响应面法优化沙葱的自然发酵工艺

张婷，杨波，罗瑞明*，王生军，胡聪，张伟威，刘洋，王薇

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川750021；2.宁夏大学生命科学学院，宁夏银川750021；3.宁夏白云食品有限公司，宁夏石嘴山53400）

响应面法优化沙葱的自然发酵工艺

张婷1，杨波2，罗瑞明1*，王生军3，胡聪1，张伟威1，刘洋1，王薇1

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川750021；2.宁夏大学生命科学学院，宁夏银川750021；3.宁夏白云食品有限公司，宁夏石嘴山53400）

为优化沙葱自然发酵的工艺条件，以总酸度及感官评定为响应值，通过中心组合设计试验及响应面法分析研究不同菜添加量、加盐量、香辛料添加量对沙葱腌制品质的影响。结果表明，其最佳工艺方法为沙葱用盐水预腌8 h左右后，再将剩下的1/4盐和菜分层入罐，盐总添加量6%，沙葱添加量50%，香辛料（辣椒/花椒/茴香/生姜=10∶1∶1∶1）添加量2.5%。在此条件下，发酵的沙葱总酸度为1.25 g/100 mL，感官评分为90.3分，与模型预测值总酸度1.30 g/100 mL和感官评分91.8分基本相符。该沙葱发酵的最佳工艺参数在生产上具有一定的指导意义。

沙葱；发酵条件；工艺优化；响应面分析

沙葱（Allium mongolicum Regel），百合科葱属，又名蒙古韭菜、山葱、野葱、胡穆利（蒙语）等[1]，属多年生草本植物。分布于蒙古国南部、俄罗斯和哈萨克斯坦以及我国西北的内蒙古、甘肃、新疆等地[2]，是沙漠草甸植物的伴生植物，常生于海拔较高的砂壤戈壁中，因其形似幼葱，故称沙葱。茎叶针状，开白色小花，其叶、嫩茎和花苞均具有辛辣味，辛辣味比其他葱韭更鲜更浓。沙葱不仅风味独特、营养丰富，还具有一定的药理作用，据蒙药典记载：沙葱具有降血脂、降血压、健肾壮阳、开胃消食、治便秘等特殊功效，食之能治肠炎、赤白痢、腹泻等疾病，被誉为“菜中灵芝”[3-4]。

沙葱是西北地区人民喜爱的优良佳肴，其食用方法有很多：凉拌、调味、炒食、做馅、腌渍等，均有不可多得的美味。但沙葱的季节性强，可食用的茎部非常嫩不易久储，研究表明，沙葱腌制后粗蛋白含量有所升高[5]，其本身所有的营养成分均可保留，且腌制后存储保质期可达五个月，提高沙葱利用率的同时，还增加了沙葱食用方式的多样性。本研究采用响应面分析法[6-7]，对其发酵工艺进行优化，以期获得最佳工艺参数，充分利用山区野菜资源的同时，探索沙葱的腌制工艺和调控技术，为开发沙葱系列山野菜产品打下一定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 原料

沙葱：市售，当季新鲜；食盐、辣椒、生姜、茴香、花椒：市售。

1.1.2 主要试剂

氢氧化钠（分析纯）：北京康普汇维科技有限公司、乙醇（分析纯）：深圳市迪创化工有限公司；甲醛（分析纯）：杭州永星五交化有限公司。

1.1.3 培养基

马铃薯葡萄糖琼脂培养基：称取马铃薯200 g，去皮洗净切成小块，加水1 000 mL煮沸30 min或高压蒸煮20 min，纱布过滤，加17～20 g琼脂和10～20 g葡萄糖，充分溶解后用纱布趁热过滤，分装，121℃灭菌20 min，冷却后贮存备用[8]。

1.2 仪器与设备

GMSX-280型手动控制压力蒸汽灭菌器：北京市永光明医疗仪器有限公司；101-3型恒温干燥箱：上海东星建材试验设备有限公司；HDL洁净工作台：北京东联哈尔仪器制造有限公司；LRH系列生化培养箱：上海一恒科技有限公司；PHS-3CpH计：上海精科仪器有限公司；AL204型电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；HH-S2恒温水浴锅：北京长源实验设备厂。

1.3 试验方法

1.3.1 发酵过程指标监测

大肠菌群按照GB 2714—2003《酱腌菜卫生标准》中规定进行；总酸含量（以乳酸计）测定采用直接滴定法[9]。

感官评价：请10位有经验的评定人员对沙葱腌制期间的色泽、外观组织、香气、质地、滋味、口感等计分，满分100分，取平均值。感官评分标准[10-11]见表1。

表1 腌制沙葱感官评分标准Table 1 Standard of sensory evaluation of pickled Allium mongolicum Regel

