摘要：目的：降低鮮切牛蒡的相對酶活。方法：以鮮切牛蒡為原材料，進行射頻滅酶，研究極板間距、樣品高度和電導率對滅酶效果、色澤和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果：利用響應面分析法確定射頻滅酶的最佳工藝參數(shù)為極板間距90 mm、樣品高度74 mm、電導率0.14 s/m，實際可降低121.24%相對酶活。結(jié)論：電導率在0.1 s/m左右時，極板間距越低，樣品高度越高，升溫速率越快。樣品經(jīng)過射頻處理有效降低了多酚氧化酶活性，抑制了鮮切牛蒡酶促褐變，優(yōu)化工藝能夠表現(xiàn)出較小的細胞損傷。

關(guān)鍵詞：射頻；多酚氧化酶；鮮切牛蒡；酶促褐變

中圖分類號：TS255.36""""""文獻標志碼：A"""""文章編號：1000-9973（2025）02-0017-08

Optimization of Radio Frequency Blunt Enzyme Process of Fresh-Cut

Burdock by Response Surface Methodology

ZHU Yong-quan^1，2， HU Xin-di²， TENG Cong²， XU Lu-jing²， LIU Jin-ge²，

WANG Zi-yin²， ZHANG Jian³， LI Ying^2*

（1.School of Ocean Food and Biological Engineering， Jiangsu Ocean University， Lianyungang 222023，

China; 2.Institute of Agro-products Processing， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，

Nanjing 210014， China; 3.White Horse Future Food Research Institute，

Nanjing 211225， China）

Abstract： Objective： To reduce the relative enzyme activity of fresh-cut burdock. Method： Fresh-cut burdock is used as the raw material for radio frequency enzyme inactivation. The effects of electrode spacing， sample height and conductivity on enzyme inactivation effect， color and microstructure are studied. Results： The optimal process parameters of radio frequency enzyme inactivation are determined by response surface analysis method as follows： electrode spacing is 90 mm， sample height is 74 mm， and conductivity is 0.14 s/m， which can actually reduce the relative enzyme activity by 121.24%. Conclusion： When the conductivity is around 0.1 s/m， the lower the electrode spacing， the higher the sample height， and the faster the heating rate. The radio frequency treatment of the sample effectively reduces the activity of polyphenol oxidase and inhibits the enzymatic browning of fresh-cut burdock. The optimized process shows less cell damage.

Key words： radio frequency; polyphenol oxidase; fresh-cut burdock; enzymatic browning

近年來，隨著預制菜產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，鮮切果蔬產(chǎn)品因品質(zhì)新鮮、食用方便、干凈衛(wèi)生等特點備受消費者青睞。江蘇省特色經(jīng)濟作物牛蒡被國家列為藥食同源食物，并享有“東洋參”的美譽^[1-2]。其灰白色根部為主要的食用部分，具有極高的營養(yǎng)價值。目前，我國牛蒡種植業(yè)較發(fā)達，但加工業(yè)相對落后，其主要原因是牛蒡在加工中極易褐變。鮮切牛蒡發(fā)生褐變主要是因為牛蒡受到機械損傷后在多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的作用下，酚類物質(zhì)會生成鄰苯二醌，繼而發(fā)生褐變，影響其加工品質(zhì)^[3]。

傳統(tǒng)的抑制褐變的方法包括加熱、氣調(diào)、調(diào)節(jié)pH值和浸泡化學品^[4]。Chung等^[5]研究發(fā)現(xiàn)用檸檬酸、氯化鈉、半胱氨酸和乙酸鈉處理鮮切牛蒡根可以有效抑制褐變。然而，當代消費者越來越注重營養(yǎng)與健康，擔心食品中使用化學添加劑存在潛在的有害影響。Epameinondas等^[6]研究發(fā)現(xiàn)高溫熱水漂燙可以有效地滅酶，但是果蔬在焯水過程中也會因細胞破壞對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，如顏色變化、質(zhì)地軟化和水溶性營養(yǎng)物質(zhì)損失。Gong等^[7]研究發(fā)現(xiàn)，與熱水焯燙相比，射頻燙漂的胡蘿卜具有更好的復水能力、色澤和質(zhì)地，維生素C含量更高。傳統(tǒng)熱水燙漂是由外向內(nèi)加熱，熱傳遞速度慢，并且物料表面溫度過高，出現(xiàn)食品過熱情況^[8-9]。與傳統(tǒng)加熱相反，射頻處理的樣品內(nèi)部升溫快于外部，可在低溫短時間內(nèi)達到加熱效果，盡可能地保持食品品質(zhì)^[10]。射頻（radio frequency，RF）是一種易于規(guī)?；瘧玫慕殡娂訜岱绞剑谑称芳庸ぶ械膽弥饕ú∠x害防治、農(nóng)產(chǎn)品干燥、果蔬燙漂和肉制品解凍^[11-12]。其原理為電磁波誘導帶電離子振蕩遷移，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)快速升溫。目前射頻滅酶在蘋果汁^[13]、萵筍^[14]、馬鈴薯^[15]等果蔬保鮮中均有應用，通過射頻燙漂的樣品不僅能抑制褐變，而且能更好地保持品質(zhì)。

