響應面法分析香菜的保鮮效果

張玉薇+鄧珂+張倩

摘要：為了研究香菜（Coriandrum sativum）的保鮮期，選取溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度3個因素進行試驗，在單因素試驗的基礎之上，采用響應面法建立了香菜保鮮效果的二次多項數學模型。試驗結果表明，將響應面分析法應用于香菜保鮮時，響應面模型與實際情況擬合較好，并確定了香菜的最佳保鮮條件為貯藏溫度4.2 ℃，營養液濃度為RY的0.97倍，過氧化鈣濃度為0.097 g/L。

關鍵詞：香菜（Coriandrum sativum）;保鮮;相應面法

中圖分類號：S636.9 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）12-2875-04

Analysis on Preservation Effect of Parsley by Response Surface Methodology Optimization

ZHANG Yu-wei1， DENG Ke2，ZHANG Qian3

（1. School of Electrical and Information Engineering， Guangxi University of Science andTechnology， Liuzhou 545006， Guangxi， China;

2.Graduate School， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006， Guangxi， China;

3.GuiGang Bureau of Quality Supervision， Fangchenggang 538100， Guangxi， China）

Abstract： In order to study optimal preservation of parsley， temperature， nutrient concentration and CaO2 concentration were selected to be tested. On the basis of single factor test， quadratic mathematical model of parsley preservation was framed by response surface methodology. The experiment showed that the model fit well with the reality， and it is confirmed that the optimal preservation conditions were temperature 4.0～5.0 ℃， nutrient concentration 0.95～1.0 time of RY， CaO2 concentration 0.097 g/L.

Key words： parsley（coriandrum sativum）;preservation;response surface methodology

響應面法（Response surface methodology，簡稱RSM）是由數學家Box和Wilson于1951年提出來的一種優化統計方法。它通過建立數學模型來解決受多因素影響的最優組合問題，在更加廣泛的范圍內考慮因素的組合、預測響應值，比一次次的單因素分析方法更為有效[1，2]。響應面法優化工藝過程一般分為三個步驟：試驗設計、建立數學模型評估相關性、預測響應值考察模型的準確性。響應面法使得參數間的交互作用通過多次試驗來評估成為可能。目前，響應面法已成為優化加工條件、降低成本的一種有效方法，廣泛應用于食品、農業、化學、生物等領域[3]。響應面法主要有三種常用的試驗設計方案，Box-Behnken[4]設計因其因素水平少、試驗次數少等優點在化學工業、食品學、工程學、生態學等領域中受到了廣泛關注，并取得了較好的成果。

新鮮香菜（Coriandrum sativum）難以保存，為了使香菜保鮮效果達到最優，可以選取溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度這3個因素進行試驗。為了優化保鮮效果，在單因素試驗的基礎之上，采用響應面法建立香菜活體保鮮效果的二次多項數學模型，并驗證該模型的有效性;逐步探討溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度3個因素的最優組合，并為其他綠葉蔬菜的儲存提供技術指導。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

從菜地摘取新鮮香菜，挑選出無機械損傷、無病蟲害，且成熟度一致的香菜，用水沖洗掉根部泥土，然后隨機分組。A組用保鮮膜包裹，B組香菜緊密地假植在含有水的保鮮箱中，并且使其根尖部位接觸保鮮箱中的水分。C組香菜植于同等含水量的保鮮箱中，但其根尖部位不接觸保鮮箱中的水分，后2種均置于4℃環境下保藏。

1.2 ?試驗設計方案

根據Box-Benhnken模型的中心組合試驗設計原理，選取溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度3因素，每個變量3個水平，試驗因素與水平設計見表1，保鮮期作為響應值[5]。保鮮效果最好的營養液組合RY為：（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+ 0.24 g/L（NH4）2SO4+0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/L H3BO3 ）。試驗營養液濃度選取RY的0.75倍、1倍、1.25倍。

1.3 ?理化指標

在本試驗中主要考察兩個指標：保鮮期、含水量。通過感官評定來確定香菜是否新鮮，感官評定參照表2。含水量是表示果蔬組織水分狀況的一個常用指標。果蔬組織的含水量可用水分含量占鮮重的質量分數來表示，含水量的測定采用烘干稱重法[5]。endprint

