响应面分析法优化虾油酱腌菜工艺

贾朝爽，赵子彤，单长松，刘娟，周涛,吴澎*

1(山东农业大学 食品学院，山东省高技食品加工技术与质量控制重点实验室，山东 泰安，271018) 2(山东农业大学 园艺科学与工程学院，山东 泰安，271018)

我国生产酱腌菜已有200多年的历史，传统酱腌菜生产大都采用手工制作方式，这种制作方式存在生产设备落后、生产者劳动强度大、生产产品产量低、生产环境易污染和腌制过程慢等缺点[1-3]。目前酱腌菜行业存在较多的食品安全问题，如亚硝酸盐含量超标，防腐剂添加过多，添加剂含量过高等，严重背离了人类日益增长的消费需求[4-6]。因此，在保证酱腌菜品质的同时，如何生产出色香味俱全，又可以符合大众消费需求的酱腌菜制品，具有重要的意义。近年来，越来越多的人通过对酱腌菜的低盐化生产工艺与接种发酵来降低酱腌菜的不安全因素[7-8]。

虾油中含有丰富的人类所必需的二十碳五烯酸(eicosapntemacnioc acid， EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid， DHA)，它们可以预防心脑血管疾病、炎性反应疾病、恶性肿瘤、痴呆症、 糖尿病、视力退减等[9]。研究表明，芥菜头作为酱腌菜的一种，其中含有大量的生物胺，对提高人体健康有着重要的意义[10]。本试验以虾油酱腌菜为试验材料，在单因素试验的基础上，采用响应面法对虾油酱腌菜的腌制工艺参数进行优化，旨在提高虾油酱腌菜的品质与腌制速度。

1 材料与方法

1.1 原料

芥菜头：要求以新鲜饱满、无虫害、成熟度适中的大头菜经过高浓度的食盐腌制而成的半成品；虾油(东古一品鲜)、食糖、CaCl2等辅料均为市售优级，符合食用标准；水必须符合国家颁布的《生活饮用水卫生标准》。

1.2 主要试剂

AgNO3、铬酸钾、NaOH，以上均为分析纯；酚酞(指示剂)

1.3 仪器设备

电子天平、UV-8000紫外可见分光光度计、酸式滴定管、碱式滴定管、滴定架、腌菜缸或腌菜罐、菜刀、案板、真空包装机、食品包装袋等。

1.4 加工工艺流程

选料→切菜→配料→酱制→装袋→抽真空封口→检查→杀菌→冷却→保温检验→装箱

1.5 加工方法

将芥菜头切成丁(经感官鉴定丁比丝口感好)，选取红糖、CaCl2、虾油和酱油按一定比例添加到原料中，按不同腌制时间在室温下进行腌制。

1.6 试验因素设计与优化

1.6.1 单因素试验优化腌制工艺

1.6.1.1 酱油与虾油体积比对芥菜丁品质的影响试验

本试验设置5个处理组，各个处理组准确称取芥菜丁100 g，分别放入1 000 mL烧杯中。在同一试验条件下，按质量分数加入酱油与虾油体积比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，红糖添加量3%，CaCl2添加量0.1%，腌制14 h，取出沥干，对其进行感官测评。

1.6.1.2 红糖添加量对芥菜丁品质的影响试验

本试验设置5个处理组，各个处理组准确称取芥菜丁100 g，分别放入1 000 mL烧杯中。在同一试验条件下，按质量分数加入红糖添加量分别为1%、2%、3%、4%、5 %，酱油与虾油体积比为3∶1，CaCl2添加量0.1%，腌制14 h，取出沥干，对其进行感官测评。

1.6.1.3 CaCl2添加量对芥菜丁品质的影响试验

本试验设置5个处理组，各个处理组准确称取芥菜丁100 g，分别放入1 000 mL烧杯中。在同一试验条件下，按质量分数加入CaCl2添加量分别为0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，酱油与虾油体积比为3∶1，红糖添加量3%，腌制14 h，取出沥干，对其进行感官测评。

1.6.2 响应面试验设计

为综合考虑各因素对芥菜丁品质的影响，在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，以芥菜丁品质综合得分为优化指标，选取酱油与虾油之比、红糖添加量、CaCl2添加量3个因素进行优化设计，因素水平设计见表1。

