张佰清，赵越

(沈阳农业大学 食品学院，辽宁 沈阳，110866)



脉冲强光对鲜切油麦菜杀菌工艺的响应面法优化

张佰清*，赵越

(沈阳农业大学 食品学院，辽宁 沈阳，110866)

以油麦菜为原料，在单因素试验基础上，采用响应面试验设计，选取输入电压、照射次数、照射距离为响应因素，杀菌率为响应值，研究脉冲强光对鲜切油麦菜的杀菌效果。结果表明：输入电压 2 500 V、照射次数30次、照射距离9.4 cm时，脉冲强光对鲜切油麦菜表面杀菌效果最佳，杀菌率可达到99.78%。并且，脉冲强光杀菌处理对油麦菜切片的感官品质和理化性质没有显著影响。

脉冲强光；鲜切油麦菜；杀菌率；响应面法

油麦菜(Lactuca sativaL.)色泽淡绿、质地脆嫩，具有独特风味，深受消费者欢迎[1]。油麦菜在鲜切过程中极易受到微生物的侵染，因此在生产和销售过程中必须采取一些杀菌措施以保证产品的品质。

脉冲强光杀菌是利用瞬时高强度脉冲光能量杀灭食品或包装上各类微生物的一种新技术，可有效地保持食品质量，延长食品货架期[2]。国内江天宝等利用脉冲强光对染菌的西洋参片、熟地瓜、面包以及干豆腐表面进行杀菌效果实验[3-6]，杀菌效果良好。国外GEMMA等研究表明，脉冲强光处理对鲜切蘑菇以及芒果的理化品质没有显著影响[7-8]。目前国内关于脉冲强光对鲜切蔬菜保鲜效果的研究鲜有报道，本文通过响应面法优化试验，研究了脉冲强光对鲜切油麦菜的最佳杀菌工艺参数。

1　材料与方法

1.1实验材料与试剂

油麦菜，沈阳蔬菜中心批发市场；牛肉膏，生物试剂，国药集团化学试剂公司；蛋白胨(生物试剂)，北京奥博星生物技术有限责任公司；Nacl(分析纯)，天津市大茂化学试剂厂；琼脂粉(生物试剂)，北京奥博星生物技术有限责任公司；丙酮(分析纯)，国药集团化学试剂公司；NaOH(分析纯)，国药集团化学试剂公司；石英砂：分析纯，国药集团化学试剂公司。

1.2仪器与设备

脉冲强光装置(光脉冲宽度为20 μs，波长200～1 100 nm，最大输出电压为5 000 V，最大输入能量为644 J)，学院自行设计[9]；超净工作台，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；电热手提式高压蒸汽消毒锅，上海三申医疗器械有限公司；恒湿恒温箱，上海精宏实验设备有限公司；紫外可见分光光度计，上海尤尼科仪器有限公司；电热鼓风干燥箱，沈阳瑞丰精细化学品有限公司。

1.3实验方法

1.3.1脉冲强光照射杀菌工艺

切除油麦菜根部，去掉外层枯黄的叶片等不可食部分，用无菌水清洗干净后进行切分[10]，待蔬菜表面沥干后，放入脉冲强光装置进行照射。每次做3个平行试验和1个对照组试验。照射后，进行菌落总数测定。

1.3.2单因素试验

以鲜切油麦菜为原料，以杀菌率为考察对象，分别以输入电压、照射次数、照射距离等3个因素进行单因素试验，考察各因素对鲜切油麦菜表面杀菌效果的影响。

1.3.2.1输入电压的选择

照射次数25次，照射距离9 cm的条件下，考察输入电压分别为 1 300、1 600、1 900、2 200、2 500 V时对鲜切油麦菜表面杀菌效果的影响。

1.3.2.2照射次数的选择

输入电压2 200 V,照射距离9 cm的条件下，考察照射次数分别为10、15、20、25、30时对鲜切油麦菜表面杀菌效果的影响。

1.3.2.3照射距离的选择

输入电压 2 200 V，照射次数25次的条件下，考察照射距离分别7、9、11、13 、15 cm时对鲜切油麦菜表面杀菌效果的影响。

1.3.3响应面试验设计

根据单因素试验结果，以鲜切油麦菜杀菌率为响应值，对输入电压、照射次数、照射距离进行3因素3水平的试验设计。利用Design Expert 8.0.6 软件进行工艺参数的优化组合，采用 Box-Behnken 响应面分析得到回归模型和优化的工艺参数。试验因素和水平见表1。

表1　响应面试验因素水平表

1.3.4鲜切油麦菜品质影响测定

1.3.4.1油麦菜切片菌落总数的测定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物学检验菌落总数测定》进行测定[11]

1.3.4.2感官品质的测定

参照高凯的方法[12]略作修改，将鲜切油麦菜放入保鲜袋中保藏，以其新鲜度评分表示。油麦菜新鲜程度评价内容包括色泽、风味、质地，腐烂程度。满分10分，10分-非常新鲜；8分-很新鲜；6分-可以正常食用，无明显腐烂；4分-较差，蔬菜表面能明显看见腐烂现象；0分-非常差。

1.3.4.3叶绿素含量的测定

采用分光光度法[13]

1.3.4.4失重率

采用称重法，计算失重率。

2　结果与分析

2.1单因素试验

2.1.1输入电压对鲜切油麦菜杀菌效果的影响

由图1可以看出，随着输入电压的增大，杀菌率呈递增趋势。在输入电压为1 300～2 200 V时，杀菌率由35.8%递增至99.3%，提高了63.5%，。当输入电压继续增大，杀菌率提高不明显，因此，输入电压在2 200 V 时即可达到最佳的杀菌效果。

