速凍烏龍頭芽加工工藝優(yōu)化及品質(zhì)分析

康三江，張海燕，宋 娟

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所, 甘肅省果蔬貯藏加工技術(shù)創(chuàng)新中心, 甘肅蘭州 730070）

烏龍頭（Aralia chinensisL.），學名楤木，為五加科楤木屬多年生落葉小喬木。烏龍頭是隴東南地區(qū)對其的俗稱，又稱刺嫩芽、刺龍芽、樹頭菜、鳥不宿等[1]。烏龍頭全身是寶，可食，可入藥，味苦，性平，具有活血化瘀、補氣安神、強精滋腎、除濕止痛之功效；烏龍頭營養(yǎng)豐富，嫩芽中含有碳水化合物、氨基酸、礦物質(zhì)、維生素、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維等營養(yǎng)物質(zhì)及皂苷、多糖、多酚等多種活性成分，其中含有9種人體所必需的氨基酸；口感獨特、野味濃郁，素有“山野菜之王”的美譽[2-3]。因此，基于其在醫(yī)療保健、營養(yǎng)價值、風味口感以及豐富食品多樣性等方面的特殊性，烏龍頭在國內(nèi)外市場上深受消費者的歡迎，具有廣闊的發(fā)展前景，在促進農(nóng)民增收、保護生態(tài)保護、帶動經(jīng)濟發(fā)展等方面也有重大意義。但由于烏龍頭嫩芽采收季節(jié)性強、采收時間短（15 d左右），嫩芽長大會失去食用價值；采摘后不耐貯運，容易出現(xiàn)失水失綠和新鮮產(chǎn)品積壓等現(xiàn)象[4]，嚴重影響了烏龍頭的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。速凍加工可使產(chǎn)品在短時間內(nèi)形成極小的冰晶，最大限度地減少細胞組織的損傷，降低果蔬中游離水和酶的活性，抑制微生物的生長，能夠長期有效地保持果蔬固有風味和新鮮度，在果蔬保鮮加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[5-6]。除腌制、干制和罐藏等多種可保持其營養(yǎng)成分和色、香、味、形的傳統(tǒng)烏龍頭芽加工產(chǎn)品外[7]，壓差膨化酥脆食品和軟棗獼猴桃-龍牙楤木混合汁飲料等新產(chǎn)品的研發(fā)[8-9]，為烏龍頭芽的多元化加工提供了新的思路，但有關(guān)速凍烏龍頭芽的相關(guān)研究尚未見報道。

色澤和汁液流失率是速凍果蔬極其重要的品質(zhì)評價指標，色澤直接影響消費者對產(chǎn)品的接受程度，汁液流失率反映了產(chǎn)品風味和營養(yǎng)品質(zhì)的保持情況，不當?shù)钠癄C、速凍、凍藏等工藝技術(shù)和加工條件易破壞速凍果蔬的細胞組織而導致其色澤劣變和汁液流失[10-11]，因而優(yōu)化速凍烏龍頭芽加工工藝顯得尤為重要。因此，本研究考察漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度等影響速凍烏龍頭芽產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素，以色澤和汁液流失率為評價指標，采用響應(yīng)面法優(yōu)化速凍烏龍頭芽加工關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，旨在研發(fā)出能較好保持烏龍頭芽的天然成分和鮮嫩口感的方法，為烏龍頭芽的綜合開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

烏龍頭 采自甘肅省天水市張家川，4月末到5月上中旬，芽體未展葉之前，采集6～13 cm長的紫紅色子彈頭狀的嫩芽，人工采摘，選擇無病蟲害、無腐爛、大小均一、色澤均勻、成熟度一致的烏龍頭嫩芽；氯化鈉、碳酸氫鈉 食品級，浙江巨化新聯(lián)化工有限公司；乙醇、丙酮、聚乙烯吡咯烷酮、鄰苯二酚、多聚半乳糖醛酸、3,5-二硝基水楊酸等 分析純，中瑞化學試劑公司。

