Box-behnken响应面优化香酥鲮鱼软罐头的加工工艺

广州市华琪生物科技有限公司 广东广州 510000

鲮鱼(Cirrhina molitorella)隶属辐鳍鱼纲(Actinopterygii)鲤形目(Cypriniformes)鲤科(Cyprinidae)野鲮亚科(Labeoninae)鲮属，俗称土鲮、雪鲮等。鲮鱼生长在水温较高的自然区域，是广东常见的因生长速度快、养殖成本低的大宗养殖鱼种，约占整个珠江流域渔业总产量三分之一，因四季均产、肉质鲜嫩、油炸味美而深受消费者喜爱[1]。但因鲮鱼较小，且肌间骨刺极多，因此售价较低，因此鲮鱼多用于食品行业的加工原料，如鲮鱼鱼糜的加工[2，3]，鲮鱼是我国罐头食品加工的主要原料之一，如享誉中外的豆豉鲮鱼罐头[4，5]。当前，具有方便、速食、耐储存及口味多元化等优点的产品是食品工业发展的方向之一，而罐头食品无疑是很好的选择。但现如今的鲮鱼罐头基本为豆豉口味，芳香酥软的香酥型罐头较少见，口味比较单一，且市售罐头油脂用量较多，油腻感强，其口感风味也还需进一步丰富，国内对于系统的淡水鱼罐头研究还比较少，国外对于淡水鱼罐头的研究主要集中在工艺条件、添加物对罐头品质的影响[6～9]。本文从口味上开发健康少油的香酥鲮鱼软罐头，使鲮鱼的食用、携带更加方便、健康。同时，罐头加工工艺也需进一步的形成规模化和科学化。

目前，用于优化配方工艺的试验设计方法主要有回归设计、正交设计以及响应曲面法等，本文是以感官评价法为指标，采用响应曲面法对香酥鲮鱼软罐头的加工工艺进行优化研究。响应曲面法是利用多元二次回归方程解决多变量问题的统计方法[10]，目前应用响应曲面法最多的是资源活性物质的提取分离工艺[11，12]，但是应用在优化软罐头产品工艺中还未有报道，软包装香酥鲮鱼产品也还处于空白状态。因此，本文以新鲜鲮鱼为原料经腌制、油炸脱水、调味液赋味以及灭菌酥化骨头等几方面进行单因素试验，并采用响应曲面设计法进行生产工艺的优化，获得最佳的加工工艺，为丰富鲮鱼罐头产品，进一步提升鲮鱼的可利用性，提高附加值，及工业化生产提供技术参考。

1 材料与设备

1.1 主要材料

新鲜鲮鱼；白砂糖、食盐、味精、酱油(李锦记牌)、市售五香粉(味好美牌)、市售姜粉(味好美牌)。

1.2 主要仪器设备

1.2.1 实验仪器与设备

实验仪器与设备见表1。

表1 实验仪器与设备

1.2.2 数据处理软件

数据使用Design-expert8.0软件处理。

2 实验方法

2.1 加工工艺

新鲜鲮鱼→修整→清洗→腌制→沥水→油炸→回软→调味定重→装袋→封口→灭菌冷却→商业无菌检测→擦袋入库。

2.1.1 操作要点

(1)验收。为保证原料安全性，鲮鱼原料验收应符合鲜冻动物性水产品卫生标准。

(2)修整。将鲮鱼修整成所需形状，将附着的泥砂、粘液、杂质等污物全部洗去。

(3)腌制。鱼体应全部浸泡入盐溶液中，在最佳腌制条件下进行腌制，并应及时补充食盐保证盐度稳定。

(4)沥水。腌制后应沥干水分以方便油炸脱水。

(5)油炸。将沥干水分的鲮鱼鱼体于最佳条件下进行油炸脱水，油炸至鱼块金黄即可，每次油炸应控制加料量，避免油温下降过多影响油炸效果，下次油炸应等油温恢复后方可进行。

(6)回软调味。油炸后趁热进入经调配的最佳调味液中赋味一段时间后沥干，待用。香料水配方为：五香粉0.25g、姜粉0.25g，八角0.2g、花椒0.2g、鲜洋葱1.7g、水100g，保持微沸30min后去渣备用。调味液配方为：香料水100g、酱油0.6g、砂糖1.3g、味精0.3g，保持70℃备用。

