蔣子敬,許青蓮,*,林洪斌,邢亞閣,王丹楓,陳 玲

(1.西華大學食品與生物工程學院食品生物技術重點實驗室,四川成都 610039;2.成都新繁食品有限公司,四川成都 610501)

四川泡青菜專用護色劑配方優(yōu)化及其性能研究

蔣子敬1,許青蓮1,*,林洪斌1,邢亞閣1,王丹楓2,陳 玲2

(1.西華大學食品與生物工程學院食品生物技術重點實驗室,四川成都 610039;2.成都新繁食品有限公司,四川成都 610501)

本文在探討不同護色劑對四川泡青菜褐變抑制效果影響的基礎上,采用單因素和響應面法優(yōu)化復合護色劑配比,并用ASLT法對其護色性能進行了預測。結果表明,最佳護色劑配比為:氯化鈣添加量0.082%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.017%、檸檬酸亞錫二鈉添加量0.027%。所得復合護色劑褐變抑制率達53.36%、樣品褐變度為5.44,護色效果能保持約146～161 d,為泡青菜生產中的護色工藝提供了重要依據(jù)。

泡青菜,護色劑,配方優(yōu)化,性能,貨架期

四川泡青菜是西南地區(qū)常見的一類非發(fā)酵型泡菜,所采用的新鮮青菜呈鮮綠色。但其中的藍綠色素與黃綠色素是一種不穩(wěn)定物質,在食品加工及儲存過程中,極易受到加工工藝或外界環(huán)境的影響而發(fā)生分解并伴有褐變反應產生[1]。這會導致泡青菜類產品在貨架期內便發(fā)黃或呈深褐色,嚴重影響其整體品質質量。究其原因主要是色素受光分解與熱分解以及多酚類物質氧化的影響。

護色劑作為一類食品添加劑可提供食品原料相應的穩(wěn)定性與抗氧化性,保持葉綠素穩(wěn)定并抑制褐變,能有效解決泡青菜中的褐變問題。但是,目前對于泡青菜生產過程中的護色研究較少。尼海峰[2]等研究了青菜中的護色工藝,但其主要只針對一種護色劑進行了研究。王向陽[3]等進行了青菜脫水工藝護色的研究,表明在漂燙液中加入0.05% Mg2+或是Zn2+能夠較好地保存葉綠素,但并沒有針對抗氧化、抗褐變方面進行研究。金定樑[4]研究表明濃度為0.05%～0.2%的新型護色劑檸檬酸亞錫二鈉對果蔬類制品具有較好護色效果。相對于單一護色劑,復配型護色劑能充分利用各護色劑之間的協(xié)同互補性,可能會對泡青菜護色產生較好的效果[5-7]。

本研究在對于幾種護色劑進行單因素實驗基礎上,篩選出3種護色能力較好的護色劑進行復配,運用Box-Behnken實驗設計原理進行護色劑復配優(yōu)化研究,并對此護色劑護色效果進行了貨架期預測[8-9]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

泡青菜 成都新繁食品有限公司;檸檬酸、植酸、氯化鈣、L-半胱氨酸、D-異抗壞血酸鈉 河南巧手食品添加劑有限公司;檸檬酸亞錫二鈉(DSC)、葉綠素銅鈉鹽 鄭州天順食品添加劑有限公司;75%乙醇 成都科龍化工試劑廠;添加劑 均為符合國標要求的食品級添加劑;試劑 均為分析純。

7200型分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;精密色差儀 深圳威福光電科技有限公司;JA-2003電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;TDZ5-WS離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;600型三用電熱恒溫水箱 金壇市富華儀器有限公司;興和真空包裝機 諸城市興和機械有限公司;HNY-2102C智能搖床 天津歐諾儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 泡青菜護色工藝流程 泡青菜→整理成形→分裝→添加護色劑→真空包裝→巴氏滅菌→冷卻→成品。

將泡菜取出后整理成形,切分為整顆,沿根部切分為約5 cm塊狀,剔除菜葉部分后裝入包裝袋并添加護色劑。護色劑進行直接添加而非浸泡,以模擬實際生產情形。配制相應濃度的護色劑溶液直接添加于產品包裝中與泡青菜混合均勻。經(jīng)真空包裝及巴氏滅菌(65 ℃,20 min)處理后制得成品,并置于搖床培養(yǎng)箱中培養(yǎng)待后續(xù)實驗用。

