响应面法优化山葵叶柄调味菜防腐工艺

林燕如，卢云浩，何强

（四川大学轻纺与食品学院，成都 610065）

响应面法优化山葵叶柄调味菜防腐工艺

林燕如，卢云浩，何强*

（四川大学轻纺与食品学院，成都 610065）

为优化山葵叶柄调味菜的防腐杀菌工艺，在单因素试验的基础上，选择杀菌温度（℃）、杀菌时间（min）、p H值以及山梨酸钾添加量（%）为自变量，利用Box-Behnken设计方法进行四因素三水平试验设计。以层次分析法（AHP）整合感官评价指标和微生物指标所得综合分数为响应值，进行响应面分析。试验结果表明：影响山葵叶柄调味菜防腐杀菌工艺的因素按主次顺序排列为杀菌温度＞p H＞山梨酸钾＞杀菌时间。最终确定最佳杀菌防腐工艺条件为：杀菌时间18.23 min，杀菌温度77.54℃，p H 5.34，山梨酸钾0.06%。在此条件下，得到综合分数8.84。实验联合巴氏杀菌及防腐剂使用，在食用安全的前提下保证产品食用感官。

响应面分析；山葵；层次分析法；杀菌；防腐

山葵（Wasabia japonica）又名山嵛菜，为十字花科山葵属植物，由于其经济价值高，近年来国内大面积种植。但现阶段对于山葵的开发利用仅限于山葵的根茎，使得大量的山葵叶柄废弃物产生。为了提高山葵茎叶的利用率，减少资源浪费，固使用山葵叶柄为原料开发一款即食型调味菜。

在诸多影响食品安全的因素中，产品包装后的杀菌防腐为最重要的环节之一［1］。目前用于加工即食型性调味菜的杀菌防腐方式有巴氏杀菌、超高压杀菌、微波杀菌、防腐剂杀菌以及多种杀菌方式联合使用等，其中巴氏杀菌最适于工业化运用。对于本产品而言，杀菌温度过高影响产品口感，而杀菌温度过低不能有效地杀灭微生物，达到食用安全的标准。为了确保山葵叶柄调味菜在安全食用的前提下提升食用口感，本试验采用巴氏杀菌联合防腐剂杀菌的方法，结合层次分析法整合感官评价指标及微生物指标，通过响应面法的实验设计优化，提供最佳的山葵叶柄调味菜的工艺参数，为产品的工业化提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山葵叶柄：当地（成都）农业公司提供；山梨酸钾、柠檬酸：均为食品级。

1.2 仪器与设备

H H-B11.500-BY电热恒温培养箱：上海跃进医疗器械有限公司。

1.3 试验方法

工艺流程：原料选择→清洗→腌制→分切→脱盐→漂烫→护色保脆→调配→包装→杀菌→成品。

1.4 评价体系的建立

层次分析法（AHP）是将与决策有关的元素进行定性和定量分析的比测方法［2］。可在各因素间进行比较和计算，得出不同方案的权重，为最佳方案提供选择的依据，对于感官、微生物评价构建矩阵中B，C为不同的指标，评价者需要对两两指标间的相对重要程度做出对比和比值判断［3－5］。为了使各主次关系由模糊化转为量化，固引入重要性标度含义表。

对于综合指标的5个部分及C1外观、C2色泽、C3组织结构、C4滋味气味以及C5菌落总数。根据表1、表2的标度和评价人意见填写矩阵B，并计算特征向量及标准化，得到各指标权重值Wi，计算出对应最大特征值λmax，以便进行一致性检验［6］。矩阵：

一致性检验值为0.0720＜0.10（合格），

根据上述计算方法，山葵叶柄调味菜综合评判的5个指标权重Wi分别为：外观0.037、色泽0.0682、组织结构0.1402、滋味气味0.2753、菌落总数0.4793。将各指标分数分别与对应Wi相乘后得综合分数。

1.5 测定方法

1.5.1 山葵叶柄调味菜感官的评测

由有食品专业背景的8个人组成感官评定小组，感官评分标准见表1。

1.5.2 山葵叶柄调味菜微生物的评测

杀菌防腐处理后，放置于37℃保温箱培养，按照GB 4789.2－2010测定菌落总数。参考DB 32／T 175－2008设计，见表2。由预实验可知15天后菌落总数达到最大值，再无增加，所以选定第15天测定微生物指标。

