全 文 ：园 艺 学 报 ， （ ）： – 2014 41 12 2521 2530 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2014–07–18；修回日期：2014–12–08
基金项目：洛阳市科技计划项目（1203204B）
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 471023）
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 Response 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 471023，China）
Abstract：To extend the preserving time of the cut tree peony flowers（Paeonia suffruticosa），
Box-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. Results
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 2.01%.
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 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@mail.haust.edu.cn）
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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），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 4—12 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、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（%）=（W1–W2）/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–0.5 × 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 below.

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 = 1.72–4.28X1 + 12.36X2 + 0.21X3–6.31X1X2–1.34X1X3–1.28X2X3 + 4.01X12–0.88X22 + 0.48X32 （1）
Y2 = 1.43–2.13X1–3.72X2 + 4.02X3–0.98X1X2–1.62X1X3 + 0.98X2X3 + 1.86X12 + 5.35X22–0.52X32 （2）
Y*= 7.60 + 56.60X1–78.15X2–36.72X3 + 65.04X1X2 + 25.96X1X3 + 2.94X2X3–51.99X12–38.59X22 + 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）
Chitosan
Y1
总色差
Total color
Y2
失水率/%
Water loss rate
Y *
加权综合评分
Weighted
comprehensive score
1 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 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
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 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 significantly 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 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。
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 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 surface（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 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。

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