1.2.2 護色劑單因素實驗 在預實驗的基礎上,同時根據(jù)國標以及相關文獻,選取了7種護色劑,每種護色劑均分為5個質量分數(shù)梯度(分別記為濃度A、B、C、D、E,以樣品總質量百分百計)進行護色實驗。以添加護色劑樣品作為實驗組,不添加護色劑樣品作為空白組對照。其中,7種護色劑添加濃度分別為:檸檬酸(0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%);植酸(0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%);氯化鈣(0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%);L-半胱氨酸(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%);D-異抗壞血酸鈉(0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%);檸檬酸亞錫二鈉(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%);葉綠素銅鈉鹽(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)。

1.2.3 Box-Behnken優(yōu)化實驗設計 在單因素實驗的基礎上,采用Design-Expert 7.0軟件進行Box-Behnken設計,以褐變抑制率百分數(shù)與褐變度之比作為響應值,選取對其影響顯著的3個因素氯化鈣(A)、D-異抗壞血酸鈉(B)、檸檬酸亞錫二鈉(C),設計3因素3水平響應面分析實驗,實驗因素水平設計見表1。

表1 護色劑響應面實驗因素水平表

1.2.4 泡青菜護色效果評價 青菜的色澤直接影響消費者對其接受程度,護色效果主要體現(xiàn)在色澤指標變化上。由于青菜根部與葉子部分色差明顯,對其整根測量會有較大的干擾,且考慮到在實際生產中菜葉部分顏色本已較深,褐變并不明顯,褐變反應主要集中在根部,故只對其根部進行后續(xù)實驗。以根部護色效果來反映整體護色情況。

1.2.4.1 褐變抑制率的測定 將同一批經(jīng)護色處理并保存一段時間后的泡青菜樣品切取根部成塊狀,用75%乙醇按料液比1∶2(g/mL)進行打漿后過濾,并浸提20 min。再進行離心處理10 min,離心轉速3500 r/min,取上清液待測。對經(jīng)護色處理和未經(jīng)護色處理的青菜根液分別在420 nm下測定吸光度,參比為純水,經(jīng)計算得到褐變抑制率[10]。每次測定進行3次平行實驗,結果以平均值計算。褐變抑制率越高反映出護色劑護色效果越好,空白組的褐變抑制率為基準0%。

褐變抑制率(%)=(A0-A/A0)×100

式中:A0為空白組OD值,A為實驗組OD值。

1.2.4.2 褐變度的測定 將待測樣品取出后,用精密色差儀對青菜根部進行色度測量,每次測量3次取平均值。以ΔE值作為參考,比較不同護色劑護色能力的強弱。(ΔE2=ΔL2+Δa2+Δb2,其中L*為明度指數(shù),L*=0表示為黑色,L*=100表示為白色;a*>0表示紅色程度,a*<0表示綠色程度;b*>0表示黃色程度,b*<0表示藍色程度)將ΔE作為反應褐變度的指標,值越小表示褐變度越小,護色效果越好,反之護色效果越差。

1.2.5 泡青菜護色效果預測 在制得復配護色劑的基礎上,利用貨架期加速實驗(ASLT)對護色劑貨架時間進行預測。采用其中的Q10法進行預測。溫差為10 ℃的2個任意溫度下的儲存期的比率Q10有如下公式:

不同食品進行加速破壞實驗所需溫度是不同的,根據(jù)食品儲存期加速測試實驗食品溫度選擇建議表[11-12],將加速實驗的溫度分別選為37 ℃,相對濕度60%;47 ℃,相對濕度60%;對照組4 ℃。將恒溫搖床培養(yǎng)箱中培養(yǎng)的樣品分批次取出檢測吸光度變化與色度變化情況。47 ℃下的樣品每隔1 d測量一次,37 ℃樣品每隔2 d測量一次,直至測量指標到達貨架期終點(貨架期終點指標由同一批次放置數(shù)月,在色澤上已具有不可接受性的樣品測得)。利用兩組溫度下貨架期壽命時間可算得Q10,再根據(jù)以下公式即可算得正常儲存溫度下的貨架期。

