响应面法优化番木瓜渗透脱水工艺

来源 :热带作物学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:intel20107
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  摘 要 以糖液浓度(40%~60%)、渗透脱水温度(30 ℃~60 ℃)和浸渍时间(2~8 h)为因素,以失水率(WL)和固形物增加率(SG)为响应变量,采用响应面法优化番木瓜的渗透脱水条件。根据响应面(Box-Behnken)试验设计进行试验,以失水率最大和固形物增加率最小为指标对渗透脱水过程进行优化。结果表明,番木瓜渗透脱水的最佳工艺参数为:糖液浓度60%、温度52.95 ℃、浸渍时间7.33 h。
  关键词 番木瓜;渗透脱水;响应面;优化
  中图分类号 S668.2 文献标识码 A
  Abstract Osmotic dehydration conditions of papaya pieces were optimized using response surface methodology. The independent process variables for osmotic dehydration process were sucrose concentration(40%-60%), process temperature (30-60 ℃) and immersion time(2-8 h)and the response variables were water loss(WL) and solid gain(SG). The experiments were conducted according to response surface methodology(Box-Behnken) design. The osmotic dehydration process was optimized for maximum water loss and minimum solid gain. The results showed that the optimum conditions of osmotic dehydration for papaya pieces were 60% sucrose concentration, 52.95 ℃ process temperature and 7.33 h immersion time.
  Key words Papaya (Carica papaya L.);Osmotic dehydration;Response surface methodology;Optimization
  doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.03.028
  番木瓜(Carica papaya L.)又称木瓜、乳瓜和万寿果,在许多热带、亚热带国家和地区均有种植。中国主要分布在台湾、广东、海南、广西和福建等省区[1]。番木瓜果实营养丰富,富含维生素、矿物质及抗氧化物质等,并具有健胃消食、减轻肠胃胀气、利尿、化痰和美白等多重功效,所以又被称为“百益之果”和“水果之王”[2-3]。但番木瓜果实不耐贮藏,采后容易遭受机械损伤、失水、冷害、病害和虫害等,从而造成巨大的经济损失。
  渗透脱水是一种预处理的方式,是把果蔬浸在高渗溶液中,利用植物细胞和高渗溶液之间的高渗透压使水分部分脱除的过程。在此过程中,水分会从植物组织中扩散到溶液中,同时溶液中的部分溶质也会扩散到植物组织中。渗透脱水是一种潜在的生产高品质产品的保藏方法之一。由于脱水是在较低的温度下,水没有发生相变,从而可以降低能耗。此外,渗透脱水还可以降低果蔬的水分活度、减少营养物质的损失和延长货架期。尽管在脱水过程中可能有部分物质,如糖、有机酸、矿物质和盐等,通过细胞膜扩散到渗透液中而造成营养物质的损失,但这是微不足道的。渗透脱水受许多因素的影响,如渗透剂的类型和浓度、渗透温度、时间、溶液的搅拌或循环、料液比、食品物料的厚度和预处理的方式等。已有学者对苹果[4]、猕猴桃[5]、香蕉[6]和菠萝[7]等水果的渗透脱水工艺进行了研究,但关于番木瓜渗透脱水的研究还未见报道。
  本研究以新鲜番木瓜为原料,分析糖液浓度、渗透脱水温度和浸渍时间对脱水率(water loss,WL)和固形物增加率(solid gain,SG)的影响,并对番木瓜渗透脱水工艺参数进行优化,以期为番木瓜的产业化加工提供理论依据和技术参考。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  番木瓜:生理成熟的“台农二号”番木瓜果实,购于福建省漳州市沃尔玛超市。选择大小均匀、色泽一致、质地结实的番木瓜果实进行试验。番木瓜经清洗、去皮后,沿纵轴切成两半,用不锈钢平底勺将内部的种子去掉,剩下果肉,再用不锈钢刀将果肉切成5 cm ×1 cm×1 cm的条状。
  白砂糖:食品级,购于福建省漳州市沃尔玛超市。
  试验仪器及设备:HH-4型恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)、CP2102型电子天平(奥豪斯仪器(上海)有限公司)、DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)。
  1.2 方法
  1.2.1 初始含水率的测定 将切分好的番木瓜条切碎,用称量瓶称取5.0 g,每个试样称取3份,置于恒温鼓风干燥箱中,在105 ℃进行干燥,每隔1 h取出称重,直至前后2次质量相差小于2 mg,即为恒重。湿基含水率/%=(干燥前重量-干燥后重量)/干燥前重量×100。
