多指標綜合評分法優化黃桃真空浸漬工藝

楊松，伍玉菡，郭家剛，朱倩，陳敏，劉金平，江艦*

（1.安徽省農業科學院農產品加工研究所，安徽 合肥 230031；2.熙可安糧（安徽）食品有限公司，安徽 宿州 235200）

黃桃是一種優良的桃品種，其果肉為黃色，在我國大部分地區均有種植[1]。國內種植的黃桃大多用來加工，產品類型有黃桃罐頭、黃桃脆片、黃桃果脯等，其中黃桃罐頭是主要的產品類型，加工量非常大，在我國出口果品罐頭中排名第二[2-3]。黃桃罐頭在加工及貯藏過程中，容易出現果肉軟化、溶解、塌陷等問題，嚴重影響產品品質。適宜的預處理方式能夠較好地改善原料的加工特性，避免果蔬在加工和貯藏過程中出現品質劣變的情況。果蔬加工中經常采用的預處理方式有燙漂、凍融、浸漬、預干燥等，其中浸漬預處理是應用較為廣泛的方式[4]。通過合適的浸漬工藝，可以有效改善原料品質或對原料進行某種營養成分的強化[5-7]。

真空浸漬是一種將浸漬工藝和真空技術相結合的新型加工技術，能夠在短時間內將溶液注入果蔬原料內部，從而改善果蔬原料品質和加工特性[8]。因其操作簡便、經濟有效，越來越多的研究學者對真空浸漬技術開展深入的研究。一方面，研究學者采用真空浸漬技術達到改善原料品質，縮短加工時間的目的。OCCHINO等[9]采用麥芽糊精、NaCl和CaCl2混合溶液對西葫蘆進行真空浸漬處理后，能夠減少西葫蘆在加工過程中的硬度損失，限制其質構和微觀結構的改變，從而提升加工產品的品質。PEREZ-CABRERA等[10]采用乙二胺四乙酸 (ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA)、4-己基間苯二酚、二水合檸檬酸鈉、L-抗壞血酸鈉和乳酸鈣混合溶液對鮮切梨進行真空浸漬處理，可以較好地抑制鮮切梨在冷藏條件下的褐變、軟化等問題。李慧等[11]利用真空浸漬技術腌制大頭菜，可有效提升腌制速度，縮短腌制時間。另一方面，真空浸漬還被用來對果蔬原料進行營養強化。ASSIS等[12]在進行對流干燥加工前，采用真空浸漬結合真空脈沖技術對蘋果進行預處理，可縮短干燥時間2 h，并且將產品的鈣離子濃度提升10倍。WANG等[13]利用真空浸漬技術對馬鈴薯塊進行VC強化，可將馬鈴薯塊中VC含量提升至150 mg/100 g，并且在冷藏期間依然能保持較高的VC含量。

本研究以黃桃為研究對象，采用真空浸漬技術對黃桃進行乳酸鈣溶液浸漬處理，以達到改善黃桃原料品質、提升原料中鈣離子含量的目的，為黃桃后續加工提供更加優質的原料。本研究采用多指標綜合評分法結合響應面分析法優化黃桃真空浸漬工藝，獲得最佳黃桃真空浸漬工藝參數。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金童5號黃桃：熙可安糧（安徽）食品有限公司；乳酸鈣（食品級）：鄭州瑞普生物工程有限公司；氫氧化鉀、硫化鈉、檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、鈣紅指示劑（均為分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；鹽酸、硝酸、高氯酸（均為優級純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

CR-400型色差儀：美國柯尼卡美能達公司；ZKY-60型真空浸漬機組：杭州億安機械設備有限公司；TA.XT Plus型質構儀：英國Stable Micro Systems公司；XSE105DU型電子天平：梅特勒-托利多國際有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黃桃浸漬工藝

選擇成熟度、大小基本一致的黃桃，去皮、去核后，一分為二備用。每組試驗取樣量約500 g，放入真空浸漬罐內，抽真空，待真空度達到設置條件后，按1∶3（g/mL）的料液比注入乳酸鈣溶液進行浸漬處理。達到浸漬時間后，恢復常壓，再維持浸漬同等時間。隨后取出樣品，用蒸餾水沖洗，吸干表面水分后進行指標測定。

1.3.2 單因素試驗

以真空度、浸漬時間、乳酸鈣濃度為試驗單因素，以色差、果肉硬度、可溶性固形物含量（soluble solid content，SSC）、密度、鈣含量為評價指標，分析各因素對黃桃品質及營養成分的影響。選取真空度0.04、0.05、0.06、0.07、0.08MPa（浸漬時間 20 min，乳酸鈣濃度6%）；浸漬時間 10、15、20、25、30 min（真空度 0.06 MPa，乳酸鈣濃度6%）；乳酸鈣濃度2%、4%、6%、8%、10%（真空度0.06 MPa，浸漬時間20 min）為單因素試驗水平。

