稳定态二氧化氯结合热处理贮藏板栗
顾仁勇*，杨万根
(吉首大学化学化工学院，湖南吉首，)
摘要采用响应面法，以保鲜率为响应值，考察二氧化氯质量浓度、处理温度和处理时间对板栗保鲜率的影响，优化贮藏条件。结果表明，二氧化氯质量浓度与处理温度、二氧化氯质量浓度与处理时间均对板栗保鲜率存在协同增效作用；最优贮藏条件为二氧化氯质量浓度mg/L、处理温度57℃、处理时间22min。以此条件贮藏板栗，在5～15℃的环境温度下贮藏60d，保鲜率可达93.61%。
关键词稳定态二氧化氯；热处理；板栗；响应面
板栗(CastaneamollissimaBlume)是我国重要的名优坚果之一，不耐贮藏，贮藏期间易出现失水、腐烂、生虫和种子发芽等现象，损失可达20%～40%[1-3]。其原因主要[4-5]：(1)真菌侵染导致的种仁腐烂；(2)失水引起果实干缩；(3)虫害；(4)呼吸作用而导致的生理衰老。因此，杀灭病原菌和虫卵、防止水分过度蒸发以及抑制呼吸强度是板栗贮藏中需要解决的技术问题。目前，板栗贮藏多以冷藏和气调贮藏为主，防腐剂处理、热处理、涂膜及辐照处理等也有广泛的研究[6-13]。
稳定态二氧化氯是一种安全高效的杀菌剂，它通过有效氧化细胞内含巯基的酶，除能杀死一般细菌外，对芽孢、病毒、藻类、真菌等均有较好的杀灭作用[14-18]，且具有对人体及动物无危害以及对环境不造成二次污染等优点。二氧化氯还能阻止植物体内蛋氨酸分解成乙烯，且能破坏已形成的乙烯，从而延缓果蔬的衰老和腐败，因而在果蔬贮藏保鲜中得到较广泛应用[19-21]，但稳定态二氧化氯用于板栗贮藏的研究报道很少[22]。果蔬采后热处理可以杀死病原真菌以及害虫的幼虫和卵，还能抑制或破坏酶活性而降低采后呼吸强度，是国内外广泛研究的一种果蔬物理保鲜技术[23-24]。热处理用于板栗保藏的研究存在以下不足：(1)由于处理温度不宜超过60℃，否则会导致板栗果肉一定程度的糊化，所以杀菌不完全；(2)热处理时间较长，通常在60～min，不仅生产效率较低，耗热能增多，长时间热处理还使VC和氨基酸的损耗增大，也会增大板栗果实的失重率。
本研究将稳定态二氧化氯与热处理相结合用于板栗保藏，主要是利用二氧化氯的良好杀菌效果与热处理的杀菌、钝化酶和杀虫效果实现互补和协同增效效应，达到优化处理条件并提高保藏效果的目的。
1材料与方法1.1材料与试剂板栗为湘西地区产油板栗；稳定态二氧化氯(粉状，含量40%；含活化剂)山东华实药业有限公司。
1.2仪器与设备水浴锅(实验室改制)；TP-E电子天平，湘仪天平仪器设备有限公司。
1.3实验方法1.3.1板栗贮藏处理方法
选用新鲜油板栗仁，剔除有外伤、虫蛀、霉变以及体积过小或过大等果实，随机分组。板栗用塑料袋盛装，加入相应质量浓度的二氧化氯溶液，充分浸没果实，扎紧袋口，整袋板栗水浴加热，至袋内溶液达相应温度后恒温处理所需时间；热处理完成后将板栗从袋内倒出摊放，并用风扇吹风使板栗表面快速干燥；再用经细针扎孔的塑料袋装(保持一定的透气性)，放置于阴凉通风处贮藏(试验期间室温处于5～15℃)。贮藏至第60天，取样测定板栗保鲜指标。每个处理组用板栗5kg，平均分为5袋处理后包装贮藏，即每个处理重复5次。
1.3.2贮藏条件单因素及响应面优化试验设计
在预实验的基础上，选取二氧化氯质量浓度(30、60、90、、、mg/L)、处理温度(35、40、45、50、55、60℃)和处理时间(5、10、15、20、25、30min)3个试验因素的变量水平，固定水平根据试验结果相应调整，进行单因素试验，以板栗腐烂率、虫果率、质量损失率和保鲜率为指标，评价保鲜效果，并初步优选3个因素的最适条件。
在单因素试验结果的基础上，以板栗保鲜率为响应值，采用Box-Behnken响应面试验设计对二氧化氯质量浓度、处理温度和处理时间3个因素的最佳组合条件进行优选。
1.3.3板栗保鲜指标的测定
板栗品质损失主要表现为贮藏期间的腐烂、生虫和质量损失，分别以腐烂率、虫果率和质量损失率表示，按(1)、(2)和(3)式计算[1]：
R1/%=×
(1)
R2/%=×
(2)
R3/%=×
(3)
为便于试验数据处理，定义板栗保鲜率为：
Y/%=1-(R1+R2+R3)
(4)
式中:R1，腐烂率，%；R2，虫果率，%；R3，质量损失率，%；Y，保鲜率，%；x，板栗果实总数，颗；x1，腐烂板栗数，颗；x2，生虫板栗数，颗；m1，板栗贮藏前质量，kg；m2，板栗贮藏后质量，kg。
1.3.4数据处理方法
单因素试验中，采用“两个样本百分数资料差异显著性测验”的u测验[25]，检验同一因素不同处理水平之间试验结果的差异显著性。采用Design-Expert8.05软件进行Box-Behnken响应面试验设计及数据处理。
