《Scientifica》：Optimization of Sweet Leaf (Sauropus androgynus L. Merr)–Amaranth (Amaranthus hybridus L.) Vegetable Leather With Carrageenan and Sorbitol
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本文通过响应面法（RSM）优化了以守宫木和苋菜为原料的蔬菜皮革配方，系统探究了卡拉胶浓度（0.5%–2.5%）、山梨醇浓度（1%–13%）及蔬菜比例（守宫木:苋菜为25:75–75:25）对产品机械特性（拉伸强度、断裂伸长率）、理化性质（溶解度、水分含量、灰分）及功能活性（叶绿素含量、抗氧化活性）的影响。研究确定了最佳配方（0.877%卡拉胶、1%山梨醇、25:75蔬菜比），其综合期望值达0.864，所得产品兼具理想力学性能（拉伸强度6.08 N/mm2，伸长率6%）、高溶解度（92.77%）及良好感官接受度（整体喜好度5.1/7分），为开发营养保留率高、保质期长的功能性蔬菜深加工产品提供了新策略。
1. 引言
果蔬采后易发生理化性质变化，导致营养损失、水分减少及微生物污染风险增加。蔬菜皮革作为一种新兴的保鲜技术，通过将蔬菜浆料与添加剂混合脱水成柔性片状，可延长货架期并保留营养成分。守宫木（Sauropus androgynus L. Merr）和苋菜（Amaranthus hybridus L.）富含生物活性成分，是制备功能性蔬菜皮革的理想原料。卡拉胶（Carrageenan）作为从Eucheuma sp.中提取的半乳糖多糖，在食品中常用作凝胶剂和质构稳定剂，可增强凝胶强度、弹性和保水性；而山梨醇（Sorbitol）作为塑性剂，能减少分子间氢键，提高产品柔韧性，防止脆裂。然而，过量添加山梨醇会导致产品过软发黏，不足则使产品硬脆。本研究采用响应面法（RSM）结合D-最优设计，通过Design Expert 13.0.12软件优化蔬菜皮革配方，旨在平衡卡拉胶、山梨醇及蔬菜比例，以获得机械性能、理化特性及感官品质俱佳的产品。
2. 材料与方法
2.1. 原料
实验选用印度尼西亚唐格朗Lembang市场采购的守宫木嫩叶和苋菜叶片，因嫩叶富含叶绿素、酚类化合物且质地柔软，利于制成均匀浆料。卡拉胶（食品级，Indoflora Ltd.，印尼）为凝胶剂，70%山梨醇（Bratachem，印尼）为塑性剂。化学试剂包括DPPH、85%丙酮、甲醇等，均为分析纯。
2.2. 实验设计
采用RSM的D-最优设计，考察卡拉胶浓度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）、山梨醇浓度（1%、4%、7%、10%、13%）及守宫木-苋菜比例（75:25、50:50、25:75）三个变量，共20组实验（见表2）。通过多项式回归分析各因素对拉伸强度、断裂伸长率、溶解度、水分含量、灰分等响应值的影响。
2.3. 蔬菜皮革制备
叶片经筛选、去梗、清洗后，于60°C蒸汽热烫5分钟以灭酶护色。卡拉胶和山梨醇按设计浓度溶于100 mL蒸馏水（总水体积500 mL），与热烫后的叶片、4 g盐、3 g调味料、15 g糖及剩余400 mL水混合搅拌1分钟至匀浆。浆料倒入平底钢模（34.4 × 24.4 × 2.3 cm），目标厚度0.1–0.2 mm，于50°C烘箱中干燥21小时至形成柔性不粘片材，冷却后揭膜储存。
2.4. 分析
2.4.1. 拉伸强度与断裂伸长率
使用万能试验机（UTM）在27°C下以20 mm/min速度测试样品，拉伸强度（MPa）按Fmax/A计算（Fmax为最大拉力，A为横截面积），断裂伸长率（%）按(P2- P1)/P1× 100计算（P1、P2分别为初始及断裂时长）。
