响应面法对烤鳗加工工艺的分段优化

祁 立 波, 霍 丽 多, 傅 宝 尚, 姜 鹏 飞,黄 旭 辉, 张 玉 莹, 薛 佳, 秦 磊

( 1.大连工业大学 食品学院， 辽宁 大连 116034；2.大连工业大学 国家海洋食品工程技术研究中心， 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

星鳗(Astrocongermyriaster)，属硬骨鱼纲，是海水鱼类中食用价值较高的鱼类之一，主要分布于北太平洋西部，我国常见于南海及东海区域。星鳗营养价值很高，被称为“水中人参”[1]。鳗鱼肉含有丰富的优质蛋白和人体必需的氨基酸，且含有丰富的“好”脂肪，其中所含的磷脂是脑细胞中不可缺少的营养素，DHA、EPA的含量均比其他海鲜、肉类高，可预防心血管疾病[2]。

我国鳗鱼产品以活鳗和烤鳗为主，鲜、冷鳗和冻鳗为辅[3]。近年来，为满足人们对食品逐渐增高的要求，对鳗鱼产品如烤鳗鱼、鳗鱼干、烟熏鳗鱼以及冻星鳗、调味鳗鱼汁等的研究相继增多。黄巧玲[4]研究了保质期较长的鳗肉干；敖芸皎[5]、潘峰[6]分别研制了鳗鱼调味卤汁和鳗鱼肉复合海鲜酱，丰富了鳗鱼产品。目前市场上也有多种烤鳗鱼产品，胡阳等[7]研制了熏制鳗鱼。但传统的烤鳗鱼均存在产品形态不完整、营养价值低且口感风味差等问题。为赋予烤鳗鱼独特风味并提高嫩度，本试验探讨了烤鳗鱼的加工工艺，以期能够指导生产营养价值高、风味浓郁且嫩度高的烤鳗鱼即食产品，为传统烤鳗鱼的工业化生产提供理论技术支持。

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

冷冻鳗鱼，山东美佳集团有限公司，-30 ℃冷冻运至实验室。

TA XT Plus质构仪，英国Stable Micro System公司；Ultra Scan Pro测色仪，美国Hunter Lab公司；Rational万能烤箱，瑞仙贸易(上海)有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 原料预处理

规格为2 cm×2 cm×2 cm的鳗鱼片经料液腌制60 min后，经蒸制100 ℃、7 min，烤制200 ℃、4 min，真空包装后得到即食烤鳗鱼。

1.2.2 指标检测

1.2.2.1 失重率

鳗鱼在蒸制前用滤纸吸干表面水分，迅速称量其质量，蒸制冷却后同样用滤纸吸干表面水分，再次称重，计算失重率。

失重率=(m0-m′0)/m0×100%

式中：m0为腌制样品加热前的质量，m′0为腌制样品加热后的质量。

1.2.2.2 失水率

鳗鱼碾磨均匀，参照GB 5009.3—2016分别测定蒸制前后的含水量，计算失水率。

失水率=(m1-m′1)/m1×100%

式中：m1为腌制样品加热前的含水量，m′1为腌制样品加热后的含水量。

1.2.2.3 色 度

用测色仪测定L*、a*、b*(CIE)3个指标。L*表示明度，黑色为0，白色为100；a*表示红绿色差，+a*表示红色，-a*表示绿色；b*表示黄蓝色差，+b*表示黄色，-b*表示蓝色。

1.2.2.4 嫩 度

用物性测试仪测定鳗鱼嫩度，探头型号为HDB/BS，剪切速度为1 mm/s，由计算机软件完成数据采集。

1.2.2.5 感官评分

由10名食品专业学生组成感官评定小组，从色泽、形态、气味、味道、口感5个方面评价产品，每项各20分，具体评价标准见表1。

表1 烤鳗鱼感官评定

1.3 单因素试验

选择对烤鳗鱼加工工艺影响显著的4个因素，即蒸制温度、蒸制时间、烤制温度、烤制时间为自变量，优化烤鳗鱼加工工艺。

1.3.1 蒸制温度和蒸制时间的影响

以解冻鳗鱼片为原料，腌制后在蒸制时间7 min、烤制温度200 ℃、烤制时间4 min，蒸制温度分别为80、90、100、110、120 ℃条件下；或在蒸制温度100 ℃、烤制温度200 ℃、烤制时间4 min，蒸制时间分别为3、5、7、9、11 min条件下制备烤鳗鱼，考察蒸制温度、时间对烤鳗鱼失重率、失水率、嫩度的影响。