2结果与分析2.1单因素试验结果2.1.1二氧化氯质量浓度对板栗保藏效果的影响
板栗分别用质量浓度为30、60、90、、、mg/L的二氧化氯溶液浸泡，于50℃下恒温处理20min，用扎孔塑料袋装，贮藏60d，板栗保鲜指标测定结果见图1。
a-二氧化氯质量浓度对腐烂率虫果率和质量损失率的影响；b-二氧化碳质量浓度对保险率的影响图1二氧化氯质量浓度对板栗保鲜指标的影响Fig.1Effectsofchlorinedioxidemassconcentrationonpreservationindex注：图中同一曲线上相同字母表示处理水平间差异不显著(p0.05)，不同字母表示差异显著(p0.05)。图2、图3同。
由图1-a所示结果可见，随着二氧化氯质量浓度增大，板栗腐烂率逐步由16.01%降低至4.21%，差异极显著(p0.01)，表明二氧化氯在保藏中发挥了重要的杀菌作用，且随质量浓度增大杀菌效果加强，至mg/kg达到杀菌极限；质量损失率由7.62%下降至3.31%，差异极显著(p0.01)，表明二氧化氯对减少质量损失也有重要作用，且随用量增大效果加强，其原因可能是二氧化氯能阻止乙烯合成和破坏乙烯而减缓板栗呼吸作用，导致物质消耗减少[19]；虫果率变化差异不显著(p0.05)，表明二氧化氯质量浓度变化对杀灭板栗害虫无明显影响。
由图1-b可知，二氧化氯质量浓度由30mg/L增大至mg/L时，板栗保鲜率逐步显著提高，由最初的72.49%提高至89.84%，差异极显著(p0.01)，质量浓度继续增加至mg/L，保鲜率仅由89.84%提高至90.06%，已无显著增加(p0.05)。因此，选取最适二氧化氯质量浓度为mg/L。
2.1.2处理温度对保鲜率的影响
依据2.1.1节试验结果，选取二氧化氯质量浓度为mg/L浸泡板栗，分别于35、40、45、50、55、60℃下处理20min，用扎孔塑料袋装，贮藏60d，板栗保鲜指标测定结果见图2。
a-处理温度对腐烂率、虫果率和质量损失率的影响；b-处理温度对保鲜率的影响图2处理温度对板栗保鲜指标的影响Fig.2Effectsoftreatmenttemperatureonpreservationindex
由图2-a所示结果可见，随热处理温度提高，板栗虫果率由11.07%降低至2.47%，差异极显著(p0.01)，表明热处理温度是影响杀灭板栗害虫及虫卵效果的重要因素，但温度45℃时虫果率无明显变化，温度至55℃时杀虫效果达到极限；腐烂率由8.11%降低至3.37%(p0.01)，质量损失率由6.81%下降至3.15%(p0.01)，表明热处理对板栗杀菌和降低质量损失也有重要贡献。
由图2-b，当热处理温度由35℃增大至55℃，板栗保鲜率由74.01%提高至90.66%，贮藏效果得以极显著提高(p0.01)；处理温度进一步提高，板栗保鲜率仅提高至91.01%，已无明显增加(p0.05)。因此，选取最适热处理温度为55℃。
2.1.3处理时间对保鲜率的影响
依据2.1.1节和2.1.2试验结果，选取二氧化氯质量浓度为mg/L，处理温度55℃，分别浸泡板栗5、10、15、20、25、30min，用扎孔塑料袋装，贮藏60d，板栗保鲜指标测定结果见图3。
a-处理时间对腐烂率、虫果率和质量损失率的影响；b-处理时间对板栗保鲜率的影响图3处理时间对板栗保鲜指标的影响Fig.3Effectsoftreatmenttimeonpreservationindex
由图3-a所示结果可见，随着处理时间由5min延长至30min，板栗腐烂率由11.13%降低至3.12%(p0.01)，虫果率由8.71%降低至2.46%(p0.01)，质量损失率由7.21%降低至3.32%(p0.01)，表明处理时间是提高综合保鲜效果的重要条件。处理时间15min，效果提升不明显，时间至20min效果达极限。与文献报道的单纯热处理(温度50～60℃)需要60～min相比较[25]，二氧化氯与热处理相结合因两条件的协同作用可明显缩短处理时间。
由图3-b可知，处理时间5min增大至20min，板栗保鲜率由72.95%逐步提高至89.58%(p0.01)，变化极显著，继续延长处理时间，保鲜率仅由89.58%提高至91.10%(p0.05)，已无显著变化。考虑到实际生产效率，选取最适处理时间为20min。
2.2响应面优化试验结果2.2.1Box-Behnken试验设计及结果
依据2.1节单因素试验结果，选定热处理时间、热处理温度和二氧化氯质量浓度3个试验因素的水平范围，采用Box-Behnken响应面优化试验设计进行板栗贮藏条件优选，试验因素水平见表1。各试验组按1.3.1节所述方法处理，贮藏至第60天的板栗保鲜率测定结果见表2。