  1.2.2 渗透脱水工艺流程 将切好的番木瓜条浸入预先配制好的糖液中,在30、45、60 ℃分别浸渍2、5、8 h。每次试验时,将50 g番木瓜条放入500 mL盛有250 mL糖液的烧杯中(物料与糖液之比统一为1 ∶ 5),放入恒温水浴锅进行保温。烧杯上加盖密封,以防止渗透液水分的蒸发。每隔30 min用玻璃棒搅拌1次。到预定时间后,将番木瓜条迅速捞出,用蒸馏水轻轻地冲洗掉表面糖液,并用滤纸轻轻地擦干表面水分。然后将番木瓜条进行称重,并在70 ℃的恒温鼓风干燥箱中干燥,测定其渗透后的含水率。重复3次。   1.2.4 试验设计 采用响应面(Box-Behnken)试验设计方法研究番木瓜的渗透脱水过程。经过前期的预实验,选取糖液浓度、渗透脱水温度和浸渍时间为自变量,失水率(WL)和固形物增加率(SG)作为响应值。各因素的取值范围为蔗糖糖液浓度40%~60%、渗透温度30~60 ℃、时间2~8 h。因素水平编码表见表1。
  1.3 统计分析
  2 结果与分析
  2.1 失水率的影响因素分析
  番木瓜的初始含水率为(89.15±0.36)%。由表2可知,番木瓜渗透脱水的失水率最大值为67.04%,最小值为18.64%。采用Design-Expert软件建立失水率与各因素的关系式,得到失水率的二次多项式回归方程为Y1=43.70+6.96x1+11.47x2+13.05x3+1.73x1x2+1.47x1x3+2.48x2x3-1.47x12+0.058x22-3.40x32。由表3可知,根据方差分析,失水率二次回归模型极显著(p<0.01),而失拟项不显著(p>0.05),说明拟合程度很好(R2=0.999 0)。所有因素的一次项、糖液浓度与温度的交互项、温度与时间的交互项、时间的二次项对失水率的影响极显著(p<0.01),糖液浓度与时间的交互项、浓度的二次项对失水率的影响显著(p<0.05),而温度的二次项对失水率的影响不显著(p>0.05)。各因素对失水率影响程度的大小依次为:时间>温度>糖液浓度。
  糖液浓度、渗透温度和时间对失水率影响的响应面图和等高线图见图1。由图1-A可知,失水率随糖液浓度的增加而增加,失水率随温度的升高而增加;当糖液浓度和温度同时增加时,番木瓜条的脱水效果更显著,表明二者的交互作用促进了渗透脱水。由图1-B可知,失水率随着糖液浓度的增加和时间的延长而增加。高浓度糖液比低浓度糖液的脱水速率快,所需时间短。糖液浓度和时间的交互作用对渗透脱水有促进作用。由图1-C可知,失水率随着温度的升高和时间的延长而增加,温度较高时渗透脱水所需的时间较短。温度和时间的交互作用对渗透脱水有促进作用。
  2.2 固形物增加率的影响因素分析
  由表2可知,番木瓜渗透脱水的固形物增加率最大值为15.97%,最小值为6.46%。建立固形物增加率与各因素的关系式,得到固形物增加率的二次多项式回归方程为Y2=10.86-2.22x1+1.81x2+1.86x3-0.57x1x2-0.79x1x3-0.062x2x3-0.20x12-0.014x22-0.43x32。由表3可知,根据方差分析,失水率二次回归模型极显著(p<0.01),而失拟项不显著(p>0.05),说明拟合程度很好(R2=0.951 9)。所有因素的一次项对固形物增加率的影响极显著(p<0.01),其他项则影响不显著(p>0.05)。各因素对固形物增加率影响程度的大小依次为:糖液浓度>时间>温度。
  糖液浓度、渗透温度和时间对固形物增加率影响的响应面图和等高线图见图2。由图2可知,固形物增加率随糖液浓度的增加而降低;固形物增加率随着渗透液温度的升高而加快;固形物增加率随着温度和时间的增加而增加。
  2.3 番木瓜渗透脱水条件的优化
  番木瓜经过渗透脱水后,还需采用干燥技术进行后续脱水,所以希望渗透脱水过程能得到较高的失水率和较低的固形物增加率。将失水率和固形物增加率方程中的差异不显著项剔除,并将规范变量回代后,得到失水率和固形物增加率的方程分别为:
  WL=-43.047+1.412A-0.087B+3.195C+0.012AB +0.049AC+0.055BC-0.015A2-0.378C2(R2=0.999 0)
  SG=6.475-0.090A+0.121B+1.942C-0.026AC (R2=0.931 6)
  以失水率最大和固形物增加率最小为目标,运用Design-Expert软件对试验结果进行多目标优化分析,得到番木瓜渗透脱水的最优工艺条件为:糖液浓度60%、温度52.95 ℃、渗透时间7.33 h。在此条件下,番木瓜失水率和固形物增加率的预测值分别为66.4%和10.1%,而试验验证值为67.1%和9.86%,说明优化得到的番木瓜渗透脱水工艺条件是可行的,效果较好。
  3 讨论与结论
  本研究结果中失水率随糖液浓度的增加而增加,失水率随温度的升高而增加,可能因为糖液浓度增大时,番木瓜组织细胞和渗透液之间的压力梯度越大,促进番木瓜的脱水;随着温度的升高,渗透液的黏度下降,降低了番木瓜表面传质的外部阻力,使水更容易穿过细胞膜而流出[9]。
  本研究结果中固形物增加率随糖液浓度的增加而降低,这可能是由于在渗透脱水中,番木瓜表面形成的溶质层阻碍了溶质的扩散。此外,高浓度的糖溶液具有较高的黏度,会形成较大的传质阻力。研究表明,糖液浓度对番石榴[9]、甜瓜[10]和芒果[11]等果实渗透脱水的固形物增加率也有负影响,即糖液浓度的增加会导致固形物增加率的下降。本研究结果中固形物增加率随着渗透液温度的升高而加快,可能是因为较高的温度会破坏膜的渗透性,引起通透性增大,以及温度的升高会导致渗透液黏度的下降,降低外部的传质阻力,使溶质的传递更加容易[12]。渗透脱水的时间对固形物增加率有促进作用。固形物增加率随着温度和时间的增加而增加,还可能因为渗透脱水期间的搅拌,降低了番木瓜表面和渗透液之间的传质阻力[13]。
  本研究以失水率最大和固形物增加率最小为目标,采用响应面法优化番木瓜渗透脱水工艺参数。方差分析表明,糖液浓度、温度和时间对渗透脱水过程的影响都是极显著的(p<0.01)。建立了二阶多项式回归方程用于预测番木瓜失水率和固形物增加率。通过多目标优化分析,得到番木瓜渗透脱水的最优工艺条件为:糖液浓度60%、温度52.95 ℃、渗透时间7.33 h。   参考文献
