响应面法分析香菜的保鲜效果

张玉薇+邓珂+张倩

摘要：为了研究香菜（Coriandrum sativum）的保鲜期，选取温度、营养液浓度、过氧化钙浓度3个因素进行试验，在单因素试验的基础之上，采用响应面法建立了香菜保鲜效果的二次多项数学模型。试验结果表明，将响应面分析法应用于香菜保鲜时，响应面模型与实际情况拟合较好，并确定了香菜的最佳保鲜条件为贮藏温度4.2 ℃，营养液浓度为RY的0.97倍，过氧化钙浓度为0.097 g/L。

关键词：香菜（Coriandrum sativum）;保鲜;相应面法

中图分类号：S636.9        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）12-2875-04

Analysis on Preservation Effect of Parsley by Response Surface Methodology Optimization

ZHANG Yu-wei1， DENG Ke2，ZHANG Qian3

（1. School of Electrical and Information Engineering， Guangxi University of Science andTechnology， Liuzhou 545006， Guangxi， China;

2.Graduate School， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545006， Guangxi， China;

3.GuiGang Bureau of Quality Supervision， Fangchenggang 538100， Guangxi， China）

Abstract： In order to study optimal preservation of parsley， temperature， nutrient concentration and CaO2 concentration were selected to be tested. On the basis of single factor test， quadratic mathematical model of parsley preservation was framed by response surface methodology. The experiment showed that the model fit well with the reality， and it is confirmed that the optimal preservation conditions were temperature 4.0～5.0 ℃， nutrient concentration 0.95～1.0 time of RY， CaO2 concentration 0.097 g/L.

Key words： parsley（coriandrum sativum）;preservation;response surface methodology

响应面法（Response surface methodology，简称RSM）是由数学家Box和Wilson于1951年提出来的一种优化统计方法。它通过建立数学模型来解决受多因素影响的最优组合问题，在更加广泛的范围内考虑因素的组合、预测响应值，比一次次的单因素分析方法更为有效[1，2]。响应面法优化工艺过程一般分为三个步骤：试验设计、建立数学模型评估相关性、预测响应值考察模型的准确性。响应面法使得参数间的交互作用通过多次试验来评估成为可能。目前，响应面法已成为优化加工条件、降低成本的一种有效方法，广泛应用于食品、农业、化学、生物等领域[3]。响应面法主要有三种常用的试验设计方案，Box-Behnken[4]设计因其因素水平少、试验次数少等优点在化学工业、食品学、工程学、生态学等领域中受到了广泛关注，并取得了较好的成果。

新鲜香菜（Coriandrum sativum）难以保存，为了使香菜保鲜效果达到最优，可以选取温度、营养液浓度、过氧化钙浓度这3个因素进行试验。为了优化保鲜效果，在单因素试验的基础之上，采用响应面法建立香菜活体保鲜效果的二次多项数学模型，并验证该模型的有效性;逐步探讨温度、营养液浓度、过氧化钙浓度3个因素的最优组合，并为其他绿叶蔬菜的储存提供技术指导。

1  材料与方法

1.1  材料

从菜地摘取新鲜香菜，挑选出无机械损伤、无病虫害，且成熟度一致的香菜，用水冲洗掉根部泥土，然后随机分组。A组用保鲜膜包裹，B组香菜紧密地假植在含有水的保鲜箱中，并且使其根尖部位接触保鲜箱中的水分。C组香菜植于同等含水量的保鲜箱中，但其根尖部位不接触保鲜箱中的水分，后2种均置于4℃环境下保藏。

1.2  试验设计方案

根据Box-Benhnken模型的中心组合试验设计原理，选取温度、营养液浓度、过氧化钙浓度3因素，每个变量3个水平，试验因素与水平设计见表1，保鲜期作为响应值[5]。保鲜效果最好的营养液组合RY为：（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+ 0.24 g/L（NH4）2SO4+0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/L H3BO3 ）。试验营养液浓度选取RY的0.75倍、1倍、1.25倍。