1.3.2 沙葱腌制工艺路线

1.3.3 操作要点

分拣、清洗：选取新鲜的沙葱，去除有机械损伤、尾部枯干、老杆等部分以及菜身中夹杂的杂质，小心清洗（其茎部极嫩，避免机械损伤，最好冲洗），沥干。

称量、分装：沙葱按试验设计比例进行称量后分装。

腌制：因沙葱非常脆嫩，将发酵分前后两部分，前发酵预腌8 h左右以后再加盐自然发酵。

放盐：盐分三次放完。将分拣好的沙葱加入调制好的盐水中，预腌的盐水用盐量为总用盐量的1/2左右；在菜最上层撒一层盐保证预腌充分，用盐量为总用盐量的1/4；预腌8 h左右后，将沙葱捞出放入发酵罐中，方法是先放一层沙葱，再撒一层盐，然后再放一层沙葱，再放一层盐，依次进行，沙葱放完盐也要放完，而且盐的量要自下而上依次增多，同时加入辣椒、花椒、生姜和茴香，用卤液澄清液加满发酵罐，保证腌制充分的同时最大化保留发酵风味，用盐量为总用盐量的1/4。

1.3.4 影响沙葱发酵效果的单因素试验

本试验中，发现沙葱腌制品在整个发酵过程中7～15 d风味最佳，选取第10天各组沙葱腌制品进行总酸测定及感官评价。

盐添加量的影响：沙葱添加量50%，香辛料（辣椒/花椒/茴香/生姜=10∶1∶1∶1）添加量2%，分别在4%、5%、6%、7%、8%、9%盐添加量条件下，将沙葱发酵10 d，探讨不同盐添加量对沙葱发酵效果的影响。

沙葱添加量的影响：盐添加量6%，香辛料添加量2%，分别在30%、40%、50%、60%、70%沙葱添加量条件下，将沙葱发酵10 d，探讨不同沙葱添加量对沙葱发酵效果的影响。

香辛料添加量的影响：沙葱添加量50%，盐添加量6%，分别在0、1%、2%、3%、4%香辛料添加量条件下，将沙葱发酵10 d，探讨不同香辛料含量对沙葱发酵效果的影响。

1.3.5 发酵条件优化试验

在对影响沙葱腌制工艺条件变量的研究中，影响沙葱腌制的因素有很多，根据中心组合试验设计原理[12-13]，综合单因子试验结果，选取不同沙葱添加量（A）、盐添加量（B）、香辛料添加量（C）作为主要试验因子，以总酸度（Y）和感官评分（Z）为响应值，采用3因素5水平二次回归正交组合设计试验[14]，对沙葱自然发酵工艺参数进行优化，试验因素水平见表2。

表2 发酵工艺优化响应面试验因素与水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology for fermentation process optimization

2 结果与分析

2.1 影响沙葱发酵效果的单因素试验

2.1.1 盐添加量的影响

图1 盐添加量对总酸度和感官评分的影响Fig.1 Effect of salt concentration on total acidity and sensory score

由图1可知，沙葱发酵第10天时，随着盐添加量的增大，发酵液的总酸度总体逐渐降低，沙葱的感官评分先升高后降低。总酸度变化不大，波动在0.05 g/100 mL以内；感官评分随盐添加量的不同变化较大，食盐在蔬菜腌制中起着至关重要的作用，盐添加量较低时，沙葱淡而无味，口味偏酸，盐添加量较高时沙葱滋味偏咸，口感较差，其中当盐添加量为6%左右时感官评分达到最高分，沙葱各方面的风味品质最好，因此，选择盐添加量为6%较为恰当。

2.1.2 沙葱添加量的影响

图2 沙葱添加量对总酸度和感官评分的影响Fig.2 Effect of AMR addition on total acidity and sensory score

由图2可知，沙葱发酵第10天时，随着沙葱添加量的增加，发酵液的总酸度逐渐升高，沙葱的感官评分先升高后降低。总酸度变化不大，波动在0.1 g/100 mL以内；感官评分随沙葱添加量的不同变化较明显，沙葱添加量较少时菜的颜色比菜较多时更黄，且滋味偏咸，沙葱添加量较多时菜的脆度较差，滋味较淡，其中当菜添加量为50%时感官评分达到最高分，沙葱的色泽、质地、口感等各方面的风味品质最好，因此选择菜添加量为50%较为恰当。

2.1.3 香辛料添加量的影响

图3 香辛料添加量对总酸度和感官评分的影响Fig.3 Effect of spices addition on total acidity and sensory score

由图3可知，沙葱发酵第10天时，随着香辛料添加量的增加，发酵液的总酸度变化不大，沙葱的感官评分先升高后降低。总酸度变化很小，波动在0.03 g/100 mL以内；感官评分随香辛料添加量的不同变化较明显，香辛料的加入能增加沙葱发酵后的复合香气，但添加量偏高反而掩盖了沙葱本身的菜香，其中当香辛料添加量为2%时感官评分达到最高分，沙葱各方面的风味品质最好，因此选择香辛料添加量为2%较为恰当。

2.2 中心组合设计试验及响应面法优化发酵工艺

在单因素试验的基础上，采用响应面法优化发酵条件，结果见表3。

利用Design expert 8.0软件[15-16]，分别以总酸度（Y）和感官评分（Z）为响应值，对方程模型进行回归统计分析，方差分析结果见表4和表5。对表3数据进行二次多元回归拟合，得到二次回归拟合方程为：