HPP.L1-600MPa/5超高壓設(shè)備型 天津華泰森淼有限公司；UV-1100型紫外可見分光光度計 上海凌析達儀器有限公司；MIRCOCL 17R 離心機 賽默飛世爾科技（中國）有限公司；超低溫冰箱 青島海爾集團；CT3質(zhì)構(gòu)儀 美國博勒飛公司； CR-400型色差計 日本柯尼卡公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 速凍烏龍頭加工工藝 新鮮烏龍頭嫩芽用自來水清洗、吸干水分后放入由水、4.0 g/L碳酸氫鈉和2.0 g/L氯化鈉按500:2:1的比例組成的漂燙液中，在設(shè)置好的pH（以2.0 g/L或1.0 g/L的檸檬酸溶液和1.5 g/L或1.1 g/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH）下，沸水漂燙一定時間，撈出吸干表面水分后在不同溫度下于速凍庫中快速凍結(jié)至樣品中心溫度-20～-18 ℃，得到無結(jié)塊、無冰晶、無霜，呈單體狀的速凍烏龍頭，以不經(jīng)漂燙的烏龍頭嫩芽作為對照，清洗吸干水分后在-30 ℃下速凍至中心溫度-20～-18 ℃，預包裝室溫＜15 ℃，用鋁箔袋密封包裝（200 g/袋），在-18 ℃冷凍庫中凍藏6 個月，微波解凍（600 MHz，3 min）至中心溫度達到-5 ℃（以刀能切斷為準）時，測定各項指標。

1.2.2 單因素實驗 分別考察當漂燙時間4 min，速凍溫度-30 ℃時，不同漂燙液pH（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）對速凍烏龍頭芽凍藏過程中色澤和汁液流失率的影響；漂燙液pH7.0，速凍溫度-30 ℃時，漂燙時間（2、3、4、5、6 min）對速凍烏龍頭芽凍藏過程中色澤和汁液流失率的影響；漂燙時間4 min，漂燙液pH7.0時，速凍溫度（-20、-25、-30、-35、-40 ℃）對速凍烏龍頭芽凍藏過程中色澤和汁液流失率的影響；實驗重復3次，每30 d取一次樣，取樣180 d。

1.2.3 響應(yīng)面試驗 采用Box-Benhnken模型試驗設(shè)計[12-13]，選取漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度為自變量，以X1、X2、X3表示，并以1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平，以速凍烏龍頭解凍后的色澤（Y1）和汁液流失率（Y2）為響應(yīng)值，進行3因素3水平響應(yīng)面分析，優(yōu)化速凍烏龍頭芽加工工藝條件，響應(yīng)面試驗因素水平編碼見表1，試驗重復3次，凍藏180 d時取樣測定各項指標。

表1 響應(yīng)面實驗的因素水平編碼Table 1 Factors and levels coding of response surface experiment

1.2.4 測定項目及方法

1.2.4.1 色澤（△E值）測定 采用色差計法測定[14]，采用亨特均勻表色系統(tǒng)測定L、a、b值，其中L表示白度，a值表示色澤紅/綠，b值表示黃/藍，計算公式△E2=（L－L0）2+（a-a0）2+（b－b0）2，帶0的字母表示空白值，△E值越小代表色澤褐變度越小，與原料色澤越接近，樣品要求切分為薄厚均勻、大小一致的片狀，每個樣品重復測定5次，取平均值。

1.2.4.2 汁液流失率的測定 樣品解凍前的重量為W1，解凍后將包裝袋中解凍流失的汁液倒掉，用吸水紙吸干樣品表面的汁液，重量為W2，汁液流失率的計算公式如下[15]：