式中:QS(T1)為指定溫度T1下的貨架壽命;QS(T2)為特定溫度T2下的貨架壽命;ΔT為T1和T2的溫度差。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 7.0軟件進行響應面法優(yōu)化設計,采用OriginPro 7.5軟件進行制圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

不同濃度的單一護色劑對泡青菜褐變抑制率和褐變度指標的影響如圖1和圖2所示。由圖1可知,在實驗組中,氯化鈣、D-異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉、葉綠素銅鈉鹽4種護色劑褐變抑制率約為22%～29%,護色能力較優(yōu)。檸檬酸、植酸、L-半胱氨酸3種護色劑褐變抑制率約為16%～24%,護色能力較弱。其中,葉綠素銅鈉鹽在添加量為0.03%時有最大褐變抑制率為28.8%。由圖2可知,空白組褐變度較高,約為11.6～13.2;在實驗組中,經(jīng)過氯化鈣、D-異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉、葉綠素銅鈉鹽4種護色劑處理后的樣品褐變度約為6.0～9.2,處于較低水平,護色能力較優(yōu)。經(jīng)檸檬酸、植酸、L-半胱氨酸3種護色劑處理后的樣品褐變度約為7.8～11.2,處于較高水平,護色能力較弱。其中,D-異抗壞血酸鈉在添加量為0.025%時樣品具有最小褐變度為6.0。

圖1 不同護色劑的褐變抑制率Fig.1 Different browning inhibiton rate of color fixative

圖2 樣品經(jīng)不同護色劑處理后的褐變度Fig.2 Browning degree of samples treated with different color fixative

這可能是由于氯化鈣中Ca2+與果蔬中的氨基酸發(fā)生了沉淀作用從而抑制了羰氨反應的進行,減輕了褐變程度。而D-異抗壞血酸鈉的護色作用是因為其作為一種常用的護色劑和還原劑,能夠在泡青菜儲存過程中消耗氧氣,減少氧化物的生成。檸檬酸亞錫二鈉也具有一定的還原性能,通過二價錫離子被氧化成四價錫離子而表現(xiàn)出良好的抗氧化性能,從而達到一定的護色效果,同時對多酚氧化酶活力有明顯的抑制作用,這可能與其螯合銅離子并使酶失活有關[13-14]。而葉綠素銅鈉鹽可能是在一定的堿性條件下,用銅離子取代其葉綠素結構中的鎂離子,不僅能保持綠色,并且能增強葉綠素的穩(wěn)定性。另一方面,檸檬酸、植酸與L-半胱氨酸也能通過與多種多價金屬離子絡合從而抑制多價金屬對褐變的催化作用,可能在青菜中由于金屬離子催化而引起褐變的影響較小,故這幾種護色劑效果較差[15]。從添加濃度梯度方面來看,隨著護色劑添加濃度的增加,褐變抑制率普遍呈上升趨勢并趨于平緩。在某些情況下,護色劑的過量添加反而會產生反作用,導致褐變抑制率下降[16]。褐變度結果與褐變抑制率結果也具有相關性,隨著護色劑濃度的增加,褐變度普遍呈下降趨勢。

綜合褐變抑制率和褐變度指標考慮,選擇氯化鈣、D-異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉3種護色劑進行后續(xù)實驗。葉綠素銅鈉鹽雖然也具有較好護色效果,但其常作為著色劑使用,在本實驗護色過程中有掩蓋食品本身褐變色澤的表現(xiàn),同時由于其抗氧化抗褐變能力不足而被排除[16]。

2.2 響應面法優(yōu)化護色劑配比

2.2.1 響應面實驗 根據(jù)表2中的設計方案進行實驗,共進行17組實驗(12組析因實驗+5組中心實驗),得到結果如表2所示,回歸方程方差分析見表3。

表2 響應面分析實驗結果

注:響應值為褐變抑制率與褐變度之比值,由于褐變抑制率越高越好,而褐變度越低越好,故響應值越大,護色劑護色效果越好。

表3 回歸方程方差分析

注:*代表差異顯著(p<0.05);**代表差異極顯著(p<0.01)。

由響應面實驗結果及回歸方程方差分析可以看出,模型中A、B、C、A2、B2、C2為極顯著影響因子,AC為顯著影響因子。其中,3種護色劑對護色效果影響大小分別為:檸檬酸亞錫二鈉(C)>氯化鈣(A)>D-異抗壞血酸鈉(B)。因素之間交互作用的強弱為:AC交互作用顯著(p<0.05),AB、BC交互作用不顯著。得到響應值Y對氯化鈣(A)、D-異抗壞血酸鈉(B)、檸檬酸亞錫二鈉(C)的二次多項回歸方程為:

