响应曲面法优化粉蒸鱼的加工工艺

2012-01-28戴阳军庄俊茹杨军谢小军韩曜平

食品研究与开发 2012年11期

戴阳军，庄俊茹，杨军，谢小军，韩曜平

（常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟215500）

我国的淡水养殖量位居世界前列，2009年淡水养殖产量为2216 万t，2010年淡水养殖产量为2346万t，淡水产品的加工产量2009年的为147 万t，2010年为427 万t[1]，整体加工产量滞后于淡水鱼的养殖产量。由于淡水鱼本身的骨刺细小而且不易去除，带有土腥味等缺点[2]严重影响了淡水鱼类深加工的发展。市售粉蒸类产品中主要以“粉蒸肉”、“粉蒸鸭”、“粉蒸排骨”为多见，粉蒸鱼却为鲜见。草鱼（Grass carp）属鲤形目鲤科雅罗鱼亚科草鱼属。为我国四大家鱼之一，含有丰富的不饱和脂肪酸，对血液循环有利，是心血管病人的良好食物。产量颇丰富，但由于养殖品的捕捞上市季节比较集中，且大部分以鲜活原料形式供应市场，深加工产品较少[3]。本实验选用草鱼为主要实验原料，用去腥液去除腥味，以高温、高压成熟的方法使鱼刺骨酥软，用响应曲面法探讨微波粉蒸鱼的最佳加工工艺条件，以期为粉蒸鱼工业化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原辅料

鲜活草鱼，粉蒸料[4]，蚝油，白砂糖，食盐，味精，葱粉，姜粉，黄酒（均有常熟金唐市水产品有限公司提供），去腥剂（常熟理工学院生物食品与工程学院自制），均符合国家食品卫生标准。

1.1.2 仪器与设备

DZ-400/2ES 真空包装机：华联机械集团有限公司；LP502B 电子天平：上海越平科学仪器有限公司；BD/C-230 白雪冷柜：白雪电器；C21-ST2106 电磁炉：TF-200 真空滚揉机、TF（QX）-3 鱼肉切片机：肇庆市天发机械有限公司；IRINOX—MF25.1 型商用速冻冷柜：北京太阳河商贸有限公司；YXQ-LS-100A 立式压力蒸汽灭菌锅：北京佳源兴业科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

草鱼肉切片→去腥处理→滚揉→成熟→冷冻→真空包装→成品

鱼肉切成3×4×1 cm 厚片[5]，去腥液对鱼片去腥处理并洗涤干净，将盐、蚝油、白糖、葱粉、姜粉、料酒、粉蒸料等投入滚揉机，抽真空至0.08 MPa，低速滚揉，转速3 r/min～5 r/min；连续滚揉20 min 后出机，出机温度6 ℃，滚揉好的鱼片表面均匀地裹上一层粉料粉，用手轻轻抖动基本不会掉落[6]。人压力蒸汽锅中熟制，进入速冻冷柜中快速冷冻至-18 ℃[7]，装袋，真空包装，进入冷库冻藏。

1.2.2 单因素试验

经过多次反复试验，原辅料设定在草鱼片100 g、去腥剂10 g、白砂糖1 g、味精0.06 g、葱粉0.03 g、姜粉0.06 g、蚝油4 g 的情况下，对粉蒸鱼的盐量、水添加量、压力锅的温度、加热时间的工艺参数进行优化[8]。

1.2.2.1 用盐量对粉蒸鱼品质的影响

每次试验选择水20 g，加热时间20 min，压力锅温度120 ℃，分别加盐0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g。分析粉蒸鱼的品质情况。

