芦笋又被称为石刁柏或者龙须菜，系百合科天门冬属多年生宿根草本植物[1]，其幼茎口味鲜美，富含多种维生素[2]、矿物质[3]和微量元素[4]，芦笋的蛋白质组成具有人体所需的各种氨基酸，还含有大量以天门冬酰胺为主的非蛋白质含氮物质和天门冬氮酸，是一种公认的具有较高食用价值和营养价值的优质蔬菜，有着“蔬菜之王”的美誉[5]。芦笋原产于地中海东部，目前已有60多个国家和地区种植，中国现已经成为世界上芦笋产量最高的国家[6]。四川恩阳因其独特的自然地理条件而盛产优质芦笋，素有“中国芦笋之乡”的称号[7]。
芦笋及其制品常年出口国外，其出口方式主要是以芦笋罐头为主，中国的芦笋罐头产量达到了世界总产量的3/4[8-11]。根据GB/T 13208—2008《芦笋罐头》[12]中的定义，芦笋罐头是指以符合芦笋特性的各品种芦笋的嫩芽茎（去皮或不去皮）为主要原料，以水、氯化钠等为辅料，经清洗、装罐、杀菌加工而制成的罐头食品。芦笋罐头不仅保持了芦笋的营养价值，而且携带方便，耐储性强，是一种极具市场潜力的营养蔬菜罐头。本研究以感官评分为评价指标，重点考察食用盐添加量、预煮温度和时间、杀菌温度和时间等工艺条件对绿芦笋罐头品质的影响，优化了芦笋罐头的生产工艺条件。本研究对芦笋罐头质量的提高和芦笋产业的发展具有一定的实际意义和参考价值。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
恩阳绿芦笋、食用盐：市售。
1.2 仪器与设备
电子太平（YB5001B）：上海衡际科学仪器有限公司；精密天子天平（ES220）：天津市德安特传感技术有限公司；数显恒温水浴锅（HH-6）：常州鸿泽实验技术有限公司；电动封罐机（GT-4A）：阳江喜盈盈包装制品有限公司；立式高压蒸汽灭菌器（LDZX-50L-I）：上海申安医疗器械厂。
1.3 方法
1.3.1 绿芦笋罐头的加工工艺流程
芦笋→挑选、清洗→去皮、切段→预煮→装罐→调配→排气、密封→杀菌、冷却。
1.3.2 前处理工艺
准备好新鲜绿芦笋，流动水清洗去除表面泥沙，再去除芦笋根部一端的老皮，将芦笋切段处理，长度控制为 5 cm～8 cm[13]。
1.3.3 绿芦笋罐头的生产工艺优化
以感官评分为评价指标，设计单因素试验考察食用盐、预煮时间、预煮温度、杀菌温度、杀菌时间对绿芦笋罐头品质的影响，并在单因素试验和Plackett-Burma试验结果基础上，采用响应面法确定绿芦笋罐头的最佳生产工艺条件[14]。
1.3.3.1 单因素试验设计
1）食用盐添加量对绿芦笋罐头品质的影响
固定预煮温度85℃，预煮时间3 min，装罐后，分别在0%、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%的食用盐添加量下完成调配，经排气密封后，按照115℃杀菌温度和15 min的杀菌时间完成杀菌处理。邀请评审小组对绿芦笋罐头给出感官评分，以确定出食用盐的添加量。
2）预煮时间对绿芦笋罐头品质的影响
食用盐添加量选用1）得出的最优结果，设置预煮时间分别为 1、2、3、4 min和 5 min，预煮温度 85℃。装罐后，经排气密封，按照115℃杀菌温度和15 min的杀菌时间完成杀菌处理。邀请评审小组对绿芦笋罐头给出感官评分，以确定出预煮时间。
3）预煮温度对绿芦笋罐头品质的影响
食用盐添加量、预煮时间分别选用1）、2）得出的最优结果，设置预煮温度分别为80、85、90、95℃和100℃，装罐后，经排气密封，按照115℃杀菌温度和15 min的杀菌时间完成杀菌处理。邀请评审小组对绿芦笋罐头给出感官评分，以确定出预煮温度。
4）杀菌时间对绿芦笋罐头品质的影响
食用盐添加量、预煮时间、预煮温度分别选用1）、2）、3）得出的最优结果，装罐后，经排气密封，按照115℃杀菌温度，设置杀菌时间分别为5、10、15、20 min和25 min。邀请评审小组对绿芦笋罐头给出感官评分，以确定出杀菌时间。
5）杀菌温度对绿芦笋罐头品质的影响
食用盐添加量、预煮时间、预煮温度、杀菌时间分别选用 1）、2）、3）、4）得出的最优结果，装罐后，经排气密封，设置杀菌温度分别为100、105、110、115℃和120℃。邀请评审小组对绿芦笋罐头给出感官评分，以确定出杀菌温度。
1.3.3.2 Plackett-Burman试验设计