關(guān)于牛蒡的深加工食品研究，目前主要集中于牛蒡醬、牛蒡泡菜、牛蒡飲料、牛蒡休閑食品等方面。黃和升等^[16]以新鮮牛蒡為原料研制牛蒡泡菜，采用純種濕法發(fā)酵速度快、亞硝酸鹽含量低、感官評分和脆度得到提升。孫連海等^[17]以感官評分為指標，對牛蒡丁與豬肉泥的最佳質(zhì)量比進行研究，制作出最佳配比的甜辣牛蒡醬。崔東波^[18]以牛蒡、香菇、豬肉為主要原料，通過正交試驗確定最佳工藝配方，開發(fā)了一種具有保健功能的調(diào)味醬。

本研究擬以新鮮牛蒡為研究對象，通過射頻滅酶抑制其褐變。采用單因素試驗和響應面法優(yōu)化滅酶工藝，根據(jù)相對酶活、色澤、微觀結(jié)構(gòu)等指標評價牛蒡質(zhì)量，建立回歸方程，優(yōu)化并得出最優(yōu)的工藝參數(shù)，旨在最大程度地保持牛蒡品質(zhì)，提高鮮切牛蒡產(chǎn)品的商品價值^[12]。

1"材料與方法

1.1"材料與試劑

牛蒡：徐州智科食品有限公司；二水合磷酸二氫鈉、十二水合磷酸氫二鈉、氯化鈉：國藥集團化學試劑有限公司；鄰苯二酚：上海麥克林生化科技有限公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2"主要儀器與設備

ASC-30型電子秤"沈陽朝陽衡器廠；S-4800型掃描電子顯微鏡"日本日立公司；RFD-200F射頻儀器"南京蘇曼等離子科技有限公司；JC-UT2000型紫外可見分光光度計"青島聚創(chuàng)科技有限公司；WT-GL-100F熒光光纖測溫儀"河北微探科技有限公司。

1.3"射頻設備

試驗所使用的射頻設備由江蘇省農(nóng)科院提供，該設備由人機界面、嵌入式系統(tǒng)、射頻發(fā)生器、射頻處理腔和傳動系統(tǒng)構(gòu)成。樣品放入離心管中并包裹聚乙烯泡沫保溫，采用光纖測溫儀實時監(jiān)測物料內(nèi)部溫度。射頻功率大小以及上下極板間距可根據(jù)樣品做出相應調(diào)整。射頻處理示意圖見圖1。

1.4"試驗方法

1.4.1"工藝流程

原料篩選→清洗→刨絲→浸泡→射頻處理→提取酶液→測定酶活。

1.4.2"最適pH

參考田一雄^[13]的方法。

1.4.3"最適溫度

參考田一雄^[13]的方法。

1.4.4"酶活計算

參考周良付等^[9]的方法。將2.9 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液與0.1 mL酶液混合搖勻，用紫外可見分光光度計在410 nm處測定其吸光度值。相對酶活按下式計算：

S（%）=A_tA×100%。

式中：S為相對酶活，%；A_t為處理后牛蒡PPO酶活；A為處理前牛蒡PPO酶活。

1.4.5"單因素試驗條件

1.4.5.1"不同極板間距

固定新鮮牛蒡直徑約為2 cm、厚度為2 mm，裝入50 mL離心管中。將樣品放入設備下極板中央，輸出功率為35%額定值，處理6 min。調(diào)整極板間距（85，95，105 mm）進行射頻處理。將熒光光纖測溫儀插入樣品中心，實時監(jiān)測溫度變化，考察極板間距對射頻滅酶速率的影響。

1.4.5.2"不同樣品高度

調(diào)整樣品高度（55，65，75 mm）進行射頻處理，考察樣品高度對射頻滅酶速率的影響。

1.4.5.3"不同電導率

調(diào)整NaCl溶液電導率（0.03，0.1，0.3 s/m）進行射頻處理，考察電導率對射頻滅酶速率的影響。

1.4.6"響應面試驗設計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以極板間距、樣品高度、電導率為影響因素，以多酚氧化酶活性為評價指標，進行三因素三水平響應面試驗，具體因素與水平見表1。