Y=-14.34659+85.92901A+1586.61111B+510.59722C-711.11111AB+827.77778AC-2100.00000BC-589.50617A2-42650.00000B2-9887.50000C2

2.2.2 響應曲面分析及優(yōu)化 根據(jù)二次回歸模型方程繪制護色劑配比的響應曲面圖,結果見圖3～圖5,從圖中可以直觀的看出各項因素對響應值的影響。

圖3 氯化鈣與D-異抗壞血酸鈉質量分數(shù)對護色效果影響的響應曲面圖Fig.3 Response surface chart of color preserving influence with calcium chloride and sodium erythorbate mass fraction

圖4 氯化鈣與檸檬酸亞錫二鈉質量分數(shù)對護色效果影響的響應曲面圖Fig.4 Response surface chart of color preserving influence with calcium chloride and disodium stannous citrate mass fraction

圖5 D-異抗壞血酸鈉與檸檬酸亞錫二鈉質量分數(shù)對護色效果影響的響應曲面圖Fig.5 Response surface chart of color preserving influence with sodium erythorbate and disodium stannous citrate mass fraction

由圖3～圖5可以看出氯化鈣、D-異抗壞血酸鈉、檸檬酸亞錫二鈉對于響應值均有顯著性影響,隨著濃度的增加響應值曲線都呈現(xiàn)先上升后趨于平緩的趨勢。其中,AC等高線呈橢圓狀,說明交互作用顯著,AB與BC等高線呈圓形,說明交互作用不顯著。兩兩交互作用響應曲面均為凸面,故響應值有極大值[18]。通過對二次多項回歸方程進行求導計算,得到各因素的最佳水平值,分別為:A=0.0818,B=0.0172,C=0.0274,即氯化鈣添加量為0.0818%、D-異抗壞血酸鈉添加量為0.0172%、檸檬酸亞錫二鈉添加量為0.0274%,在此條件下能夠得到響應值的極大值為:Y=9.84244,此時對應的褐變抑制率與褐變度理論值分別為:53.5011%、5.4358。

根據(jù)響應面實驗優(yōu)化結果,考慮到實際因素,以氯化鈣添加量0.082%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.017%、檸檬酸亞錫二鈉添加量0.027%進行驗證性實驗。得到的結果為:褐變抑制率53.36%、褐變度5.44,計算所得響應值為Y=9.8088,與模型方程預測值基本一致,說明采用響應面法優(yōu)化復合護色劑配比具有較好的應用價值[19]。

