响应面法优化苦菜蔬菜纸护绿配方

王瑞，刘晓琴

(吕梁学院 生命科学系，山西 吕梁 033001)

苦菜是野生植物，是药食兼具的多年生草本植物，为菊科菊苣族[1-2]，又名苦苣菜等。苦菜中含有胆碱、蒲公英醇等成分，具有清热解毒、杀菌消炎、预防癌症的作用，深受消费者青睐[3]。苦菜不易保存，极易腐烂。开发苦菜类产品如蔬菜酱[4]、蔬菜纸、蔬菜调味品等制品是解决上述问题的关键，此外，可作为调味、调色及增加营养等方面的辅料用于肉类等其他制品加工中[5-6]，如蔬菜肠、调味包等[7-8]。

蔬菜纸含有丰富的膳食纤维，具有低糖、低脂、低热量、耐贮藏的特点[9-10]。蔬菜基食品加工中褪色、褐变、质地等变化会影响感官品质和营养价值[11]。国内外关于蔬菜纸加工有一定报道，主要集中在工艺、配方和质地方面[12-16]，但还没有苦菜蔬菜纸护绿方面的报道。

本试验以苦菜为主要原料，借助单因素试验和响应面试验设计法研究护绿剂的不同添加量对苦菜蔬菜纸成品护绿效果的影响，确定最佳护绿配方，为苦菜加工提供了新的方法，同时也解决了贮藏难题，为蔬菜纸在护绿研究提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜苦菜：购自吕梁农贸菜市场；可溶性淀粉：食品级，天津市光复精细化工研究所；CMC-Na：食品级，天津市致远化学试剂有限公司；食用油、金龙鱼油：郑州市清栋粮油商贸有限公司；醋酸锌、醋酸铜、碳酸氢钠：分析纯，天津市光复精细化工研究所。

C21-WK2102电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；KLG-9205A电热恒温鼓风干燥箱 上海齐欣科学仪器有限公司；1000型真空包装机 南通鑫燕包装机械有限公司；HC60001电子天平 慈溪市华徐衡器实业有限公司；DFT-100型100 g手提式高速粉碎机 温岭市林大机械有限公司；干燥箱烘盘(460 mm×640 mm×45 mm) 常州市业创干燥设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 蔬菜纸制备[17]

原料的预处理→预煮护绿调配、热烫→打浆→保脆→均质→过滤→制模型→脱水→揭纸→真空包装成品。

1.2.2 护绿效果评定标准

选择经过培训、无色盲症、具有丰富专业知识的人员12名，感官评定应选在室内，尽量避开强光照射，且在白天进行。评定的项目包括颜色、成型性、易揭性。颜色由绿色等级法进行排序分为褐绿色、淡绿色、鲜绿色，感官评分越高，所制的成品越好。感官评定标准见表1。

表1 感官评定标准Table 1 The sensory evaluation criteria

1.2.3 单因素试验设计

以感官评价为指标，分别选取醋酸锌添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、醋酸铜添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)、碳酸氢钠添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)进行单因素试验，考察各因素对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响(每组因素添加量的中间值为固定添加量)。

1.2.4 响应面试验设计[18]

采用Box-Behnken模型，在单因素试验结果的基础上进行响应面优化试验。

1.3 数据处理

采用Design-Expert 8.0.6软件进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 不同醋酸锌添加量对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响

当醋酸铜的添加量为0.03%，碳酸氢钠的添加量为0.03%，醋酸锌的添加量在0.01%～0.05%之间变化时，对苦菜蔬菜纸的感官评定见表2。

表2 不同醋酸锌添加量对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响Table 2 Effect of zinc acetate additive amount on green protection effect of Sonchus oleraceus L.vegetable paper

由表2可知，不同醋酸锌添加量对苦菜蔬菜纸的护绿效果产生比较明显的影响，随着醋酸锌添加量梯度的增加，苦菜蔬菜纸的绿色由浅变深，且成型效果及易揭性发生变化，添加量为0.01%时为淡绿色，成型较好，不易碎。添加量增加到0.02%左右时为鲜绿色，成型好，不起卷，不易碎，感官评分也较高，为89分。当添加量超过0.02%时绿色越来越深。故选择醋酸锌的添加量0.02%为响应面设计中心点。

