Color-protected Agents Formulation Optimization and Influence on Quality of Microwave Vacuum-Dried Lemon Slices
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摘要: 为保持微波真空干燥（MVD）柠檬片的色泽，优化了柠檬片护色液的成分及其浓度，并分析了其对柠檬片品质变化的影响。以蒸馏水处理组为空白对照组，通过单因素和响应面试验确定了无硫护色剂组成，为0.60%乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、0.38% L-半胱氨酸和0.82%柠檬酸；所处理产品的L*值及色差值均最优，验证试验得出,柠檬片的平均L*值为78.52，平均色差值为11.61，预测值与试验值吻合度分别为98.44%和97.33%。此外，分析护色组与对照组柠檬片品质变化可知：护色组的氨基态氮、抗坏血酸、还原糖含量分别为38.61、81.79 mg/100 g、14.75 g/100 g，均高于对照组。护色组与对照组分别检测出58和56种挥发性成分，护色组中柠檬的重要特征香气成分包括α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯和γ-松油烯的相对含量均高于对照组，柠檬醛相对含量略低于对照组。结果表明,护色处理可以有效抑制柠檬片微波真空干燥过程中非酶褐变的发生，还能更大限度保留其原有的营养物质及香气成分。Abstract: In order to maintain the color of microwave vacuum-dried (MVD) lemon slices, the composition and its concentration of color protection liquid for lemon slices were optimized, and its effects on the quality changes of treated lemon slices were also investigated. In this work, the distilled water treatment group was used as the blank control group, the formulation of color-protected agents without sulfite was decided through the single factor and response surface tests, which included 0.60% EDTA-2Na, 0.38% L-cysteine and 0.82% citric acid, respectively. Moreover, both L* value and the color difference value of slices treated with this composite color protection liquid were the best among all the samples. Furthermore, the verification test showed that the average values of L* and color difference value of treated lemon slices were 78.52 and 11.61, respectively. And the agreement between the predicted value and the test value was 98.44% and 97.33%, respectively. On the other hand, the quality changes between lemon slices treated by the color protection liquid and control slices were analyzed. The compared results of the quality changes between treated lemon slices and control samples indicated that the amino nitrogen, ascorbic acid contents and reducing sugar of lemon slices treated with the color protection liquid were 38.61, 81.79 mg/100 g, and 14.75 g/100 g, respectively, which were all higher than that in the control samples. More importantly, 58 and 56 kinds of volatile components were detected in the color protection group and the control group, respectively. The main characteristic aroma components including α-pinene, β-pinene, myrcene, γ-terpinene and citral in the treated lemon were higher than that in the control slices. However, the content of citral was lower than that in the control simple. These results indicated that the color protection treatment could effectively inhibit the nonenzymic browning of the microwave vacuum-dried lemon slices and also retained its original nutrients and aroma components at a greater extent.
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柠檬（Citrus limon （L.） Burm. F）属于芸香科柑橘属，是世界上第三大柑橘品种，因不耐贮藏流通损失大，将新鲜柠檬切片后进行干燥处理可延长贮藏期、大幅减少损失。目前，柠檬最常用的干燥方式有传统露天晒干、热风干燥技术、微波干燥、真空干燥、真空冷冻干燥[1-4]，但在干燥过程中往往伴随着色泽变化、营养成分流失、能耗高等问题。微波真空联合干燥技术是将微波加热与真空系统结合，使水蒸气在低温下短时内快速分离，在提高产品质量的同时缩短干燥时间，而且环保安全。至今，国内外已有诸多将微波真空干燥技术应用于果蔬加工方面的相关报道[5-9]。