1.3.3 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，選擇真空度（A）、浸漬時間（B）、乳酸鈣濃度（C）3個因素為自變量，設置3個試驗水平。以綜合評分（Y）為響應值。采用Box-Behnken原理設計響應面試驗，具體試驗因素和水平設計見表1。

表1 響應面試驗設計因素水平設計Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.4 指標測定與計算

1.4.1 色差測定

參照文獻報道的方法[13]，采用手持式色差計測定黃桃色澤，每組樣品測定10次，以ΔE表示樣品色差，ΔE越大，表示樣品色澤與新鮮黃桃色澤差異越大。計算公式如下。

式中：ΔE 為樣品色差；L*、a*、b*分別為樣品的白度值、紅綠值和黃藍值；L*0、a*0、b*0分別為新鮮黃桃的白度值、紅綠值和黃藍值。

1.4.2 硬度測定

參照史軻軻等[14]的方法測定黃桃果肉硬度。將樣品穩定置于檢測臺上，使用P5型探頭測定黃桃硬度，測前速度5 mm/s，測試速度1 mm/s，返回速度5 mm/s，穿刺距離6 mm。每組樣品測定15次，取平均值。

1.4.3 密度測定

參照晏幸等[15]的方法測定黃桃果肉的質量和體積。樣品經蒸餾水沖洗后，吸干表面水分，直接稱重，獲得樣品質量。用量杯量取適量蒸餾水，將黃桃肉置于量杯中，并使其完全浸沒水中，增加的體積即為黃桃體積。按下式計算黃桃果肉密度。

式中：ρ為果肉密度，g/mL；m 為果肉質量，g；V 為果肉體積，mL。

1.4.4 可溶性固形物含量測定

參照NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定折射儀法》規定的方法測定。

1.4.5 鈣含量測定

參照GB 5009.92—2016《食品安全國家標準 食品中鈣的測定》規定的方法測定。

1.5 數據分析

選用IBM SPSS Statistics 23進行單因素方差分析；選用Microsoft Office Excel繪制折線圖；選用Design-Expert 8.06對響應面試驗結果進行分析。

2 結果與分析

2.1 單因素結果分析

2.1.1 真空度對黃桃品質的影響

在浸漬時間為20 min，乳酸鈣濃度為6%的條件下，不同真空度對黃桃色差、硬度、SSC等指標的影響見圖1。

圖1 不同真空度對黃桃品質的影響Fig.1 The effects of vacuum degree on quality of yellow peach

由圖1可以看出，在真空浸漬條件下，不同的真空度會對黃桃的各項品質指標產生一定的影響。隨著真空度的增加，黃桃的色差指標變化不顯著，基本維持在同等水平，數值范圍為5.59～7.18，這說明真空度對黃桃的顏色變化未起到明顯的作用，可能是因為真空度的改變僅僅帶來作用在黃桃上的壓強變化，對色澤并沒有影響。隨著真空度的增加，黃桃的硬度呈現略有下降趨勢，但是真空度為0.05 MPa～0.08 MPa的浸漬樣品之間硬度差異不顯著。這可能是因為隨著真空度的增加，黃桃的細胞變形松弛的程度越來越大，造成了果肉硬度出現了一定程度的下降[16]。隨著真空度的增加，黃桃的可溶性固形物含量并未出現明顯變化，且與新鮮黃桃（8.06 g/100 g）維持在同一水平，范圍為7.17 g/100 g～8.37 g/100 g。這可能是因為浸漬時間較短，黃桃細胞內的內容物并未發生較大的外滲現象。同時，浸漬液采用的是低滲溶液，也不足以改變黃桃的可溶性物質含量。黃桃的密度隨著真空度的增加也未發現顯著的變化，且浸漬樣品與新鮮樣品（1.0 g/mL）也處在同一水平，范圍為0.94 g/mL～1.0 g/mL。這可能是由于浸漬采用的是低滲溶液，對黃桃本身的密度未起到明顯的改變。隨著真空度的增加，黃桃的鈣含量呈現先顯著上升后保持平衡的趨勢，在真空度達到0.07 MPa后，黃桃的鈣含量不再顯著隨著真空度的加大而增加。與新鮮樣品相比，真空浸漬后黃桃的鈣含量上升幅度較大，新鮮樣品的鈣含量約為28.32 mg/kg，而浸漬后的樣品黃桃鈣含量最低達到331.00 mg/kg，約為新鮮樣品的12倍。這可能是由于真空度的增加帶來的毛細管效應和壓力差越來越大，從而使乳酸鈣進入黃桃內部的量逐漸增加，使得黃桃樣品的鈣含量呈現明顯的上升趨勢。