  [1] 周 鹏, 沈文涛, 言 普,等. 我国番木瓜产业发展的关键问题及对策[J]. 热带生物学报, 2010, 31(3): 257-260, 264.
  [2] Wall M M. Ascorbic acid, vitamin A, and mineral composition of banana(Musa sp.)and papaya(Carica papaya) cultivars grown in Hawaii[J]. Journal of Food Composition and Analysis, 2006, 19(5): 434-445 .
  [3] Saeed F, Arshad M U, Pasha I, et al. Nutritional and phyto-therapeutic potential of papaya(Carica papaya Linn.): an overview[J]. International Journal of Food Properties, 2014, 17(7): 1 637-1 653.
  [4] Sosa N, Salvatori D M, Schebor C. Physico-chemical and mechanical properties of apple disks subjected to osmotic dehydration and different drying methods[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 5(5): 1 790-1 802.
  [5] Nowacka M, Tylewicz U, Laghi L, et al. Effect of ultrasound treatment on the water state in kiwifruit during osmotic dehydration[J]. Food Chemistry, 2014, 144: 18-25.
  [6] Verma D, Kaushik N, Rao P S. Application of high hydrostatic pressure as a pretreatment for osmotic dehydration of banana slices (Musa cavendishii) finish-dried by dehumidified air drying[J]. Food and Bioprocess Technology, 2014, 7(5): 1 281-1 297.
  [7] Silva K S, Fernandes M A, Mauro M A. Osmotic dehydration of pineapple with impregnation of sucrose, calcium, and ascorbic acid[J]. Food and Bioprocess Technology, 2014, 7(2): 385-397.
  [8] Shafig A M, Amarjit S, Sawhney B K. Response surface optimization of osmotic dehydration process for aonla slices[J]. Journal of Food Science and Technology, 2010, 47(1): 47-54.
  [9] Vieira G S, Pereira L M, Hubinger Miriam D. Optimization of osmotic dehydration process of guavas by response surface methodology and desirability function[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2012, 47(1): 132-140.
  [10] Ferrari C C, Arballo J R, Mascheroni R H, et al. Modeling of mass transfer and texture evaluation during osmotic dehydration of melon under vacuum[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2011, 46(2): 436-443.
  [11] Madamba P, Lopez R I. Optimization of the osmotic dehydration of mango(Mangifera indica L.) slices[J]. Drying Technology, 2002, 20(6): 1 227-1 242.
  [12] Singh B, Kumar A, Gupta A K. Study of mass transfer kinetics and effective diffusivity during osmotic dehydration of carrot cubes[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 79(2):471-480.
  [13] Mundada M, Singh B, Maske S. Optimization of processing variables affecting the osmotic dehydration of pomegranate arils[J]. International Journal of Food Science and Technology,2010, 45(8): 1 732-1 738.
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