新鲜柠檬经切片后暴露在空气中，氧气会与柠檬切片中的多酚氧化酶（PPO）和底物反应，引起一定程度的酶促褐变。但柠檬切片在进行干燥处理过程中，大部分酶活性会因干燥温度的升高而受到抑制，而柠檬片自身的VC、总酸、氨基态氮等物质会直接或间接参与其中的非酶褐变反应，故本研究主要探讨鲜切柠檬干燥过程中发生的非酶褐变反应：美拉德反应、抗坏血酸（VC）的氧化分解反应和酚类物质氧化分解反应，以前面两种反应类型为主。虽然使用亚硫酸盐可以有效抑制褐变，但许多国家由于其副作用而禁止在某些食品中应用。因此，需要一种安全有效的方法来抑制褐变并保持柠檬切片的颜色[10]。
本文以四川安岳青柠檬为研究材料，选取植酸、柠檬酸、氯化钙、VC、L-半胱氨酸、EDTA-2Na六种无硫护色剂对鲜切柠檬片进行护色处理[11-15]，从6种护色剂中选取最佳的3种进行复配得到最终复合护色剂，比较护色前后产品在营养物质、色泽及香气成分方面的品质变化，为有效抑制鲜切柠檬片MVD过程中发生非酶褐变提供一定参考价值。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
柠檬 京东超市，品种为安岳青柠檬（初始含水率为85%±2.05%），果实为七至八成熟，表面均匀光滑，呈绿色，购买后贮藏在4 ℃冷藏库中；柠檬酸、抗坏血酸、EDTA-2Na、植酸、L-半胱氨酸、氯化钙（CaCl2） 均为食品级。
JDH-3GZ微波真空干燥箱 广州永泽微波能设备有限公司；5810R冷冻离心机 德国Eppendorf公司；酶标仪 Molecular Devices；7200分光光度计 尤尼柯（上海）仪器有限公司；GCMS-QP2020NX气相质谱联用仪 日本岛津公司；Verivide DigiEye数字电子眼 上海韵鼎国际贸易有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 柠檬片干燥护色工艺
安岳青柠檬→挑选→清洗→切去两端→切片机切片→护色→沥干→微波真空干燥处理→成品
预处理：每次干燥前，从库中挑选出无病虫害、无机械损伤、形状、颜色均匀一致的果实，洗净沥干后沿横径切去柠檬两侧，用切片机切成厚度均为4 mm的柠檬片，每颗柠檬约切出8片，随机分组。
护色：参考胡思等[16]，分别将切好的柠檬片置于不同浓度的护色剂中，料液比（w/v）为1:2，室温浸泡30 min后沥干。
干燥：参考黄艳斌等[17]，设置干燥功率2 kW，真空度70 kPa，温度上限为70 ℃，初始功率密度为2.4 W/g，每隔2 min测定重量并记录，直至柠檬片含水率低于12%，停止干燥。
1.2.2 柠檬片护色剂单因素实验设计
采用不同浓度的氯化钙溶液（0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%），柠檬酸溶液（0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%），植酸溶液（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），EDTA-2Na溶液（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），VC溶液（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、L-半胱氨酸溶液（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）对鲜切柠檬片进行浸泡处理30 min，以蒸馏水处理组作为空白对照组。沥干后进行微波真空干燥处理，用数字电子眼测定干制样品的色差值和L*值。
1.2.3 柠檬片护色剂的响应面优化试验
在单因素实验的基础上，采用响应面分析法和Box-Behnken Design（BBD）中心组合设计试验，将EDTA-2Na（X1）、L-半胱氨酸（X2）和柠檬酸（X3）作为三个变量，每个因素的低、中、高水平分别以−1、0、1进行编码，以柠檬片的L*值、ΔE值作为响应值，确定复合护色剂的最佳浓度，响应面设计的因素及水平见表1。二次响应面模型公式如下[18]：
Y=β0+3∑i−1βixi+3∑i−1βiixi2+2∑i−13∑j−i+1βijxixj (1) 式中：Y为响应值，即L*值、ΔE值；β0、βi、βii和βij为响应面模型的回归系数；
xi 和xj 为自变量。表 1 响应面试验因素水平表Table 1. Response surface test factors and levels因素 水平 −1 0 1 EDTA-2Na（%） 0.5 0.6 0.7 L-半胱氨酸（%） 0.3 0.4 0.5 柠檬酸（%） 0.6 0.8 1.0 1.2.4 色度的测定
参考周中帆等[19]，使用Verivide DigiEye数字电子眼对干燥柠檬片进行非接触式色度测量。预热仪器后，在D65光源下（Verivide标准光源）依次使用白板、彩板对仪器进行校准，调整快门速度和光圈孔径大小，使RGB值在215~225之间。将干燥柠檬片均匀放置在白色样品板上后置于封闭的灯箱，点击“相机-拍照”窗口，拍摄得到图像后，随机取每片柠檬果肉部位颜色，所得L*、a*、b*值即为选取像素的平均颜色值，按公式（2）计算柠檬片色差值。
ΔE=√(L*−L0)2+(a*−a0)2+(b*−b0)2 (2) 式中：L0、a0、b0为新鲜柠檬片的色度值；L*、a*、b*为干燥后的柠檬片样品的色度值；L值范围为0~100，0表示黑色，100表示白色，值越大，说明褐变越小；ΔE值为总色差，值越小，代表实验组样品色泽更接近对照组。
1.2.5 氨基态氮的测定
参考GB/T 12143-2008《饮料通用分析方法 果蔬汁饮料中氨基态氮的测定方法（甲醛值法）》略作修改。准确称取柠檬粉样品1 g（准确至0.001 g）于烧杯，加入50 mL蒸馏水并搅拌10 min，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定pH至7.50，加入10 mL甲醛溶液，用0.05 mol/L NaOH溶液继续滴至pH8.10，记录加入甲醛溶液后消耗NaOH溶液体积，取蒸馏水为空白进行上述操作。氨基酸态氮含量公式如公式（3）所示：
X=c×(V−V0)×K×14m×100 (3) 式中：V为加入甲醛后消耗0.05 mol/L NaOH溶液的体积，mL；V0为空白加入甲醛后消耗NaOH溶液的体积，mL；c为NaOH溶液的浓度，mol/L；m为样品质量，g；K为稀释倍数。
1.2.6 抗坏血酸的测定
参考GB 5009.86-2016《食品中抗坏血酸的测定 2,6-二氯靛酚滴定法》。
1.2.7 还原糖的测定
参考GB 5009.7-2016《食品中还原糖的测定 直接滴定法》。
1.2.8 挥发性成分测定
挥发性成分测定参考陈婷婷[20]，并作修改。称取粉碎的柠檬样品1.0 g至20 mL顶空瓶中，加入5.0 mL饱和NaCl溶液，插入老化后的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头在55 ℃下平衡30 min，吸附30 min，解吸5 min。
GC条件：HP-5石英毛细管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm），高纯（99.999%）氦气为载气，分流比30:1，流速为1.87 mL/min，进样口温度为250 ℃，程序升温条件为：45 ℃保持2 min，然后以4 ℃/min的速度将温度升到100 ℃，保持1 min，再以7 ℃/min升到150 ℃，保持3 min，最后以5 ℃/min升到170 ℃，保持1 min；MS条件：EI（电子轰击）为离子源，接口温度240 ℃，离子源温度200 ℃，电子轰击能量为70 eV，扫描方式为全扫描，扫描范围20~500 m/z。
