基于响应面法优化牡丹切花涂膜保鲜剂配方的研究

1、园艺学报，（）： 12530 http: / www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao 收稿日期：20140718；修回日期：20141208 基金项目：洛阳市科技计划项目（B） 基于响应面法优化牡丹切花涂膜保鲜剂配方的研究 王艳巧，朱文学*，刘云宏，樊金玲，罗 磊，翟浩宇 （河南科技大学食品与生物工程学院，河南洛阳 ） 摘 要：为延长牡丹（Paeonia suffruticosa）切花的保鲜时间，在对海藻酸钠、柠檬酸和壳聚糖单因素试验的基础上，进行Box-Behnken中心组合试验设计，并通过响应面回归分析

2、优化牡丹切花涂膜保鲜剂配方。结果表明牡丹切花涂膜保鲜剂的最佳配方为：海藻酸钠16.9 g L-1，柠檬酸3.1 g L-1，壳聚糖15.3 g L-1。在此条件下，牡丹切花常温贮藏一周后的总色差值（E）为2.11，失水率为2.01%，与对照组相比切花的观赏品质显著提高。 关键词：牡丹；切花；涂膜；响应面优化 中图分类号：S 685.11 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2014）12-2521-10 Optimization of Film Coating Antistaling Agent Formula of Cut Tree Peony Flowers Based on R

3、esponse Surface Methodology WANG Yan-qiao，ZHU Wen-xue*，LIU Yun-hong，FAN Jin-ling，LUO Lei，and ZHAI Hao-yu （College of Food and Bioengineering，Henan University of Science and Technology，Luoyang，Henan ，China） Abstract：To extend the preserving time of the cut tree peony flowers（Paeonia suffruticosa），Box

4、-Behnken center-united experiment was designed concerning three factors（sodium alginate，citric acid and chitosan）on the basis of single-factor test. Then the response surface regression analysis was conducted to obtain the optimium ingredients of cut tree peony flowers coating antistaling agent. Res

5、ults showed that the optimum proportion for the ingredients were sodium alginate 16.9 g L-1，citric acid 3.1 g L-1 and chitosan 15.3 g L-1. Under these conditions the fresh cut tree peonies were stored at room temperature for a week. Then the total color value（E）was 2.11，and the water loss rate was 2

6、.01%. Therefore，the ornamental quality of the flowers in the experimental group has been significantly improved compared with that of the control group. Key words：tree peony；cut flower；film mulching；response surface optimization 牡丹（Paeonia suffruticosa）切花一直是国内外市场的高档花卉，每年都有大量的牡丹切花消费（周秀梅和李保印，2007；游玉明

7、等，2011；孟海燕，2012）。但由于牡丹单朵花花期不足一周，且切花脱离母体后衰败得更快（郭闻文 等，2004）。因此，为提高牡丹切花的观赏品质及商品价值， * 通信作者 Author for correspondence（E-mail：zwx） 2522 园 艺 学 报 41卷 对其进行贮藏保鲜研究具有重要的现实意义。 近年来，国内外学者（Zhou et al.，2008；代海芳 等，2009；Rui，2009；彭邵峰 等，2011；李霞，2013）在牡丹切花保鲜剂配方、采前处理、贮藏方式、贮藏条件及水分生理等方面做了大量深入的探究，旨在有效延长其良好品质的保持时间。但由于牡丹花瓣多，花朵

8、大，纤维含量低，易萎蔫变形等（朱文学 等，2006），使得保鲜时间与菊花（Danaee et al.，2011；Darras et al.，2012）、百合（Liao et al.，2012）、香石竹（Krishnappa et al.，2010；苏筱雨和李文娟，2014）等常见切花相比差距明显，观赏品质急剧下降，这些已成为牡丹切花成为产业化商品的瓶颈。 目前报道的高压电动喷涂工艺是对覆膜剂施加高压，使得覆膜剂在离开喷嘴的瞬间立即膨胀，以极高的速度与空气发生激烈碰撞，破碎雾化成细小的雾滴（Teng et al.，2011；滕燕 等，2012）。该工艺具有覆膜质量好（李红生和王文丽，2004），

