用。選取植酸0.04、0.06、0.08g/100mL三個濃度作為正交實驗中的3個濃度水平。

圖3 植酸對干制山藥片護色效果的影響Fig.3 Influence of phytic acid on the protecting color effect of yam

2.1.4 EDTA對山藥護色效果的影響 EDTA對山藥護色效果的影響結果如圖4所示。隨著EDTA濃度增加，初始時EDTA有促進干制山藥片褐變的作用，白度降低，當濃度增大到1.2g/100mL以后，抑制褐變作用效果不明顯，在濃度為0.8g/100mL時護色效果較好。EDTA能與多種多價金屬絡合，抑制多價金屬對褐變反應的催化作用，從而起到護色的效果。

2.1.5 VC對山藥護色效果的影響 VC對山藥護色效果的影響結果如圖5所示。在較低濃度時VC具有一定的抑制褐變作用，白度稍有增加，但效果不明顯，當VC濃度增加時，褐變程度增加，白度降低，說明高濃度時VC具有促進干制山藥片褐變作用。VC能絡合多酚氧化酶輔基，直接作用于酶，同時具有很強的還原作用，能防止因氧化引起的品質劣變。但是Olusesan Omidiji和Joy Okpuzor的研究表明，VC雖然是一種PPO抑制劑，但作為抗氧化劑，它比酚類物質更容易被氧化褐變，故不宜用于防止山藥褐變[23]。

圖4 EDTA對干制山藥片護色效果的影響Fig.4 Influence of EDTA on the protecting color effect of yam

圖5 VC對干制山藥片護色效果的影響Fig.5 Influence of VCon the protecting color effect of yam

2.2 響應面實驗結果及分析

2.2.1 響應面實驗設計及結果 在單因素實驗的基礎上，利用Design-Expert分析軟件，采用Box-Behnken設計實驗，以檸檬酸濃度、NaCl濃度、植酸濃度為自變量，以色差值（Y1）和L值（Y2）為響應值，對干制山藥片的護色工藝條件進行優化。響應面實驗方案及結果見表2。

2.2.2 回歸模型建立及顯著性檢驗 利用Design-Expert軟件對表2中的實驗數據處理，得到模型及各項方差分析如表3、表4所示，回歸模型參數及顯著性分析見表5。響應曲面見圖6～圖11。

由表4可以看出，該模型回歸極顯著（p＜0.0001），失擬項在p=0.05水平上不顯著（p=0.9188＞0.05），模型的校正決定系數R2adj=0.9890，這表明該模型的擬合度較好，能解釋98.90%響應值的變化，能很好地分析和預測山藥片色差值隨護色條件的變化情況。同時較低的離散系數（CV=1.57%）也說明整個實驗具有較好的精確度和可靠性。

由表5可以看出，該模型回歸極顯著（p＜0.0001），失擬項在p=0.05水平上不顯著（p=0.9000＞0.05），模型的校正決定系數R2adj=0.9861，這表明該模型的擬合度較好，能解釋98.61%響應值的變化，能很好地分析和預測山藥片L值隨護色條件的變化情況。同時較低的離散系數（CV=0.47%）也說明整個實驗具有較好的精確度和可靠性。

表2 響應面實驗方案及結果Table 2 Scheme and experimental results for response surface design

表3 色差值回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic model of color difference value

表4 L值回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for the fitted quadratic model of L value

根據表5得到色差值和L值得多項式回歸數學模型：Y1=17.36+0.20X1-1.55X2+0.19X3-0.063X1X2-0.013X1X3-0.012X2X3+4.19X12+3.67X22+0.59X32；Y2= 86.62-0.24X1+1.58X2-0.29X3+0.15X1X2+0.025X1X3+ 0.00X2X3-4.30X12-3.72X22-0.55X32。

通過Design-Expert軟件對模型求極值（設定條件為：色差取極小值，L值取極大值），得到當色差為較小值和L值為較大值的護色劑的最優組合：1.99g/100mL NaCl+0.84g/100mL檸檬酸+0.06g/100mL植酸，在此條件下色差值及L值的預測值分別為17.1791與86.8254。

表5 色差值和L值的回歸方程系數及顯著性檢驗結果Table 5 Analysis results of significance test of the regression coefficients of color difference value and L value

圖6 檸檬酸、氯化鈉濃度對色差值影響的響應面圖Fig.6 Response surface plot of the influence of citric acid and NaCl on the color difference value

圖7 植酸、檸檬酸濃度對色差值影響的響應面圖Fig.7 Response surface plot of the influence of phytic acid and citric acid on the color difference value