定性与定量分析：各色谱峰采用NIST 17谱库进行检索、比较，选择SI大于80并结合参考相关文献确定挥发性风味物质的化学组成。并用面积归一法计算其相对含量，按公式（4）计算。
相对含量(%)=分离组分的峰面积总峰面积×100 (4) 1.3 数据处理
数据统计与作图分别采用Excel 2010、SPSS 17.0和Origin 9.0。所有试验重复三次，结果以
¯X±SD 表示，用ANOVA-Duncan法对试验数据进行多重比较检验分析，差异的显著性被定义在5%水平（P<0.05）；采用Design Expert8.0.6软件对Box-Behnken Design试验进行数据分析。2. 结果与分析
2.1 柠檬片护色剂单因素实验结果
2.1.1 不同浓度CaCl2对柠檬片护色的影响
氯化钙的护色作用可能是Ca2+与氨基酸发生沉淀作用抑制羟氨反应，同时还能与细胞壁上的果胶酸作用形成果胶酸钙，从而阻止液泡中组织液外渗到细胞质中与酶类接触，降低酶促褐变程度[7]。吴永祥等[21]对红薯干进行护色时发现，CaCl2浓度为0.2 g/100 mL时褐变抑制率达到最大，为48.90%，CaCl2在一定浓度范围内能有效抑制红薯干的褐变。程立君等[22]发现0.6%的CaCl2对鲜切马铃薯褐变抑制率最好。不同浓度CaCl2溶液对柠檬片色泽的影响如图1所示，随着CaCl2溶液浓度升高，MVD柠檬片L*值呈现无规律变化，ΔE值随着氯化钙浓度的增加而逐渐减小，由起始的17.42下降至15.75，说明CaCl2浓度越高，对柠檬片的护色效果越好，此因素最优浓度水平同选为响应面的最优因素相比，L*值偏低、ΔE值偏高，表明CaCl2不适宜作为MVD柠檬片的最佳护色剂。
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图 1 不同浓度的CaCl2对MVD柠檬片的护色效果Figure 1. Effects of CaCl2 on the protecting color of MVD lemon slices2.1.2 不同浓度柠檬酸对柠檬片护色的影响
柠檬酸是一种常见的酸化剂，可以降低溶液pH，当pH≤3时，Maillard反应过程不明显，pH在3~9时，随着pH上升，褐变反应加速[23-24]。同时柠檬酸具有3个羧基，具有很强的螯合金属离子的能力，Queiroz等[25]研究发现柠檬酸可以促进羰氨反应中的缩合物水解。由图2可得，不同浓度柠檬酸对MVD柠檬片护色效果不同，在柠檬酸的浓度为0.8%时，L*值达到最大值75.60，ΔE值为13.66，在柠檬酸浓度为1.2%时，ΔE值最低为13.46，但浓度大于1.2%后，褐变抑制作用开始减弱，黄艳斌等[14]发现柠檬酸浓度为0.8 g/100 mL处理鲜山药片后，干制得到的山药片褐变程度最低；张芳等[26]研究表明，0.6%的柠檬酸可显著降低杏脯色差值，与对照组相比，下降了11.93%。柠檬酸作为MVD柠檬片的抗褐变剂，总体效果较好，故选取柠檬酸浓度（0.6%、0.8%、1.0%）进行响应面优化试验。
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图 2 不同浓度的柠檬酸对MVD柠檬片的护色效果Figure 2. Effect of citric acid on the protecting color of MVD lemon slices2.1.3 不同浓度抗坏血酸对柠檬片护色的影响
维生素C主要用作果蔬、罐头的防腐剂和抗氧化剂，一定浓度的抗坏血酸溶液可以有效降低果蔬中对氧敏感成份的氧化性，从而保持果蔬色泽的鲜艳。如图3所示，当VC浓度为0.4%时，L*值最小为73.07，ΔE值19.27，为抗坏血酸处理组最差的水平，同其它因素处理组相比（柠檬酸组除外），L*值虽有所增加，但色差值变化趋势更大，表明抗坏血酸处理与新鲜柠檬片的色泽差异较大，导致该结果的原因可能是柠檬本身存在大量VC，在MVD处理过程中反而促使与柠檬片中的氨基酸反应，生成了红色素，与崔霖芸[27]结论一致：抗坏血酸在高浓度下自身容易氧化生成红色或黄色的色素。故VC不适宜用作MVD柠檬片的护色剂。
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图 3 不同浓度的VC对MVD柠檬片的护色效果Figure 3. Effects of ascorbic acid on the protecting color of MVD lemon slices2.1.4 不同浓度植酸对柠檬片护色的影响
植酸的基本结构是由肌醇环和6个磷酸盐基团组成的一种肌醇六磷酸酯，植酸的护色机理在于在非酶褐变中能与金属离子发生极强的螯合作用，使促进氧化作用的微量金属离子因螯合失去活性，同时释放出氢离子，破坏氧化过程中产生的过氧化物，从而起到稳定色泽的作用[28]。毕家钰等[29]对香蕉进行干制护色时发现，植酸浓度为1.2%，护色处理20 min后干制香蕉片L*值最大，褐变度最小。植酸对MVD柠檬片的护色效果结果如图4所示，随着植酸浓度的增加，L*值呈先升高后降低趋势，而ΔE值变化趋势无规律性，可能是当植酸浓度偏高时，导致柠檬果肉细胞遭到破坏，细胞质流出，L*值急剧下降，在浓度为1.0%时，L*值仅为67.91，ΔE值最高为18.97，褐变明显。故植酸不适宜用作MVD柠檬片的护色剂。
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图 4 不同浓度的植酸对MVD柠檬片的护色效果Figure 4. Effects of phytic acid on the protecting color of MVD lemon slices2.1.5 不同浓度L-半胱氨酸对柠檬片护色的影响
赵国华等[30]研究发现含巯基氨基酸对非酶褐变也具有强烈的抑制作用，以同样摩尔数添加，其效果与亚硫酸盐近似。曾顺德等[15]对柠檬干片进行护色研究发现复合护色剂中L-半胱氨酸质量分数为0.2%时褐变抑制效果最好。崔霖芸[27]等发现0.5%的L-半胱氨酸对野木瓜果汁非酶褐变抑制率最好，达到56.43%。由图5可知，L-半胱氨酸的浓度在0.4%时，柠檬片的L*值次高为72.15，ΔE值较低为14.96，护色效果略差与柠檬酸，但优于其它几个因素。选取L-半胱氨酸浓度水平0.4%进行响应面实验。
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图 5 不同浓度的L-半胱氨酸对MVD柠檬片的护色效果Figure 5. Effects of L-cysteine on the protecting color of MVD lemon slices2.1.6 不同浓度EDTA-2Na对柠檬片护色的影响
EDTA-2Na对MVD柠檬片的护色效果如图6所示，EDTA-2Na的浓度为0.6%时L*值最高为71.61，ΔE值最低为15.27。当浓度高于0.8%时，L*值有明显下降，ΔE值有明显上升。曾顺德等[15]研究柠檬干片高效褐变抑制剂，得出复合褐变抑制剂中添加0.5%的EDTA-2Na，褐变抑制效果最好。彭梦瑶等[31]采用质量分数为0.4%的EDTA-2Na溶液处理胡萝卜泡菜，其色差值变化最小且感官评分最高。EDTA-2Na能与多种多价金属络合，抑制多价金属对褐变反应的催化作用，从而起到护色、抗氧化的效果[32]，胡源然等[33]研究得出质量浓度30 g/L的EDTA-2Na溶液能够显著降低鲜切梨相对电导率，其大小可以衡量细胞膜的通透性，其值越大，细胞膜结构破坏的程度越大[34]。所以选择EDTA-2Na浓度0.6%水平进行下一步响应面优化试验。