1.2.2.2 水量对粉蒸鱼品质的影响

每次试验选择盐0.3 g，加热时间20 min，压力锅温度120 ℃。分别加水5、10、15、20、25、30、35 g，分析粉蒸鱼的品质情况。

1.2.2.3 加热时间对粉蒸鱼品质的影响

每次试验选择盐0.3 g，水20 g，压力锅温度120 ℃。分别加热10、15、20、25、30、35、40 min。分析粉蒸鱼的品质情况。

1.2.2.4 加热温度对粉蒸鱼品质的影响

每次试验选择盐0.3 g，水20 g，加热时间20 min。分别设定压力锅温度105、110、115、120、125、130、135 ℃。分析粉蒸鱼的品质情况。

1.2.3 响应曲面设计工艺配比

本工艺实验采用Minitab 15 统计软件进行设计与分析。采用中心组合一半设计，选取盐、水量、加热温度、加热时间4 个影响因素，在单因素试验结果的基础上，采用四因素三水平的响应曲面设计方法，选择“基于距离的最优性选择”，优化设计中点的个数为31。其中4 个因素分别用x1，x2，x3，x4，表示，并以+1，0，-1，分别代表变量的水平，按方程Xi=（Xi-X0）/ΔX对自变量进行编码。式中：Xi为变量的编码值；ΔX为变量的变化步长；以感官评分为响应值。对模型进行方差分析，得出最佳的工艺参数。试验设计因素编码及水平见表1。

1.3 感官评价

选取20 名经过食品感官培训人员，进行感官评价[9-10]。从粉蒸鱼的粉粒适口度、鱼鲜味、鱼刺骨酥软程度、鱼肉组织形态[11]方面进行综合打分，按照粉粒适口度、鱼鲜味、鱼刺骨酥软程度、鱼肉组织形态对消费者影响的权重不同，设定不同的分值，采用100 分法评定，粉粒适口度占20%、鱼鲜味占30%、鱼刺骨酥软程度占20%、鱼肉组织形态占30%。具体评分标准见表2。

表2 粉蒸鱼的感官评价标准Table 2 The sensory evaluation criteria of powder steamed fish

2 结果与分析

2.1 盐量对粉蒸鱼品质的影响

盐量对粉蒸鱼品质的影响，见图1。

图1 不同盐量对粉蒸鱼的口感影响Fig.1 The influence of the powder steamed fish taste by adding different amount of salt

由图1 可知，盐量在0.7 g 时，感官评分最低，盐量在0.3 g 感官评分最高。盐量达到最佳值0.3 g 后，随着盐量的增加，感官评定分值逐渐降低。这个主要是咸味和鲜味的相互作用[12]，恰当的盐量能够充分体现食品的鲜美滋味。

2.2 水量对粉蒸鱼产品品质影响

水量对粉蒸鱼产品品质影响，见图2。

图2 不同水量对粉蒸鱼品质的影响Fig.2 The influence of the powder steamed fish quality by adding different amount of water

由图2 可知，水量在15 g 时感官评分最高，水分不足导致粉料不能受热充分糊化，口感坚硬；达到最佳值后随着水分的逐渐增加，质感越来越差，鱼片易碎，在实验中水分到达35 g 时分值最低。

2.3 加热时间对粉蒸鱼品质的影响

加热时间对粉蒸鱼品质的影响，见图3。可知。在加热时间为35 min 时，感官评分值最低，因为此时粉蒸鱼的外观质感较烂。在加热时间为20 min 时，感官评分最高，此时鱼刺已经充分酥软，而且鱼肉未呈现烂糊的质感。

2.4 加热温度对粉蒸鱼品质的影响

加热温度对粉蒸鱼品质的影响，见图4。

图3 不同加热时间对粉蒸鱼口感的影响Fig.3 The influence of the powder steamed fish taste by the different heating time

图4 不同加热温度对粉蒸鱼品质的影响Fig.4 The influence of the powder steamed fish quality by the different heating temperature

由图4 可知，在温度从105 ℃升到120 ℃的过程中，随着温度的升高，感官评分逐渐增大，到达120 ℃时达到最佳效果，从120 ℃升到135 ℃的过程中，随着温度的升高，鱼肉质逐渐变烂糊状，感官评分逐渐降低。

2.5 响应曲面设计试验结果分析

2.5.1 二次模型方程的建立[13]

通过Minitab 15 的数据处理，建立响应曲面回归模型，并进而寻求最优化响应因子水平。经整理，所得粉蒸鱼的感官评分结果如表2 所示。其中Intercept 为常数项：x1，x2，x3和x4为一次项；x1x1，x2x2，x3x3，x4x4为平方项；x1x2，x1x3，x1x4，x2x3，x2x4，x3x4为交叉项。