1.3  理化指标

在本试验中主要考察两个指标：保鲜期、含水量。通过感官评定来确定香菜是否新鲜，感官评定参照表2。含水量是表示果蔬组织水分状况的一个常用指标。果蔬组织的含水量可用水分含量占鲜重的质量分数来表示，含水量的测定采用烘干称重法[5]。endprint

2  结果与分析

根据Box-Benhnken模型的中心组合试验设计原理，试验设计及结果见表3。

2.1  温度、营养液倍数、过氧化钙浓度对保鲜期的影响

2.1.1  模型方程的建立  应用数学软件，对表3中数据进行多元回归拟合，选择对响应值显著的各项，可得X、Y、Z因素与保鲜期之间的二次多项回归方程[6]：G1=-2.13X2-0.52Y2+0.049Z2+22.29-0.34X-0.02Y+0.13Z+0.03XY+0.33YZ+0.15XZ，方差分析如表4所示，R2=0.999 1，由此可以看出本试验所选用的模型高度显著，拟合优度好，试验误差小;校正决定系数R2Adj=0.975 8，说明此模型能解释97.58%的响应值变化， 失拟项在0.05水平上不显著（P=0.106 2﹥0.05），表明模型与实际情况拟合较好，因而可用此模型对试验进行分析和预测[7-9]。由表4可知，在试验所建立的模型中，因素X2对保鲜期的影响极显著;X、YZ、Y2均显著。Y、Z、XY、XZ、Z2影响不显著。

2.1.2  保鲜期的响应面分析  分别将模型中X、Y、Z因素固定在初始水平，得到另外两个因素对保鲜期的模型，根据所得模型绘制出响应面图[10]。当固定过氧化钙浓度为0.1 g/L时，营养液倍数和温度对香菜保鲜期的影响见图1，营养液浓度不变，香菜保鲜期随温度的升高而延长， 升高较明显，4.0～5.0 ℃达最大值，之后逐渐减小;温度不变，香菜保鲜期随营养液浓度的升高而上升，达到最大值后开始下降。当固定营养液浓度为RY时，过氧化钙浓度和温度对香菜保鲜期的影响见图2，过氧化钙浓度不变，在温度为2～5 ℃范围内，香菜保鲜期随温度的升高而延长，并且在4.0～4.5 ℃达最大值，之后逐渐减小;温度不变，香菜保鲜期随过氧化钙浓度的升高变化不大。图3为营养液倍数与过氧化钙浓度的响应面图，当过氧化钙浓度不变，香菜保鲜期随着营养液的浓度发生变化，在0.95～1.0倍营养液时保鲜期最长，之后逐渐减少;当营养液浓度不变，香菜保鲜期随过氧化钙的浓度先升高后降低，最大值出现在0.1 g/L附近。

2.2  温度、营养液成分、过氧化钙浓度对含水量的影响

2.2.1  模型方程的建立  采用同样的方法，可得X、Y、Z因素与含水量之间的二次多项回归方程：    G2=-1.02X2-0.32Y2-0.43Z2-0.002 5XY-0.098XZ+0.037YZ+90.28-0.45X-0.078Y-0.10Z，方差分析见表5，R2=0.993 2，由此可以看出本试验所选用的模型高度显著，拟合优度好，试验误差小;校正决定系数R2Adj=0.984 1，说明此模型能解释98.41%的响应值变化;失拟项在0.05 水平上不显著，数据分析表明模型与实际情况拟合较好，因而可用此模型对试验进行分析和预测。本试验所建立的模型中，因素X、X2、Y2、Z2对含水量的影响极显著（P<0.01）;Y、Z（P<0.05）均显著。XY、XZ、XZ（P>0.05）影响不显著。