1.2.4.3 品質(zhì)檢測 根據(jù)NY/T1406-2018《綠色食品速凍蔬菜》[16]的要求，由甘肅國信潤達分析測試中心對速凍烏龍頭芽產(chǎn)品的感官品質(zhì)及污染物限量做出檢測判定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實驗重復3 次，實驗數(shù)據(jù)采用Excel2010、SPSS22.0數(shù)據(jù)分析軟件進行分析處理及作圖，Box-Behnken設(shè)計采用Design Expert 8.0.6 軟件并進行響應(yīng)面分析，實驗結(jié)果以“平均值±標準差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 速凍烏龍頭芽加工工藝單因素實驗

2.1.1 漂燙液pH對速凍烏龍頭芽色澤和汁液流失率的影響 由圖1可知，不同pH下漂燙的速凍烏龍頭芽的△E值和汁液流失率隨著凍藏時間的延長均逐漸升高，這可能是由于凍藏期間溫濕度的波動導致重結(jié)晶形成大的冰晶體，增大了組織細胞的機械損傷，引起產(chǎn)品品質(zhì)下降所致，與張海燕[17]的研究結(jié)果相似。但不同pH下△E值和汁液流失率的升高趨勢是不同的，對照組和pH9.0的△E值在整個凍藏期內(nèi)迅速升高，凍藏180 d時分別為68.33和63.00，其它pH組在凍藏前60 d時變化均較平緩，隨后pH5.0和pH6.0的變化較為迅速，而pH7.0和pH8.0的在整個凍藏期間變化均較為平緩，且保持在較低水平，凍藏180 d時的△E值分別為34.50和38.45；凍藏前120 d各處理的汁液流失率均低于對照組，之后pH5.0和pH9.0的汁液流失率逐漸升高并高于對照，凍藏結(jié)束時分別為46.00%和48.38%，pH7.0和pH8.0的汁液流失率在凍藏期間的變化相對較平緩，且pH7.0的一直保持在較低水平，凍藏180 d時為24.50%。這可能是由于過酸的漂燙條件破壞了烏龍頭芽中游離葉綠素和類囊體膜中的葉綠素蛋白復合體，使葉綠素在高濃度氫離子環(huán)境下迅速脫鎂降解，從而產(chǎn)品的色澤發(fā)生劣變，同時破壞了細胞膜的結(jié)構(gòu)，細胞膜剝離細胞體，細胞間間隙增加，產(chǎn)品持水性下降，汁液流失升高[18]；但是pH過高容易造成細胞組織軟化損傷，使其在損失可溶性固形物、無機鹽類、維生素等營養(yǎng)價值的同時引起色澤下降和汁液流失率升高[19]。因此，在速凍烏龍頭芽的加工中，選擇漂燙液pH6.0～pH8.0的范圍進行后續(xù)工藝優(yōu)化試驗。

圖1 pH對速凍烏龍頭芽色澤和汁液流失率的影響Fig.1 Effect of pH on the color and drip loss of frozen Aralia chinensis L. bud

2.1.2 漂燙時間對速凍烏龍頭芽色澤和汁液流失率的影響 速凍前漂燙可以抑制多酚氧化酶、葉綠素酶、過氧化物酶等的活性，還可以使果蔬組織變軟，增加細胞速凍膨脹的耐受性[20-21]，因此，適度漂燙是穩(wěn)定速凍產(chǎn)品色澤、質(zhì)地、風味和營養(yǎng)等品質(zhì)的重要技術(shù)手段之一[22-23]。