2.2.3 響應面分析 當響應面實驗其他兩因素變化時另一因素固定值分別為：植酸0.06g/100mL，氯化鈉2g/100mL，檸檬酸0.80g/100mL。由響應面曲線圖可知，檸檬酸對色差值和L值有顯著影響，曲線呈拋物線型，而植酸的影響次之。由圖6～圖11可知，當檸檬酸濃度在0.8～0.9g/100mL范圍內，氯化鈉濃度在1.9～2.1g/100mL范圍內時，色差值呈現極小值，而L值呈現極大值，這與單因素實驗結果一致，但出現這一結果的機理還有待進一步研究。

圖8 植酸、氯化鈉濃度對色差值影響的響應面圖Fig.8 Response surface plot of the influence of phytic acidand NaCl on the color difference value and NaCl on the color difference value

圖9 植酸、氯化鈉濃度對L值影響的響應面圖Fig.9 Response surface plot of the influence of phytic acid and NaCl on the L value

圖10 檸檬酸、NaCl濃度對L值影響的響應面圖Fig.10 Response surface plot of the influence of citric acid and NaCl on the L value

圖11 植酸、檸檬酸濃度對L值影響的響應面圖Fig.11 Response surface plot of the influence of phytic acid and citric acid on the L value

2.2.4 干制山藥片復配護色劑的優化與驗證 利用Design-Expert軟件，通過對回歸方程進行求解，得干制山藥片色差值的最小值為17.1791，L值為86.8254，此時的各護色劑濃度為氯化鈉1.99g/100mL、檸檬酸0.84g/100mL、植酸0.06g/100mL。為了進一步驗證回歸方程的準確性和有效性，在最佳工藝條件下制備干制山藥片，進行色差值測定，得出的色差值為17.8451，L值為86.3742與預測值相近，可見回歸模型能很好地預測干制山藥片的色差值，優化結果可靠。在優化條件下所制山藥片與未護色山藥片對比如圖12所示。

圖12 優化條件下與未處理條件下干制山藥片對比Fig.12 The contrast of the optimization condition and untread condition’s dried yam

3 結論

3.1 在單因素實驗的基礎上進行旋轉正交組合實驗，并通過Design-Expert軟件將實驗數據進行分析，得到色差值（Y1）和明度值（Y2）的多項式回歸數學模型。3.2 運用Design-Expert軟件對色差值和明度值回歸模型求極值，得到在色差值較小和明度值較大的條件下的護色劑配方優化值：1.99g/100mL氯化鈉+ 0.84g/100mL檸檬酸+0.06g/100mL植酸。在此條件下，色差值的預測值為17.1791，L值的預測值為86.8254。驗證值分別為17.8451、86.3742。通過模型的方差分析表明，回歸模型擬合程度良好，并具有較高的預測性，優化結果可靠。

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Optimization of non-sulfur color-preservation formulation in the process of the fresh yam slices dried

HUANG Yan-bin1，LI Xing-qi1，ZHANG Xun1，XIONG Wei-cheng1，CHEN Hou-rong1，2，3，4，*
（1.Food Science College，Southwest University，Chongqing 400715，China；2.Department of Agriculture Storage Fresh-Keeping Quality and Safety Risk Assessment Laboratory（Chongqing），Chongqing 400716，China；3.Chongqing Agricultural Product Processing Technology Key Laboratories，Chongqing 400716，China；4.National Food Science and Engineering Experimental Teaching Center，Southwest University，Chongqing 400715，China）

The formulation of non-sulfur color-preservation in the process of the fresh yam slices dried was studied.The sold fresh yam produced in Chongqing as raw materials，the color-preservation was selected that based on the single factor experiment，then the suitable color-preservation type and additive amount was got for the yam dried.The color difference value and L value as the evaluation index，the color-preservation formula was optimized through the orthogonal experiment.The effect of citric acid，phytic acid and NaCl was good，the effect of VC，EDTA was bad.The results of response surface optimization were as follows：1.99g/100mL NaCl+0.84g/100mL Citric acid+0.06g/100mL Phytic acid，the predicted value of the color difference value and L value was divided into 17.1791，86.8254 and the verification value was 17.8451，86.3742，the verification value was approaching to the predicted value，so the optimal results were reliable.

yam；drying；color-preservation；formulation optimization

TS202.3

A

1002-0306（2014）12-0324-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.063

2013－11－08 *通訊聯系人

黃艷斌（1989-），女，在讀碩士研究生，研究方向：食品科學技術。