9、涂膜效率高，保鲜时间长，成本低等优点，已应用于草莓、番茄等的保鲜。但未见将该工艺用于花卉保鲜的研究。 本试验中以牡丹切花为试材，利用高压电动喷涂工艺及响应面分析的方法，对牡丹切花涂膜保鲜剂配方进行优化，有效延长牡丹切花的保鲜时间，提高其观赏品质，以期为牡丹切花涂膜保鲜提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 材料及其预处理 试验于2013年412月在河南科技大学果蔬加工重点实验室进行。 牡丹品种洛阳红采自河南科技大学牡丹园，在接近盛花期采摘。预处理为在清水中用已消毒的剪刀斜剪牡丹花枝，保留花茎约30 cm，复叶2 3片，插入装有250 mL蒸馏水的锥形瓶中，并用保鲜膜密封瓶口，放置在4 恒温恒湿

10、箱中冷藏12 24 h。 1.2 牡丹切花涂膜保鲜设计 在常温20 25 ，相对湿度68% 86%的试验环境下，将现制的涂膜保鲜剂（不同浓度的海藻酸钠、柠檬酸和壳聚糖，配方见1.3）用高压电动喷枪在70 kPa的真空度下，选用1.0 mm孔径的喷头，距离牡丹切花50 cm处对其花瓣喷涂5 min，间隔10 min，重复5次，使切花表面形成一层均匀无色透明的保鲜膜。对照组是在同样条件下用蒸馏水喷涂。将喷涂后的切花参照其预处理的方法进行培养，一周后对每枝切花的色泽和失水率进行测定。 1.3 牡丹切花单因素及响应面试验设计 在单因素试验中海藻酸钠、柠檬酸和壳聚糖3种保鲜剂的浓度设置为海藻酸钠：0、5

11、、10、15、20、25 g L-1；柠檬酸：0、2、4、6、8、10 g L-1；壳聚糖：0、5、10、15、20、25、30 g L-1。 在响应面优化试验中其浓度设置为海藻酸钠：5、12.5、25 g L-1；柠檬酸：2、6、10 g L-1；壳聚糖5、17.5、30 g L-1。试验共36个处理，每个处理5枝切花，试验重复3次。 1.4 牡丹切花形态指标测定 牡丹切花色泽测定采用的是CIE表色系统（李丽娟 等，2013）。在瓶插保鲜一周后测定牡丹切花喷涂不同覆膜后的明度L*、红绿度a*、黄蓝度b*值，与试验组瓶插天数相一致的对照组切花的L*、a*、b*值比较，可得a*、b*、L*，计算

12、总色差值E =。 牡丹切花失水率测定采用差重法（李娟 等，2012）。在瓶插第1天，用电子天平测定花枝、花12期 王艳巧等：基于响应面法优化牡丹切花涂膜保鲜剂配方的研究 2523 瓶及溶液的初始质量之和为W1，一周后再用电子天平测定花枝、花瓶及溶液的试验质量之和为W2，切花的失水率（%）=（W1W2）/W1 100。 1.5 牡丹切花加权综合指标 在本试验中，总色差值（Y1）、失水率（Y2）都为欲达到最小化的指标，则色差（或失水率）评分 =（测定值测定值的最小值）/（测定值最大值测定值最小值）。根据各指标的重要程度，把指标Y1和Y2的加权系数均定为0.5，则加权综合评分 =0.5 色差评分0.