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图 6 不同浓度的EDTA-2Na对MVD柠檬片的护色效果Figure 6. Effects of EDTA-2Na on the protecting color of MVD lemon slices2.2 柠檬片护色剂的响应面优化试验结果
根据护色剂单因素实验结果，得到三种护色效果最佳的抗褐变剂，分别是EDTA-2Na（X1）、L-半胱氨酸（X2）和柠檬酸（X3），其质量分数最佳水平分别为0.6%、0.4%、0.8%，后对柠檬片复配无硫护色剂进一步优化，整个试验共进行17次，试验结果及方差分析如表2~表4所示，响应曲面如图7~图8所示。
表 2 响应面试验方案及结果Table 2. Results of response surface experiment实验号 X1 X2 X3 L*值 ΔE值 1 0 1 1 76.05 12.40 2 −1 0 −1 78.56 13.98 3 1 −1 0 78.29 12.21 4 0 −1 −1 77.10 13.56 5 −1 1 0 78.45 13.36 6 1 0 −1 77.20 13.77 7 −1 0 1 75.53 12.12 8 1 0 1 76.83 12.60 9 0 0 0 80.13 11.66 10 −1 −1 0 77.19 12.02 11 0 0 0 79.80 11.48 12 0 0 0 80.16 11.37 13 0 0 0 79.84 11.06 14 0 −1 1 78.05 12.21 15 1 1 0 77.77 13.68 16 0 0 0 79.24 11.64 17 0 1 −1 77.80 14.70 表 3 L*值回归模型方差分析Table 3. Analysis of variance for the regression model for L*变异来源 均方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 29.29 9 3.25 11.73 0.0019 ** X1 0.015 1 0.015 0.055 0.8218 X2 0.039 1 0.039 0.14 0.7177 X3 2.2 1 2.20 7.94 0.0259 * X1X2 0.79 1 0.79 2.84 0.1358 X1X3 1.77 1 1.77 6.38 0.0394 * X2X3 1.83 1 1.83 6.59 0.0372 * X12 4.79 1 4.79 17.28 0.0043 ** X22 3 1 3.00 10.81 0.0133 * X32 12.74 1 12.74 45.93 0.0003 ** 残差 1.94 7 0.28 失拟项 1.39 3 0.46 3.35 0.1367 不显著 纯误差 0.55 4 0.14 总和 31.24 16 R2=0.9378，R2adj=0.8579，CV=0.67% 注：**P<0.01，表示差异极显著；*P<0.05，表示差异显著；表4同。 表 4 ΔE值回归模型方差分析Table 4. Analysis of variance for the regression model for ΔE变异来源 均方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 17.65 9 1.96 24.03 0.0002 ** X1 0.076 1 0.076 0.93 0.3677 X2 2.14 1 2.14 26.23 0.0014 ** X3 5.6 1 5.6 68.61 < 0.0001 ** X1X2 3.74×10−3 1 3.74×10−3 0.046 0.8366 X1X3 0.12 1 0.12 1.48 0.2636 X2X3 0.22 1 0.22 2.73 0.1427 X12 1.71 1 1.71 20.91 0.0026 ** X22 2.29 1 2.29 28.04 0.0011 ** X32 4.55 1 4.55 55.75 0.0001 ** 残差 0.57 7 0.082 失拟项 0.33 3 0.11 1.78 0.2906 不显著 纯误差 0.24 4 0.061 总和 18.22 16 R2=0.9686，R2adj=0.9283，CV=2.27% ![]()
图 7 X1、X2和X3两因素的交互作用对L*值的影响Figure 7. Effects of interaction of X1, X2 and X3 on the L*![]()
图 8 X1、X2和X3两因素的交互作用对ΔE值的影响Figure 8. Effects of interaction of X1, X2 and X3 on the ΔE从表3可以看出，该模型回归显著（P<0.05），失拟项是用来表示所用模型与试验拟合的程度，即二者的差异程度。失拟项在P=0.05水平上不显著（P=0.1367˃0.05），因变量与所考察自变量之间的线性关系显著（R2=0.9378），模型的校正决定系数R2adj=0.8579，二次项影响均显著（P<0.05）。这些都表明该模型的拟合度较好，可以用于分析及预测柠檬片MVD的L*值随复合护色液浓度变化情况。同时较低的离散系数（CV=0.67%）也说明整个实验具有较好的精确度和可靠性。
由表4可知，该模型极显著（P<0.001），因变量与所考察自变量之间的线性关系显著（R2=0.9686），证明该模型能很好地解释96%以上的响应值变化，失拟项为0.2906˃0.05，不显著。离散系数（CV=2.27%）在可接受范围内。该模型的校正决定系数（R2adj=0.9283）接近1，说明变量之间的线性相关性好。因此，该试验结果可靠性高，所得的二次回归方程能够对响应值进行较准确的预测，能够较好地分析预测柠檬片MVD的ΔE值随复合护色液浓度变化情况。
从表3~表4中一次项X1、X2、X3的F值可以得出两种模型得到的护色液浓度影响作用一致，对L*值、ΔE值的影响作用大小依次为：X3˃X2˃X1，即柠檬酸˃L-半胱氨酸˃EDTA-2Na，这与单因素实验结果相吻合。在表3中，X3的P值为0.0259<0.05，说明X3的影响显著，在表4中X2、X3影响极显著（P<0.01），可以得出柠檬酸对MVD处理的柠檬片护色效果最佳，L-半胱氨酸次之。可能是由于柠檬酸能够有效抑制美拉德反应初期阶段，也可以通过螯合金属离子等减少对Amadori产物分解的促进作用，减少中间产物的生成[35]。分别以L*值和ΔE值为因变量，建立回归模型，得到方程如下：
L*=79.83+0.044X1−0.070X2−0.52X3−0.44X1X2+0.67X1X3−0.68X2X3−1.07X21−0.84X22−1.74X23 (5) ΔE=11.44+0.097X1+0.52X2−0.84X3+0.031X1X2+0.17X1X3−0.24X2X3+0.64X21+0.74X22+1.04X23 (6) 2.3 柠檬片护色剂响应面分析及优化
