基于质构品质降维分析法优化番茄皮渣鱼丸加工工艺

薛山

摘 要：将番茄皮渣加入鱼糜中，研发一款新型鱼丸产品。采用主成分提取法，基于质构指标降维模型，得到鱼丸质构综合得分（Y）方程为Y=（0.336X1+0.346X2+0.339X3）/95.952，其中X1为弹性，X2为咀嚼性，X3为硬度。首先分别考察食盐、水分、料酒、淀粉、番茄皮渣添加量对鱼丸质构综合得分的影响，然后选择对试验结果影响较大的3 个因素水分添加量、淀粉添加量和番茄皮渣添加量进行响应曲面优化试验，确定番茄皮渣鱼丸的最佳配比为食盐添加量2%、水分添加量20%、料酒添加量10%、淀粉添加量21%、番茄皮渣添加量5%，此时鱼丸的质构综合得分最高，鱼丸弹性、硬度适中，咀嚼性好，蒸煮损失率为（2.56±0.11）%，凝胶持水力为（95.43±0.13）%，显著优于未添加番茄皮渣组（P<0.05）。

关键词：番茄皮渣;鱼丸;质构;降维分析;工艺优化

Abstract： In this study， a new type of fish meatballs was developed from minced fish meat added with tomato pomace. The overall texture quality （Y） of fish meatballs was evaluated according to the following equation as determined by principal component extraction and dimension reduction analysis： Y = （0.336X1 + 0.346X2 + 0.339X3）/95.952， where X1， X2 and X3 represent elasticity， chewiness and hardness， respectively. Firstly， the effect of the amounts of salt， water， cooking wine， starch and tomato pomace on the overall texture quality of fish meatballs was investigated. Then the amounts of water， starch and tomato pomace， which were found to be the factors with a significant influence on the overall texture quality， were optimized by response surface methodology. The optimum combination obtained was salt 2%， water 20%， cooking wine 10%， starch 21%， and tomato pomace 5%. The optimized formulation produced fish meatballs with the highest overall texture score; the product had moderate elasticity and hardness and good chewiness， and its cooking loss and water-holding capacity were （2.56 ± 0.11）% and （95.43 ± 0.13）%， respectively， significantly better than those of the control without added tomato pomace （P < 0.05）.

Keywords： tomato pomace; fish meatballs; texture; dimension reduction analysis; process optimization

魚丸是我国东南沿海地区传统鱼糜制品，不仅美味营养，而且食用便捷，深受消费者喜爱[1]。我国是水产大国，草鱼资源十分丰富，草鱼在淡水养殖鱼类中产量最高[2-3]。近年来，以草鱼鱼糜为主原料加工的淡水鱼丸类产品发展迅猛，不仅有效缓解了海洋渔业资源日趋枯竭的困境，也大大降低了加工成本[4]。但是，鱼肉中富含优质蛋白质、多不饱和脂肪酸等营养组分，导致其保鲜期受限[5]，加之后期加热会使鱼肉中蛋白质的三级结构和四级结构被破坏，形成的凝胶网状结构较为松散，导致凝胶强度和持水性下降，影响鱼丸的品质[6]。因此，如何通过优化产品生产工艺有效保障食品安全，提升产品品质是亟待解决的问题。

番茄皮渣是番茄加工后的副产物，约占番茄果实质量的3%～8%[7]，富含膳食纤维、VE、VC、类胡萝卜素、多酚等抗氧化活性物质，具有广阔的开发潜力[8-10]。目前，诸多研究已表明，植物性膳食纤维具有显著的抗氧化活性和多种生物学功效[11-12]，这是由于植物性膳食纤维中结合有黄酮类、酚酸、缩合单宁及番茄红素等天然抗氧化成分[13-14]。研究证实，包括圣女果皮渣[15]在内的多种果蔬都是天然抗氧化膳食纤维的优质来源，富含番茄红素、维生素、矿物质等强生物活性物质[16-18]，且能够一定程度改善产品质构品质[19-20]，在食品保鲜与功能食品研发等领域具有重要的研究价值和市场前景[21]。本研究将番茄皮渣添加至草鱼鱼糜，基于质构指标的降维分析法，优化鱼丸的制作工艺，以期为鱼丸产品的研发提供创新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜草鱼、食盐、料酒、玉米淀粉、白砂糖、五香粉、生姜、味精均购于漳州市新华都超市;番茄皮渣粉末（水分含量小于5%）由企业提供。