由圖2可以看出，凍藏期間速凍烏龍頭芽的△E值和汁液流失率均呈現(xiàn)逐漸升高趨勢，但不同漂燙時間對其的影響是不同的，對照組和漂燙6 min的△E值隨凍藏時間的增加而迅速升高，凍藏結(jié)束時分別為68.33和58.32，漂燙3～5 min的△E值在凍藏前60 d內(nèi)的變化幅度不大，60 d分別升高了8.84%、8.47%和18.09%，其中，漂燙4 min的△E值在整個凍藏期間變化較平緩，凍藏結(jié)束時△E值為32.58，升高了44.47%；對照組、漂燙5 min和6 min的汁液流失率隨凍藏時間的延長而迅速升高，凍藏結(jié)束分別升高至52.38%、45.39%和49.26%，漂燙2～4 min的汁液流失率在凍藏前60 d分別升高至13.12%、10.07%和12.39%，變化幅度不大，之后逐漸升高，其中漂燙4 min的汁液流失變化相對平緩，凍藏180 d時僅為26.11%。這可能是由于不漂燙或漂燙時間過短，速凍烏龍頭芽中多酚氧化酶（PPO）、過氧化物酶（POD）等相關(guān)酶未被徹底滅活而引起品質(zhì)劣變，發(fā)生酶促褐變促使產(chǎn)品色澤下降；而漂燙時間過長，破壞了組織細胞結(jié)構(gòu)的完整性，細胞內(nèi)的有機酸釋放，大范圍與葉綠素接觸，反應(yīng)生成脫鎂葉綠素，致使產(chǎn)品發(fā)生褐變，且細胞內(nèi)的水分流出，汁液流失率升高[24-25]。因此，選擇漂燙時間3～5 min的范圍進行后續(xù)工藝優(yōu)化試驗。

圖2 漂燙時間對速凍烏龍頭芽色澤和汁液流失率的影響Fig.2 Effect of blanching time on the color and drip loss of frozen Aralia chinensis L. bud

2.1.3 速凍溫度對速凍烏龍頭芽色澤和汁液流失率的影響 凍結(jié)溫度越低，凍結(jié)速率越高。凍結(jié)速率通過影響凍結(jié)過程中冰晶的大小、形態(tài)以及在組織細胞內(nèi)的分布而影響速凍產(chǎn)品的品質(zhì)[26]。

如圖3所示，速凍烏龍頭芽△E值和汁液流失率隨凍藏時間的延長呈逐漸升高趨勢，但凍結(jié)溫度不同，二者的變化趨勢有所不同，對照組的△E值在凍藏期間增長速度較快且均高于其他不同溫度速凍組，凍藏180 d時為70.33，凍藏前60 d各樣品的△E值變化差異不大，之后-40 ℃和-20 ℃的升高幅度較大，凍藏180 d時達到65.83和54.29，-35 ℃和-25 ℃的次之，-30 ℃的在整個凍藏期間變化較為平緩，凍藏180 d時的△E值為35.45，升高33.00%；凍藏結(jié)束時，各樣品汁液流失率從高到低依次為：對照組＞-40 ℃＞-20 ℃＞-25 ℃＞-35 ℃＞-30 ℃。其中對照組和-40 ℃的速凍烏龍頭芽的汁液流失率上升較快，凍藏180 d時高達48.38%和45.37%，而-30 ℃處理組除凍藏90 d外，汁液流失率均最低，且變化較為平緩，凍藏180 d時汁液流失率為23.26%。這可能是因為速凍溫度過高，凍結(jié)速率較慢，冰晶形成的速度緩慢且大冰晶數(shù)量較多，在細胞內(nèi)外分布不均勻，加劇了細胞的機械損傷，導致細胞水分外滲，部分葉綠素等色素物質(zhì)的損失，使解凍后速凍烏龍的色澤和持水能力下降[27]；速凍溫度較低時，冰晶分布與原料中液態(tài)水分布相近，細胞內(nèi)外滲透壓降低，同時形成較小且分布均勻的冰晶，對細胞組織結(jié)構(gòu)損傷很小，能較好的保持果蔬原有的色澤，口感、風味及營養(yǎng)價值[28]，但速凍溫度過低，會引起果蔬的宏觀龜裂和微觀結(jié)構(gòu)的破壞, 造成果蔬質(zhì)地下降、色澤褐變、風味及營養(yǎng)物質(zhì)流失等不良后果，這與張海燕等[29]在速凍蘋果中的研究結(jié)果一致。因此，選擇速凍溫度-35～-25 ℃進行后續(xù)工藝優(yōu)化試驗。