2.2.2  含水量的响应面分析  为了更直观地描述以上因素对响应值的影响，做出含水量的响应曲面图。

由图4-6可知，等高线封闭表明有极值（最大值）存在，为了求回归方程最优解，将拟合方程对各自变量求偏导数并整理得到方程组：

-0.078-0.0025X-0.64Y+0.037Z=0

-0.45-2.04X-0.0025Y-0.098Z=0

-0.1-0.098X+0.037Y-0.86Z=0

解得X=-0.23，Y=-0.132，Z=-0.11;相应的温度为4.2 ℃、营养液为0.97倍RY营养液、过氧化钙为0.096 g/L，其相应的响应值为90.43%。为了进一步验证最优保鲜条件，采用以上条件进行验证试验，结果达到了90.27%，相差仅0.16个百分点。因此，采用响应面优化法得到的最优条件是准确可行的。

3  结论

通过研究影响香菜保鲜效果的三个重要因素温度、营养液浓度、过氧化钙浓度对保鲜效果的影响，以保鲜期、含水量为指标，试验结果表明，将响应面分析法应用于香菜保鲜时，响应面模型与实际情况拟合较好，可用此模型对试验进行分析和预测。试验确定了最佳保鲜条件：贮藏温度4.2 ℃、过氧化钙浓度0.097 g/L、营养液浓度为（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+0.24g/L（NH4）2SO4++0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/LH3BO3）的0.97倍。

参考文献：

[1] 慕运动.响应面方法及其在食品工业中的应用[J].郑州工程学院学报，2001，22（3）：91-94.

[2] 章  凯，黄国林，黄小兰.响应面法优化微波辅助萃取柠檬皮中果胶的研究[J].精细化工，2010，27（1）：52-56.

[3] 孙  卓，徐  峰，王  蔚，等.山野菜活体保鲜环境的多因素试验研究[J].价值工程，2012，31（22）：309-310.

[4] SMITH J P，  DAIFASA D P，KHOURY W E，et al. Shelf  life and satety concems bakery products-a  review [J]. Boca Raton，2004，44（1）：19-55.

[5] 李喜宏，陈  丽.实用果蔬保鲜技术[M].北京：科学技术文献出版社，2001.

[6] 付光中，章超桦，吉宏武，等.凡纳滨对虾虾头协同水解工艺的响应面优化[J].食品与机械，2010，26（1）：18-21.

[7] 申迎宾，范子剑，麻  浩.响应面法优化发芽豇豆积累-氨基丁酸工艺条件的研究[J].食品科学，2010，31（2）：10-16.

[8] SIVAKUMAR D， KORSTEN L. Influence of modified atmosphere packaging and postharvest treatments on quality retention of litchi[J]. Postharvest Biology and Technology，2006，41（2）：135-142.

[9] GHAOUTH A E， ARUL J，PONNAMPALAM  R. Chitosan coating effect on storability and quality of fresh strawberries[J]. Journal of Food Science，2001， 32（8）：7-8.

[10] 王永菲，王成国.响应面法的理论与应用[J].中央民族大学（自然科学版），2005，14（3）：236-240.endprint

2  结果与分析

根据Box-Benhnken模型的中心组合试验设计原理，试验设计及结果见表3。

2.1  温度、营养液倍数、过氧化钙浓度对保鲜期的影响

2.1.1  模型方程的建立  应用数学软件，对表3中数据进行多元回归拟合，选择对响应值显著的各项，可得X、Y、Z因素与保鲜期之间的二次多项回归方程[6]：G1=-2.13X2-0.52Y2+0.049Z2+22.29-0.34X-0.02Y+0.13Z+0.03XY+0.33YZ+0.15XZ，方差分析如表4所示，R2=0.999 1，由此可以看出本试验所选用的模型高度显著，拟合优度好，试验误差小;校正决定系数R2Adj=0.975 8，说明此模型能解释97.58%的响应值变化， 失拟项在0.05水平上不显著（P=0.106 2﹥0.05），表明模型与实际情况拟合较好，因而可用此模型对试验进行分析和预测[7-9]。由表4可知，在试验所建立的模型中，因素X2对保鲜期的影响极显著;X、YZ、Y2均显著。Y、Z、XY、XZ、Z2影响不显著。

