响应面优化小米辣椒烫漂工艺研究

陈 岗，詹 永，杨 勇，罗 阳

(重庆市中药研究院，重庆400065)

小米辣椒(Capsicum frutescens L．)是半驯化小果型辣椒品种，果实呈短圆锥形、短指形或米粒形，青熟果果皮淡黄色或绿色，果皮光滑或微皱，辣味浓郁［1－2］，其加工主要以泡制产品为主。由于小米辣椒中含有丰富的多酚类化合物，在高酸高盐的泡制环境里，组织完整性易被破坏或膜受到伤害，使膜内的多酚氧化酶(PPO)大量被激活，催化辣椒果实中的多酚，使其氧化为醌，醌再发生聚合反应生成黑色物质，组织的褐变随之发生［3－6］，这是导致小米辣椒泡制加工过程中发生褐变的主要原因［7－8］。烫漂是果蔬加工前预处理的关键工艺，是为了破坏果蔬的氧化酶系统，能够有效地钝化多酚氧化酶的活性，防止因酶的氧化而产生褐变，使制品保持美观的色泽［9－10］。

笔者通过单因素试验考察烫漂温度、时间及液料比3个主要因素对小米辣椒PPO相对酶活和硬度的影响;再以PPO相对酶活和辣椒果实硬度为响应值，进行响应面分析和优化，建立小米辣椒烫漂工艺的回归模型，以期为小米辣椒的深加工提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1．1 材料 小米辣椒，采购于农贸市场;试验用试剂均为分析纯。主要仪器:TMS-PRO物性测试仪，美国FTC(Food Technology Corporation)公司;BS2245型电子天平，德国赛多利斯公司;HS-J2型高速台式冷冻离心机，贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;752型紫外可见分光光度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司;HH-S型数显恒温水浴锅，江苏国胜实验仪器厂。

1．2 试验方法

1．2．1 样品处理。将新鲜小米辣椒剔除病、残次品，挑选长度5～7 cm的且具有一定硬度的辣椒果实，用剪刀剪去把柄;每次取样(200±5)g，按照试验设计要求进行烫漂，烫漂结束后立即用流水冷却样品至常温，沥干，备用。

1．2．2 PPO相对酶活的测定。采用比色法［11］测定。称取10 g小米辣椒样品，置于研钵中，加入pH 6．0的0．2 mol/L磷酸缓冲溶液10 ml，在冰浴条件下研磨成匀浆，于4℃、12 000 r/min冷冻离心30 min，收集上清液即为多酚氧化酶提取液，4℃保存备用。

吸取 pH 6．0 的0．2 mol/L 磷酸缓冲液1．5 ml，加入 1．0 ml 0．02 mol/L的邻二苯酚，先于40℃保温10 min，再加入1．0 ml酶提取液，同时立即开始计时。将反应混合液倒入比色杯中，置于分光光度计样品室中，以蒸馏水为参比，每10 s时测定并记录波长410 nm处吸光度，共计时3～5 min，计算OD410变化线性最好的范围，确定最佳的测酶活时间。计算△A/T为酶活，以1 min吸光度变化0．001为一个酶活单位(U)。将未烫漂处理的小米辣椒PPO酶活定为100%(294．7 U/g)，其他条件处理后的酶比活力与其相比较计算其相对酶活，重复3次。

1．2．3 硬度分析。采用质地多面分析(TPA)方法，试验使用美国FTC公司生产TMS-PRO型质构仪，采用P/100针状探头(直径100mm)对小米辣椒整果的中部进行TPA测试。测试参数为测前速度60 mm/min，测试速度10 mm/min，起始力0．1 N，果实形变80%，每份样品随机取10个果实。

1．3 试验设计

1．3．1 单因素试验。

1．3．1．1 烫漂温度对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响。在液料比 3∶1 ml/g 时，按烫漂温度 70、75、80、85、90、95、100℃对小米辣椒处理40 s，考察不同烫漂温度对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响。以新鲜小米辣椒的相对酶活(100%)及硬度(122．36 N)作为空白样(CK)。

1．3．1．2 烫漂时间对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响。在烫漂温度90℃、液料比3∶1 ml/g时，对小米辣椒分别烫漂处理10、20、30、40、50、60 s，考察不同烫漂时间对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响。以新鲜小米辣椒的相对酶活(100%)及硬度(122．36 N)作为空白样(CK)。

1．3．1．3 液料比对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响。在烫漂温度90℃、烫漂时间40 s时，在液料比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1 ml/g 条件下对小米辣椒进行烫漂处理，考察不同液料比对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响。以新鲜小米辣椒的相对酶活(100%)及硬度(122．36 N)作为空白样(CK)。

1．3．2 响应面优化试验。在单因素试验的基础上，通过使用Design Expert 8．0．6软件，根据中心组合设计(central composite design，CCD)试验设计原理，以影响PPO相对酶活的3个主要因素烫漂温度、烫漂时间和液料比为响应变量，分别用A、B和C来表示，PPO相对酶活Y1和硬度Y2为响应值进行响应面优化，试验因素水平设计见表1。

表1 响应面分析因素与水平

1．4 试验数据统计分析 试验数据采用Excel 2007进行作图分析;采用Design Expert 8．0．6软件对中心组合试验设计的试验数据进行相关性和差异显著性统计分析。