2.3 護色劑效果預測

采用ASLT法預測護色劑對泡青菜護色作用保持的時間。通過考察青菜根液吸光值指標和色度指標來判斷是否到達貨架期終點,結果如圖6～圖9所示。

圖6 37 ℃下OD值變化圖Fig.6 OD value variaion chart under 37 ℃

圖7 37 ℃下色度值變化圖Fig.7 Chromatic value variaion chart under 37 ℃

圖8 47 ℃下OD值變化圖Fig.8 OD value variaion chart under 47 ℃

圖9 47 ℃下色度值變化圖Fig.9 Chromatic value variaionchart under 47 ℃

前期實驗測得貨架期終點指標分別為:OD值A=0.411±0.012、色度值L*=32.96±1.38,a*=2.76±0.15,b*=28.93±0.74。結合ASLT加速實驗結果可以看出:在兩個貯藏溫度下,隨著加速實驗時間的增加,OD值均呈上升趨勢(p<0.05),在色度值中L*值(亮度值)呈下降趨勢(p<0.05),a*值(紅色值)有緩慢上升趨勢(p>0.05),b*值(黃色值)呈上升趨勢(p<0.05)。其中,L*值反映青菜色澤亮度,褐變越嚴重,亮度越低;a*值為正值,反映青菜紅色程度,褐變越嚴重,紅色值越高;b*值為正值,反映青菜黃色程度,褐變越嚴重,黃色值越高。在同一時間段內,47 ℃條件下各指標的變化均大于37 ℃,說明溫度對青菜色澤變化影響顯著,貯藏溫度越高,褐變現(xiàn)象越嚴重[20]。青菜樣品在37 ℃條件下儲存到第29 d時,其OD值為0.421±0.018,色度值L*=32.88±0.82,a*=2.68±0.11,b*=29.31±0.65,已超過貨架期終點指標,在第27 d時并未超過;在47 ℃條件下儲存到第11 d時,其OD值為0.418±0.016,色度值L*=32.88±0.82,a*=2.88±0.13,b*=30.03±0.78,已超過貨架期終點指標。因此,在37 ℃下和47 ℃下樣品貨架期時間分別取為27或28 d與10 d。

由公式計算得:

故可計算在商業(yè)儲存溫度20 ℃下的貨架壽命為:

QS1=QS(T2)×Q10=27×2.71.7=146 d

QS2=QS(T2)×Q10=28×2.81.7=161 d

由以上結果可知,該護色劑的護色周期為146～161 d,在產品保質期內(180 d)基本能滿足護色的性能需求。本實驗中的Q10是通過2個溫度得到,存在Q10的不確定性對貨架壽命預測準確性的影響[21]。同時,4 ℃條件下的對照組在儲存至11 d時各項指標為:OD值A=0.286±0.010;色度值L*=38.68±0.75、a*=2.03±0.11、b*=24.62±0.45,在29 d時各項指標為:OD值A=0.293±0.010;色度值L*=38.56±0.66、a*=2.12±0.09、b*=24.78±0.38,褐變程度明顯低于37 ℃和47 ℃組。由此可知,該護色劑護色效果對熱敏感性較強,低溫儲存能夠大大抑制其褐變,延長貨架期[22]。

3 結論

以四川傳統(tǒng)泡青菜為原料,研究了其專用護色劑配比的問題,并對該護色劑的護色劑周期進行了預測。通過響應面法優(yōu)化得到最佳護色劑配比:氯化鈣添加量0.082%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.017%、檸檬酸亞錫二鈉添加量0.027%,其褐變抑制率能達53.36%、褐變度為5.44,二次回歸模型具有較高擬合度,能夠較好的反應護色劑的護色性能。同時運用ASLT法預測此護色劑護色周期約為146～161 d,在保質期內有較好護色效果,具有一定的實際應用價值。該研究結果為四川泡青菜生產中的護色問題提供了理論依據(jù)。

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Study on the formula optimization and performance of appropriative color fixative in Sichuan pickled mustard

JIANG Zi-jing1,XU Qing-lian1,*,LIN Hong-bin1,XING Ya-ge1,WANG Dan-feng2,CHEN Ling2

(1.Food Biotechnology Key Laboratory,School of Food and Bioengineering,Xihua University,Chengdu 610039,China;2.Chengdu XinFan Food Co.,Ltd.,Chengdu 610501,China)

In this paper,the ratio of composite color fixatives was optimized by single factor experiment and response surface method on the basis of inhibition effect of different color fixatives on the browning Sichuan pickled mustard. Moreover,the performance of the obtained color fixatives was predicted by ASLT method. Results showed that the best color fixatives ratio was consisted of 0.082% calcium chloride,0.017% sodium erythorbate and 0.027% disodium stannous citrate. The browning inhibition rate of this color fixative was 53.36% and the sample browning degree was 5.44. The color-protecting performance could maintain about 146～161 d. These results in this investigation could provide a significant basis on the color fixatives of pickled mustard production.

pickled mustard;color fixatives;formula optimization;performance;shelf life

2016-09-22

蔣子敬(1992-)，男，在讀碩士研究生，研究方向：食品加工與儲藏，E-mail:18583391026@163.com。

*通訊作者:許青蓮(1981-)，女，碩士，助理實驗師，研究方向：農產品加工，E-mail:xuqinglian01@163.com。

四川省教育廳高?？蒲袆?chuàng)新團隊建設計劃項目(15TD0017)；四川省科技計劃項目(2016FZ0019)；成都市科技惠民技術研發(fā)項目(2015-HM01-00454-SF)；西華大學青年學者培養(yǎng)計劃(01201413)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)06-0308-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.050