1.3.2 烤制温度和烤制时间的影响

以解冻鳗鱼片为原料，腌制后在蒸制温度100 ℃、蒸制时间7 min、烤制时间4 min，烤制温度分别为180、190、200、210、220 ℃条件下；或在蒸制温度100 ℃、蒸制时间7 min、烤制温度200 ℃，烤制时间分别为2、3、4、5、6 min条件下制备烤鳗鱼，考察烤制温度、时间对烤鳗鱼感官评分、嫩度、色度的影响。

1.4 响应面试验

1.4.1 响应面法优化蒸制温度和时间

在单因素试验的基础上，选定蒸制温度、蒸制时间为自变量，以蒸制温度90、100、110 ℃，蒸制时间5、7、9 min为自变量水平，并以失重率、失水率、嫩度为响应值，根据中心组合设计模型(central composite design， CCD)的设计原理[8]，应用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面分析与优化试验，确定烤鳗鱼蒸制工艺的最佳参数。

1.4.2 响应面法优化烤制温度和时间

在单因素试验的基础上，选定烤制温度、烤制时间为自变量，以烤制温度190、200、210 ℃、蒸制时间3、4、5 min为自变量水平，并以感官评分、嫩度、色度为响应值，根据中心组合设计模型的设计原理，应用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面分析与优化试验，确定烤鳗鱼烤制工艺的最佳参数。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果

2.1.1 蒸制温度的影响

失重率是指样品在蒸制前后质量的变化率，失水率是指样品在蒸制前后水分含量的变化率[9]。由图1可知，失重率和失水率随蒸制温度升高而增加，且失重率大于失水率，这是由于鱼肉在蒸制过程中，汁液流失不仅包括水，还有蛋白质和脂类等物质[10]。当蒸制温度为100 ℃时，失重率、失水率分别降至22.61%、18.17%；当高于100 ℃时，在肌纤维和胶原纤维不同程度地拉伸和伸缩作用下，使肌肉中的水分、变性的蛋白质和脂肪不断流出，从而使质量损失加重，失重率、失水率增加[11-12]。随蒸制温度的升高，烤鳗鱼肌肉嫩度变化趋势明显，但均在1 300～2 300 g，当蒸制温度为100 ℃时，嫩度达到最大。有研究表明，肌原纤维蛋白和结缔组织蛋白是影响鱼肉制品嫩度最重要的两个因素，在热加工过中，鱼肉肌肉收缩，纤维变短，胶原蛋白溶解，进而引起嫩度变化[13-15]。

(a) 失重率和失水率

(b) 嫩度

2.1.2 蒸制时间的影响

由图2可知，随蒸制时间延长，失重率和失水率总体呈上升趋势，嫩度呈下降趋势。当蒸制时间为7 min时，失重率22.61%，此后质量损失增大；当蒸制时间为5 min时，失水率最低，为16.56%；在7～9 min时，失水率略微下降，可能是由于胶原蛋白在长时间蒸制下变为可溶于水的明胶，持水力加强，失水率降低[16]；当蒸制时间为3 min时，嫩度最大。因此，初步确立烤鳗鱼的预熟化工艺参数为蒸制温度80～100 ℃，蒸制时间5～9 min。

2.1.3 烤制温度的影响

由图3可知，随着烤制温度升高，烤鳗鱼感官评分呈先升后降的趋势；当烤制温度为200 ℃时，感官评分最高，此时烤鳗鱼产品色泽金黄且均匀无杂色和烤焦斑点，香气浓郁，肉质嫩。嫩度随烤制温度升高呈先下降后上升的趋势；当烤制温度为210 ℃时，嫩度最大；当烤制温度低于200 ℃时，嫩度较低，可能是因为烤制温度低，使得传热温差小，短时间内难以使鱼肉蛋白变性[17]，从而影响烤鳗鱼嫩度。由图3可知，随烤制温度的升高，L*变化幅度较大，b*缓慢增加；当烤制温度为190 ℃时，L*、b*达到最大；而a*不随温度升高而变化。