2 ?結果與分析

根據Box-Benhnken模型的中心組合試驗設計原理，試驗設計及結果見表3。

2.1 ?溫度、營養液倍數、過氧化鈣濃度對保鮮期的影響

2.1.1 ?模型方程的建立 ?應用數學軟件，對表3中數據進行多元回歸擬合，選擇對響應值顯著的各項，可得X、Y、Z因素與保鮮期之間的二次多項回歸方程[6]：G1=-2.13X2-0.52Y2+0.049Z2+22.29-0.34X-0.02Y+0.13Z+0.03XY+0.33YZ+0.15XZ，方差分析如表4所示，R2=0.999 1，由此可以看出本試驗所選用的模型高度顯著，擬合優度好，試驗誤差小;校正決定系數R2Adj=0.975 8，說明此模型能解釋97.58%的響應值變化， 失擬項在0.05水平上不顯著（P=0.106 2﹥0.05），表明模型與實際情況擬合較好，因而可用此模型對試驗進行分析和預測[7-9]。由表4可知，在試驗所建立的模型中，因素X2對保鮮期的影響極顯著;X、YZ、Y2均顯著。Y、Z、XY、XZ、Z2影響不顯著。

2.1.2 ?保鮮期的響應面分析 ?分別將模型中X、Y、Z因素固定在初始水平，得到另外兩個因素對保鮮期的模型，根據所得模型繪制出響應面圖[10]。當固定過氧化鈣濃度為0.1 g/L時，營養液倍數和溫度對香菜保鮮期的影響見圖1，營養液濃度不變，香菜保鮮期隨溫度的升高而延長， 升高較明顯，4.0～5.0 ℃達最大值，之后逐漸減小;溫度不變，香菜保鮮期隨營養液濃度的升高而上升，達到最大值后開始下降。當固定營養液濃度為RY時，過氧化鈣濃度和溫度對香菜保鮮期的影響見圖2，過氧化鈣濃度不變，在溫度為2～5 ℃范圍內，香菜保鮮期隨溫度的升高而延長，并且在4.0～4.5 ℃達最大值，之后逐漸減小;溫度不變，香菜保鮮期隨過氧化鈣濃度的升高變化不大。圖3為營養液倍數與過氧化鈣濃度的響應面圖，當過氧化鈣濃度不變，香菜保鮮期隨著營養液的濃度發生變化，在0.95～1.0倍營養液時保鮮期最長，之后逐漸減少;當營養液濃度不變，香菜保鮮期隨過氧化鈣的濃度先升高后降低，最大值出現在0.1 g/L附近。

2.2 ?溫度、營養液成分、過氧化鈣濃度對含水量的影響

2.2.1 ?模型方程的建立 ?采用同樣的方法，可得X、Y、Z因素與含水量之間的二次多項回歸方程： ? ?G2=-1.02X2-0.32Y2-0.43Z2-0.002 5XY-0.098XZ+0.037YZ+90.28-0.45X-0.078Y-0.10Z，方差分析見表5，R2=0.993 2，由此可以看出本試驗所選用的模型高度顯著，擬合優度好，試驗誤差小;校正決定系數R2Adj=0.984 1，說明此模型能解釋98.41%的響應值變化;失擬項在0.05 水平上不顯著，數據分析表明模型與實際情況擬合較好，因而可用此模型對試驗進行分析和預測。本試驗所建立的模型中，因素X、X2、Y2、Z2對含水量的影響極顯著（P<0.01）;Y、Z（P<0.05）均顯著。XY、XZ、XZ（P>0.05）影響不顯著。

2.2.2 ?含水量的響應面分析 ?為了更直觀地描述以上因素對響應值的影響，做出含水量的響應曲面圖。

由圖4-6可知，等高線封閉表明有極值（最大值）存在，為了求回歸方程最優解，將擬合方程對各自變量求偏導數并整理得到方程組：

-0.078-0.0025X-0.64Y+0.037Z=0

-0.45-2.04X-0.0025Y-0.098Z=0

-0.1-0.098X+0.037Y-0.86Z=0

解得X=-0.23，Y=-0.132，Z=-0.11;相應的溫度為4.2 ℃、營養液為0.97倍RY營養液、過氧化鈣為0.096 g/L，其相應的響應值為90.43%。為了進一步驗證最優保鮮條件，采用以上條件進行驗證試驗，結果達到了90.27%，相差僅0.16個百分點。因此，采用響應面優化法得到的最優條件是準確可行的。

3 ?結論

通過研究影響香菜保鮮效果的三個重要因素溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度對保鮮效果的影響，以保鮮期、含水量為指標，試驗結果表明，將響應面分析法應用于香菜保鮮時，響應面模型與實際情況擬合較好，可用此模型對試驗進行分析和預測。試驗確定了最佳保鮮條件：貯藏溫度4.2 ℃、過氧化鈣濃度0.097 g/L、營養液濃度為（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+0.24g/L（NH4）2SO4++0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/LH3BO3）的0.97倍。

參考文獻：

[1] 慕運動.響應面方法及其在食品工業中的應用[J].鄭州工程學院學報，2001，22（3）：91-94.