2.1.2 浸漬時間對黃桃品質的影響

在浸漬真空度為0.06 MPa，乳酸鈣溶液濃度為6%的條件下，不同浸漬時間對黃桃色差、硬度、SSC等指標的影響見圖2。

圖2 不同浸漬時間對黃桃品質的影響Fig.2 The effects of immersing time on quality of yellow peach

由圖2可知，隨著浸漬時間的延長，浸漬后的黃桃與新鮮樣品之間的色澤差異越來越大，最大的色差值為7.36，說明浸漬時間的延長會對黃桃的顏色造成一定的影響。這可能是因為在浸漬過程中浸漬液進入黃桃組織細胞內導致細胞液組成被改變，且隨著時間的延長，這種變化越來越明顯，從而導致黃桃的色差值發生持續上升的現象[17]。黃桃的硬度隨著浸漬時間的延長呈現先上升后下降的趨勢，浸漬30 min時，黃桃的硬度值下降至428.07 g。這可能是鈣的滲透有利于增加黃桃細胞壁的結構穩定，維持細胞的硬度，但是隨著浸漬時間的延長，其細胞壁的松弛變形的程度越來越大，導致果肉的硬度出現了一定程度的降低。在浸漬過程中，黃桃的可溶性固形物含量和密度并未出現明顯的變化，與新鮮黃桃（8.06 g/100 g，1.0 g/mL）基本處于同等的水平。黃桃中鈣含量隨著真空浸漬時間的延長呈現先上升后趨于穩定的趨勢，而且與新鮮黃桃（28.32 mg/kg）比較，浸漬樣品的鈣含量明顯增加，浸漬30 min后的黃桃鈣含量達到680.33 mg/kg。這可能是因為隨著浸漬時間的延長，更多的乳酸鈣溶液滲入黃桃組織內部，導致黃桃樣品的鈣含量明顯上升。

2.1.3 乳酸鈣濃度對黃桃品質的影響

在浸漬時間為20 min，浸漬真空度為0.06 MPa的條件下，不同乳酸鈣濃度對黃桃色差、硬度、SSC等指標的影響見圖3。

圖3 不同乳酸鈣濃度對黃桃品質的影響Fig.3 The effects of calcium lactate concentration on quality of yellow peach

由圖3可知，隨著乳酸鈣溶液濃度的增加，黃桃的色差、SSC和密度3個指標并未發生明顯的變化，基本處于同一水平，浸漬后的黃桃SSC和密度與新鮮樣品（8.06 g/100 g，1.0 g/mL）基本保持在同等的水平，說明浸漬液濃度的變化對黃桃的色差、SSC和密度并未造成明顯的影響。黃桃的硬度隨著乳酸鈣溶液濃度的增加，呈現了上升的趨勢。這可能是由于浸漬處理會增加細胞壁中的Ca2+，加強了Ca2+交聯的果膠定位，從而減輕細胞松弛變形的程度，有利于維持黃桃的質地特性，降低硬度下降的程度[18]。隨著乳酸鈣濃度的增加，黃桃的鈣含量呈現先上升后趨于穩定的趨勢，且與新鮮黃桃（28.32 mg/kg）相比，浸漬樣的鈣含量得到較大幅度的提升，浸漬樣最高的鈣含量達653.67 mg/kg。由此可見，增加乳酸鈣溶液的濃度有利于提升浸漬后黃桃樣品的鈣含量。

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 綜合評分計算

從單因素試驗結果可以看出，不同的真空浸漬條件對黃桃的色澤、硬度和鈣含量3個指標產生了一定程度的影響，但是對黃桃的SSC和密度則未產生明顯的影響。因此，本研究選擇色差、硬度和鈣含量3個指標作為響應面試驗的考察指標，按照各指標檢測的最大值和最小值為參照進行數據歸一化[19]，采用標準差法[20-21]對各指標進行權重賦分，經過計算，色差、硬度和鈣含量的權重系數分別為-0.307、0.309、0.384。利用權重系數和各項指標歸一化后的數值計算各試驗組的綜合評分（Y），計算公式如下。

式中：Y 表示各試驗組的綜合評分；F1max、F2max、F3max分別為各試驗組3個指標測定的最大值；F1min、F2min、F3min分別為各試驗組3個指標測定的最小值；F1、F2、F3分別為某個試驗組3個指標測定的數值。

