鮮切蓮藕超聲-熱處理護色工藝優化

羅 麗，付院生，陳萬林，聶益晗，趙亞茹，王順民*

（1.安徽工程大學生物與食品工程學院，安徽蕪湖 241000；2.安徽邁濤食品有限公司，安徽馬鞍山 243000）

蓮藕作為一種水生蔬菜，質地嫩脆爽口，營養成分豐富，隨著消費者對凈菜產品的需求不斷增長，鮮切蓮藕產品擁有廣闊的市場前景[1-2]。但蓮藕在加工過程中因組織被破壞易在其表面發生褐變等品質劣變現象[3]，而食品的外觀會影響產品及其營銷特性，當消費者受到食物顏色刺激時，大腦會調動消費者之前對于這種顏色的記憶，從而影響消費者對于食品其他品質的判斷[4-5]，進一步表現為顏色對于其他感官認知的影響。因此，保持鮮切蓮藕的顏色對增加其銷量極為重要。

超聲波作為一種物理加工技術，不但能夠起到保鮮的作用，還具有安全、方便和高效的優勢[6-7]，因此在食品加工行業中得到廣泛應用[8]。研究發現與單純超聲相比，超聲-熱處理能在較低溫度、較短時間內更有效地滅活酶和微生物[9-10]。Yga 等[11]發現超聲與熱處理聯合使用能在很大程度上抑制胡蘿卜中過氧化物酶（peroxidase，POD）的活性并使其總類胡蘿卜素含量顯著增加。目前已報道的關于超聲波及超聲-熱處理鮮切果蔬的研究較多[12]，但是應用于鮮切蓮藕的較少。本章采用超聲-熱（ultrasonic-heat，Heat+US）處理鮮切蓮藕，研究不同超聲功率、時間和熱處理溫度對鮮切蓮藕護色保鮮的影響。通過單因素及響應面試驗的設計與優化，確定超聲-熱處理鮮切蓮藕護色的最佳工藝，并進一步探究該處理條件下鮮切蓮藕褐變度、失重率、硬度及微生物污染情況的變化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

蓮藕，品種為‘鄂蓮7 號’，購自蕪湖當地一家蔬菜超市。采用果實大小均勻（1.3～1.5 kg），形狀和成熟度、色澤一致的優質蓮藕作為試驗材料。

1.2 試驗試劑

乙醇、次氯酸鈉、氯化鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；聚乙烯自封袋（8 cm×12 cm），食品級，深圳市深綠源貿易有限公司。

1.3 儀器與設備

KS-500DE 型液晶超聲波清洗機，昆山潔力美超聲儀器有限公司；HP-C210 精密型手持色差儀，上海米遠電氣有限公司；6380A 去皮器，義烏市宏盛五金廚衛商行。

1.4 試驗方法

1.4.1 預處理試驗

蓮藕經自來水沖洗，去皮后切成5 mm 的薄片。去皮器、切刀和切菜板在使用前用體積分數0.1%次氯酸鈉溶液消毒。Heat+US 處理試驗在超聲水浴中進行。將隨機選取的藕片置于超聲水浴中，在不同的超聲功率、水溫和處理時間下，以40 kHz 的恒定頻率進行處理。通過恒溫裝置來恒定超聲浴的溫度[13]。處理后，將蓮藕在室溫下快速風干后放入聚乙烯自封袋中，于4 ℃和80%±5%相對濕度的冰箱中貯藏9 d，分別在0、3、6、9 d 取出進行指標測定和分析。以未進行處理的鮮切蓮藕為對照組。

1.4.2 單因素試驗

（1）超聲功率對鮮切蓮藕白度的影響

選取5 個不同超聲波功率（100、200、300、400、500 W）處理鮮切蓮藕9 min（水溫為45 ℃）。處理后將蓮藕取出迅速風干后，裝入密封袋中并放入4℃冰箱中貯藏9 d。測定其在0、3、6、9 d 色差的變化。

（2）超聲時間對鮮切蓮藕白度的影響

保持超聲功率為300 W，采用5 個不同超聲時間（3、6、9、12、15 min）處理鮮切蓮藕（水溫為45 ℃）。后續試驗同上述。

（3）超聲溫度對鮮切蓮藕白度的影響

保持超聲功率為300 W，選取5 個不同的超聲溫度（35、40、45、50、55 ℃）處理鮮切蓮藕9 min。后續試驗同上述。

1.4.3 響應面優化試驗

為獲得Heat+US 預處理鮮切蓮藕保鮮的最佳工藝參數，在單因素試驗的基礎上，選擇超聲功率、時間和溫度這三個因素為自變量，設計響應值為鮮切蓮藕貯藏期間的最終白度，使用Design expert 8.0.6 軟件的CCD 分析法進行響應面分析，研究各因素間的交互作用。響應面因素水平見表1。

表1 響應面分析因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.4.4 色差測定

采用色差儀[14]測定鮮切蓮藕的L*、a*、b*值，白度（W）作為總顏色變化的指標，通過與原始樣品的值進行比較和評估，由公式（1）計算得到。

1.5 數據統計與分析

每組試驗重復3 次，試驗數據采用Origin 8.5 和SPSS 22.0 軟件進行統計分析，用Duncan’s 多重比較法對各處理的均值進行差異顯著性分析，結果用“平均值±標準差”表示。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 超聲功率對鮮切蓮藕貯藏期間白度的影響