表1 响应面试验设计因素水平及编码

1.6.3 产品评价方法

请10位有过品评经验的食品专业人员按照下面的感官评分标准对产品品质进行评价，感官评定的最终得分取10人评判分数的平均值(注：每次感官测定人数不变)，感官评分标准见表2。

表2 虾油酱腌菜的感官评分标准

1.6.4 数据处理与分析

利用Design Expert 8.0.6软件，对响应面试验结果进行多元线性回归分析，拟合二阶多项式方程，研究酱油与虾油体积比、红糖添加量、CaCl2添加量对芥菜丁品质的影响[11]。并对得到的回归方程的系数进行显著性比较，进一步分析试验因素及水平对响应值的影响。

1.7 理化指标检验

1.7.1 水分含量测定采用GB/T 5009.3—2003食品中水分的测定方法中的直接干燥法

1.7.2 总酸的测定[12]参考GB/T 12456—2008

1.7.3 食盐的测定[12]参考GB/T 12457—2008

2 结果与讨论

2.1 单因素试验优化腌制工艺

2.1.1 酱油与虾油体积比对感官评分的影响

从图1中可以看出，酱油与虾油体积比对芥菜丁品质有一定的影响。当酱油与虾油体积比为5∶1时，芥菜丁的感官评分最高，随着酱油加入量的逐渐增加，感官评分逐渐下降。这是因为随着酱油量的增大，虾油的鲜味逐渐被覆盖，甜味变小，咸味太重，影响芥菜丁的品质。当酱油添加量较少时，导致腌制液不足，芥菜丁腌制不充分，鲜味太重，口感差；颜色太浅，视觉效果也明显变差。

图1 酱油与虾油之比对感官评分的影响Fig.1 Effect of the ratio of soy sauce and shrimp sauce addition on the sensory score

2.1.2 红糖添加量对感官评分的影响

从图2中可以看出，红糖添加量对芥菜丁品质也会产生一定的影响。随着红糖添加量的不断增加，芥菜丁的感官评分先缓慢升高，之后又呈现出下降的趋势，当红糖添加量为3%时，芥菜丁的感官评分最高。当红糖添加量较少时，不足以中和酱油与虾油的鲜味和香味，色泽也较浅，使芥菜丁品质变差；红糖添加量较多时，又掩盖了酱油与虾油的鲜味与香味，色泽变得太重，也会导致芥菜丁品质下降。

图2 红糖添加量对感官评分的影响Fig.2 Effect of brown sugar addition on the sensory score

2.1.3 CaCl2添加量对感官评分的影响

从图3中可以看出，CaCl2添加量也会对芥菜丁品质产生影响。经研究，直接将CaCl2加入到酱菜中能够起到很好的保脆效果[13]，但并不是添加量越大保脆效果越好，控制CaCl2添加量为0.1%时就能起到很好的保脆效果[14]，而且此时感官评分最高。

图3 CaCl2添加量对感官评分的影响Fig.3 Effect of calcium chloride addition on the sensory score

2.2 响应面法优化试验及结果分析

2.2.1 回归方程的建立

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken 试验设计原理[15]，选取酱油∶虾油(A)、红糖添加量(B)、CaCl2添加量(C)进行3因素3水平的响应面分析，以品质综合得分(Y)为测量指标，试验设计方案和结果见表3。采用Design-Expert 8.0软件对试验数据进行回归分析，回归方程式为：Y=91.08+3.86A-2.79B+0.050C-0.45AB+0.58AC-0.62BC-6.04A2-9.04B2-8.12C2。由表7可知p<0.000 1，表明在置信区间为0.01时，响应回归模型达到极显著水平，失拟项p=0.937 3>0.05，在置信区间为0.05时差异为不显著，说明方程对试验的拟合情况较好，试验误差小。各因素与响应值之间的线性关系明显，可以用此模型来分析和预测虾油酱腌菜的感官评分。

表3 响应面分析方案及试验结果

表4 回归方程方差分析表

注：**表示极显著，*表示显著。

由回归模型的方差分析结果可得，在置信区间为0.01时，方程的一次项A、B、C、BC与二次项A2B2C2对虾油酱腌菜感官评分影响达极显著水平。分析各个因素的影响程度，各因素的F值可以直接反映不同因素对试验指标的重要性，F值越大，表明对试验指标的影响就越大[16]。从方差分析表可知，各因素对虾油酱腌菜感官评分影响程度的大小顺序依次为酱油：虾油(A)>红糖添加量(B)>CaCl2添加量(C)。