图1　输入电压对杀菌效果的影响Fig.1　Effect of voltage on sterilization efficiency

2.1.2照射次数对鲜切油麦菜杀菌效果的影响

由图2可以看出，随着照射次数的增加，杀菌率呈递增趋势，在照射次数10～25内，杀菌率由47.4%递增到99.3%。照射次数增至25次以上时，杀菌效果趋于稳定，上升幅度缓慢。因此，选择照射次数25次为最佳次数。

图2　照射次数对杀菌效果的影响Fig.2　Effect of radiant frequency on sterilization efficiency

2.1.3照射距离对鲜切油麦菜杀菌效果的影响

由图3可以看出，随着照射距离的增加，杀菌率呈递减趋势。照射距离大于9 cm时，杀菌率下降显著，在照射距离为7、9 cm时，杀菌效果几乎相同，杀菌率均达到了99.2%以上。照射距离越大，杀菌面积越大，从而能够在实际应用中提高杀菌率[5]，因此选择照射距离9 cm为最佳距离。

图3　照射距离对杀菌效果的影响Fig.3　Effect of radiant distance on sterilization efficiency

2.2响应面试验设计优化工艺参数

2.2.1响应面分析设计及结果

根据 Design Expert 8.0.6 软件对试验进行安排，试验结果分析见表2、表3。

表2　响应面分析方案及试验结果

表3　回归方程方差分析表

注： *差异显著(P<0.05)；**差异极显著(P<0.01)。

对响应值以及各因素进行拟合，得到关于杀菌率的回归方程如下:

Y=98.90+6.84A+5.30B-0.74C-3.89AB+0.34AC+1.05BC-4.36 A2-2.93 B2-2.00 C2

变量模型P< 0.01，达到极显著水平，回归方程失拟检验P>0. 05，差异不显著，说明所得的回归方程拟合程度良好。表3方差分析结果表明一次项系数A、B、C都是极显著(P<0.01)；交互项AB(P<0.01)，交互项BC(P=0.001 7<0.01)对杀菌率的影响极显著；交互项AC(P=0.150 0>0.05)对杀菌率的影响不显著。各因素对杀菌率影响大小顺序为A(输入电压)>B(照射次数)>C(照射距离)。

2.2.2响应面分析因素之间的交互作用

图4为各因素交互作用对杀菌率影响的等高线及响应面图。由图4可知，输入电压和照射次数对鲜切油麦菜表面杀菌率的影响最大，照射距离对杀菌率的影响较小。依据回归模型的数学分析并综合响应面图确定脉冲强光对鲜切油麦菜杀菌的最优条件是脉冲强光输入电压2 500 V，照射次数30次，照射距离9.33 cm。

图4　各因素交互作用对杀菌率影响的等高线及响应面图响应面Fig.4　Response surface and contour plots showing the interactive effects of three operating parameters on sterilization efficiency

2.2.3响应面试验模型的验证

应用 Design Expert 8.0.6 获得脉冲强光对鲜切油麦菜杀菌的最优条件是脉冲强光输入电压2 500 V，照射次数30次，照射距离9.33 cm，此条件下预测的细菌灭菌率为99.92%。结合实际操作，优化工艺参数，即脉冲强光输入电压2 500 V，照射次数30次，照射距离9.4 cm，并对最佳条件做3次重复试验进行验证，结果得到脉冲强光对鲜切油麦菜的杀菌率达到了99.78%，试验值与预测值相差很小，所得参数较为可靠。表明该模型可以较好地反映出脉冲强光对鲜切油麦菜细菌的灭菌效果。

2.2.4脉冲强光杀菌对鲜切油麦菜微生物、感官和理化指标的影响

鲜切油麦菜经脉冲强光处理后，室温下贮藏。在贮藏的前2 d均未检测出残余细菌，在贮藏的第5天细菌总数为2.05 lg(CFU/g)，远远低于对照组7.82 lg(CFU/g)。与对照组进行对比，在贮藏的7 d内，细菌总数和菌落增长速度明显减小，且油麦菜切片的感官品质和理化性质如失重率、叶绿素含量等没有显著变化。

3　结论

单因素试验基础上，利用响应面法优化脉冲强光对鲜切油麦菜杀菌工艺，建立了杀菌率与脉冲强光输入电压、照射距离、照射次数3个因素间的二次回归方程模型。最佳处理条件为：输入电压 2 500 V、照射次数30次、照射距离9.4 cm，该条件下杀菌率可达 99.78%。最佳条件下脉冲强光处理的鲜切油麦菜与对照组相比，在7d保藏期内，细菌总数和菌落增长速度明显减小，且对油麦菜切片的感官品质和理化性质无显著影响。

本试验研究表明，脉冲强光处理可有效杀灭鲜切油麦菜表面污染的细菌，对鲜切油麦菜品质没有不良影响，是一种有效的鲜切蔬菜保鲜技术。

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Optimization of pulsed light enhancing sterilization of bacteria on fresh-cut lettuce by response surface methodology

ZHANG Bai-qing*, ZHAO Yue

(College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

Using lettuce for raw materials, the pulsed light conditions for sterilizing the surface of fresh-cut lettuce were optimized by response surface methodology(RSM).The impacts of voltage , radiant number and distance on sterilization efficiency were investigated. Results showed that the optimal pulsed light parameters were determined as 2500V for 30 times at 9.4cm distance. Under the optimized conditions, the total number of bacterial colonies on fresh-cut lettuce was reduced by 99.78%. There is no significant effect on lettuce sensory quality and physicochemical properties.

pulsed light; fresh-cut lettuce; sterilization efficiency; response surface methodology

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201601023

博士，教授(本文通讯作者,E-mail：zbqfood@163.com)。

2015-07-16，改回日期：2015-08-25