图7~图8分别是根据二次多项式回归方程（5）和（6）作出的各因素与响应值的等高线和响应面图。从图7（a、c、e）可以看出L*值等高线均为椭圆形，说明EDTA-2Na、L-半胱氨酸和柠檬酸三种护色剂的两两交互作用显著，图7（b、d、f）显示柠檬酸分别与L-半胱氨酸和EDTA-2Na的响应曲面比EDTA-2Na和L-半胱氨酸的响应曲面更陡峭，说明柠檬酸对MVD处理的柠檬片L*值的影响最大，结合表3和单因素实验可以得到同样的结论。由图8（a、c、e）等高线图可以看出，L-半胱氨酸和EDTA-2Na等高线图呈近圆形，交互作用不显著，柠檬酸与EDTA-2Na的交互作用较显著，柠檬酸与L-半胱氨酸的交互作用最显著，同图8（b、d、f）的相应曲面图趋势一致，可能是由于柠檬酸对金属离子的络合作用强于EDTA-2Na，导致L-半胱氨酸的抗褐变效果与柠檬酸的浓度相关性较强[36]。综合图7~图8可以看出复合护色剂对微波干燥柠檬片护色效果较优。
2.4 柠檬片最佳护色配比及验证试验
根据响应面试验所得结果，把ΔE最小值、L*最大值输入Design Expert8.0.6软件进行分析后，确定MVD柠檬片的最佳护色剂配方为：EDTA-2Na添加量为0.60%，L-半胱氨酸添加量为0.38%，柠檬酸添加量为0.82%，在此复合护色剂条件下预测得到柠檬片的L*值为79.76，色差值为11.30。为检验预测结果与实际结果的一致性，在此配方下经3次平行试验后得到，柠檬片的平均L*值为78.52，平均色差值为11.61，预测值与试验值吻合度分别为98.44%、97.33%，误差均在3%以内，可以较准确预测护色后柠檬片的L*值及色差值。
2.5 柠檬片护色组与对照组品质对比
按照2.4优化后复合护色液配比，对鲜切柠檬片进行护色处理与对照处理，测定对比两组的氨基态氮、还原糖、VC含量，结果如表5所示，护色后的MVD柠檬片三个品质考察指标含量均高于对照组，其中VC含量和氨基态氮含量有明显增加，还原糖含量也有小幅增加。因为真空微波干燥是在真空条件下进行，能避免柠檬片直接与氧气接触，且干燥时间短，缩短了样品的受热时间，从而有效抑制了干燥过程中样品VC的氧化分解反应的发生，这与黄艳斌[17]的研究结论一致。美拉德反应、VC的氧化褐变反应及多酚类物质的缩合反应，都需要游离氨基酸的参与，它既可以作非酶褐变的反应物，也可以作非酶褐变反应的催化剂[37]。氨基态氮含量上升的原因一方面可能是随干燥进行，部分蛋白质发生水解导致氨基态氮的含量增加，随着干基含水率不断下降，氨基态氮含量增加的速率大于参与反应消耗的速率，蔡长河等[38]在干制荔枝过程中也得出了相似的结论。另外，氨基态氮含量的增加也与复合护色剂中含有L-半胱氨酸有关。还原糖含量有略微增加一方面可能是因为样品干基含水率的下降导致还原糖含量增加，另一方面因为在酸性条件下，柠檬片中的总糖可以通过水解产生还原糖使其含量增加。还原糖的含量取决于各类反应导致其增加或减少的平衡值，黑蒜加工中也得到类似规律[39]。
表 5 护色组与对照组MVD柠檬片品质对比Table 5. Quality contrast of MVD lemon slices of treatment and control group样品 氨基态氮（mg/100 g） VC含量（mg/100 g） 还原糖含量（g/100 g） 护色组 38.61±1.29 81.79±1.52 14.75±0.87 对照组 29.73±1.04 70.14±2.17 12.91±0.32 2.6 柠檬片护色组与空白组挥发性成分对比
按照2.4优化后复合护色液配比，对MVD柠檬片进行护色处理与对照处理后测定对比两组挥发性成分，得到两个处理组色谱图基本相同，说明关键香气化合物无明显差别，但护色处理组的香气物质峰面积较大，在强度上优于对照组，见图9。
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图 9 柠檬片护色组（a）与对照组（b）挥发性成分的总离子流色谱图Figure 9. Total ion chromatogram of volatile components in MVD lemon slices of treatment (a) and control group (b)护色组与处理组挥发性成分检测结果见表6，其中护色组共检测出58种挥发性成分，占总峰值的97.22%，包含：27种烯烃类、8种醛类、12种醇类、6种酯类、3种烷烃类和2种其它物质，分别占总挥发性成分的52.17%、28.30%、10.88%、5.39%、0.32%和0.17%；对照组检测出56种挥发性成分，占总峰值的94.23%，包括：24种烯烃类、8种醛类、13种醇类、7种酯类、2种烷烃类和2种其它物质，分别占总挥发性成分的32.08%、39.40%、16.08%、6.21%、0.21%和0.25%。护色组总挥发性成分中烯烃类化合物含量最高为52.17%，而对照组中相对含量占比最高的是醛类物质，为39.40%，这是因为护色组中的（+）-柠檬烯占32.99%，在对照组中仅为19.52%。此外，α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、γ-松油烯和柠檬醛5种物质也是柠檬的重要特征香气成分[40-41]，护色处理组在α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯和γ-松油烯4种物质的相对含量分别为：0.29%、3.65%、0.95%、7.62%、26.19%，均高于对照组的0.12%、1.80%、0.59%、4.62%，护色组柠檬醛和α-柠檬醛含量分别为10.47%、15.72%，略低于对照组的14.98%、23.44%。部分未鉴定出的成分中是否存在其它特征香气成分，有待进一步优化检测等条件后继续研究。
表 6 柠檬片护色组与对照组挥发性成分种类及相对含量Table 6. Identification and relative quantification of volatile compounds in MVD lemon slices of treatment and control group类别 序号 中文名称 英文名称 保留时间（min） 相对含量（%） 保留时间（min） 相对含量（%） 护色组 对照组 烯
烃
类1 α-侧柏烯 α-thujene 6.218 0.07 6.221 0.03 2 α-蒎烯 α-pinene 6.42 0.29 6.424 0.12 3 莰烯 camphene 6.925 0.03 6.931 0.02 4 β-水芹烯 β-phellandrene 7.697 0.25 7.698 0.10 5 β-蒎烯 β-pinene 7.83 3.65 7.829 1.80 6 月桂烯/香叶烯 myrcene 8.313 0.95 8.312 0.59 7 萜品油烯 terpinolene 9.2 0.27 9.199 0.17 8 （+）-柠檬烯 （+）-dipentene 9.681 32.99 9.658 19.52 9 （1R）-（+）-α-蒎烯 （1R）-（+）-α-pinene 9.951 0.11 9.95 0.06 10 罗勒烯 ocimene 10.313 0.30 10.311 0.20 11 γ-松油烯 γ-terpinene 10.691 7.62 10.682 4.62 12 2-蒈烯 2-carene 11.64 0.50 11.637 0.29 13 2-甲基-1-苯基丙烯 2-methyl-1-phenyl-1-propene 11.877 0.04 11.871 0.05 14 1,3-环己二烯 1,3-cyclohexadiene 13.406 0.01 13.395 0.04 15 α-香柠檬烯 α-bergamotene 22.151 0.09 22.147 0.08 16 石竹烯 l-caryophyllene 22.266 1.04 22.261 0.74 17 α-柏木烯 （-）-α-cedenen 22.598 1.01 22.593 0.81 18 （+）-香橙烯 （+）-aromadendrene 22.668 0.11 22.66 0.15 19 红没药烯 6-methyl-2-（4-methylcyclohex-