2.2.2 响应面分析

根据上述回归方程及回归模型方差分析表绘出虾油酱腌菜工艺三维响应面图，如图4～图6。考查所拟合的响应面的形状，分析不同因素对虾油酱腌菜品质感官评分的影响。

图4 酱油与虾油之比与红糖添加量交互影响Fig.4 Interactive effects of soy sauce and shrimp sauce addition and brown sugar addition

图5 酱油与虾油之比与CaCl2添加量交互影响Fig.5 Interactive effects of soy sauce and shrimp sauce addition and calcium chloride addition

图6 红糖添加量与CaCl2添加量交互影响Fig.6 Interactive effects of brown sugar addition and calcium chloride addition

图4所示为当CaCl2添加量为零值时，酱油与虾油体积比和红糖添加量对感官评分的影响以及两者之间的交互作用。当酱油与虾油之比不变时，虾油酱腌菜的感官评分随红糖添加量的增加呈先上升后下降的趋势；当红糖添加量不变时，感官评分随酱油与虾油比例逐渐增加呈现先上升后下降的趋势，此外，由等高线的疏密程度也可以看出与红糖添加量相比，酱油与虾油体积比对虾油酱腌菜的感官评分影响较大。

图5所示为当红糖添加量为零值时，酱油与虾油体积比和CaCl2添加量对感官评分的影响以及两者之间的交互作用，当酱油与虾油体积比不变时，虾油酱腌菜的感官评分随CaCl2添加量的增加呈先上升后下降的趋势；当CaCl2添加量不变时，感官评分随酱油与虾油体积比逐渐增加呈现先上升后下降的趋势，此外，由等高线的疏密程度也可以看出与红糖添加量相比，酱油与虾油体积比对虾油酱腌菜的感官评分影响较大。

图6所示可知当酱油与虾油体积比为零值时，红糖添加量和CaCl2添加量对感官评分有显著影响。当红糖添加量不变时，虾油酱腌菜的感官评分随CaCl2添加量的增加呈先上升后下降的趋势；当CaCl2添加量不变时，感官评分随红糖添加量逐渐增加呈现先上升后下降的趋势。

2.2.3 验证试验

根据响应面得到的结果，利用Design-Expert 8.0.6软件处理所得到的数据，从中我们可以得到一组感官评分最高的虾油酱腌菜的配方：芥菜丁100 g，酱油与虾油体积比为3.318，红糖添加量为2.87%，CaCl2添加量为0.04%。在此条件下得到的虾油酱腌菜感官评分为91.90分。为了验证模型的可靠性，在优化工艺条件下重复试验3次，得到虾油酱腌菜的感官评分分别为91.9、91.0、91.5。感官平均得分为91.80，与理论值预测值91.90分相比，其相对误差约为0.1%，表明得到的回归模型与实际情况拟合度较好，进一步验证了该模型的可行性，说明运用响应面软件优化后所得到的回归方程具有实践指导意义。

2.3 理化指标的测定

由表5可知，通过对芥菜进行腌制之后，含盐量大幅度下降，考虑到这应是由于脱水之后所产生的效果；总酸有小幅度的下降，说明腌制并不影响酱腌菜中的总酸；含水量有一定程度的提高，认为应该是在腌制过程中加入了虾油，所以才使得虾油酱腌菜的含水量有了提升。

表5 理化指标的比较

3 结论

本文通过单因素试验，根据Box-Behnken Design原理，选取酱油与虾油体积比、红糖添加量、CaCl2添加量进行3因素3水平中心组合试验，确定了最优组合条件为：芥菜丁100 g，酱油与虾油体积比为3.318，红糖添加量为2.87，CaCl2添加量为0.04%。感官平均得分为91.80，与理论值预测值91.90分相比，其相对误差约为0.1%，验证了数学模型的有效性，说明响应面分析法优化虾油酱腌菜腌制工艺技术参数是可行的。

本研究所得的虾油酱腌菜颜色鲜艳，有光泽，咸味适中，口感细腻，质地均匀，具有虾油特有的鲜味且香味浓郁，无异味。虾油酱腌菜作为一种新颖的酱腌菜制品，既保留了虾油的独特鲜味又拥有荠菜丁的特质，达到了色香味俱全且营养价值极高的目的。

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