(a) 失重率和失水率

(b) 嫩度

2.1.4 烤制时间的影响

由图4可知，随烤制时间延长，烤鳗鱼感官评分先增大后降低，嫩度变化明显；当烤制时间为4 min 时，烤鳗鱼感官评分最大；当烤制时间为5 min 时，烤鳗鱼嫩度达到最大。随烤制时间的延长，b*增大，而L*呈先上升后下降的趋势，其原因可能是随烤制时间延长，烤鳗鱼蛋白质变性程度增加，其表面发生美拉德反应，使烤鳗鱼颜色加深；当烤制时间在4 min时，L*、b*较高；而a*不随时间增加而变化，结合图3可知，a*不随烤制温度或时间增大而变化。综上，烤制时间或烤制温度过低，烤鳗鱼口感生硬，味道不鲜美，香味不浓郁；烤制时间或烤制温度过高，易引起烤鳗鱼焦化，感官品质和营养价值降低。因此，初步确定烤鳗鱼的烤制工艺参数为烤制温度190～210 ℃，烤制时间3～5 min。

(a) 感官评分 (b) 嫩度 (c) 色差

(a) 感官评分 (b) 嫩度 (c) 色差

2.2 蒸制工艺的响应面试验结果

根据单因素试验结果，采用响应面法对蒸制工艺条件，即蒸制温度80、90、100 ℃，蒸制时间5、7、9 min，以蒸制失重率、失水率、嫩度为响应值，进行响应面试验设计。具体试验方案与结果见表2。

2.2.1 蒸制工艺响应面分析

通过对失重率、失水率、嫩度的试验结果进行回归拟合，得到回归方程式Y1、Y2、Y3：

Y1=20.83+1.42A-0.32B+0.84AB+

1.22A2+2.04B2

Y2=16.34+0.4A+3.39B-3.27AB-

0.021A2+1.60B2

Y3=2469.88-283.96A-125.35B-

142.84AB+236.26A2-374.24B2

对失重率、失水率、嫩度回归方程进行方差分析，结果如表3所示。由表3可知，失拟项P>0.05，说明该模型失拟不显著，与实际结果拟合度较高；且方程总模型显著，P<0.05，模型相关性好，所以方程能很好地反映蒸制过程中烤鳗鱼品质与各因素间的关系，因此可用该模型对失重率、失水率、嫩度进行分析与预测。

表2 预熟化工艺的响应面分析方案与结果

表3 蒸制过程中烤鳗鱼品质参数的方差分析

2.2.2 最佳蒸制工艺参数的确定

为更加直观形象的反映各因素对响应值失重率、失水率、嫩度的影响，利用Design-expert 8.0.6 软件绘制该模型的三维响应面图，如图5所示。由图5可知，失重率随蒸制时间的增加而呈现先急剧下降后缓慢增加的趋势；失水率随蒸制温度、蒸制时间的提高而显著增加；嫩度随着蒸制时间的延长呈现缓慢上升的趋势。因此，失水率可作为蒸制条件优化的一个显著指标，且蒸制时间对蒸制条件的影响作用比蒸制温度显著。

由单因素试验结果可知，不同蒸制温度和时间对鳗鱼失重率、失水率以及嫩度都有很大影响，所以蒸制过程中为减少烤鳗鱼质量损失，并提高其保水力及嫩度，在利用Design-expert 8.0.6软件对回归方程求导时，选用3个指标，即以失重率和失水率最小、嫩度最大为优化指标，得出最佳蒸制工艺条件：蒸制温度98.31 ℃、蒸制时间6.13 min，此时失重率21.22%、失水率14.86%、嫩度1 978.60 g。因此，结合实际情况考虑，取蒸制温度98 ℃、蒸制时间6 min。按此条件进行验证试验，平行试验5次，可得失重率21.65%、失水率16.16%、嫩度1 497.77 g，与预测理论值吻合。因此，该响应面回归模型对蒸制工艺条件参数的优化可靠。