2"結(jié)果與分析

2.1"牛蒡PPO的最適pH測定

pH適宜時酶的活性中心處于正常電離狀態(tài)，蛋白分子的構(gòu)象隨pH的變化而發(fā)生改變，導致酶失活^[14]。由圖2可知牛蒡PPO酶液在pH 5.7～8.0下的活性，確定最適pH為6.5。

2.2"牛蒡PPO的最適溫度測定

溫度是影響酶活性的另一關(guān)鍵因素，蛋白分子受熱后，分子結(jié)構(gòu)由α-螺旋、β-折疊轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)則卷曲蛋白分子，從而導致酶失活^[14]。牛蒡PPO在25～75 ℃下酶活變化曲線見圖3，確定最適溫度為35 ℃。

2.3"單因素對牛蒡PPO酶活的影響

2.3.1"極板間距對射頻滅酶的影響

由圖4中a可知，極板間距越大，樣品的升溫速率越慢。當極板間距為95 mm時，牛蒡升溫速率最快。由圖4中b可知，極板間距越小，其PPO失活速率越快。隨著時間的增加，所有極板間距下的相對酶活先上升后逐漸下降。不同極板間距下，樣品的升溫速率與PPO失活速率成正比。當溫度從50 ℃升至60 ℃時，PPO活性急劇下降。高溫會使酶蛋白發(fā)生變性，PPO加熱至75 ℃后完全失活，這是因為極板間距越小，輸出電流越大，電場強度越強，同時樣品內(nèi)部升溫速率越快^[14]。

2.3.2"樣品高度對射頻滅酶的影響

由圖5中a可知，樣品高度越低，樣品的升溫速率越慢。當樣品高度為75 mm時，牛蒡升溫速率最快。由圖5中b可知，樣品高度越高，其PPO失活速率越快。隨著樣品高度的降低，樣品的升溫速率也逐漸減緩。55 mm高度的樣品在射頻結(jié)束后仍有殘余活性，而75 mm高度的樣品在4 min時就已經(jīng)完全失活，65 mm高度的樣品在6 min時完全失活，這是因為樣品高度的增加縮短了樣品與極板的距離。而空氣的介電損耗遠小于物料的介電損耗，因此，在射頻處理過程中距離上極板越近的樣品能量損耗越小，物料所吸收的功率越大。

2.3.3"電導率對射頻滅酶的影響

由圖6中a可知，當電導率為0.3 s/m時，樣品的升溫速率較慢。當電導率為0.1 s/m時，牛蒡升溫速率最快。由圖6中b可知，電導率在0.1 s/m左右時，其PPO失活速率最快。電導率上升或者下降，物料的升溫速率均有所降低。0.1 s/m電導率時PPO失活最快，3 min時就已經(jīng)失去大部分活性。0.03 s/m電導率次之，0.3 s/m電導率最慢，兩者都在4 min時失去大部分活性。較低的電導率意味著其離子數(shù)較少，因此帶電離子在射頻波的作用下碰撞概率較低^[15]。較高的電導率意味著其離子數(shù)較多，離子之間相互阻礙移動，同樣會減少碰撞并降低升溫速率。尤其在電導率較高時，離子之間的相互阻礙作用更明顯^[15]。

2.4"響應面優(yōu)化對牛蒡射頻滅酶結(jié)果的影響

2.4.1"響應面優(yōu)化試驗結(jié)果與分析

基于單因素試驗結(jié)果，采用三因素三水平利用Design Expert V8.0.6軟件按照Box-Behnken原理進行響應面試驗設計，根據(jù)滅酶效果對試驗參數(shù)進行優(yōu)化，試驗方案及結(jié)果見表2。以牛蒡PPO滅酶率為響應值，以A（極板間距）、B（樣品高度）、C（電導率）作為響應面試驗影響因素，方差分析見表3。

通過試驗數(shù)據(jù)進行多項回歸擬合，得到二次多項式回歸模型方程：Y=－1 210.2+19.18A+11.74B+265.595C+1.07×10^－6AB+6.23×10^－5AC－2.96×10^－5BC－0.109A²－0.073B²－845.24C²。

由表3可知，該模型極顯著（P＜0.000 1）。R²為0.999 7（gt;0.9），R_Adj²為0.999 4，說明試驗值與預測值之間擬合度良好，可用于射頻滅酶試驗的預測。另外，從方差分析結(jié)果可以看出A、B、C 3個因素對響應值滅酶率的影響均極顯著。各因素的F值與試驗因素呈正相關(guān)，F(xiàn)值越大，表明對試驗因素的影響越大，對試驗結(jié)果越重要^[19]。各因素影響程度的順序為樣品高度＞極板間距＞電導率。