表2 微生物评分评价标准Table 2 Microorganism evaluation criteria

1.6 单因素试验

分别以不同的杀菌温度（℃）、杀菌时间（min）、p H值以及山梨酸钾添加量（%）为单因素，考察各单因素对综合分数的影响。

1.7 响应面法试验设计

在单因素实验基础上，采用Box-Behnken设计方案，确定杀菌温度（℃）、杀菌时间（min）、p H值以及山梨酸钾添加量（%）自变量，分别用A，B，C，D来表示，并以＋1，0，－1分别代表变量水平。以方程xi＝（Xi－X0）／ΔX对自变量进行编码，ΔX为变量变化步长。由单因素试验可知，各单因素对应的0变量水平分别为时间15 min（变量5 min），温度75℃（变量5℃），p H 5.0（变量0.5），山梨酸钾0.08%（变量0.02%），运用Design Expert 8.0.6软件对数据进行分析，得出最佳杀菌防腐工艺条件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验及其分析

2.1.1 各单因素对综合分数的影响

图1 各单因素对综合分数p的影响Fig.1 Effect of each factor on the composite score

在固定杀菌时间15 min、p H 5.0、山梨酸钾添加量0.08%的条件下，考察杀菌温度对综合分数的影响，见图1。温度对综合分数的影响显著，随着杀菌温度的升高，综合分数先上升后略微下降。杀菌温度过低导致微生物杀灭不完全，山葵叶柄调味菜有异味，而杀菌温度过高影响山葵叶柄调味菜口感，所以75℃为最适宜杀菌温度。

在固定杀菌温度75℃、p H 5.0、山梨酸钾添加量0.08%的条件下，考察杀菌时间对综合分数的影响，见图1。随着杀菌时间的增长，综合分数先升高，15 min后平缓下降。杀菌时间过长会引起山葵叶柄调味菜中水分析出，造成油水分离的现象，影响食用感官与口感，与吴丹等［7］的研究结果一致，所以15 min为最适杀菌时间。

在固定杀菌温度75℃、杀菌时间15 min、山梨酸钾添加量0.08%的条件下，考察p H对综合分数的影响，见图1。p H对综合分数影响显著，随着p H的升高，综合分数呈现先升高后下降的趋势，在p H 5.0时达到最高综合分数。由于大多数与食品相关的微生物的适宜p H范围为5～8，通过酸化调节p H能有效地抑制微生物的生长［8，9］。但是p H过低使得口感酸涩，影响产品食用，所以p H 5.0为最适值。

在固定杀菌温度75℃、杀菌时间15 min、p H 5.0的条件下，考察山梨酸钾添加量对综合分数的影响，见图1。依据GB 2760－2014标准，梯度设置山梨酸钾的添加量。随着用量的提升，综合分数呈上升趋势，0.06%之后上升缓慢。山梨酸钾为亲脂性的有机酸，可降低细胞内环境p H，影响蛋白质合成等相关功能，从而起到抑制微生物生长的作用［10］。由图1可知，山梨酸钾添加量为0.08%时综合分数趋于稳定，故选择0.08%为较优值。

2.2 响应面试验结果与分析

2.2.1 回归模型的建立及显著性检验

由Design Expert 8.0.6统计分析软件分析试验，包括29个试验方案，其中24个为析因点试验，在A，B，C，D 4个因素构成的三维顶点区间取值试验。5个为零点试验及中心试验，对其重复5次用于估算误差。对试验数据进行多元回归拟合，获得综合分数对自变量杀菌时间A、杀菌温度B、p H C、山梨酸钾D的二次回归方程如下：

综合分数＝8.62＋0.019A＋0.4B＋0.17C－0.042D＋0.021AB－0.072AC－0.039AD＋0.14BC＋0.039BD－0.04CD－0.015A2－0.46B2－0.18C2＋0.002881D2。

所得回归模拟方程的方差分析见表3。

表3 回归分析结果Table 3 Regression analysis results

由表3可知，P模型＜0.01，表明模型极显著；综合分数失拟项P＝0.166，表明失拟不显著，所选二次回归模型适当。该回归模型的总决定系数R2＝0.9515，调整决定系数RAdj2＝0.9031，说明该模型的拟合程度较好，模型成立。由表3可知，山葵叶柄调味菜杀菌防腐工艺的参数中，影响综合分数的因素按主次顺序排列：杀菌温度＞p H＞山梨酸钾＞杀菌时间。对回归系数显著性检验，模拟一次项A（杀菌温度），B（p H）（P＜0.01）差异极显著，表明杀菌温度和p H对综合分数影响显著。