[2] 章 ?凱，黃國林，黃小蘭.響應面法優化微波輔助萃取檸檬皮中果膠的研究[J].精細化工，2010，27（1）：52-56.

[3] 孫 ?卓，徐 ?峰，王 ?蔚，等.山野菜活體保鮮環境的多因素試驗研究[J].價值工程，2012，31（22）：309-310.

[4] SMITH J P， ?DAIFASA D P，KHOURY W E，et al. Shelf ?life and satety concems bakery products-a ?review [J]. Boca Raton，2004，44（1）：19-55.

[5] 李喜宏，陳 ?麗.實用果蔬保鮮技術[M].北京：科學技術文獻出版社，2001.

[6] 付光中，章超樺，吉宏武，等.凡納濱對蝦蝦頭協同水解工藝的響應面優化[J].食品與機械，2010，26（1）：18-21.

[7] 申迎賓，范子劍，麻 ?浩.響應面法優化發芽豇豆積累-氨基丁酸工藝條件的研究[J].食品科學，2010，31（2）：10-16.

[8] SIVAKUMAR D， KORSTEN L. Influence of modified atmosphere packaging and postharvest treatments on quality retention of litchi[J]. Postharvest Biology and Technology，2006，41（2）：135-142.

[9] GHAOUTH A E， ARUL J，PONNAMPALAM ?R. Chitosan coating effect on storability and quality of fresh strawberries[J]. Journal of Food Science，2001， 32（8）：7-8.

[10] 王永菲，王成國.響應面法的理論與應用[J].中央民族大學（自然科學版），2005，14（3）：236-240.endprint

2 ?結果與分析

根據Box-Benhnken模型的中心組合試驗設計原理，試驗設計及結果見表3。

2.1 ?溫度、營養液倍數、過氧化鈣濃度對保鮮期的影響

2.1.1 ?模型方程的建立 ?應用數學軟件，對表3中數據進行多元回歸擬合，選擇對響應值顯著的各項，可得X、Y、Z因素與保鮮期之間的二次多項回歸方程[6]：G1=-2.13X2-0.52Y2+0.049Z2+22.29-0.34X-0.02Y+0.13Z+0.03XY+0.33YZ+0.15XZ，方差分析如表4所示，R2=0.999 1，由此可以看出本試驗所選用的模型高度顯著，擬合優度好，試驗誤差小;校正決定系數R2Adj=0.975 8，說明此模型能解釋97.58%的響應值變化， 失擬項在0.05水平上不顯著（P=0.106 2﹥0.05），表明模型與實際情況擬合較好，因而可用此模型對試驗進行分析和預測[7-9]。由表4可知，在試驗所建立的模型中，因素X2對保鮮期的影響極顯著;X、YZ、Y2均顯著。Y、Z、XY、XZ、Z2影響不顯著。

2.1.2 ?保鮮期的響應面分析 ?分別將模型中X、Y、Z因素固定在初始水平，得到另外兩個因素對保鮮期的模型，根據所得模型繪制出響應面圖[10]。當固定過氧化鈣濃度為0.1 g/L時，營養液倍數和溫度對香菜保鮮期的影響見圖1，營養液濃度不變，香菜保鮮期隨溫度的升高而延長， 升高較明顯，4.0～5.0 ℃達最大值，之后逐漸減小;溫度不變，香菜保鮮期隨營養液濃度的升高而上升，達到最大值后開始下降。當固定營養液濃度為RY時，過氧化鈣濃度和溫度對香菜保鮮期的影響見圖2，過氧化鈣濃度不變，在溫度為2～5 ℃范圍內，香菜保鮮期隨溫度的升高而延長，并且在4.0～4.5 ℃達最大值，之后逐漸減小;溫度不變，香菜保鮮期隨過氧化鈣濃度的升高變化不大。圖3為營養液倍數與過氧化鈣濃度的響應面圖，當過氧化鈣濃度不變，香菜保鮮期隨著營養液的濃度發生變化，在0.95～1.0倍營養液時保鮮期最長，之后逐漸減少;當營養液濃度不變，香菜保鮮期隨過氧化鈣的濃度先升高后降低，最大值出現在0.1 g/L附近。