(7)装袋抽真空。回软调味后的鲮鱼装入蒸煮袋中，净重允许偏差±3%，固形物≥90%。

(8)灭菌冷却。将封口完成的蒸煮袋装入灭菌锅中在最佳灭菌条件下进行灭菌处理，灭菌完成后应即刻降温冷却至40℃以下时方可取出，杀菌后冷却不充分会导致罐头产品品质变差[13，14]，食品中心温度降低于40℃下可避免平酸腐败[15]。

3 感官评价及理化指标检测

3.1 感官评价

参照中华人民共和国农业行业标准NY/T1328-2007关于内容物感官的评价方法和文献方法[16，17]加以改进，由10位专业从事食品研发的人员进行盲测，对产品的色泽、滋味气味、组织状态进行加权法计算总分，色泽的加权系数为0.2，滋味气味加权系数为0.4，组织状态加权系数为0.4，总分计算公式为：总评分=∑XiYi(i=1，2，3......n；X为评定指标，Y为权重)，具体见表2。

表2 香酥鲮鱼软罐头感官评价标准

3.2 得率计算

(1)

(2)

3.3 水分含量测定

采用常压干燥法[18]测定。

3.4 微生物检测

微生物指标应符合商业无菌要求，其中商业无菌采用GB/T4789.26—2013进行检验。

4 研究内容、结果与分析

4.1 盐水浓度对鲮鱼味感及得率的影响

采用不同浓度盐水(0%、2%、4%、6%、8%、10%)对鲮鱼腌制30min，盐水浓度对鲮鱼味感及得率影响如图1所示。

图1 盐水浓度对鲮鱼罐头感官及得率的影响Figure 1 Effect of brine concentration on canned dace sense and yield

由图1可知，随着腌渍盐水浓度的提高，感官得分趋势先升高而后降低，于6%处于最高值，而腌渍得率则随着盐水浓度的提高呈稳步上升趋势，综合腌渍得率与味感评分，盐水浓度6%时较为合适。

4.2 腌渍时间对鲮鱼感官及得率的影响

在6%浓度盐水下，将鲮鱼于不同腌渍时间(10、20、30、40、50min)下进行腌制，其结果如图2所示。

图2 腌渍时间对鲮鱼罐头感官及得率的影响Figure 2 Effect of curing time on dace flavor and yield

由图2可知，随着腌渍时间的延长，鲮鱼软包装罐头味感得分趋势先升高而后降低，于30min处于最高值，而腌渍得率则随着盐腌渍时间的延长呈稳步上升趋势，综合腌渍得率与味感评分，腌渍时间为30min时较为合适。

4.3 鲮鱼油炸工艺的确定

4.3.1 油炸条件对鲮鱼水分的影响

鲮鱼鱼体经6%盐水腌渍30min后，经由不同的油炸温度(140、160、180、200℃)进行油炸，其水分含量随时间变化如下图。且在实际生产中，罐头鱼产品中水分含量在40%～50%较为合适[19]。

图3 油炸条件对产品水分含量的影响Figure 3 Influence of the moisture content of product on the fried condition

由图3可知，在同一油炸温度下，鲮鱼鱼体的水分含量随着油炸时间的延长而降低；在同一油炸时间下，鲮鱼鱼体的水分含量同样随着油炸温度的提升而降低，综合鲮鱼罐头加工中水分要求及加工效率、能耗，由于高温下油脂的氧化速度加快，油品品质易劣化，故油炸温度最好不超过200℃[20]，故180℃/6min的油炸工艺条件较为合适。

4.4 回软调味液配方的确定

回软液对罐头的风味影响很大，为罐头提供了底味支撑，试验研究了7种配方(配方中所有比例均以100%水为基准)的回软调味液，由10位专业从事食品研发的人员采用表2感官评价指标对其进行盲测(调味阶段相应的权重为：色泽的加权系数为0.3，滋味气味加权系数为0.5，组织状态加权系数为0.2)，探究回软液对罐头产品的色泽、滋味气味的影响并进行综合评分，确定最佳配方。