3-enyl）
hept-2,5-diene23.063 0.18 23.058 0.17 20 β-檀香烯 β-santalene 23.162 0.08 23.159 0.11 21 （+）-α-柏木萜烯 （+）-α-funebrene 23.573 0.04 − − 22 β-倍半水芹烯 β-sesquiphellandrene 23.684 0.10 23.68 0.13 23 榄香烯 （-）-β-elemene 23.919 0.20 23.916 0.18 24 β-甜没药烯 β-bisabolene 24.042 0.18 − − 25 （E）-β-金合欢烯 （E）-β-farnesene 24.196 1.98 24.192 2.06 26 Δ-杜松烯 （+）-delta-cadinene 24.409 0.02 − − 27 α-甜没药烯 α-bisabolene 24.927 0.04 24.923 0.03 醛
类1 戊二醛 glutaraldehyde − − 3.218 0.01 2 壬醛 1-nonanal 12.434 0.46 12.431 0.53 3 香茅醛 citronellal 14.134 0.07 14.14 0.08 4 紫苏醛 （-）-perillaldehyde 15.97 0.01 15.976 0.02 5 癸醛 decyl aldehyde 16.066 0.12 16.058 0.17 6 柠檬醛 citral 17.316 10.47 17.322 14.98 7 α-柠檬醛 α-citral 18.384 15.72 18.396 23.44 8 紫苏醛 L（-）-perillaldehyde 18.535 1.26 − − 9 十一醛 undecylic aldehyde 19.562 0.17 19.565 0.16 醇
类1 反式-1-甲基-4-（1-甲基乙烯基）
环己-2-烯-1-醇trans-1-methyl-4-（1-methylvinyl）
cyclohex-2-en-1-ol− − 13.022 0.07 2 芳樟醇 linalool 12.282 0.82 12.28 1.09 3 小茴香醇 fenchol 12.909 0.04 12.907 0.07 4 异胡薄荷醇 isopulegol 13.927 0.09 13.922 0.15 5 异蒲勒醇 isopulegol 14.267 0.04 14.26 0.08 6 （S）-顺式-马鞭草烯醇 （S）-cis-verbenol 14.484 0.12 14.476 0.15 7 2,4-环己二烯-1-甲醇 2,4-cyclohexadiene-1-methanol 14.843 0.36 14.84 0.67 8 （-）-4-萜品醇 （-）-terpinen-4-ol 15.087 2.94 15.088 4.14 9 2-（4-甲基苯基）丙-2-醇 2-（4-methylphenyl）propan-2-ol 15.433 0.03 15.427 0.07 10 α-松油醇 （-）-α-terpineol 15.66 3.85 15.66 5.92 11 橙花醇 （Z）-geraniol 16.809 0.85 16.807 1.24 12 香茅醇 citronellol 16.965 0.29 16.964 0.38 13 香叶醇 geraniol 17.813 1.46 17.815 2.05 酯
类1 乙酸龙脑酯 bornyl acetate − − 18.774 0.23 2 香叶酸甲酯 methyl geranate 19.942 0.06 19.941 0.08 3 乙酸香茅酯 citronellyl acetate 20.692 0.17 20.687 0.19 4 橙花醇乙酸酯 neryl acetate 20.919 2.41 20.915 2.58 5 乙酸香叶酯 geranyl acetate 21.411 2.65 21.407 2.98 6 丙酸香叶酯 geranyl propionate 22.982 0.03 22.98 0.05 7 丙酸橙花酯 neryl propionate 23.453 0.07 23.435 0.10 烷
烃
类1 p-伞花烃 p-cymene 9.506 0.21 9.497 0.19 2 十四烷 tetradecane 19.293 0.08 21.884 0.02 3 正十六烷 N-hexadecane 21.884 0.02 − − 其
他1 D-樟脑 D-camphor 13.828 0.14 13.826 0.20 2 香芹酮 carvone 17.467 0.02 17.47 0.05 合计 97.22 94.23 3. 结论
通过单因素及响应面验证试验表明添加浓度为0.6%的EDTA-2Na、0.38%的L-半胱氨酸和0.82%的柠檬酸得到复合护色剂对鲜切柠檬片进行护色，产品的L*值及色差值均最优。通过测定经过护色处理和未处理的MVD柠檬片品质的变化，结果显示，护色组的抗坏血酸含量和氨基态氮含量明显高于对照组，还原糖含量也略高于对照组。护色组与对照组分别检测出58和56种挥发性成分，柠檬的重要特征香气成分α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯和γ-松油烯的相对含量护色组均高于对照组。综上，经过护色处理的MVD柠檬片不仅能够减缓干燥过程中的非酶褐变反应，降低色差值，还可以较好保持产品的营养和香气成分。未来研究一方面可以使用低功率的微波设备优化加工工艺，研究MVD柠檬片在不同微波功率下的褐变动力学模型；另一方面可以增加品质分析的指标，如氨基酸种类和含量的变化，进一步深入研究MVD过程中非酶褐变反应的机理。
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图 1 不同浓度的CaCl2对MVD柠檬片的护色效果
Figure 1. Effects of CaCl2 on the protecting color of MVD lemon slices
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图 2 不同浓度的柠檬酸对MVD柠檬片的护色效果
Figure 2. Effect of citric acid on the protecting color of MVD lemon slices
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图 3 不同浓度的VC对MVD柠檬片的护色效果