2.2 ?溫度、營養液成分、過氧化鈣濃度對含水量的影響

2.2.1 ?模型方程的建立 ?采用同樣的方法，可得X、Y、Z因素與含水量之間的二次多項回歸方程： ? ?G2=-1.02X2-0.32Y2-0.43Z2-0.002 5XY-0.098XZ+0.037YZ+90.28-0.45X-0.078Y-0.10Z，方差分析見表5，R2=0.993 2，由此可以看出本試驗所選用的模型高度顯著，擬合優度好，試驗誤差小;校正決定系數R2Adj=0.984 1，說明此模型能解釋98.41%的響應值變化;失擬項在0.05 水平上不顯著，數據分析表明模型與實際情況擬合較好，因而可用此模型對試驗進行分析和預測。本試驗所建立的模型中，因素X、X2、Y2、Z2對含水量的影響極顯著（P<0.01）;Y、Z（P<0.05）均顯著。XY、XZ、XZ（P>0.05）影響不顯著。

2.2.2 ?含水量的響應面分析 ?為了更直觀地描述以上因素對響應值的影響，做出含水量的響應曲面圖。

由圖4-6可知，等高線封閉表明有極值（最大值）存在，為了求回歸方程最優解，將擬合方程對各自變量求偏導數并整理得到方程組：

-0.078-0.0025X-0.64Y+0.037Z=0

-0.45-2.04X-0.0025Y-0.098Z=0

-0.1-0.098X+0.037Y-0.86Z=0

解得X=-0.23，Y=-0.132，Z=-0.11;相應的溫度為4.2 ℃、營養液為0.97倍RY營養液、過氧化鈣為0.096 g/L，其相應的響應值為90.43%。為了進一步驗證最優保鮮條件，采用以上條件進行驗證試驗，結果達到了90.27%，相差僅0.16個百分點。因此，采用響應面優化法得到的最優條件是準確可行的。

3 ?結論

通過研究影響香菜保鮮效果的三個重要因素溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度對保鮮效果的影響，以保鮮期、含水量為指標，試驗結果表明，將響應面分析法應用于香菜保鮮時，響應面模型與實際情況擬合較好，可用此模型對試驗進行分析和預測。試驗確定了最佳保鮮條件：貯藏溫度4.2 ℃、過氧化鈣濃度0.097 g/L、營養液濃度為（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+0.24g/L（NH4）2SO4++0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/LH3BO3）的0.97倍。

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[7] 申迎賓，范子劍，麻 ?浩.響應面法優化發芽豇豆積累-氨基丁酸工藝條件的研究[J].食品科學，2010，31（2）：10-16.

[8] SIVAKUMAR D， KORSTEN L. Influence of modified atmosphere packaging and postharvest treatments on quality retention of litchi[J]. Postharvest Biology and Technology，2006，41（2）：135-142.

[9] GHAOUTH A E， ARUL J，PONNAMPALAM ?R. Chitosan coating effect on storability and quality of fresh strawberries[J]. Journal of Food Science，2001， 32（8）：7-8.

[10] 王永菲，王成國.響應面法的理論與應用[J].中央民族大學（自然科學版），2005，14（3）：236-240.endprint

2 ?結果與分析

根據Box-Benhnken模型的中心組合試驗設計原理，試驗設計及結果見表3。

2.1 ?溫度、營養液倍數、過氧化鈣濃度對保鮮期的影響

2.1.1 ?模型方程的建立 ?應用數學軟件，對表3中數據進行多元回歸擬合，選擇對響應值顯著的各項，可得X、Y、Z因素與保鮮期之間的二次多項回歸方程[6]：G1=-2.13X2-0.52Y2+0.049Z2+22.29-0.34X-0.02Y+0.13Z+0.03XY+0.33YZ+0.15XZ，方差分析如表4所示，R2=0.999 1，由此可以看出本試驗所選用的模型高度顯著，擬合優度好，試驗誤差小;校正決定系數R2Adj=0.975 8，說明此模型能解釋97.58%的響應值變化， 失擬項在0.05水平上不顯著（P=0.106 2﹥0.05），表明模型與實際情況擬合較好，因而可用此模型對試驗進行分析和預測[7-9]。由表4可知，在試驗所建立的模型中，因素X2對保鮮期的影響極顯著;X、YZ、Y2均顯著。Y、Z、XY、XZ、Z2影響不顯著。