表3 回软调味液配方表

由表4可知，最佳的回软调味液配方为香料水：五香粉0.25g、姜粉0.25g，八角0.2g、花椒0.2g、鲜洋葱1.7g、水100g，保持微沸30min后去渣备用；调味液配方为：香料水100g、酱油0.6g、砂糖1.3g、味精0.3g，保持70℃备用。其中，五香粉、花椒、八角香气浓烈，对异味有强烈去除作用，且能增进食欲，但添加过多亦会掩盖产品本身香气。鲜洋葱则本身可缓和过于强烈的香气且具有甘甜回香的作用，可柔和整体风味。适当的酱油比例不仅可丰富产品香气，对产品亦可起到着色作用，使其具有一定的色泽，增加食用吸引力。

4.5 回软时间的确定

鲮鱼经180℃/6min油炸后趁热投入70℃预先配制完成的调味汁中进行回软处理一段时间，其回软得率及产品品质如表4所示。

表4 回软时间对鲮鱼软罐头得率及品质的影响

由表4可知，回软可使鱼肉吸收水分降低油腻感，且调味液对鱼肉具有赋味作用，回软使得鱼肉水分适当增多的同时亦可帮助鲮鱼在灭菌过程中骨头的软化。总之，随着回软时间的增加，鱼肉吸收水分亦随着增加，鱼肉口感由油炸后的干硬、油腻感强趋向于减弱，鱼肉恢复细致、清爽的口感，但时间过长会导致鱼肉口感绵烂；随着回软时间的延长，其特征风味随着调味汁的渗透逐渐加重，由上表可知回软时间为50s时，其鱼肉质地及其味感最佳。同时，回软还可增加骨头的灭菌酥软度，但其回软时间在50s时，其骨头酥软接受度已经足够，故回软阶段其回软时间确定为50s。

4.6 杀菌工艺的确定

见表5。

表5 杀菌条件对罐头商业无菌及感官品质的影响Table 5 Influence of sterilization conditions of commercial asepsis and sensory quality

排气密封完成后，置于可反压冷却的卧式灭菌锅中，按一定温度(110、115、121℃)灭菌不同时间(15、25、35、45min)后,按罐头食品商品无菌检验(GB/T4789.26-2013)[21]于36±1℃恒温培养箱中培养10d后进行商业无菌检测及感官检测，结果如表5所示。

由表5可知，杀菌工艺影响的主要是骨酥性、鱼体风味和质地口感，骨酥性、风味与灭菌温度、灭菌时间较为相关，随着灭菌温度和时间的提升，鲮鱼的骨头酥软性会大大增强，色泽风味和质地亦会越来越好；而细菌总数的大小则与灭菌条件具有较大的相关性，随着灭菌温度和时间的提高，菌落总数的数值亦随着下降。总之，杀菌条件达到121℃/45min时，产品呈诱人的茶褐色，质地紧密合适，鱼体香酥，骨头酥软，有一定的嚼感，菌落总数方面也可满足罐头产品商业无菌的要求。综合感官、理化指标，杀菌公式为2～45～25min/121℃时产品品质最佳。

4.7 Box-behnken中心组合设计灭菌工艺优化试验和响应面优化

4.7.1 试验设计方案及结果分析

由上述单因素试验可知回软时间及灭菌温度、时间对于鲮鱼罐头产品质量和安全影响较大，这与Simpson、Alicia、Ali及Sreenath[22～25]等研究相一致，杀菌工艺对罐头类产品品质影响极大，需对杀菌工艺做进一步优化，故选取回软时间、灭菌时间、灭菌温度为影响因子作响应曲面优化设计，采用Box-behnken设计选取回软时间(A)、灭菌时间(B)、灭菌温度(C)为影响因素，设置最小值和最大值分别为40s和60s，30min和50min，117℃和121℃，工艺设计及结果见表6。

由表6的优化分析可得出，在所得到的优化条件下，细菌总数处于未检出水平，故只对感官评分进行建模优化。根据实际测得数据，对所得数据进行逐步回归拟合，得到感官评分值R(满分为5分)，对回软时间(A)、灭菌时间(B)、灭菌温度(C)的模型如下：