用Minitab 15 软件，通过表2 中粉蒸鱼品质感官评分实验数据进行多元回归拟合，获得粉蒸鱼品质感官评分对编码自变量盐、水、时间和温度的二次多项回归方程：

表2 Box-Behnken 设计方案及试验结果Table 2 Box-Behnken design matrix and extraction results of polysaccharide

方程相关系数R2=91.53%，其中温度和时间的影响显著（p＜0.01），并做出响应曲面图，响应曲面图见图5～10。

当盐为0.3 g，水为15 g 时，时间与温度对感官评分的影响见图5。由图5 可知，时间的延长、温度的升高，感官评分是一个逐渐升高而后降低的过程，而且响应面显示坡度较陡，表明时间和温度交互作用极显著。

当盐为0.3 g，时间为20 min 时，水与温度对感官评分的影响见图6。由图6 可知，响应面坡度较陡，而水的上升过程，感官评分变化不大，温度增大的过程中，感官评分先增大后降低，因此温度的影响较为明显，其交互作用不明显。

当盐为0.3 g，温度为120 ℃时，水与时间对感官评分的影响见图7。

由图7 可知，响应面坡度较陡，而水的上升过程，感官评分先增大后降低，时间增大的过程中，感官评分先增大后降低，因此时间的影响较为明显，其有一定的交互作用。

当水为15 g，时间为20 min 时，盐与温度对感官评分的影响见图8。

由图8 可知，响应面坡度较陡，而盐的上升过程，感官评分变化不大，时间增大的过程中，感官评分先增大后降低，乘抛物线状，因此温度的影响较为明显，其交互作用不明显。

当水为15 g，温度为120 ℃时，盐与时间对感官评分的影响见图9。

由图9 可知，响应面坡度较陡，而盐的上升过程，感官评分变化不大，时间增大的过程中，感官评分先增大后降低，，因此温度的影响较为明显，其交互作用不明显。

当时间为20 min，温度为120 ℃时，盐与水对感官评分的影响见图10。

由图10 可知，响应面坡度较陡，而盐的上升过程，感官评分先增大后急剧下降，水增大的过程中，感官评分先增大后下降，其有一定的交互作用。

2.5.2 最优化生产工艺的确定及验证

经Minitab 15 响应优化器对感官评分同时进行优化。目标、望目、上线、权重、重要性如表3 所示，当X1=0.29，X2=15.5，X3=19.4，X4=120.3 时，可得感官评分94的最佳条件。

表3 响应值优化器设置Table 3 Response value optimizer settings

由于生产实践过程中，受压力蒸汽灭菌锅温度设定的限制，温度设定为120 ℃时最接近最佳温度值。最终确定最佳工艺条件为：草鱼片100 g、去腥剂10 g、白砂糖1 g、味精0.06 g、葱粉0.03 g、姜粉0.06 g、蚝油4 g、盐0.29 g、水15.5 g、温度120 ℃、时间19.4 min。再采用该最佳工艺条件进行感官实验验证，平行3 次实验取平均值，得到感官评分为93.5 分，与试验数据基本相符，说明回归方程可以用于实践。

3 结论

本研究以单因素试验为基础，以粉蒸鱼的品质感官评分为响应值，以盐量、水量、加热温度、加热时间为影响因素进行响应面设计，通利用统计学方法对该模型进行了显著性检验，优化了内在因素水平，探讨了各因素间的交互作用分析，并且根据生产实际情况，得出最佳工艺条件：草鱼片100 g、去腥剂10 g、白砂糖1 g、味精0.06 g、葱粉0.03 g、姜粉0.06 g、蚝油4 g、盐0.29 g、水15.5 g、温度120 ℃、时间19.4 min。在该实验条件下，粉蒸鱼的品质感官评分为93.5 分。该研究对于微波冷冻料理淡水鱼制品的研发提供参考，具有一定的理论价值和实际应用前景。

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