根据单因素试验结果，选择适当的取值范围，每个因素（食用盐添加量、预煮时间、预煮温度、杀菌时间和杀菌温度）取高（1）和低（-1）两个水平，如表1所示。选用试验次数N=12来进行Plackett-Burman试验，根据Design Exper.V 8.0.6.1软件设计试验并分析，筛选出显著影响绿芦笋罐头口感的几个关键因素。
表1 Plackett-Burman试验因素的高水平和低水平设计
Table 1 High and low levels of Plackett-Burman test factors
注：/表示不设置水平。
水平 A食用盐添加量/%F、G、H、J、K、L虚拟变量-1 1 80 2 110 10 /1 4 90 4 120 20 /B预煮温度/℃C预煮时间/min D杀菌温度/℃E杀菌时间/min
1.3.3.3 响应面试验设计
根据Plackett-Burman试验结果，选取对感官评分影响较大的3个因素（食用盐添加量、杀菌温度和杀菌时间）作为Box-Behnken的中心组合设计的关键因素，采用Design Exper.V 8.0.6.1软件进行Box-Behnken试验设计。试验因素和水平设计见表2。
表2 响应面试验设计
Table 2 Experimental design of response surface methodology
水平 因素A食用盐添加量/% B杀菌温度/℃ C杀菌时间/min-1 1 105 10 0 2 115 15 1 3 125 20
1.3.4 感官评定
选择10名有评定经验的专家和10名普通业余人员对绿芦笋罐头的感官指标进行评定，评价标准[15-17]如表3所示。
表3 绿芦笋罐头的感官评价标准
Table 3 Sensory evaluation criteria for canned green asparagus
项目 感官要求及评分色泽 整条芦笋呈绿色，色泽均匀，允许不超过10%（以条数计）的基部呈淡黄色，长度不超过整条的 1/3（13～15）整条芦笋呈黄绿色，色泽均匀性一般，允许不超过30%（以条数计）的基部呈淡黄色，长度不超过整条的 2/3（0～7）组织状态整条芦笋呈绿色，黄绿色，色泽均匀性一般，允许不超过15%（以条数计）的基部呈淡黄色，长度不超过整条的 1/2（8～12）同一罐中长短粗细均匀性较差，笋茎口感明显偏软或偏硬，汤汁明显浑浊，有较多碎屑（0～7）滋味 具有芦笋罐头应有的滋味，十分入味（28～30） 具有芦笋罐头应有的滋味，较为入味（10～27）芦笋罐头应有的滋味不突出，未入味（0～9）香气 芦笋特有风味浓郁，香味协调，无异味（36～40） 芦笋风味一般，香味较协调，无异味（10～35） 芦笋风味寡淡，有异味（0～9以下）同一罐中长短粗细均匀性较好，笋茎软硬较适度，汤汁清澈（13～15）同一罐中长短粗细基本一致，笋茎软硬度一般，汤汁尚清澈，有轻微浑浊和碎屑（8～12）
1.4 数据处理
所有试验均重复3次。采用Excel2007进行数据统计分析；GraphPad Prism 7软件作图；Plackett-Burman试验和响应面试验用Design Exper.V 8.0.6.1软件进行参数优化及方差分析。
2 结果与分析
2.1 生产工艺的单因素试验结果
2.1.1 食用盐添加量对绿芦笋罐头感官品质的影响
不同食用盐添加量对绿芦笋罐头感官品质的影响如图1所示。
图1 食用盐添加量对绿芦笋罐头感官品质的影响
Fig.1 The effect of edible salt dosage on the sensory quality of canned green asparagus
由图1可知，食用盐添加量为0%～3.0%时，随着食用盐添加量增加，绿芦笋罐头的感官品质有明显提升，且呈现剂量依赖性改善，在添加量为3.0%时，产品感官评分达到最高值，即92。但随着食用盐添加量的进一步增加，绿芦笋罐头的感官评分呈明显下降趋势。这主要是因为盐具有咸味，在一定范围内添加使用，能刺激人的味觉，增加口腔唾液分泌，从而增进食欲和提高食物消化率。但过量添加，口味过咸过重，导致感官失调，也必然影响食物的感官品质。因此，选择3.0%作为最佳食用盐添加量，进行后续Plackett-Burman试验和响应面优化试验。
2.1.2 预煮温度对绿芦笋罐头感官品质的影响