如圖1 所示，鮮切蓮藕的白度隨著超聲功率的增加呈先增加后降低的趨勢，不同超聲功率處理下蓮藕白度與CK 組差異不大。貯藏6～9 d，300 W 超聲處理9 min，蓮藕白度顯著高于其他處理組（P＜0.05），是CK 組的1.17～1.18 倍。

圖1 不同超聲功率對鮮切蓮藕白度的影響Fig.1 Effect of different ultrasonic power on the whiteness of fresh-cut lotus root

2.1.2 超聲時間對鮮切蓮藕貯藏期間白度的影響

如圖2 所示，不同超聲時間處理下蓮藕白度與對照無顯著差異。貯藏6～9 d，300 W 超聲處理12 min，其白度高于其他處理組（P＜0.05），是CK 組的1.22～1.23 倍。這可能是因為超聲處理能夠在一定程度上滅活多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和POD 的活性[11]，氧化酶活性降低導致多酚類物質的氧化速率下降，使其氧化聚合形成有色物質的過程減弱[15]。

圖2 不同超聲時間對鮮切蓮藕白度的影響Fig.2 Effect of different ultrasonic times on the whiteness of fresh-cut lotus root

2.1.3 超聲溫度對鮮切蓮藕貯藏期間白度的影響

由圖3 可知，鮮切蓮藕的白度隨著超聲溫度的增加呈先上升后降低的趨勢，但在貯藏期間整體呈下降趨勢。溫度為50 ℃，貯藏9 d 時，鮮切蓮藕的白度高于其他處理，比CK 組高18.70%。這可能是由于超聲波結合一定溫度的熱處理能夠抑制與褐變相關的酶活性[11]，從而延緩鮮切蓮藕的褐變。

圖3 不同超聲溫度對鮮切蓮藕白度的影響Fig.3 Effect of different ultrasonic temperatures on whiteness of fresh-cut lotus root

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 優化試驗結果與模型方差

響應面優化試驗設計與蓮藕的白度（Y）結果見表2（見下頁），試驗結果的擬合建立在描述鮮切蓮藕白度和Heat+US 參數關系的基礎上，采用Design Expert 8.0.5 對響應值與各因素進行回歸擬合后，得到回歸方程：

表2 響應面試驗設計及結果Table 2 Design and results of response surface methodology

從表3 的響應面優化試驗回歸分析中可知，本模型項F=60.63，P＜0.0001，模型顯著性高，擬合得到的回歸方程較好地描述了三個因素和響應值之間的關系，且失擬項并不顯著。響應面回歸參數分析得出Heat+US 處理的功率、時間和溫度對鮮切蓮藕貯藏后的白度有顯著影響，且根據各個因素的F值可知，各因素對鮮切蓮藕白度的影響由大到小依次為C、B、A。多元相關系數R2＝0.9873，該模型與實際情況的擬合效果較好。校正決定系數R2Adj＝0.9711，表明此回歸模型可用于解釋97.11%的試驗數據的變異性。變化系數CV＝1.18%，表明試驗的結果具有較高的可信度和精確度。

表3 Heat+US 處理的回歸分析Table 3 Regression analysis of Heat+US treatment

2.2.2 響應面圖分析

由圖4a 可以看出，超聲功率和時間之間的交互作用比較明顯。鮮切蓮藕白度的響應面呈拋物面型，即超聲時間一定，隨著超聲功率的不斷增大，鮮切蓮藕白度的變化趨勢表現為先上升后降低；同理，當超聲功率一定時，隨著超聲時間不斷延長，鮮切蓮藕白度的變化表現為先上升后降低，當超聲功率為300 W、時間9 min 時，鮮切蓮藕白度最高。由圖4b 可知，作用參數的功率和溫度間交互作用顯著，當超聲功率一定時，隨著溫度不斷上升，鮮切蓮藕白度表現為先上升后降低，超聲波功率300 W，溫度45 ℃時鮮切蓮藕白度最高。由圖4c 可知，超聲時間和溫度間有顯著交互作用（P＜0.05），當超聲時間一定時，隨著超聲溫度的增加，蓮藕白度隨之先增加后降低，超聲波10 min，在溫度50 ℃時鮮切蓮藕白度最高。

圖4 超聲功率、時間和溫度對鮮切蓮藕最終白度的響應面與等高線圖Fig.4 Response surface and contour plot of ultrasonic power,time and temperature to final whiteness of fresh cut lotus root

2.2.3 最佳預處理條件及驗證試驗

使用Design Expert 8.0.5 軟件分析該模型的二次多項回歸方程，得出超聲波處理鮮切蓮藕的最佳工藝為超聲功率319.02 W、超聲時間9.74 min、超聲溫度46.60 ℃。經校正后實際工藝為超聲功率300 W，超聲時間10 min，超聲溫度50 ℃。在此條件下進行響應面驗證試驗，結果得出鮮切蓮藕4 ℃貯藏9 d 的白度為47.23%。

3 結論

通過單因素及響應面優化試驗研究了不同超聲功率、時間和溫度等因素對鮮切蓮藕白度的影響，通過回歸擬合處理，得到了三個因素和響應值之間的關系模型，模型顯著且對實際情況擬合較好；失擬項不顯著，試驗的可信度和精確度高。經軟件模擬，結合實際試驗條件，得到Heat+US處理鮮切蓮藕護色的最佳條件為超聲功率300W，超聲時間10min，超聲溫度50 ℃，在此條件下鮮切蓮藕白度較高，保鮮程度較好。該研究為鮮切蓮藕的加工提供了技術和理論支持。