圖3 速凍溫度對速凍烏龍頭芽色澤和汁液流失率的影響Fig.3 Effect of different frozen temperature on the color and drip loss of frozen Aralia chinensis L. bud

2.2 速凍烏龍頭芽加工工藝響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，選擇漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度為影響因素，以△E值和汁液流失率為響應(yīng)值，對速凍烏龍頭芽加工工藝條件進行3因素3水平的響應(yīng)面分析，試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 2 Design and results of the response surface experiments

2.2.2 回歸模型建立與方差分析 利用Design-Expert 8.0數(shù)據(jù)分析軟件對表2中試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸分析，得到△E值（Y1）和汁液流失率（Y2）對自變量漂燙液pH（X1）、漂燙時間（X2）、速凍溫度（X3）的二次多項回歸模型方程分別為：

如表3所示，一次項的偏回歸系數(shù)絕對值X1＞X2＞X3，說明各因素對速凍烏龍頭芽△E值（Y1）的影響依次為漂燙液pH（X1）＞漂燙時間（X2）＞速凍溫度（X3）。對△E值的回歸模型進行方差分析結(jié)果P＜0.0001（P＜0.01），表明回歸模型差異極顯著，失擬項P值為0.5091，無顯著性影響（P＞0.05），表明該模型對速凍烏龍頭芽加工工藝優(yōu)化試驗擬合程度較好，可用該回歸方程代替試驗真實點對實驗結(jié)果進行分析，回歸方程的決定系數(shù)R2=0.9938，表明測量值和預測值之間吻合度較高，校正決定系數(shù)R2Adj=0.9859，說明速凍烏龍頭芽加工工藝有98.59%的程度受漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度等因素的影響，設(shè)計的預測值和試驗值相近，準確率高，變異系數(shù)CV 值為5.01，反映了模型的可信度，顯示試驗穩(wěn)定性較好。表3中的顯著性分析結(jié)果表明，X1、X2、X3、X1X2、X1X3、X2X3、X12、X22、X32對速凍烏龍頭芽△E值的影響均達到了極顯著水平（P＜0.01）。因此，該模型可對速凍烏龍頭芽加工工藝優(yōu)化試驗研究進行分析預測。

表3 △E值回歸模型方差分析表Table 3 Variance analysis of regression model on △E value

如表4所示，一次項的偏回歸系數(shù)絕對值X1＞X2＞X3，說明各因素對速凍烏龍頭芽汁液流失率（Y2）的影響依次為漂燙液pH（X1）＞漂燙時間（X2）＞速凍溫度（X3）。對汁液流失率的回歸模型進行方差分析結(jié)果P＜0.0001（P＜0.01），表明回歸模型差異極顯著，失擬項P值為0.6266，無顯著性影響（P＞0.05），表明該模型對速凍烏龍頭芽加工工藝優(yōu)化試驗擬合程度較好，可用該回歸方程代替試驗真實點對實驗結(jié)果進行分析，回歸方程的決定系數(shù)R2=0.9918，表明測量值和預測值之間吻合度較高，校正決定系數(shù)R2Adj=0.9812，說明速凍烏龍頭芽加工工藝有98.12%的程度受漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度等因素的影響，設(shè)計的預測值和試驗值相近，準確率高，變異系數(shù)CV 值為5.33，反映了模型的可信度，顯示試驗穩(wěn)定性較好。表4中的顯著性分析結(jié)果表明，X1、X2、X3、X1X3、X2X3、X12、X22、X32對速凍烏龍頭芽汁液流失率的影響均達到了極顯著水平（P＜0.01），X1X2達到了顯著水平（P＜0.05）。因此，該模型可對速凍烏龍頭芽加工工藝優(yōu)化試驗研究進行分析預測。