2.1.2 ?保鮮期的響應面分析 ?分別將模型中X、Y、Z因素固定在初始水平，得到另外兩個因素對保鮮期的模型，根據所得模型繪制出響應面圖[10]。當固定過氧化鈣濃度為0.1 g/L時，營養液倍數和溫度對香菜保鮮期的影響見圖1，營養液濃度不變，香菜保鮮期隨溫度的升高而延長， 升高較明顯，4.0～5.0 ℃達最大值，之后逐漸減小;溫度不變，香菜保鮮期隨營養液濃度的升高而上升，達到最大值后開始下降。當固定營養液濃度為RY時，過氧化鈣濃度和溫度對香菜保鮮期的影響見圖2，過氧化鈣濃度不變，在溫度為2～5 ℃范圍內，香菜保鮮期隨溫度的升高而延長，并且在4.0～4.5 ℃達最大值，之后逐漸減小;溫度不變，香菜保鮮期隨過氧化鈣濃度的升高變化不大。圖3為營養液倍數與過氧化鈣濃度的響應面圖，當過氧化鈣濃度不變，香菜保鮮期隨著營養液的濃度發生變化，在0.95～1.0倍營養液時保鮮期最長，之后逐漸減少;當營養液濃度不變，香菜保鮮期隨過氧化鈣的濃度先升高后降低，最大值出現在0.1 g/L附近。

2.2 ?溫度、營養液成分、過氧化鈣濃度對含水量的影響

2.2.1 ?模型方程的建立 ?采用同樣的方法，可得X、Y、Z因素與含水量之間的二次多項回歸方程： ? ?G2=-1.02X2-0.32Y2-0.43Z2-0.002 5XY-0.098XZ+0.037YZ+90.28-0.45X-0.078Y-0.10Z，方差分析見表5，R2=0.993 2，由此可以看出本試驗所選用的模型高度顯著，擬合優度好，試驗誤差小;校正決定系數R2Adj=0.984 1，說明此模型能解釋98.41%的響應值變化;失擬項在0.05 水平上不顯著，數據分析表明模型與實際情況擬合較好，因而可用此模型對試驗進行分析和預測。本試驗所建立的模型中，因素X、X2、Y2、Z2對含水量的影響極顯著（P<0.01）;Y、Z（P<0.05）均顯著。XY、XZ、XZ（P>0.05）影響不顯著。

2.2.2 ?含水量的響應面分析 ?為了更直觀地描述以上因素對響應值的影響，做出含水量的響應曲面圖。

由圖4-6可知，等高線封閉表明有極值（最大值）存在，為了求回歸方程最優解，將擬合方程對各自變量求偏導數并整理得到方程組：

-0.078-0.0025X-0.64Y+0.037Z=0

-0.45-2.04X-0.0025Y-0.098Z=0

-0.1-0.098X+0.037Y-0.86Z=0

解得X=-0.23，Y=-0.132，Z=-0.11;相應的溫度為4.2 ℃、營養液為0.97倍RY營養液、過氧化鈣為0.096 g/L，其相應的響應值為90.43%。為了進一步驗證最優保鮮條件，采用以上條件進行驗證試驗，結果達到了90.27%，相差僅0.16個百分點。因此，采用響應面優化法得到的最優條件是準確可行的。

3 ?結論

通過研究影響香菜保鮮效果的三個重要因素溫度、營養液濃度、過氧化鈣濃度對保鮮效果的影響，以保鮮期、含水量為指標，試驗結果表明，將響應面分析法應用于香菜保鮮時，響應面模型與實際情況擬合較好，可用此模型對試驗進行分析和預測。試驗確定了最佳保鮮條件：貯藏溫度4.2 ℃、過氧化鈣濃度0.097 g/L、營養液濃度為（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+0.24g/L（NH4）2SO4++0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/LH3BO3）的0.97倍。

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[8] SIVAKUMAR D， KORSTEN L. Influence of modified atmosphere packaging and postharvest treatments on quality retention of litchi[J]. Postharvest Biology and Technology，2006，41（2）：135-142.

[9] GHAOUTH A E， ARUL J，PONNAMPALAM ?R. Chitosan coating effect on storability and quality of fresh strawberries[J]. Journal of Food Science，2001， 32（8）：7-8.

[10] 王永菲，王成國.響應面法的理論與應用[J].中央民族大學（自然科學版），2005，14（3）：236-240.endprint