13、5 失水率评分，评分值越大越好。 1.6 数据统计与分析 各指标测定均重复3次，采用DPS v3.01软件的新复极差法，分析因素海藻酸钠、柠檬酸和壳聚糖对牡丹切花色泽和失水率的影响规律。 根据单因素试验结果，利用Design-Expert 8.05软件，采用三因素三水平的Box-Behnken中心试验设计，对牡丹切花涂膜保鲜剂的配方进行优化。 2 结果与分析 2.1 海藻酸钠对牡丹切花色泽和失水率的影响 从图1可看出，添加海藻酸钠各处理总色差值和失水率均比未添加处理显著降低；随着海藻酸钠浓度的增加，总色差值和失水率均表现为先降低后又逐渐升高的趋势；当海藻酸钠浓度为10 g L-1时，切花总色差

14、值最小（4.51），当海藻酸钠浓度为15 g L-1时，切花失水率最小，仅为2.69%，与对照组（为6.25%）相比降低了56.96%。 图1 海藻酸钠对牡丹切花色泽和失水率的影响 不同大写字母表示差异极显著（P 0.01）。下同。 Fig. 1 Effect of sodium alginate on the color and water loss rate of cut tree peony flowers Different capital letters indicate extremely significant differences（P 0.01）. The same belo

15、w. 2.2 柠檬酸对牡丹切花色泽和失水率的影响 从图2可知，当柠檬酸浓度小于4 g L-1时，随着柠檬酸浓度的增加总色差值逐渐减小，当柠檬酸浓度大于4 g L-1时，总色差值基本不变，为2.0左右，与对照组（为4.92）相比降低了59.35%，护色效果好。随柠檬酸浓度的增加，失水率先急速下降后又缓慢升高，在浓度为6 g L-1时最低。 2524 园 艺 学 报 41卷 2.3 壳聚糖对牡丹切花色泽和失水率的影响 从图3可看出，随壳聚糖浓度的增加，总色差值先减小后又开始逐渐增大，当壳聚糖浓度为15 g L-1时，总色差值最小，为3.41。当壳聚糖浓度小于15 g L-1时，失水率随壳聚糖浓度的

16、增加逐渐降低，浓度大于15 g L-1时，失水率有所升高后又缓慢下降。 图2 柠檬酸对牡丹切花色泽和失水率的影响 Fig. 2 Effect of citric acid on the color and water loss rate of cut tree peony flowers 图3 壳聚糖对牡丹切花色泽和失水率的影响 Fig. 3 Effect of chitosan on the color and water loss rate of cut tree peony flowers 2.4 牡丹切花涂膜保鲜试验回归模型的建立 响应面试验采用Box-Behnken设计，试验中以牡丹

17、切花涂膜保鲜贮藏一周后的总色差值（Y1）、失水率（Y2）及加权综合评分（Y*）作为响应值，建立数学模型，优化牡丹切花涂膜保鲜剂的配方。试验中的3个因素：海藻酸钠（X1）、柠檬酸（X2）、壳聚糖（X3）。 采用Design-Expert 8.05软件对表1试验数据进行统计分析，可得到实际空间内的二次多元回归模型为： Y1 = 1.724.28X1 + 12.36X2 + 0.21X36.31X1X21.34X1X31.28X2X3 + 4.01X120.88X22 + 0.48X32 （1） Y2 = 1.432.13X13.72X2 + 4.02X30.98X1X21.62X1X3 + 0.9

18、8X2X3 + 1.86X12 + 5.35X220.52X32 （2） Y*= 7.60 + 56.60X178.15X236.72X3 + 65.04X1X2 + 25.96X1X3 + 2.94X2X351.99X1238.59X22 + 0.20X32 （3） 对3个回归方程的拟合情况进行检验，模型FR（Y1）= 18.43，FR（Y2）= 16.35，FR（Y*）= 15.68，均大于F0.01（7,9）= 6.71，说明回归是显著的。 失拟FLF（Y1）= 3.08，FLF（Y2）= 2.65，FLF（Y*）= 4.25，均小于F0.05（4,4）= 6.39，说明失拟检验是不显著