绿芦笋罐头加工过程中预煮工艺是一个十分重要的处理单元。芦笋经预煮后，可以抑制或破坏氧化酶系统，保持芦笋脆嫩的绿色。此外，经预煮后还可以排除原料组织中的空气，以保持芦笋罐头的贮存稳定性，同时还能够起到软化芦笋的作用，以利于后续装罐环节的进行[18]。不同预煮温度对绿芦笋罐头感官品质的影响如图2所示。
图2 预煮温度对绿芦笋罐头感官品质的影响
Fig.2 The effect of precooking temperature on the sensory quality of canned green asparagus
由图2可知，在预煮温度达到85℃时，产品感官评分达到最高值，即93分，此时笋茎口感软硬较适度，汤汁清澈。而随着预煮温度的进一步升高，笋茎口感软硬度逐渐变差，明显口感偏软。因此，选择85℃作为最佳预煮温度，进行后续Plackett-Burman试验和响应面优化试验。
2.1.3 预煮时间对绿芦笋罐头感官品质的影响
不同预煮时间对绿芦笋罐头感官品质的影响如图3所示。
图3 预煮时间对绿芦笋罐头感官品质的影响
Fig.3 The effect of precooking time on the sensory quality of canned green asparagus
由图3可知，在1 min～3 min时，随着预煮温度的延长，绿芦笋罐头的感官品质有明显提升，在预煮时间为3 min时，产品感官评分达到最高值，即91分。但随着预煮时间的进一步增加，绿芦笋罐头的感官评分呈明显下降趋势。预煮的时间选择对芦笋罐头的感官品质影响较大，对设备控制要求也较高。预煮时间过长或过短，会造成笋茎口感偏硬或偏软，同时对芦笋的颜色也会带来影响，翠绿色不够或偏黄绿色，同时长时间预煮还会造成营养物质的流失，芦笋质地变软不利于后续的加工等一系列问题。因此，综合感官评分的结果和设备实际操作控制的因素，选择3 min作为最佳预煮时间，进行后续Plackett-Burman试验和响应面优化试验。
2.1.4 杀菌温度对绿芦笋罐头感官品质的影响
不同杀菌温度对绿芦笋罐头感官品质的影响如图4所示。
图4 杀菌温度对绿芦笋罐头感官品质的影响
Fig.4 The effect of sterilization temperature on the sensory quality of canned green asparagus
由图4可知，在100℃～115℃时，随着杀菌温度的增加，绿芦笋罐头的感官品质有明显提升，在杀菌温度为115℃时，产品感官评分达到最高值，即92分。但随着杀菌温度的进一步增加，绿芦笋罐头的感官评分呈明显下降趋势。产品的杀菌处理工艺不仅可以有效地杀灭致病微生物，保证卫生安全，同时对于成品的口感、组织状态等都具有显著影响[19]。杀菌温度偏低，容易造成芦笋罐头中腐败菌残留的风险，相反杀菌温度过高，又会造成芦笋色泽、风味、口感等感官品质的下降。因此，选择115℃作为最佳杀菌温度，进行后续Plackett-Burman试验和响应面优化试验。
2.1.5 杀菌时间对绿芦笋罐头感官品质的影响
不同杀菌时间对绿芦笋罐头感官品质的影响如图5所示。
图5 杀菌时间对绿芦笋罐头感官品质的影响
Fig.5 The effect of sterilization time on the sensory quality of canned green asparagus
由图5可知，在5 min～15 min时，随着杀菌时间的延长，绿芦笋罐头的感官品质有明显提升，在杀菌时间为15 min时，产品感官评分达到最高值，即90分。但随着杀菌时间的进一步增加，绿芦笋罐头的感官评分呈明显下降趋势。这主要是因为长时间加热容易造成芦笋褐变，破坏芦笋特有风味和口感，甚至产生明显的蒸煮味[20]。因此，从最大限度地保持芦笋罐头的色泽、香气、口感和滋味的角度考虑，选择15 min作为最佳杀菌温度，进行后续Plackett-Burman试验和响应面优化试验。
2.2 生产工艺的Plackett-Burman试验结果
通过单因素试验确定了选定因素的高水平（＋1）和低水平（-1），使用软件Design Exper.V 8.0.6.1软件对5个因素（食用盐添加量、预煮时间、预煮温度、杀菌时间和杀菌温度）进行九因子二水平的Plackett-Burman试验设计（N=12），并从中筛选出影响绿芦笋罐头感官评分的关键因素，所得分析结果如表4所示，绿芦笋罐头的感官评分范围为74～96。