表4 汁液流失率回歸模型方差分析Table 4 Variance analysis of regression model on drip loss

2.2.3 響應(yīng)面圖分析及參數(shù)優(yōu)化 根據(jù)回歸方程繪制響應(yīng)值與漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度等3 個因素的響應(yīng)面圖，直觀地反映了各因素交互作用對響應(yīng)值的影響程度，當響應(yīng)面的坡度較平緩，表明響應(yīng)值受該因素的影響不明顯；相反響應(yīng)面的坡度較陡峭，表明響應(yīng)值受該因素影響作用較大[30]。由圖4可以看出，在試驗考察范圍內(nèi)，隨著漂燙液pH的升高、漂燙時間的延長以及速凍溫度的升高，速凍烏龍頭芽△E值和汁液流失率均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢；漂燙液pH的響應(yīng)面坡度大于漂燙時間和速凍溫度的曲面變化幅度，漂燙時間的響應(yīng)面坡度大于速凍溫度的曲面變化幅度，說明各因素對速凍烏龍頭芽△E值和汁液流失率的影響由大到小依次為：漂燙液pH（X1）＞漂燙時間（X2）＞速凍溫度（X3），驗證了方差分析結(jié)果。

圖4 各因素交互作用對△E值和汁液流失率影響的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface plot of effect of interaction between each factor on the △E value and drip loss

通過Design-Expert 8.0軟件進行預測分析，確定速凍烏龍頭芽對△E值的回歸模型的最佳加工工藝條件為：漂燙液pH7.59，漂燙時間4.13 min，速凍溫度-30.26 ℃，對汁液流失率的最佳加工工藝條件為：漂燙液pH7.47，漂燙時間3.89 min，速凍溫度-30.37 ℃，上述條件下，△E值和汁液流失率的預測值分別為22.45分和21.69%。結(jié)合實際情況，將工藝調(diào)整為漂燙液pH7.50，漂燙時間4.00 min，速凍溫度-30.00 ℃，并為了確保所建回歸模型的準確性，在此條件下進行驗證，試驗重復3 次，凍藏60 d時實際所得到的速凍烏龍頭芽的△E值平均值為（22.58±1.69），汁液流失率為（21.94%±2.10%），與模型預測值的相對誤差較小，分別為0.58%和1.14%，說明該模型準確可靠。

2.3 速凍烏龍頭芽品質(zhì)檢測

根據(jù)NY/T1406-2018《綠色食品速凍蔬菜》的要求，對速凍烏龍頭的感官品質(zhì)和污染物限量委托甘肅國信潤達分析測試中心進行檢驗，結(jié)果如表5所示，按照優(yōu)化出的工藝參數(shù)加工的速凍烏龍頭芽產(chǎn)品感官和污染物限量等品質(zhì)指標均符合標準的要求，可用來指導生產(chǎn)實踐。

表5 速凍烏龍頭品質(zhì)檢測Table 5 Quality detection of frozen Aralia chinensis L.

3 結(jié)論

通過單因素實驗，確定漂燙液pH、漂燙時間、速凍溫度等因素對速凍烏龍芽色澤和汁液流失率的影響范圍，采用Box-Behnken Design 試驗設(shè)計及響應(yīng)面分析，建立二次多元回歸數(shù)學模型，得到最佳工藝條件為：漂燙液pH7.50，漂燙時間4.00 min，速凍溫度-30.00 ℃，在該條件下得到的速凍烏龍頭芽的△E值和汁液流失率與模型預測值的相對誤差較小，分別為0.58%和1.14%，表明該模型合理可靠，以該工藝生產(chǎn)的速凍烏龍頭芽產(chǎn)品品質(zhì)符合NY/T1406-2018《綠色食品 速凍蔬菜》標準的要求，為烏龍頭的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。