R=4.54-0.043A+0.11B+0.060C-0.095AB+0.010AC-0.15BC-0.19A2-0.26B2-0.016C2，对所得回归模型进行方差分析，见表7。

表6 响应曲面试验设计和结果

由表7可知，模型的F-值为42.57，感官评分预测模型达到极显著水平(p<0.0001)，这说明在试验设计范围内，该模型能够很好的表明各因素值与感官评分之间的关系。回软时间、灭菌时间、灭菌温度三个因素，三因素间的交互作用，以及二次项对模型的影响均达到极显著水平，说明它们对响应值影响大。失拟项(p>0.05)不显著，说明所得模型拟合效果良好，即该模型可根据回软时间、灭菌时间、灭菌温度很好的预测感官评分。R2=0.9985，调整后R2=0.9967，说明模型噪音少，拟合度好。

4.7.2 响应面分析及优化

使用Design-expert8.0做出响应曲面图，具体见图4～图6。

表7 回归模型的方差分析

注：0.01

由图4～图6可知，在曲面图上，曲线约陡峭表明对响应值的影响就越大，以及综合表7中P值的大小，可知所选因素对响应值的影响强度次序为B(灭菌时间)>C(灭菌温度)>A(回软时间)。为确定最佳响应值的因素水平，采用Design-expert软件对试验模型进行分析，得出优化条件为：回软时间49.26s，灭菌时间39.47min，灭菌温度121℃，此时感官评分R=4.582分，结合实际生产情况，修正工艺参数为回软时间49s，灭菌时间40min，灭菌温度121℃，对工艺参数进行验证，最终感官评分为4.64分，此结果与理论预测值相差1.25%。因此，本文中所得数学模型较为可靠，具有一定的实用价值。

图4 回软时间与灭菌时间对感官评分的影响Figure 4 Effect of softening and sterilization time on sensory evaluation

图5 回软时间与灭菌温度对感官评分的影响Figure 5 Effect of softening time and sterilization temperature on sensory evaluation

图6 灭菌时间与灭菌温度对感官评分的影响Figure 6 Effect of sterilization time and sterilization temperature on sensory evaluation

4.8 产品微生物指标测定

按上述最佳工艺配方制得产品，按照GB 4789.26-2013商业无菌检测中相关项目要求进行微生物检测，细菌总数、大肠菌群、致病菌均未检出，符合罐头食品商业无菌的要求，这说明按照本文工艺配方制得罐头是一种安全可靠的即食食品。

4.9 最终产品与市售产品对比

按单因素及4.7.2所得最优工艺与市售鲮鱼罐头产品进行各项感官得分对比，结果如图7所示。

图7 最终产品与市售产品得分对比Figure 7 End-product score comparison with thoseof commercial products

由上图可知，采用新工艺、配方优化制备的香酥鲮鱼软罐头在得分总分上显著高于市售鲮鱼罐头，色泽上两款产品较为接近，得分上也相差不大。滋味气味上由于本文优化了回软工艺及调味配方，所以油腻度显著低于市售产品，所以其滋味气味得分高于市售产品。组织状态上由于本文优化了回软时间、灭菌温度及灭菌时间，所得产品具有较好的酥香性，市售产品则硬度偏高，故组织状态得分亦高于市售产品。

5 结论

在单因素试验的基础上，采用Box-behnken中心组合设计灭菌工艺优化试验，结合单因素分析和曲应面分析确定香酥鲮鱼软罐头较优的工艺配方为：腌渍条件(6%浓度的盐水腌渍30min)，油炸条件为180℃/6min。回软调味液配方为香料水：五香粉0.25g、姜粉0.25g，八角0.2g、花椒0.2g、鲜洋葱1.7g、水100g，保持微沸30min后去渣备用。调味液配方为：香料水100g、酱油0.6g、砂糖1.3g、味精0.3g。回软时间49s，灭菌时间40min，灭菌温度121℃。在此条件下，感官评分为4.64分，相比市售产品得分提高1.24分，油腻感弱、口感香酥，品质较优。此加工方法及工艺参数为企业工业化生产鲮鱼软罐头提供一定的理论依据。