2 结果与分析

2．1 漂烫工艺对小米辣椒PPO相对酶活及硬度的影响

2．1．1 烫漂温度的影响。由图1可见，在烫漂时间40 s、液料比3∶1 ml/g的条件下，小米辣椒PPO相对酶活随烫漂温度的升高而降低，当烫漂温度超过85℃后，下降趋势明显，当烫漂温度达到100℃时，PPO相对酶活仅为3．2%;但高温也导致辣椒果实质地快速软化，100℃时硬度降为15．67 N，基本失去泡制加工特性。综合考虑，选择烫漂温度85～90℃为优化水平。

2．1．2 烫漂时间的影响。由图2可知，在烫漂温度90℃的条件下，当烫漂处理10 s时，小米辣椒PPO相对酶活为72．8%、硬度为108．73 N;当烫漂处理40 s时，小米辣椒PPO相对酶活为21．4%、硬度为73．19 N;当烫漂处理60 s时，小米辣椒PPO相对酶活为10．6%、硬度为18．34 N。随烫漂时间的延长，小米辣椒PPO相对酶活下降明显，随着热累积性的增加，辣椒果实硬度也快速下降。为了保持小米辣椒一定的硬度值，以便维持其加工特性，综合考虑选择烫漂时间35～45 s为优化水平。

2．1．3 液料比的影响。由图3可知，当液料比在1∶1～3∶1 ml/g时，随着料液比的增加，PPO相对酶活及硬度逐渐降低;当液料比为3∶1～5∶1 ml/g时，烫漂处理后的辣椒果实相对酶活及硬度的测试值近似相等。这可能是由于高温烫漂一定质量原料时，需要消耗大量热能，当烫漂液相对量少时，体系中热能的损耗大于外界补偿量，造成在相同烫漂温度和时间条件下因热能不足达不到实际效果;而当烫漂液体积达到一定容量，体系内在热能加上外部补充的能量足以维持物料在特定温度和时间期内的烫漂要求。因此，烫漂液的多少也是影响烫漂效果的重要因素。综合考虑，选择烫漂液料比3∶1 ml/g为优化水平。

2．2 烫漂工艺参数的响应面优化

2．2．1 数学模型的建立与检验。结合单因素试验结果，按中心组合试验设计进行3因素3水平试验，所得结果见表2。

表2 响应面分析方案及试验结果

将所得的试验数据用Design Expert软件进行多元回归拟合，得到以小米辣椒PPO相对酶活(Y1)及硬度(Y2)为目标函数的二次多项回归方程:Y1=+2 473．053 65－38．059 22A － 8．209 57B － 291．893 9C － 0．013 5AB+1．807 00AC+0．953BC+0．172 59A2+0．066 666B2+13．193 18C2;Y2= － 1 107．920 36+18．583 19A+28．864 4B－18．092 56C －0．247 8AB －0．422AC －0．561BC －0．057 919 A2－0．090 233B2+10．32 310C2。

对二次回归方程进行方差分析，结果见表3。从表3可知，Y1的A、B、C、AB、AC、A2、B2、C2均表现出了显著水平，Y2的A、B、C、AB均表现出了显著水平，二次回归方程整体模型极显著。回归模型显著性检验结果显示，模型Y1和Y2的回归模型均极显著(P＜0．000 1);模型失拟项 P＞0．05，不显著，说明模型预测值与实测值之间具有较好的拟合度［12］。该模型较好地反映了小米辣椒烫漂处理时PPO相对酶活及硬度与烫漂温度、烫漂时间、液料比的关系。因此所得的回归方程能较好地预测小米辣椒PPO相对酶活及硬度与各参数的变化关系。

表3 PPO相对酶活和硬度的回归方程方差分析

2．2．2 响应面分析。各因素交互作用对PPO相对酶活和硬度的响应面分析见图4、5。

2．2．3 烫漂工艺的优化和验证。Design Expert 8．0．6 软件分析结果表明，回归模型存在稳定点编码值(－0．412，0．798，1．00)，稳定点的特征值表明稳定点为最大值点，即烫漂温度87．94 ℃、烫漂时间43．99 s和液料比3．5∶1 ml/g时，PPO相对酶活较低而硬度较高，分别为19．38%和61．76 N。为检验中心组合试验所得结果的可靠性，采取上述优化条件处理小米辣椒，考虑到实际操作的便利，将烫漂工艺修正为烫漂温度88℃、烫漂时间44 s和液料比3．5∶1 ml/g，在此条件下测得PPO相对酶活20．71%和硬度63．19 N，与理论值较为接近，表明数学模型对优化烫漂工艺是可行的。

3 结论

烫漂温度、烫漂时间和液料比对小米辣椒果实PPO相对酶活和硬度均有不同程度的影响，其中烫漂温度和烫漂时间对PPO相对酶活和硬度有非常明显的交互作用。各因素中，以烫漂温度影响最大，其次是烫漂时间和液料比。通过响应面分析法优化，建立了烫漂处理对小米辣椒PPO相对酶活和硬度影响的数学回归模型方程。对回归模型进行分析，得出PPO相对酶活和硬度最佳烫漂工艺参数:烫漂温度87．94 ℃、烫漂时间43．99 s和液料比3．5∶1 ml/g，在此条件下得到辣椒果实PPO相对酶活19．38%、硬度61．76 N。该数学模型对优化的小米辣椒烫漂工艺可行。

新鲜小米辣椒多酚氧化酶活性较强，在小米辣椒泡制生产中造成产品的失绿、变褐和失去光泽，影响产品的质量，商品价值降低。研究小米辣椒的烫漂工艺，可为小米辣椒的泡制加工提供一定的理论指导。

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