2.1.2  保鲜期的响应面分析  分别将模型中X、Y、Z因素固定在初始水平，得到另外两个因素对保鲜期的模型，根据所得模型绘制出响应面图[10]。当固定过氧化钙浓度为0.1 g/L时，营养液倍数和温度对香菜保鲜期的影响见图1，营养液浓度不变，香菜保鲜期随温度的升高而延长， 升高较明显，4.0～5.0 ℃达最大值，之后逐渐减小;温度不变，香菜保鲜期随营养液浓度的升高而上升，达到最大值后开始下降。当固定营养液浓度为RY时，过氧化钙浓度和温度对香菜保鲜期的影响见图2，过氧化钙浓度不变，在温度为2～5 ℃范围内，香菜保鲜期随温度的升高而延长，并且在4.0～4.5 ℃达最大值，之后逐渐减小;温度不变，香菜保鲜期随过氧化钙浓度的升高变化不大。图3为营养液倍数与过氧化钙浓度的响应面图，当过氧化钙浓度不变，香菜保鲜期随着营养液的浓度发生变化，在0.95～1.0倍营养液时保鲜期最长，之后逐渐减少;当营养液浓度不变，香菜保鲜期随过氧化钙的浓度先升高后降低，最大值出现在0.1 g/L附近。

2.2  温度、营养液成分、过氧化钙浓度对含水量的影响

2.2.1  模型方程的建立  采用同样的方法，可得X、Y、Z因素与含水量之间的二次多项回归方程：    G2=-1.02X2-0.32Y2-0.43Z2-0.002 5XY-0.098XZ+0.037YZ+90.28-0.45X-0.078Y-0.10Z，方差分析见表5，R2=0.993 2，由此可以看出本试验所选用的模型高度显著，拟合优度好，试验误差小;校正决定系数R2Adj=0.984 1，说明此模型能解释98.41%的响应值变化;失拟项在0.05 水平上不显著，数据分析表明模型与实际情况拟合较好，因而可用此模型对试验进行分析和预测。本试验所建立的模型中，因素X、X2、Y2、Z2对含水量的影响极显著（P<0.01）;Y、Z（P<0.05）均显著。XY、XZ、XZ（P>0.05）影响不显著。

2.2.2  含水量的响应面分析  为了更直观地描述以上因素对响应值的影响，做出含水量的响应曲面图。

由图4-6可知，等高线封闭表明有极值（最大值）存在，为了求回归方程最优解，将拟合方程对各自变量求偏导数并整理得到方程组：

-0.078-0.0025X-0.64Y+0.037Z=0

-0.45-2.04X-0.0025Y-0.098Z=0

-0.1-0.098X+0.037Y-0.86Z=0

解得X=-0.23，Y=-0.132，Z=-0.11;相应的温度为4.2 ℃、营养液为0.97倍RY营养液、过氧化钙为0.096 g/L，其相应的响应值为90.43%。为了进一步验证最优保鲜条件，采用以上条件进行验证试验，结果达到了90.27%，相差仅0.16个百分点。因此，采用响应面优化法得到的最优条件是准确可行的。

3  结论

通过研究影响香菜保鲜效果的三个重要因素温度、营养液浓度、过氧化钙浓度对保鲜效果的影响，以保鲜期、含水量为指标，试验结果表明，将响应面分析法应用于香菜保鲜时，响应面模型与实际情况拟合较好，可用此模型对试验进行分析和预测。试验确定了最佳保鲜条件：贮藏温度4.2 ℃、过氧化钙浓度0.097 g/L、营养液浓度为（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+0.24g/L（NH4）2SO4++0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/LH3BO3）的0.97倍。

参考文献：

[1] 慕运动.响应面方法及其在食品工业中的应用[J].郑州工程学院学报，2001，22（3）：91-94.

[2] 章  凯，黄国林，黄小兰.响应面法优化微波辅助萃取柠檬皮中果胶的研究[J].精细化工，2010，27（1）：52-56.