2.1.2 不同醋酸铜添加量对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响

当醋酸锌添加量为0.03%，碳酸氢钠添加量为0.03%，分别以0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05% 5组不同醋酸铜添加量做单因素试验，在60 ℃的条件下干燥1.5 h制得成品，进行感官评定，见表3。

表3 不同醋酸铜添加量对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响Table 3 Effect of copper acetate additive amount on green protection effect of Sonchus oleraceus L.vegetable paper

由表3可知，醋酸铜添加量在0.01%～0.05%之间变化时苦菜蔬菜纸的颜色、成型性、易揭性发生变化，添加量由0.01%增加到0.03%时，苦菜蔬菜纸的颜色由淡绿色变为鲜绿色，且成型性好，不易碎。当添加量超过0.03%时，苦菜蔬菜纸的绿色先变浅再变深，添加量为0.05%时，颜色变为褐绿色，改变了苦菜原有的色泽，蔬菜纸的成型性一般，易碎。试验表明，当醋酸铜的添加量为0.03%左右时，苦菜蔬菜纸的颜色为鲜绿色，且成品均匀，光滑，成型好，感官评分也高。故选择醋酸铜的添加量0.03%为响应面设计中心点。

2.1.3 不同碳酸氢钠添加量对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响

当醋酸锌的添加量为0.03%，醋酸铜的添加量为0.03%，碳酸氢钠的添加量在0.01%～0.05%之间变化时，在60 ℃的条件下干燥1.5 h制成成品，进行感官评定，见表4。

由表4可知，不同碳酸氢钠的添加量对苦菜蔬菜纸的颜色、成型性、易揭性产生比较明显的影响。碳酸氢钠添加量为0.03%左右时，苦菜蔬菜纸的颜色为鲜绿色，且成型好，不易碎。当碳酸氢钠添加量超过0.03%时，颜色变为褐绿色，成型一般，易碎。试验表明，当碳酸氢钠的添加量为0.03%左右时，苦菜蔬菜纸成品的颜色为鲜绿色，护绿效果比较好，而且制得的成品表面均匀，光滑，易揭，感官评分分值高。故选择碳酸氢钠的添加量0.03%为响应面设计中心点。

2.2 响应面优化试验

在单因素试验结果的基础上，进行响应面优化试验，因素水平表见表5。醋酸锌添加量(%)、醋酸铜添加量(%)、碳酸氢钠添加量(%)分别用A，B，C表示，并以1.000，0，-1.000分别代表自变量的高、中、低水平。响应面试验设计方案与结果见表6。

表5 试验因素水平表Table 5 The factors and levels of test %

表6 Box-Behnken设计方案及试验结果 Table 6 Box-Behnken design scheme and test results

续 表

2.3 回归模型的建立及分析

由响应面软件对表6 试验数据进行多元回归拟合分析，得出感官评分与各因素变量的二次方程模型：

Y=14.37500-862.50000A+1937.50000B+3775.00000C+47500.00000AB+40000.00000AC-15000.00000BC-43750.00000A2-43750.00000B2-66250.00000C2。

为了检验二次回归方程模型的有效性以及各个因素与感官评分的影响程度，对试验结果的模型进行方差分析，回归方程系数显著性检验见表7。

表7 回归方程系数显著性检验 Table 7 Regression equation coefficient significance test

根据表7回归方程系数显著性检验，回归模型P<0.05，则说明此模型具有显著性，回归方程也具有一定的意义。由此模型所得的失拟项P>0.05，具有不显著性，证明此模型拟合度好，误差较小。方程复相关系数的平方R2=0.9355，相关度好，具有可信度，可用于配方优化的预测。

由表7可知，模拟一次项对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响不显著(P>0.05)。B，C对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响均显著(P<0.05)。模拟二次项A2、B2、C2对苦菜蔬菜纸的影响极显著(P<0.01)。交互项AB、AC用对苦菜蔬菜纸感官评分有极显著的影响(P<0.01)。BC的交互作用不显著性(P>0.05)。即各因素范围内，按影响排序为B>C>A，即醋酸铜添加量>碳酸氢钠添加量>醋酸锌添加量。