19、的。 12期 王艳巧等：基于响应面法优化牡丹切花涂膜保鲜剂配方的研究 2525 R2（Y1）= 0.960，R2（Y2）= 0.955，R2（Y*）= 0.953，说明该模型与实际数据拟合较好。因此该模型是合适的，可用于牡丹切花涂膜保鲜剂配方的分析和预测。 表1 Box-Behnken试验设计及结果 Table 1 Experimental designs and results of Box-Behnken 试验号 Test number X1 海藻酸钠/（g L-1）Sodium alginate X2 柠檬酸/（g L-1）Citric acid X3 壳聚糖/（g L-1）Chitos

20、an Y1 总色差 Total color Y2 失水率/% Water loss rate Y * 加权综合评分 Weighted comprehensive score1 5 2 17.5 2.35 4.06 20.91 2 20 2 17.5 5.47 3.87 47.17 3 5 10 17.5 7.65 7.71 100.00 4 20 10 17.5 3.19 6.34 48.21 5 5 6 5 5.57 2.46 35.82 6 20 6 5 7.61 3.61 64.05 7 5 6 30 6.00 7.08 79.77 8 20 6 30 3.02 2.19 10.67 9

21、 12.5 2 5 2.71 1.95 5.81 10 12.5 10 5 4.35 2.99 29.51 11 12.5 2 30 3.24 3.32 22.45 12 12.5 10 30 2.33 6.31 40.26 13 12.5 6 17.5 2.87 4.07 25.65 14 12.5 6 17.5 2.67 3.25 16.74 15 12.5 6 17.5 2.06 3.97 17.53 16 12.5 6 17.5 2.98 3.55 22.12 17 12.5 6 17.5 2.18 3.12 11.23 从表2、表3回归方程系数的显著性检验可知，所考察的3个因素对牡丹

22、切花的色泽和失水率均有一定的影响。 从表2可看出：X3、X1X3、X12（P 0.01）对牡丹切花的总色差值影响极其显著，X1X2、X32（P 0.05）对牡丹切花的总色差值影响显著，其他不显著。 从表3可看出：X2、X3、X1X2、X12（P 0.01）对牡丹切花的失水率影响极其显著，X1、X22、X32（P 0.05）对牡丹切花的失水率影响显著，其他不显著。 表2 总色差值回归方程（1）系数的显著性检验 Table 2 Significance test of regression equation coefficients of total color value（1） 总色差值系数来源

23、 Source of E coefficient SS f MS F P 显著性 Significance X1 0.66 1 0.66 2.06 0.1948 不显著Not significant X2 1.75 1 1.75 5.49 0.0516 不显著Not significant X3 3.98 1 3.98 12.49 0.0095 * X1X2 14.35 1 14.35 45.04 0.0003 * X1X3 6.28 1 6.28 19.71 0.0030 * X2X3 1.63 1 1.63 5.12 0.0580 不显著Not significant X12 21.42

24、1 21.42 67.19 0.0001 * X22 0.08 1 0.08 0.26 0.6228 不显著Not significant X32 2.34 1 2.34 7.33 0.0303 * 残差Residual 2.25 7 0.32 注：X1：海藻酸钠；X2：柠檬酸；X3：壳聚糖。* 差异显著，P 0.05；* 差异极显著，P 0.01。下同。 Note：X1：Sodium alginate；X2：Citric acid；X3：Chitosan. * means significantly difference at 5%；* means extremely significant

25、ly difference at 1%. The same below. 2526 园 艺 学 报 41卷 表3 失水率回归方程（2）系数的显著性检验 Table 3 Significance test of regression equation coefficients of water loss rate（2） 失水率系数来源 Source of water loss rate coefficient SS f MS F P 显著性 Significance X1 3.51 1 3.51 11.54 0.0115 * X2 12.88 1 12.88 42.31 0.0003 * X3