表4 Plackett-Burman试验设计及结果
Table 4 Design and results of Plackett-Burman test
试验编号 A B C D E F G H J K L 感官评分1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1-1-1 84 2 1 1 -1 1 1 1 -1-1-1 1 -1 84 3 -1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 92 4 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1-1 74 5 1 1 1 -1-1-1 1 -1 1 1 -1 95 6 1 1 -1-1-1 1 -1 1 1 -1 1 95 7 -1 1 1 1 -1-1-1 1-1 1 1 86 8 -1-1-1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 86 9 -1-1 1 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 83 10 1 -1 1 1 1 -1-1-1 1 -1 1 84 11 -1 1 1 -1 1 1 1 -1-1-1 1 79 12 1 -1-1-1 1 -1 1 1 -1 1 1 96
Plackett-Burman试验的方差分析结果如表5所示。
表5 Plackett-Burman试验方差分析结果
Table 5 Variance analysis of Plackett-Burman design results
注：*表示影响显著（P＜0.05）；**表示影响极显著（P＜0.01）。
因素 平方和自由度 均方 F值 重要性模型 487.67 5 97.53 14.63 A 176.33 1 176.33 26.45 1 B 33.33 1 33.33 5.00 4 C 5.33 1 5.33 0.80 5 D 96.33 1 96.33 14.45 3 E 176.33 1 176.33 26.45 1残差 40.00 6 6.67总和 527.67 11 P值0.002 6 0.002 1 0.067 0.405 5 0.009 0 0.002 1显著性********
方差分析得模型P=0.002 6，表明所得方程显著。该方程的相关系数R2=0.985 1，变异系数为2.96，在可接受范围内。回归模型的校正决定系数为0.861 0，表明有86.10%的数据可以由此模型来解释。精密度为11.502＞4，说明该模型能真实反映试验结果，较为合理，拟合度较高。
在选择的5个因素中，食用盐添加量（A）、杀菌温度（D）和杀菌时间（E）对试验模型有极显著影响（P＜0.01），显著性按主次顺序排序为A=E＞D，而预煮时间和预煮温度对试验模型的影响不显著（P＞0.05）。
2.3 生产工艺的响应面试验结果
根据单因素试验和Plackett-Burman试验结果，以食用盐添加量、杀菌温度和杀菌时间作为因素，固定其他两个非关键因素：预煮温度85℃，预煮时间3 min，以感官评分为响应值，用Box-Behnken设计试验，试验方案及结果见表6。
表6 响应面试验设计及结果
Table 6 Design and results of response surface methodology
试验号 A食用盐添加量 B杀菌温度 C杀菌时间 Y感官评分1-1 -1 0 81 2 1-1 0 78 3-1 1 0 80 4 1 1 0 72 5-1 0 -1 76 6 1 0-1 67 7-1 0 1 83 8 1 0 1 72-1 1 79 10 0 1 -1 72 11 0 -1 1 82 12 0 1 1 79 13 0 0 0 94 14 0 0 0 93 15 0 0 0 91 16 0 0 0 92 17 0 0 0 92 9 0
2.3.1 模型建立及显著性分析
方差分析结果见表7。
表7 拟合二次多项式模型的方差分析
Table 7 Analysis of variance for the fitted quadratic polynomial model
注：*表示影响显著（P＜0.05）；**表示影响极显著（P＜0.01）。