2.2.2 响应面分析

山葵叶柄调味菜杀菌防腐工艺中，杀菌温度、杀菌时间、p H、山梨酸钾4个因素之间交互作用对综合分数的影响见图2。

图2 两因素交互作用对综合分数影响的响应面图Fig.2 Response surface plots of the effects of two factors interaction on the composite score

由图2中A可知，随着p H和杀菌时间同时增大，综合分数呈先增大后降低的趋势，两因素对综合分数的影响相当。由图2中B可知，p H和杀菌温度对综合分数的影响明显，呈抛物线形状，即随着p H和杀菌温度的同时增大，综合分数呈先增大后降低的趋势。由图2中C可知，p H对综合分数影响大于杀菌温度，随着p H增大，综合分数呈先上升后下降的趋势。剩余三组两两因素间交互作用不明显。

2.2.3 模型的检验

通过软件分析得到山葵叶柄调味菜杀菌防腐工艺最佳工艺参数为杀菌时间18.23 min，杀菌温度77.54℃，p H 5.34，山梨酸钾0.06%，在此条件下综合分数为8.84。为检验实验的可靠性，选取杀菌时间18 min，温度77.5℃，p H 5.3，山梨酸钾0.06%进行3次平行实验，得到综合分数8.76，与模型预测基本一致，说明该模型能较好地模拟山葵叶柄调味菜的防腐杀菌工艺，为工业化生产提供理论依据。

3 结论

本研究采用巴氏杀菌联合防腐剂杀菌的工艺，对山葵叶柄调味菜进行杀菌防腐处理，该工艺能在保证食品食用安全的基础上，最大程度保持产品的可口风味和食用感官。

为进一步优化杀菌防腐工艺，本试验考察杀菌时间、杀菌温度、p H、山梨酸钾4个因素对产品综合分数的影响。为使感官评测与微生物指标得以统一，故引入层次分析法（AHP）整合两个指标，得到具有科学性、可量化性的综合分数指标。通过单因素试验及响应面试验设计，影响山葵叶柄调味菜防腐杀菌的工艺因素按主次顺序排列为杀菌温度＞p H＞山梨酸钾＞杀菌时间。最终确定最佳杀菌防腐工艺条件为：杀菌时间18.23 min，杀菌温度77.54℃，p H 5.34，山梨酸钾0.06%。在此最佳条件下，得到综合分数8.84，该模型可指导实际生产。

［1］尼海峰，熊发祥，邓冕，等.不同杀菌方式对低盐榨菜品质的影响［J］.食品与发酵科技，2011，47（2）：69-71，78.

［2］伍晓玲，项昭保，刘禹盟.层次分析法在食品工业中的应用［J］.食品研究与开发，2016，37（1）：208-211.

［3］Saaty T L.An exposition of the AHP in replay to the paper remarks on the analytic hierarchy process［J］.Management Science，1990，36（3）：259-268.

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［9］张文治.新编食品微生物学［M］.北京：中国轻工业出版社，1995.

［10］冷关庭.食品添加剂手册［M］.北京：化学工业出版社，1993.

Optimization of the Sterilization Process ofWasabia japonicaPetiole Seasoning by Response Surface Methodology

LIN Yan-ru，LU Yun-hao，HE Qiang*
（College of Light Industry，Textile and Food Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

In order to optimize the sterilization and preservation process ofWasabia japonicapetiole seasoning，on the basis of single factor test，select sterilization temperature（℃），sterilization time（min），p H value and additive amount of potassium sorbate（%）as the independent variables，Box-Behnken design method is used to design the four-factor three-level experiment.The composite score of the integrated sensory evaluation index and microorganism index is analyzed by analytic hierarchy process（AHP）.The experimental results show that the factors that affect the sterilization and preservation process ofWasabia japonicapetiole seasoning are arranged in the order of sterilization temperature＞p H value＞potassium sorbate＞sterilization time.The optimum composite score is 8.84 when sterilization time is 18.23 min，sterilization temperature is 77.54℃，p H value is 5.34 and potassium sorbate is 0.06%.This experiment is combined with pasteurization and preservative，and it ensures the product consumption sense while eating safety.

response surface analysis；Wasabia japonica；analytic hierarchy process（AHP）；sterilization；preservation

TS264.9

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.004

1000-9973（2017）10-0015-05

2017－04－15 *通讯作者

林燕如（1990－），女，四川成都人，硕士，研究方向：农产品加工及贮藏工程。