五水合硫酸铜、氢氧化钠、浓硫酸、盐酸、乙醚、次甲基蓝、甲基红、硫酸钾、蒽酮（均为分析纯） 西陇化工股份有限公司;食品级α-淀粉酶（酶活力20 000 U/g） 河南亚统食品原料有限公司。

1.2 仪器与设备

SHZ-D（Ⅲ）真空泵 河南省予华仪器有限公司;RE-52AA旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂;UV5100B紫外-可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;CT3-10K质构仪 美国博勒飞公司;HH-2数显电子恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;DHG-9030A电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 番茄皮渣鱼丸的制作

番茄皮渣鱼丸的制作参考周阳等[22]的方法，并略微修改。将原料鱼肉进行前处理，去除鱼骨、鱼刺和鱼肥膘，鱼肉漂洗3 次（先用清水漂洗2 次，再用0.15 g/100 mL盐水漂洗1 次，每次3 min），沥干脱水后进行擂溃破碎，按比例加入调味料、番茄皮渣粉末（过60 目筛）、淀粉和适量水充分混匀，制得直径约3 cm的鱼丸，最后置于沸水中熟制，冷却至室温得到成品（图1）。

1.3.2 质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）测定

TPA是通过用柱形探头2 次下压样品模拟咀嚼情形，测定每个样品的硬度、弹性和咀嚼性。测试条件：直径50 mm铝制柱形探头（P/50），压缩比70%，测前、测后及测试速率均为1 mm/s[20]。

1.3.3 单因素试验设计

1.3.3.1 食盐添加量对鱼丸质构的影响

固定玉米淀粉添加量15%、料酒添加量10%、水分添加量22%、番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察食盐添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%（以鱼肉质量计，下同）对鱼丸质构的影响。

1.3.3.2 玉米淀粉添加量对鱼丸质构的影响

固定食盐添加量2%、料酒添加量10%、水分添加量22%、番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察玉米淀粉添加量分别为5%、10%、15%、20%、25%对鱼丸质构的影响。

1.3.3.3 料酒添加量对鱼丸质构的影响

固定食盐添加量2%、玉米淀粉添加量20%、水分添加量22%，番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察料酒添加量分别为5%、10%、15%、20%、25%對鱼丸质构的影响。

1.3.3.4 水分添加量对鱼丸质构的影响

固定食盐添加量2%、玉米淀粉添加量20%、料酒添加量10%、番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察水分添加量分别为12%、17%、22%、27%、32%对鱼丸质构的影响。

1.3.3.5 番茄皮渣添加量对鱼丸质构的影响

固定食盐添加量2%、玉米淀粉添加量20%、料酒添加量10%、水分添加量22%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察番茄皮渣添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%对鱼丸质构的影响。

1.3.3.6 质构综合得分

通过测定产品硬度、弹性和咀嚼性3 个质构指标，采用降维分析法对3 个指标进行加权计算，从而得到质构的综合得分。

1.3.4 响应面优化试验设计

根据单因素试验结果，使用Design-Expert软件，选择对实验影响较大的水分添加量、玉米淀粉添加量、番茄皮渣添加量为试验因素，以鱼丸质构综合得分为响应值，设计3因素3水平响应面试验，响应面试验因素与水平如表1所示。

1.3.5 蒸煮损失率测定

参考Aleksandra等[23]的方法，略微修改。称取100 g样品（m1），用保鲜膜包裹，置于80 ℃恒温水浴锅煮制30 min后，流水冷却30 min后称质量（m2），蒸煮损失率按式（1）计算。

1.3.6 凝胶持水力测定

参考涂晓琴[24]的方法。将约100 g样品（m1）用双层滤纸包裹，放入100 mL离心管中，4 ℃、8 000 r/min离心10 min;取出离心后样品称质量（m2）。凝胶持水力按式（2）计算。

1.4 数据处理

所有数据均采用3 次平行实验的平均值，各组数据用平均值±标准差表示。用SPSS 22.0软件进行显著性分析（P<0.05为差异显著），并建立模型，采用降维分析法提取主成分公因子，对产品进行质构综合得分评定;采用Design-Expert V8.0.6.1软件中的多元线性回归方程拟合分析进行响应面分析。