根据回归方程绘制的响应面图见图1。

图1 交互项对于护绿效果响应面图Fig.1 The response surface diagrams for interaction terms and green protection effect

由图1可知，醋酸锌添加量与醋酸铜添加量的交互作用曲面弯折程度大，较陡峭，而且等高线为椭圆形，说明醋酸锌与醋酸铜两因素之间的交互作用对苦菜蔬菜纸的感官评价影响显著。醋酸锌添加量的变化对成品感官评价的影响小于醋酸铜添加量的变化对成品感官评价的影响，说明在醋酸锌与醋酸铜两因素中，感官评分的分值主要受醋酸铜添加量的影响。醋酸锌与碳酸氢钠添加量的交互作用曲面弯折程度大，而且等高线为椭圆形，说明醋酸锌与碳酸氢钠两因素之间有显著的交互作用。醋酸锌添加量的变化对成品感官评价的影响小于碳酸氢钠添加量的变化对成品感官评价的影响，说明在醋酸锌与碳酸氢钠两因素中，感官评分的分值主要受碳酸氢钠添加量的影响。醋酸铜与碳酸氢钠的交互作用曲线比较平缓，等高线呈现近似圆形，说明醋酸铜与碳酸氢钠两因素之间的交互作用不显著。醋酸铜添加量的变化对成品感官评价的影响大于碳酸氢钠添加量的变化对成品感官评价的影响，说明在醋酸铜与碳酸氢钠两因素中，感官评分的分值主要受醋酸铜添加量的影响。

2.4 验证设计与结果分析

由 Design-Expert 8.0.6软件优化不同添加量醋酸锌、醋酸铜、碳酸氢钠对苦菜蔬菜纸护绿效果的影响，最优条件见表8。

表8 苦菜蔬菜纸护绿配方最优条件Table 8 Optimum conditions of green protection formula for Sonchus oleraceus L.vegetable paper

通过软件优化后得出的3种护绿剂(醋酸锌、醋酸铜、碳酸氢钠)的最佳护绿配方为：醋酸锌的添加量为0.023%，醋酸铜的添加量为0.033%，碳酸氢钠的添加量为0.029%，在此条件下的感官评分为91.347。根据实际情况，将最佳护绿配方的添加量调整为：醋酸锌添加量为0.02%，醋酸铜添加量为0.03%，碳酸氢钠添加量为0.03%。为了验证模型的可靠性与准确性，使试验更加严谨，结果更加准确，对感官评分进行3次重复性试验，见表9。

表9 最佳配方条件验证Table 9 Verification of optimal formula conditions

由表9可知，进行3次试验后感官评分的平均值为90.588±0.657，与表8的预测值91.347相比，相对误差为0.83%，证明所建立的回归模型的可靠性好，本试验采用的方法是稳定可行的，因此，采用此模型优化得到的添加参数准确可靠，具有实用价值，对苦菜蔬菜纸的研制具有理论指导意义。

4 结论

苦菜作为一种营养价值较高的野生蔬菜，具有很高的开发利用价值。 通过研究苦菜蔬菜纸的护绿配方，从而提高苦菜蔬菜纸的品质，为苦菜的开发和工业化生产积累一定的理论知识。本试验以感官评分为主要指标，在单因素试验的基础上，选取护绿剂醋酸锌、醋酸铜和碳酸氢钠添加量0.02%、0.03%、0.03%为中心点，通过响应面试验设计建立苦菜蔬菜纸护绿剂的二次回归方程模型，结合实际，优化得到的复合护绿剂最佳配方为：醋酸锌添加量0.02%，醋酸铜添加量0.03%，碳酸氢钠添加量0.03%，在60 ℃、1.5 h的干燥条件下制得的成品不容易破碎，且为鲜绿色，感官评分为90.588±0.657，相对误差为0.83%，证明所建立的回归模型可靠性好，具有一定的理论指导价值。