26、7.78 1 7.78 25.57 0.0015 * X1X2 9.12 1 9.12 29.97 0.0009 * X1X3 0.35 1 0.35 1.14 0.3203 不显著 Not significant X2X3 0.95 1 0.95 3.12 0.1205 不显著 Not significant X12 4.62 1 4.62 15.19 0.0059 * X22 3.08 1 3.08 10.12 0.0155 * X32 2.73 1 2.73 8.96 0.0201 * 残差Residual 2.13 7 0.30 通过对模型（3）进行优化，可得到使加权综合评分Y* 达到

27、最大值时的牡丹切花涂膜保鲜剂的最佳配方为：海藻酸钠16.9 g L-1，柠檬酸3.1 g L-1，壳聚糖15.3 g L-1。 2.5 牡丹切花涂膜保鲜试验响应面分析 应用Design-Expert 8.05软件绘制各指标与影响显著的两个自变量间的响应面和等高线图，另一自变量设为最佳参数值，考察拟合响应曲面的形状，分析因素海藻酸钠、柠檬酸和壳聚糖对牡丹切花贮藏一周后的色泽及失水率的影响（图4、图5）。等高线图可直观地反映出各因素交互作用对响应值的影响，椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则表示不显著（易军鹏 等，2009）。在实际应用中要得到好的涂膜保鲜效果，可通过响应面分析图进行各参数的控制

28、。 由图4并结合表2的显著性分析可知模型（1）中X1X3（海藻酸钠与壳聚糖）之间的交互作用对总色差值（E）影响极显著。由图5并结合表3的显著性分析可知模型（2）中X1X2（海藻酸钠与柠檬酸）之间的交互作用对失水率影响极显著。 从图4、图5可看出，各因素交互作用对响应值的影响大致呈“凹”字形。在海藻酸钠为7.0 12.5 g L-1，壳聚糖为6.0 22 g L-1时，牡丹切花涂膜保鲜1周后的总色差值达到最低点（图4）；在海藻酸钠为5.0 18.0 g L-1，柠檬酸为2.0 6.5 g L-1时，牡丹切花涂膜保鲜1周后的失水率达到最低点（图5）。 2.6 牡丹切花涂膜保鲜剂最佳配方的验证 表4

29、 牡丹切花验证试验与对照各指标的比较 Table 4 Comparison of cut tree peony indicators between the experimental group and the control group 处理 Treatment E总色差值 Total color value 失水率/% Water loss rate 验证试验 Experimental group 2.11 2.01 对照Control 4.92 6.25 由模型（3）得到理论最佳涂膜保鲜剂的配方为：海藻酸钠16.9 g L-1，柠檬酸3.1 g L-1，壳聚糖15.3 g L-1，预测总

30、色差值为2.03，失水率为1.90%。采用最佳配方进行验证，考虑到实际操作的可行性和便利性，将牡丹切花涂膜保鲜剂的配方条件修正为：海藻酸钠17.0 g L-1，柠檬酸3.0 g L-1，壳聚糖15.3 g L-1。在该配方条件下进行3次重复试验，测得切花常温贮藏一周后的总色差值和失水率的平均值如表4所示，切花验证试验与对照组的照片如图6所示。 通过表4及图6的比较分析，可明显看出通过响应面优化出的最佳涂膜保鲜剂可显著提高切花的品质。 12期 王艳巧等：基于响应面法优化牡丹切花涂膜保鲜剂配方的研究 2527 图4 色差因素交互作用响应面图（左）和等高线图（右） Fig. 4 Response s

31、urface（left）and contour plots（right）of the color factors 图5 失水率因素交互作用响应面图（左）和等高线图（右） Fig. 5 Response surface（left）and contour plots（right）of water loss rate 图6 牡丹切花验证试验与对照保鲜效果的比较 Fig. 6 Comparison of cut tree peony preservation effect between the experimental group and the control group 2528 园 艺 学 报