表1响应面试验因素水平表Table1Factorsandlevelsinresponsesurfacedesign
2.2.2模型的建立及方差分析
采用Design-Expert8.05软件对表2中的保鲜率结果进行多元回归拟合，得到以保鲜率(Y)为响应值的回归方程：
Y=91.95+2.71A+3.95B+3.23C+0.8AB-2.31AC-2.61BC-3.62A2-4.17B2-1.64C2
(5)
对回归方程进行方差分析，结果见表3。
表2响应面试验设计及结果Table2Responsesurfacedesignarrangementandexperimentalresults
由表3中方程方差分析结果可知，回归方程模型极显著，失拟项不显著，表明拟合所得回归方程具有显著意义。方程调整相关系数说明方程能解释95.88%的响应值变化，即板栗保鲜率(Y)的变化有95.88%的几率由二氧化氯质量浓度、处理温度和处理时间所引起，方程关联程度和拟合程度良好；变异系数(C.V)为1.27%，精密度(adeqprecisior)为18.，表明方程模型可信度较高[28]；因此，可用该方程对试验结果进行分析和预测。
方差分析结果还显示，3个因素A、B、C对响应值影响极显著(p0.01)，二次项A2和B2对响应值曲线效应影响极显著(p0.01)，C2对响应值曲线效应影响显著(p0.05)，交互项AC和BC对响应值影响极显著(p0.01)，交互项AB影响不显著；由F值的大小还可判断，3个因素对板栗保鲜率影响的主次顺序为BCA，即处理温度影响最大，二氧化氯质量浓度次之，处理时间影响最小；BC(二氧化氯质量浓度与处理时间)交互效应大于AC(二氧化氯质量浓度与处理时间)。
表3回归方程的方差分析Table3ANOVAforregressionequation
注：*.差异显著(p0.05)，**.差异极显著(p0.01)。
2.2.3试验因素交互效应分析
为了充分考察各因素之间的交互效应，在固定某一因素为零水平的基础上，对原方程模型采用降维分析得回归方程如下：
YAB=91.95+2.71A+3.95B+0.8AB-3.62A2-4.17B2
(6)
YAC=91.95+2.71A+3.23C-2.31AC-3.62A2-1.64C2
(7)
YBC=91.95+3.95B+3.23C-2.61BC-4.17B2-1.64C2
(8)
由以上方程可得两两因素间交互效应响应面和等高线图见图4-a～c。
图4各因素交互作用的响应面和等高线Fig.4Contourandresponsesurfaceplotsshowingtheinteractiveeffectsofthreefactorsonpreservationrate
如果等高线图越接近椭圆则表明两因素的交互效应越强，越接近圆形则交互效应越小；响应面图曲面坡度越陡峭则因素对响应值影响越大[25]。
图4-a中，处理温度与处理时间等高线接近圆状，两因素间无交互效应，表明即处理温度与处理时间不存在协同增效作用，响应值(保鲜率)仅受各自量变影响。图4-b中，二氧化氯质量浓度与处理时间等高线接近椭圆状，两因素间交互效应强，表明二氧化氯质量浓度与处理时间存在协同增效作用；响应面图沿二氧化氯质量浓度变化方向曲面更加陡峭，表明二氧化氯质量浓度变化对响应值(保鲜率)的影响更大。图4-c中，二氧化氯质量浓度与处理温度等高线接近椭圆状，两因素间交互效应强，表明二氧化氯质量浓度与处理温度存在协同增效作用；响应面图沿处理温度变化方向曲面更加陡峭，表明温度变化对响应值(保鲜率)的影响更大。
2.2.4贮藏条件优化及验证试验结果
利用回归方程所得最优贮藏条件为：处理时间21.13min、处理温度56.58℃和二氧化氯质量浓度.24mg/L，此条件下板栗保鲜率预测值为93.80%。考虑贮藏过程中的实际可操作性，调整最优贮藏条件为：处理时间22min、处理温度57℃和二氧化氯质量浓度mg/L。采用调整后的贮藏条件，按照1.3.1节所述方法进行板栗贮藏的验证试验，共3组平行试验，结果取平均值，测得板栗保鲜率为93.61%，与预测值接近，表明优选所得贮藏条件可靠。
3结论利用Box-Behnken响应面优化试验优选的最佳贮藏条件为：二氧化氯质量浓度mg/L、处理温度57℃和处理时间22min。以此条件处理板栗，在5～15℃的环境温度条件下贮藏60d，保鲜率可达93.61%。因此，稳定态二氧化氯结合热处理是一种安全性高，效果良好的板栗贮藏技术。
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