从表4可看出，回归模型为极显著水平（P＜0.000 1），因变量与所考察自变量之间的线性关系显著（R2＝0.997 5），模型调整确定系数R2Adj＝0.993 0，即该模型能解释99.3%响应值的变化，失拟项不显著（P＝0.520 4＞0.05），说明该模型与实际试验基本吻合，一次项A、B，二次项A2、B2和C2都表现为影响影响极显著，对响应值影响极大，方程的交互项的影响也是极显著的，各因素之间是二次关系。由表5可知，回归模型为极显著水平（P＜0.000 1），因变量Z与所考察自变量之间的线性关系显著（R2＝0.999 4），模型调整确定系数R2Adj＝0.998 2，即该模型能解释99.82%响应值的变化，失拟项不显著（P=0.659 1＞0.05），说明该模型与实际试验基本吻合，除一次项C影响不显著和二次项BC影响为显著水平外，其余各项均为极显著水平。以上两个方程对实验的拟合情况都良好，可以对产品的总酸度和感官品质进行估算。

由此模型绘制的沙葱添加量、盐添加量和香辛料添加量之间的交互作用对总酸度和感官评分影响的响应面和等高线图分别见图4、图5。

表3 发酵工艺优化响应面试验结果Table 3 Results of response surface methodology for fermentation process optimization

表4 以总酸度为响应值的方差分析Table 4 Variance analysis using total acid as response value

表5 以感官评分为响应值的方差分析Table 5 Variance analysis using sensory score as response value

图4 各因素两两交互作用对总酸度影响的响应面及等高线Fig.4 Response surface plot and contour line of effect of interaction between each factors on total acidity

由图4可知，随着沙葱添加量的增加，总酸度逐步上升，随着盐添加量的增加，总酸度先上升后下降；沙葱添加量对总酸度的影响要大于香辛料添加量的效应，与统计结果相符；盐添加量为5.5%、香辛料添加量为2%时总酸度较大。

图5 各因素两两交互作用对感官评分影响的响应面及等高线Fig.5 Response surface plot and contour line of effect of interaction between each factors on sensory score

由图5可知，随沙葱添加量的增加感官评分呈现为先上升后下降，盐添加量对感官评分影响显著，两者的交互作用很显著[17]；沙葱添加量和香辛料添加量之间存在显著的交互作用，相比较而言菜添加量对感官评分影响比香辛料添加量显著；盐添加量及香辛料添加量对感官评分都有显著影响。

结果表明，最大总酸度和感官评分的最佳试验参数为盐添加量5.86%，沙葱添加量50.68%，香辛料添加量2.46%。为了便于实际操作，将最佳腌制工艺条件修改为盐添加量6%，沙葱添加量50%，香辛料添加量2.5%。在此优化条件下进行3次平行验证试验，总酸度为1.25 g/100 mL，感官评分为90.3分，与软件优化结果基本相符。

3 结论

试验以沙葱添加量、盐添加量、香辛料添加量为因子，以总酸度（以乳酸计）和感官评分为响应值，通过中心组合设计试验及响应面法优化沙葱自然发酵的最佳发酵条件为盐添加量6%，沙葱添加量50%，香辛料添加量2.5%。由此工艺制得的沙葱腌制产品总酸度为1.25 g/100 mL，感官评分为90.3分，与预测值基本一致。发酵所得的沙葱，味辛而不辣，质地脆嫩，风味独特，是一种营养丰富的山野菜腌制品，开发前景广阔。

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Optimization of nature fermentation process of Allium mongolicum Regel by response surface methodology

ZHANG Ting1,YANG Bo2,LUO Ruiming1*,WANG Shengjun3,HU Cong1,ZHANG Weiwei1,LIU Yang1,WANG Wei1
(1.College of Agricultural,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.College of Life Science,Ningxia University, Yinchuan 750021,China;3.Baiyun Food Co.,Ltd.,in Ningxia,Shizuishan 753400,China)

Using total acidity and sensory evaluation score as response value,central composite design experiments and response surface methodology were adopted to optimize the nature fermentation conditions of Allium mongolicum Regel(AMR).The effect of AMR addition,salt concentrations and spices addition on AMR quality was studied.The results showed that the optimum process methods were as follows:pre-pickled AMR with brine for 8 h,then re-pickled AMR into the cans with the remaining 1/4 salt,salt addition 6%,AMR addition 50%,spice(capsicum/pepper/fennel/ginger=10∶1∶1∶1)2.5%.Under this condition,the total acidity was 1.25 g/100 ml and sensory evaluation score was 90.3,which was basically corresponded to the model prediction value of 1.30 g/100 ml and 91.8,respectively.The processing parameters optimized by response surface experiment in this study had a certain guiding significance in the manufacture of AMR.

Allium mongolicum Regel;fermentation conditions;process optimization;response surface methodology

TS 255.3；TS 255.5

A

0254-5071（2014）10-0094-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.023

2014-08-29

宁夏回族自治区科技支撑计划项目（2012zyn102）

张婷（1990-），女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。

*通讯作者：罗瑞明（1964-），男，教授，博士，研究方向为畜产品贮藏加工和食品生物技术。