[3] 孙  卓，徐  峰，王  蔚，等.山野菜活体保鲜环境的多因素试验研究[J].价值工程，2012，31（22）：309-310.

[4] SMITH J P，  DAIFASA D P，KHOURY W E，et al. Shelf  life and satety concems bakery products-a  review [J]. Boca Raton，2004，44（1）：19-55.

[5] 李喜宏，陈  丽.实用果蔬保鲜技术[M].北京：科学技术文献出版社，2001.

[6] 付光中，章超桦，吉宏武，等.凡纳滨对虾虾头协同水解工艺的响应面优化[J].食品与机械，2010，26（1）：18-21.

[7] 申迎宾，范子剑，麻  浩.响应面法优化发芽豇豆积累-氨基丁酸工艺条件的研究[J].食品科学，2010，31（2）：10-16.

[8] SIVAKUMAR D， KORSTEN L. Influence of modified atmosphere packaging and postharvest treatments on quality retention of litchi[J]. Postharvest Biology and Technology，2006，41（2）：135-142.

[9] GHAOUTH A E， ARUL J，PONNAMPALAM  R. Chitosan coating effect on storability and quality of fresh strawberries[J]. Journal of Food Science，2001， 32（8）：7-8.

[10] 王永菲，王成国.响应面法的理论与应用[J].中央民族大学（自然科学版），2005，14（3）：236-240.endprint

2  结果与分析

根据Box-Benhnken模型的中心组合试验设计原理，试验设计及结果见表3。

2.1  温度、营养液倍数、过氧化钙浓度对保鲜期的影响

2.1.1  模型方程的建立  应用数学软件，对表3中数据进行多元回归拟合，选择对响应值显著的各项，可得X、Y、Z因素与保鲜期之间的二次多项回归方程[6]：G1=-2.13X2-0.52Y2+0.049Z2+22.29-0.34X-0.02Y+0.13Z+0.03XY+0.33YZ+0.15XZ，方差分析如表4所示，R2=0.999 1，由此可以看出本试验所选用的模型高度显著，拟合优度好，试验误差小;校正决定系数R2Adj=0.975 8，说明此模型能解释97.58%的响应值变化， 失拟项在0.05水平上不显著（P=0.106 2﹥0.05），表明模型与实际情况拟合较好，因而可用此模型对试验进行分析和预测[7-9]。由表4可知，在试验所建立的模型中，因素X2对保鲜期的影响极显著;X、YZ、Y2均显著。Y、Z、XY、XZ、Z2影响不显著。

2.1.2  保鲜期的响应面分析  分别将模型中X、Y、Z因素固定在初始水平，得到另外两个因素对保鲜期的模型，根据所得模型绘制出响应面图[10]。当固定过氧化钙浓度为0.1 g/L时，营养液倍数和温度对香菜保鲜期的影响见图1，营养液浓度不变，香菜保鲜期随温度的升高而延长， 升高较明显，4.0～5.0 ℃达最大值，之后逐渐减小;温度不变，香菜保鲜期随营养液浓度的升高而上升，达到最大值后开始下降。当固定营养液浓度为RY时，过氧化钙浓度和温度对香菜保鲜期的影响见图2，过氧化钙浓度不变，在温度为2～5 ℃范围内，香菜保鲜期随温度的升高而延长，并且在4.0～4.5 ℃达最大值，之后逐渐减小;温度不变，香菜保鲜期随过氧化钙浓度的升高变化不大。图3为营养液倍数与过氧化钙浓度的响应面图，当过氧化钙浓度不变，香菜保鲜期随着营养液的浓度发生变化，在0.95～1.0倍营养液时保鲜期最长，之后逐渐减少;当营养液浓度不变，香菜保鲜期随过氧化钙的浓度先升高后降低，最大值出现在0.1 g/L附近。