2.4.2"響應面分析與結(jié)果優(yōu)化

通過響應面分析圖和等高線的形狀可以判斷兩個自變量之間交互作用的顯著程度^[20]。圓形表示交互作用不顯著，橢圓形表示交互作用顯著^[21]。

由圖7～圖9可知，極板間距與電導率、樣品高度與電導率的交互作用對射頻滅酶的影響顯著。極板間距和樣品高度的交互作用響應面圖較平緩，等高線接近于圓形，因此極板間距和樣品高度的交互作用影響不顯著。

通過對二次多項式模型的解逆矩陣，得出射頻對鮮切牛蒡的最佳滅酶條件為極板間距90.5 mm、樣品高度74.01 mm、電導率0.14 s/m，預測滅酶率為122.649%。

2.5"驗證試驗結(jié)果

為檢驗模型預測的準確性，采用響應面優(yōu)化的工藝條件對牛蒡進行射頻滅酶?？紤]到實際操作性，將最優(yōu)工藝條件稍作調(diào)整，設置極板間距為90 mm、樣品高度為74 mm、電導率為0.14 s/m，并進行3次驗證試驗。實際結(jié)果顯示相對酶活下降了121.24%，與預測的122.649%非常接近，說明響應面法得到的最佳工藝條件比較可靠^[22]。

2.6"射頻處理對牛蒡細胞微觀結(jié)構(gòu)的影響

掃描電子顯微鏡圖像直觀地顯示了牛蒡組織經(jīng)過射頻處理后薄壁細胞形態(tài)的變化。

由圖10可知，處理前后的牛蒡細胞存在顯著性差異。新鮮牛蒡的細胞排列整齊，細胞間層與細胞壁緊密連接^[23]。射頻處理后，細胞壁出現(xiàn)皺褶并坍塌。射頻升溫速率越慢，細胞壁越粗糙且塌陷程度越嚴重^[23]。當樣品高度為55 mm時，可觀察到細胞幾乎全部塌陷變形。在此條件下的樣品比其他組加熱速率慢，導致其細胞壁受損更嚴重^[23]。因此，提高射頻效率有利于維持細胞的空間結(jié)構(gòu)和細胞壁結(jié)構(gòu)的完整性。

2.7"射頻處理對牛蒡色澤的影響

由表4可知牛蒡在不同處理時間下的色澤變化，結(jié)果表明，ΔE在33.56～56.03之間，射頻對牛蒡色澤有顯著影響（ΔEgt;3.0）^[24]，ΔE越大，樣品色澤變化越明顯。L^*值在3 min時達到最小值，這是由于處理時間短導致鈍酶不完全，造成嚴重褐變，與圖11中D一致。牛蒡的亮度L^*值先降低后升高，這也符合不同處理時間下牛蒡PPO活性的變化規(guī)律^[25]。a^*值先升高后降低，在2 min時達到峰值。a^*值降低，表明色澤由紅向綠變化，褐變程度降低，PPO鈍化效果好^[25]。b^*值在4 min時達到峰值，6 min時降到最低，也表明褐變程度降低^[26-27]。射頻處理結(jié)束時牛蒡的L^*值上升，接近射頻1 min的樣品。a^*值和b^*值均有所下降，表明處理6 min能夠有效抑制牛蒡褐變。從外觀和L^*值來看，處理1 min和6 min的樣品相近，但是處理6 min的樣品大大降低了多酚氧化酶活性，長期貯存也能保持色澤穩(wěn)定。

3"結(jié)論

本研究以射頻為鈍化牛蒡多酚氧化酶的方法，結(jié)果表明極板間距、樣品高度、電導率在處理過程中均有顯著影響。應用SPSS和Design Expert軟件得出射頻對鮮切牛蒡的最佳滅酶條件為極板間距90 mm、樣品高度74 mm、電導率0.14 s/m，可降低121.24%相對酶活^[28-29]。色澤上，處理6 min可以大幅度提高樣品的L^*值，降低a^*值和b^*值。高溫下由于纖維素組織疏松導致的細胞膜破裂、細胞壁坍塌等微觀結(jié)構(gòu)變化造成組織軟化^[30-31]。采用最優(yōu)的試驗方案可大大提高射頻滅酶速率，對組織和細胞的損傷較小，從而最大程度地保持牛蒡品質(zhì)，保證鮮切牛蒡良好的商品價值。使用經(jīng)過處理后的牛蒡制作牛蒡醬，顏色鮮亮，口感微脆，不僅去除了牛蒡的苦澀怪味，而且最大限度地保存了牛蒡的有效成分，是一種具有保健功能的調(diào)味品。牛蒡射頻加工工藝的優(yōu)化不僅提高了牛蒡的經(jīng)濟價值和食用價值，而且為牛蒡產(chǎn)品的開發(fā)提供了新的途徑。

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