2.2.2 試驗結果與方差分析

采用Box-Behnken原理設計響應面試驗，試驗方案與結果見表2，響應面模型方差與顯著性結果分析見表3。

表2 響應面試驗方案及結果Table 2 Scheme and experimental results for response surface

續表2 響應面試驗方案及結果Continue table 2 Scheme and experimental results for response surface

表3 響應面模型方差分析Table 3 Variance analysis of response surface model

對表2中的試驗結果進行擬合分析，得到自變量A真空度、B浸漬時間、C乳酸鈣濃度與因變量綜合評分（Y）的二次多項回歸方程為：Y=-1+32.02A-0.2B+0.22C+0.1AB+0.61AC-1.52×10-3BC-348.83A2+2.4×10-4B2-0.01C2。

由表3可以看出，該模型的p值＜0.000 1，決定系數R2=0.976 0，說明該模型的自變量與因變量的回歸關系是顯著的，失擬項=0.959 3＞0.05，失擬項不顯著，說明回歸方程擬合度較好，具有統計學意義。各試驗因素對黃桃樣品綜合評分的影響程度由大到小分別為C乳酸鈣濃度＞A真空度＞B浸漬時間。從方差分析還可以看出，3個試驗因素對試驗結果的影響均為極顯著，說明浸漬條件對黃桃樣品的品質影響較大。

2.2.3 響應面分析

運用Design-Expert 8.06軟件繪制A真空度、B浸漬時間、C乳酸鈣濃度3個因素對綜合評分（Y）的三維響應曲面圖，以直觀的觀察兩因素交互作用對綜合評分結果的影響程度，結果見圖4。

圖4 各因素間交互作用對綜合評分的影響Fig.4 The interactive effect of interaction of various factors on comprehensive score

響應曲面圖越陡峭說明兩因素交互作用對綜合評分的影響越大[22]，由圖4可知，A真空度和C乳酸鈣濃度之間所形成的響應曲面坡度最為陡峭，說明A、C兩個因素之間的交互作用對黃桃樣品的綜合評分影響最大，這與表3方差分析的結果相吻合。

2.2.4 最優工藝與驗證試驗

經過軟件分析確定黃桃真空浸漬最優的工藝條件為真空度0.06 MPa、浸漬時間20.06 min、乳酸鈣濃度7.98%，在此工藝條件下，通過方程預測出的黃桃樣品的綜合評分為0.570 8。為便于生產操作，根據實際情況將最佳工藝參數調整為：真空度0.06 MPa、浸漬時間20 min、乳酸鈣濃度8%。在此條件下進行3次驗證試驗，試驗結果分別為 0.583 4、0.552 3、0.567 1，平均值為0.567 6，與預測值相近，說明該模型預測性擬合度良好，所得數據有效可靠。

3 結論

本研究采用真空浸漬技術對黃桃進行浸漬處理，采用多指標綜合評分法結合響應面分析法對黃桃的真空浸漬工藝進行優化。選擇真空度、浸漬時間、乳酸鈣濃度為試驗因素，考察不同浸漬條件下，黃桃品質的變化情況。通過單因素試驗，可以發現不同試驗條件對黃桃色差、硬度、鈣含量3個指標影響較大，而對黃桃的SSC和密度則沒有明顯的影響。因此，選擇色差、硬度和鈣含量為黃桃品質的考察指標，并通過標準差法計算黃桃樣品的綜合評分，以綜合評分（Y）為響應值，采用響應面分析法優化黃桃浸漬工藝。最終獲得黃桃最佳浸漬工藝為真空度0.06 MPa、浸漬時間20 min、乳酸鈣濃度8%，在此工藝條件下浸漬后黃桃樣品綜合評分結果為0.567 6。

通過本研究可以看出，經過浸漬后的黃桃樣品在色澤上會與黃桃原料產生一些差異，但是經過試驗人員的感官觀察，其顏色變化并不明顯，未產生嚴重的褐變現象。黃桃樣品經過浸漬后，硬度受到了一定的影響，但是也基本維持在450 g～650 g左右，與黃桃新鮮原料的差異并不是太大，感官上也未發現較為明顯的差異。黃桃中鈣離子的含量在浸漬后得到了較大幅度的提升，說明真空浸漬可以促進外源礦物元素較快滲入黃桃細胞內部。由此可見，真空浸漬可以作為一種為水果原料提供營養強化處理的技術手段，本研究的結果對企業開發營養強化型黃桃休閑食品具有非常重要的價值和意義。