Figure 3. Effects of ascorbic acid on the protecting color of MVD lemon slices
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图 4 不同浓度的植酸对MVD柠檬片的护色效果
Figure 4. Effects of phytic acid on the protecting color of MVD lemon slices
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图 5 不同浓度的L-半胱氨酸对MVD柠檬片的护色效果
Figure 5. Effects of L-cysteine on the protecting color of MVD lemon slices
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图 6 不同浓度的EDTA-2Na对MVD柠檬片的护色效果
Figure 6. Effects of EDTA-2Na on the protecting color of MVD lemon slices
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图 7 X1、X2和X3两因素的交互作用对L*值的影响
Figure 7. Effects of interaction of X1, X2 and X3 on the L*
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图 8 X1、X2和X3两因素的交互作用对ΔE值的影响
Figure 8. Effects of interaction of X1, X2 and X3 on the ΔE
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图 9 柠檬片护色组（a）与对照组（b）挥发性成分的总离子流色谱图
Figure 9. Total ion chromatogram of volatile components in MVD lemon slices of treatment (a) and control group (b)
表 1 响应面试验因素水平表
Table 1 Response surface test factors and levels
因素 水平 −1 0 1 EDTA-2Na（%） 0.5 0.6 0.7 L-半胱氨酸（%） 0.3 0.4 0.5 柠檬酸（%） 0.6 0.8 1.0 
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表 2 响应面试验方案及结果
Table 2 Results of response surface experiment
实验号 X1 X2 X3 L*值 ΔE值 1 0 1 1 76.05 12.40 2 −1 0 −1 78.56 13.98 3 1 −1 0 78.29 12.21 4 0 −1 −1 77.10 13.56 5 −1 1 0 78.45 13.36 6 1 0 −1 77.20 13.77 7 −1 0 1 75.53 12.12 8 1 0 1 76.83 12.60 9 0 0 0 80.13 11.66 10 −1 −1 0 77.19 12.02 11 0 0 0 79.80 11.48 12 0 0 0 80.16 11.37 13 0 0 0 79.84 11.06 14 0 −1 1 78.05 12.21 15 1 1 0 77.77 13.68 16 0 0 0 79.24 11.64 17 0 1 −1 77.80 14.70
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表 3 L*值回归模型方差分析
Table 3 Analysis of variance for the regression model for L*
变异来源 均方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 29.29 9 3.25 11.73 0.0019 ** X1 0.015 1 0.015 0.055 0.8218 X2 0.039 1 0.039 0.14 0.7177 X3 2.2 1 2.20 7.94 0.0259 * X1X2 0.79 1 0.79 2.84 0.1358 X1X3 1.77 1 1.77 6.38 0.0394 * X2X3 1.83 1 1.83 6.59 0.0372 * X12 4.79 1 4.79 17.28 0.0043 ** X22 3 1 3.00 10.81 0.0133 * X32 12.74 1 12.74 45.93 0.0003 ** 残差 1.94 7 0.28 失拟项 1.39 3 0.46 3.35 0.1367 不显著 纯误差 0.55 4 0.14 总和 31.24 16 R2=0.9378，R2adj=0.8579，CV=0.67% 注：**P<0.01，表示差异极显著；*P<0.05，表示差异显著；表4同。
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表 4 ΔE值回归模型方差分析
Table 4 Analysis of variance for the regression model for ΔE
变异来源 均方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 17.65 9 1.96 24.03 0.0002 ** X1 0.076 1 0.076 0.93 0.3677 X2 2.14 1 2.14 26.23 0.0014 ** X3 5.6 1 5.6 68.61 < 0.0001 ** X1X2 3.74×10−3 1 3.74×10−3 0.046 0.8366 X1X3 0.12 1 0.12 1.48 0.2636 X2X3 0.22 1 0.22 2.73 0.1427 X12 1.71 1 1.71 20.91 0.0026 ** X22 2.29 1 2.29 28.04 0.0011 ** X32 4.55 1 4.55 55.75 0.0001 ** 残差 0.57 7 0.082 失拟项 0.33 3 0.11 1.78 0.2906 不显著 纯误差 0.24 4 0.061 总和 18.22 16 R2=0.9686，R2adj=0.9283，CV=2.27%
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表 5 护色组与对照组MVD柠檬片品质对比
Table 5 Quality contrast of MVD lemon slices of treatment and control group
样品 氨基态氮（mg/100 g） VC含量（mg/100 g） 还原糖含量（g/100 g） 护色组 38.61±1.29 81.79±1.52 14.75±0.87 对照组 29.73±1.04 70.14±2.17 12.91±0.32