32、 41卷 3 讨论 由于海藻酸钠在牡丹切花表面形成的薄膜具有良好的气体选择渗透性能（高翠丽 等，2013），可有效调节切花内部O2和CO2的比例。当海藻酸钠质量浓度过小时，成膜薄，它对切花体内与空气的气体交换阻力就小，导致切花内的O2浓度升高，CO2呼吸作用增强，营养物质消耗过快，保鲜保湿效果不好。当海藻酸钠浓度过大时，成膜加厚，使牡丹切花内O2浓度太低不能满足正常呼吸，成为缺氧呼吸，保鲜效果也不佳。故只有当海藻酸钠以适宜浓度对牡丹切花进行涂膜保鲜时，切花才可以既进行有氧呼吸，又能有效防止水分散失过快，从而使牡丹切花的保鲜时间明显延长，品质显著提高。 因柠檬酸的分子量较小，易溶于水，其水溶液呈

33、酸性，花色素在酸性环境中比较稳定，故用柠檬酸对牡丹切花进行涂膜保鲜时，可使总色差值维持在较低水平；另外，柠檬酸能够帮助捕获并中和氧自由基（康帅飞，2013），可降低花色素对氧气的敏感度，保护花色素不被氧化，从而进一步达到护色的目的。同时，在试验中随柠檬酸浓度的增加，失水率先急速下降后又缓慢升高。这可能是因为牡丹切花的水分扩散速度取决于切花瓶插液与花茎末端之间的浓度梯度（李丽娟 等，2013），浓度梯度越大，扩散速度越快，初始时由于存在较大的浓度梯度，所以水分扩散较快，失水率小，而后期由于浓度梯度的降低，水分扩散减慢，故失水率又逐渐升高。 牡丹切花表面形成的壳聚糖覆膜可显著提高切花品质。一方面壳

34、聚糖分子在切花表面可形成互相交联（周静亚 等，2009），层层交联的薄膜，有效调节切花的呼吸强度和水分蒸腾作用。另一方面壳聚糖分子中的氨基具有较好的还原性（No et al.，2007；周静亚 等，2009），在一定程度上，对切花体内的活性氧自由基可起到清除作用，从而减少细胞的膜脂过氧化，降低细胞透性，延缓切花组织结构的衰老。此外，壳聚糖还可诱导切花产生一系列的防御反应，活化细胞膜上的蛋白激酶，提高酶活性，抑制乙烯的生成、抑制多酚氧化酶及过氧化物酶的活性，两者的协同作用更加有益于提高切花的观赏价值。这与李欣等（2011）的研究认为壳聚糖可显著提高牡丹切花的保鲜效果相一致。 海藻酸钠与壳聚糖之间

35、的交互作用对总色差值影响极显著。可能是海藻酸钠分子中含有大量的羧基，带负电荷，而壳聚糖分子侧链中存在大量的伯氨基，带正电荷，故海藻酸钠和壳聚糖可以通过正负电荷吸引发生络合反应，形成由聚电解质络合物构成的高分子半透膜（朱敏莉，2010）。该薄膜的感官性能良好、均一、无色、透明，其可有效降低牡丹切花的呼吸作用，改善切花体内代谢平衡，延缓花青素含量的衰减，使切花能够在较长时间内保持原有鲜艳自然的色泽。 海藻酸钠与柠檬酸之间的交互作用对失水率影响极显著。是由于它们形成的复合涂膜，具有良好的化学稳定性、通透性及阻水性（高翠丽 等，2013），可以对各种气体分子增加穿透能力，形成了一种微气调环境，可显著减

36、弱切花的呼吸强度，有效抑制切花的蒸腾作用，减少水分的散失，防止切花皱缩萎蔫。同时，该复合涂膜还能够提高牡丹切花的韧性和弹性，增加切花的抗磨、抗压、抗震等物理性能，便于包装、运输和展览。 综上所述，本试验采用响应面法优化得到的牡丹切花最佳涂膜保鲜剂配方准确可靠，可显著提高切花的观赏品质，因而具有良好的应用前景。 References Dai Hai-fang，Tang Ju-xiang，Li Yong-chao，Yang Hai-wei. 2009. Effect of preharvest trartment on cut-flower preservation of Paeonia suff

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