(a) 失重率 (b) 失水率 (c) 嫰度

2.3 烤制工艺的响应面试验结果

根据单因素试验结果，采用响应面法对烤制工艺条件，即烤制温度190、200、210 ℃，烤制时间3、4、5 min，以感官评分、嫩度、L*、b*为响应值，进行响应面试验方案的设计。因a*对烤鳗鱼色泽影响不大，故只研究L*和b*对烤鳗鱼色泽的影响。具体试验方案与结果见表4。

2.3.1 烤制工艺响应面分析

通过对感官评分、嫩度、L*、b*的试验结果进行回归拟合，得到回归方程式Y4、Y5、Y6、Y7：

Y4=82.4-1.36A-10.16B-10.5AB-

18.51A2-9.26B2

Y5=3 130.62+18.36A+105.72B+

11.07AB-781.18A2-24.33B2

Y6=52.31+0.94A+0.21B-2.32AB+

6.07A2-3.23B2

Y7=22.65-0.7A+2.14B+0.47AB-

3.49A2-2.21B2

对感官评分、嫩度、L*、b*回归方程进行方差分析，结果如表5所示。由表5可知，失拟项P>0.05，说明该模型失拟不显著，与实际结果拟合度较高；且方程总模型显著，P<0.05，模型相关性好，方程能很好地反映感官评分、嫩度、L*、b*与各因素间的关系，因此可用该模型对烤制过程中烤鳗鱼品质进行分析与预测。

表4 烤制工艺的响应面分析方案与结果

2.3.2 最佳烤制工艺参数的确定

为更加直观形象的反映各因素对响应值感官评分、嫩度、L*、b*的影响，利用Design-expert 8.0.6 软件绘制该模型的三维响应面图，如图6所示。由图6可知，感官评分随烤制温度、烤制时间的增加呈现缓慢先升后降的趋势；L*、嫩度随着烤制时间的延长影响较小，而L*随烤制温度的升高呈现先降后升的趋势；b*随烤制温度、烤制时间的增加而呈现急剧上升后下降的趋势。因此，感官评分、b*可作为烤制条件优化的两个显著指标，且烤制温度对烤制条件的影响作用比烤制时间的影响显著。

表5 烤制过程中烤鳗鱼品质参数的方差分析

(a) 感官评价 (b) 嫩度

(c) L* (d) b*

由单因素试验结果可知，不同烤制温度和时间对鳗鱼感官评分、嫩度以及色度都有很大影响，所以烤制加工中，为了使鳗鱼有更佳的色泽以及更高的感官评分，并提高其嫩度，在利用Design-expert 8.0.6软件对回归方程求导时，选用4个指标，即以感官评分、嫩度、L*、b*最大为优化指标，得出最佳烤制工艺条件：烤制温度208.27 ℃、烤制时间3.83 min，此时感官评分71.53、嫩度2 591.97 g、L*=57.42、b*=19.19。结合实际情况考虑，取烤制温度200 ℃、蒸制时间4 min。按此条件进行验证试验，平行试验5次，可得感官评分75、嫩度2 896.74 g、L*=53.91、b*=22.16，与预测理论值吻合。因此，该响应面回归模型对烤制工艺条件参数的优化可靠。

3 结 论

利用各项理化指标进行烤鳗鱼关键加工工艺的研究，在单因素试验的基础上，采用响应面分析优化法对鳗鱼加工工艺进行参数优化，并对回归方程进行方差分析，得出最佳工艺参数：蒸制温度98.31 ℃、蒸制时间6.13 min、烤制温度208.27 ℃、烤制时间3.83 min。为适应实际的工业化生产条件，将烤鳗鱼的加工工艺参数调整为蒸制温度98 ℃、蒸制时间6 min、烤制温度200 ℃、烤制时间4 min，并通过验证试验，说明响应面回归模型可靠，可为烤鳗鱼工业化生产提供理论指导。