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表 6 柠檬片护色组与对照组挥发性成分种类及相对含量
Table 6 Identification and relative quantification of volatile compounds in MVD lemon slices of treatment and control group
类别 序号 中文名称 英文名称 保留时间（min） 相对含量（%） 保留时间（min） 相对含量（%） 护色组 对照组 烯
烃
类1 α-侧柏烯 α-thujene 6.218 0.07 6.221 0.03 2 α-蒎烯 α-pinene 6.42 0.29 6.424 0.12 3 莰烯 camphene 6.925 0.03 6.931 0.02 4 β-水芹烯 β-phellandrene 7.697 0.25 7.698 0.10 5 β-蒎烯 β-pinene 7.83 3.65 7.829 1.80 6 月桂烯/香叶烯 myrcene 8.313 0.95 8.312 0.59 7 萜品油烯 terpinolene 9.2 0.27 9.199 0.17 8 （+）-柠檬烯 （+）-dipentene 9.681 32.99 9.658 19.52 9 （1R）-（+）-α-蒎烯 （1R）-（+）-α-pinene 9.951 0.11 9.95 0.06 10 罗勒烯 ocimene 10.313 0.30 10.311 0.20 11 γ-松油烯 γ-terpinene 10.691 7.62 10.682 4.62 12 2-蒈烯 2-carene 11.64 0.50 11.637 0.29 13 2-甲基-1-苯基丙烯 2-methyl-1-phenyl-1-propene 11.877 0.04 11.871 0.05 14 1,3-环己二烯 1,3-cyclohexadiene 13.406 0.01 13.395 0.04 15 α-香柠檬烯 α-bergamotene 22.151 0.09 22.147 0.08 16 石竹烯 l-caryophyllene 22.266 1.04 22.261 0.74 17 α-柏木烯 （-）-α-cedenen 22.598 1.01 22.593 0.81 18 （+）-香橙烯 （+）-aromadendrene 22.668 0.11 22.66 0.15 19 红没药烯 6-methyl-2-（4-methylcyclohex-
3-enyl）
hept-2,5-diene23.063 0.18 23.058 0.17 20 β-檀香烯 β-santalene 23.162 0.08 23.159 0.11 21 （+）-α-柏木萜烯 （+）-α-funebrene 23.573 0.04 − − 22 β-倍半水芹烯 β-sesquiphellandrene 23.684 0.10 23.68 0.13 23 榄香烯 （-）-β-elemene 23.919 0.20 23.916 0.18 24 β-甜没药烯 β-bisabolene 24.042 0.18 − − 25 （E）-β-金合欢烯 （E）-β-farnesene 24.196 1.98 24.192 2.06 26 Δ-杜松烯 （+）-delta-cadinene 24.409 0.02 − − 27 α-甜没药烯 α-bisabolene 24.927 0.04 24.923 0.03 醛
类1 戊二醛 glutaraldehyde − − 3.218 0.01 2 壬醛 1-nonanal 12.434 0.46 12.431 0.53 3 香茅醛 citronellal 14.134 0.07 14.14 0.08 4 紫苏醛 （-）-perillaldehyde 15.97 0.01 15.976 0.02 5 癸醛 decyl aldehyde 16.066 0.12 16.058 0.17 6 柠檬醛 citral 17.316 10.47 17.322 14.98 7 α-柠檬醛 α-citral 18.384 15.72 18.396 23.44 8 紫苏醛 L（-）-perillaldehyde 18.535 1.26 − − 9 十一醛 undecylic aldehyde 19.562 0.17 19.565 0.16 醇
类1 反式-1-甲基-4-（1-甲基乙烯基）
环己-2-烯-1-醇trans-1-methyl-4-（1-methylvinyl）
cyclohex-2-en-1-ol− − 13.022 0.07 2 芳樟醇 linalool 12.282 0.82 12.28 1.09 3 小茴香醇 fenchol 12.909 0.04 12.907 0.07 4 异胡薄荷醇 isopulegol 13.927 0.09 13.922 0.15 5 异蒲勒醇 isopulegol 14.267 0.04 14.26 0.08 6 （S）-顺式-马鞭草烯醇 （S）-cis-verbenol 14.484 0.12 14.476 0.15 7 2,4-环己二烯-1-甲醇 2,4-cyclohexadiene-1-methanol 14.843 0.36 14.84 0.67 8 （-）-4-萜品醇 （-）-terpinen-4-ol 15.087 2.94 15.088 4.14 9 2-（4-甲基苯基）丙-2-醇 2-（4-methylphenyl）propan-2-ol 15.433 0.03 15.427 0.07 10 α-松油醇 （-）-α-terpineol 15.66 3.85 15.66 5.92 11 橙花醇 （Z）-geraniol 16.809 0.85 16.807 1.24 12 香茅醇 citronellol 16.965 0.29 16.964 0.38 13 香叶醇 geraniol 17.813 1.46 17.815 2.05 酯
类1 乙酸龙脑酯 bornyl acetate − − 18.774 0.23 2 香叶酸甲酯 methyl geranate 19.942 0.06 19.941 0.08 3 乙酸香茅酯 citronellyl acetate 20.692 0.17 20.687 0.19 4 橙花醇乙酸酯 neryl acetate 20.919 2.41 20.915 2.58 5 乙酸香叶酯 geranyl acetate 21.411 2.65 21.407 2.98 6 丙酸香叶酯 geranyl propionate 22.982 0.03 22.98 0.05 7 丙酸橙花酯 neryl propionate 23.453 0.07 23.435 0.10 烷
烃
类1 p-伞花烃 p-cymene 9.506 0.21 9.497 0.19 2 十四烷 tetradecane 19.293 0.08 21.884 0.02 3 正十六烷 N-hexadecane 21.884 0.02 − − 其
他1 D-樟脑 D-camphor 13.828 0.14 13.826 0.20 2 香芹酮 carvone 17.467 0.02 17.47 0.05 合计 97.22 94.23
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