来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性模型 1 122.93 9 124.77 51.53 ＜0.000 1 **A 120.13 1 120.13 49.61 0.000 2 **B 36.13 1 36.13 14.92 0.006 2 **C 60.50 1 60.50 24.99 0.001 6 **AB 6.25 1 6.25 2.58 0.152 2 AC 1.00 1 1.00 0.41 0.540 9 BC 4.00 1 4.00 1.65 0.239 6 A2 346.76 1 346.76 143.20 ＜0.000 1 **B2 130.87 1 130.87 54.04 0.000 2 **C2 327.92 1 327.92 135.42 ＜0.000 1 **残差 16.95 7 242失拟项 11.75 3 3.92 3.01 0.157 2 不显著纯误差 5.20 4 1.30总和 1 139.88 16
采用Design Exper.V 8.0.6.1软件进行多元回归拟合，以感官评分为响应值，得到以感官评分为目标函数的二次回归方程：Y=92.4-3.87A-2.13B+2.75C-1.25AB-0.5AC+BC-9.08A2-5.58B2-8.83C2。该方程的相关系数R2=0.9851，变异系数为1.91，在可接受范围内。
由表7分析结果可知，整体模型极为显著（P＜0.000 1），失拟项不显著（P=0.157 2＞0.05），说明方程和试验拟合较好，可用于绿芦笋罐头制备工艺的预测。回归模型的校正决定系数（R2Adj=0.966 0）接近1，说明变量间的线性相关程度密切。本试验的噪音信号比（20.130）大于4，说明模型的信号适中，可对试验结果进行准确预测。综上所述，该试验结果可靠，本试验所得二次回归方程能很好地对响应值进行预测。
由回归方程系数显著性检验可知，该模型的一次项 A、B、C 和二次项 A2、B2、C2对绿芦笋罐头感官评分影响显著，且均为极显著（P＜0.01）。交互项AB、AC和BC影响均不显著（P＞0.05）。对一次项回归系数的绝对值大小进行比较可知，对绿芦笋罐头感官评分影响作用的大小顺序为A＞C＞B，即食用盐添加量＞杀菌时间＞杀菌温度。
2.3.2 绿芦笋罐头制备工艺的响应面分析与优化
响应面图形是响应值对各试验因子A、B、C所构成的三维空间的曲面图。通过模型方程所得的响应曲面图如图6所示。3个响应面均为开口向下的凸形曲线，说明响应值（感官评分）存在极大值。
图6 食用盐添加量、杀菌温度和杀菌时间相互作用对绿芦笋罐头感官品质的影响
Fig.6 The interactive effects of sterilization temperature，time and salt dose on the sensory quality of canned green asparagus
在选取的各因素范围内，由Design Exper.V 8.0.6.1软件分析得到的绿芦笋罐头的最佳制备工艺：食用盐添加量1.79%，杀菌温度为113.46℃，杀菌时间为15.76 min，模型预测的感官评分为93.17。考虑实际操作的可行性，选取条件：食用盐添加量1.8%，杀菌温度为113℃，杀菌时间为16 min。为验证预测结果的可行度，在该最佳条件下做3次平行试验，得到绿芦笋罐头感官评分为95，与理论预测值基本一致。较单因素最佳制备工艺得到的绿芦笋感官评分提高了2.0%。说明回归方程与实际情况拟合较好，能够真实地反映筛选因素对绿芦笋罐头综合指标的影响，对绿芦笋罐头制备工艺的研究具有指导意义。
3 结论
通过单因素试验、Plackett-Burma和Box-Behnken试验，优化了绿芦笋罐头制备工艺条件，得出优化工艺条件参数：食用盐添加量1.8%，预煮温度为85℃，预煮时间为3 min，杀菌温度为113℃，杀菌时间为16 min，在此条件下绿芦笋罐头的感官评分为95。在本试验条件下建立的二次回归模型准确，拟合性较好。在此工艺参数下制备的绿芦笋罐头颜色翠绿纯正，色泽均匀，汤汁清澈，软硬度适宜，滋味协调，芦笋特有风味浓郁。
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