2.2  温度、营养液成分、过氧化钙浓度对含水量的影响

2.2.1  模型方程的建立  采用同样的方法，可得X、Y、Z因素与含水量之间的二次多项回归方程：    G2=-1.02X2-0.32Y2-0.43Z2-0.002 5XY-0.098XZ+0.037YZ+90.28-0.45X-0.078Y-0.10Z，方差分析见表5，R2=0.993 2，由此可以看出本试验所选用的模型高度显著，拟合优度好，试验误差小;校正决定系数R2Adj=0.984 1，说明此模型能解释98.41%的响应值变化;失拟项在0.05 水平上不显著，数据分析表明模型与实际情况拟合较好，因而可用此模型对试验进行分析和预测。本试验所建立的模型中，因素X、X2、Y2、Z2对含水量的影响极显著（P<0.01）;Y、Z（P<0.05）均显著。XY、XZ、XZ（P>0.05）影响不显著。

2.2.2  含水量的响应面分析  为了更直观地描述以上因素对响应值的影响，做出含水量的响应曲面图。

由图4-6可知，等高线封闭表明有极值（最大值）存在，为了求回归方程最优解，将拟合方程对各自变量求偏导数并整理得到方程组：

-0.078-0.0025X-0.64Y+0.037Z=0

-0.45-2.04X-0.0025Y-0.098Z=0

-0.1-0.098X+0.037Y-0.86Z=0

解得X=-0.23，Y=-0.132，Z=-0.11;相应的温度为4.2 ℃、营养液为0.97倍RY营养液、过氧化钙为0.096 g/L，其相应的响应值为90.43%。为了进一步验证最优保鲜条件，采用以上条件进行验证试验，结果达到了90.27%，相差仅0.16个百分点。因此，采用响应面优化法得到的最优条件是准确可行的。

3  结论

通过研究影响香菜保鲜效果的三个重要因素温度、营养液浓度、过氧化钙浓度对保鲜效果的影响，以保鲜期、含水量为指标，试验结果表明，将响应面分析法应用于香菜保鲜时，响应面模型与实际情况拟合较好，可用此模型对试验进行分析和预测。试验确定了最佳保鲜条件：贮藏温度4.2 ℃、过氧化钙浓度0.097 g/L、营养液浓度为（0.35 g/L KH2PO4+16 mg/L FeSO4+0.54 g/L MgSO4+1.27 g/L CaCl2+0.24g/L（NH4）2SO4++0.23 mg/L ZnSO4+2.88 mg/LH3BO3）的0.97倍。

参考文献：

[1] 慕运动.响应面方法及其在食品工业中的应用[J].郑州工程学院学报，2001，22（3）：91-94.

[2] 章  凯，黄国林，黄小兰.响应面法优化微波辅助萃取柠檬皮中果胶的研究[J].精细化工，2010，27（1）：52-56.

[3] 孙  卓，徐  峰，王  蔚，等.山野菜活体保鲜环境的多因素试验研究[J].价值工程，2012，31（22）：309-310.

[4] SMITH J P，  DAIFASA D P，KHOURY W E，et al. Shelf  life and satety concems bakery products-a  review [J]. Boca Raton，2004，44（1）：19-55.

[5] 李喜宏，陈  丽.实用果蔬保鲜技术[M].北京：科学技术文献出版社，2001.

[6] 付光中，章超桦，吉宏武，等.凡纳滨对虾虾头协同水解工艺的响应面优化[J].食品与机械，2010，26（1）：18-21.

[7] 申迎宾，范子剑，麻  浩.响应面法优化发芽豇豆积累-氨基丁酸工艺条件的研究[J].食品科学，2010，31（2）：10-16.

[8] SIVAKUMAR D， KORSTEN L. Influence of modified atmosphere packaging and postharvest treatments on quality retention of litchi[J]. Postharvest Biology and Technology，2006，41（2）：135-142.

[9] GHAOUTH A E， ARUL J，PONNAMPALAM  R. Chitosan coating effect on storability and quality of fresh strawberries[J]. Journal of Food Science，2001， 32（8）：7-8.

[10] 王永菲，王成国.响应面法的理论与应用[J].中央民族大学（自然科学版），2005，14（3）：236-240.endprint