2.4.2. 溶解度、水分及灰分
溶解度通过测定样品在蒸馏水中浸泡24小时前后的重量变化计算；水分含量通过110°C烘干至恒重后称重测定；灰分采用600°C干灰化法测定。
2.5. 最优配方产品分析
2.5.1. 叶绿素含量
样品用85%丙酮浸提72小时，滤液在645 nm和663 nm波长下测吸光度，按Arnon公式计算叶绿素a、b及总量。
2.5.2. 抗氧化活性
采用DPPH法，样品与0.1 mM DPPH溶液反应30分钟后测517 nm吸光度，计算清除率（%抑制率）。
2.5.3. 感官评价
35名未培训评委按7点嗜好尺度（1=非常不喜欢，7=非常喜欢）对香气、味道、色泽、质地和整体可接受度评分。
2.6. 数据处理
2.6.1. 响应分析阶段
通过方差分析（ANOVA）评估模型显著性，确保失拟项不显著，调整R2与预测R2差值小于0.2，信噪比大于4。
2.6.2. 优化阶段
利用Design Expert软件以期望函数最大化（接近1）为目标，综合各响应值确定最优配方。
3. 结果与讨论
3.1. 拉伸强度
ANOVA显示线性模型显著（p=0.0096），失拟项不显著（p=0.0892），模型可靠。拉伸强度范围3.04–15.55 N/mm2，随卡拉胶浓度增加而线性上升，因卡拉胶增强分子间交联，提升基质凝聚力；但随山梨醇增加而下降，因山梨醇作为塑性剂削弱分子作用力。三维响应面图（图1）直观展示了此交互效应。
3.2. 断裂伸长率
二次模型显著（p=0.0097），伸长率值2.29%–17.80%。适量卡拉胶（约2%）时伸长率最高，过量则因凝胶网络过密导致脆性增加；山梨醇通过降低分子运动活化能提高弹性，但超量会过度软化结构。图2显示山梨醇与蔬菜比例交互作用显著（p=0.0507）。
3.3. 溶解度
线性与二次模型均显著（p=0.0002），溶解度范围62.05%–98.52%。山梨醇浓度升高可提高溶解度，因其亲水基团与水分子氢键结合，削弱基质致密性；高卡拉胶则降低溶解度，因凝胶网络阻碍水分子渗透。三维曲线（图3）中红色区域对应高溶解度。
3.4. 灰分
线性模型显著（p=0.0075），灰分含量2.18%–8.87%。卡拉胶贡献主要灰分（含矿物质），其浓度与灰分成正比；山梨醇增加会稀释无机物含量。灰分影响产品矿物质营养与质构，但与机械性能直接关联不明确。
3.5. 水分含量
水分含量10.11%–12.98%。卡拉胶通过凝胶网络锁水，降低水分含量；山梨醇作为保湿剂则提升水分（图5）。二者平衡对产品贮藏稳定性至关重要。
3.6. 最优蔬菜皮革配方分析
优化后最佳配方为0.877%卡拉胶、1%山梨醇、守宫木-苋菜比25:75，期望值0.864。该产品拉伸强度6.08 N/mm2、伸长率6%、溶解度92.77%、水分10.93%、灰分3.11%，机械与理化性能均衡。
3.7. 叶绿素与抗氧化活性
最优产品叶绿素含量9.35 ± 0.35 mg·L?1，抗氧化活性76.0 ± 0.02%抑制率，表明加工过程中生物活性成分保留良好。
3.8. 感官评价
整体可接受度5.1 ± 0.90（7分制），纹理（5.1 ± 1.11）和色泽（5.3 ± 1.01）最受青睐，香气评分较低（4.4 ± 1.33），可能与蔬菜固有风味有关。
4. 结论
通过RSM优化获得的蔬菜皮革配方（0.877%卡拉胶、1%山梨醇、25:75蔬菜比）综合性能优异，兼具理想机械强度、高生物活性保留度及可接受感官品质。该研究为开发以守宫木和苋菜为基础的功能性休闲食品提供了理论依据与实践方案。
4.1. 局限性说明
叶绿素、抗氧化及感官分析仅针对最优配方进行，未覆盖全设计空间；后续研究需扩大参数范围并考察贮藏稳定性。