2 结果与分析

2.1 食盐添加量对鱼丸质构综合得分的影响

2.1.1 食盐添加量对鱼丸弹性、咀嚼性和硬度的影响诸多研究显示，在鱼丸擂溃时加入食盐可以使盐溶性蛋白充分溶出形成溶胶，提高鱼丸凝胶强度[19，25]。

由表2可知，随着食盐添加量增加，鱼丸味道变咸，弹性增大、结构更紧密、口感更细腻，但是达到一定食盐添加量时会严重影响鱼丸的口感[4]，鱼丸咀嚼性与硬度均呈现先升高后降低再升高的趋势，但未见规律性变化。总体来说，食盐的添加对鱼丸质构有显著影响（P<0.05），故尝试采用该指标建立降维模型，以评价鱼丸质构的综合分值。

KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）检验统计量是用于比较变量间简单相关系数和偏相关系数的指标，主要应用于多元统计的因子分析。KMO统计量取值为0～1。Bartlett球形检验用于检验相关阵中各变量间的相关性，是否为单位阵即检验各个变量是否各自独立。KMO检验和Bartlett球形检验用于判断变量是否适用因子分析法，故因子分析前首先进行KMO检验和Bartlett球形检验。KMO统计量越接近于1，变量间的相关性越强，偏相关性越弱，因子分析的效果越好，反之则分析效果越差。一般KMO统计量>0.5时，就认为可以做因子分析[26]。由表3可知，因子检验的KMO值为0.59（大于统计学Kaiser给出的标准0.5），故鱼丸质构综合指标模型适合做因子分析。

2.1.2.2 解释总方差

采用SPSS 22.0软件，运用主成分分析法提取特征值大于1的因子。由图2可知，该特征值曲线只有1 个因子的特征值大于1。经过方差最大化正交旋转后1 个因子（建立质构综合指标，指降维分析中一个虚拟的因子，不特定指弹性、咀嚼性或硬度）的累计方差贡献率达到95.95%，即所提取的1 个因子反映原来3 个指标95.95%的信息，具体如表4所示。

2.1.3 根据提取公因子计算质构综合得分

通过因子旋转的方法，使每个变量仅在1 个公共因子上有较大载荷，而在其余公共因子上的载荷比较小，这样就突出了每个公共因子与其载荷较大的变量的联系，该公共因子的含义也就能通过这些载荷较大的变量做出合理解释。根据旋转后的载荷矩阵得到综合得分（Y）的计算公式如下：Y=（0.336X1+0.346X2+0.339X3）/95.952，其中X1代表弹性，X2代表咀嚼性，X3代表硬度。

由图3可知，食盐添加量对鱼丸质构综合得分的影响并不显著，鱼丸综合分值在食盐添加量2%和5%时有最大值，4%时取得最小值。为了节省成本，采用2%食盐添加量。

2.2 淀粉添加量对鱼丸质构综合得分的影响

淀粉是一种常见的用于改善鱼糜凝胶强度的低成本添加剂[27]，在鱼丸制作过程中添加淀粉可以促使鱼糜制品形成致密的微孔结构，从而增加其凝胶强度、弹性和持水性，并且产品具有更好的组织形态[28-30]。

由图4可知，鱼丸的质构综合得分随着淀粉添加量的增加先上升后下降，质构综合得分最高时淀粉添加量为20%，当淀粉添加量大于20%时，鱼丸质构综合得分逐渐下降，硬度较大、弹性较差、不易咀嚼，当淀粉添加量小于20%时，鱼丸成型较难，并且弹性低、咀嚼性也较差。

2.3 料酒添加量对鱼丸质构综合得分的影响

由图5可知，当料酒添加量为10%时，鱼丸质构综合得分最高。料酒作为一种重要的调味品，已广泛应用于多种肉类制品[31-33]。张金晖等[33]研究多种预腌制配料对大麻哈鱼肉品质的影响，其中当料酒添加量为8%时鱼肉品质最佳，与本研究结果基本一致。

2.4 水分添加量对鱼丸质构综合得分的影响

水是鱼丸的重要成分之一，能够改变鱼丸的物性和流变性，其存在状态直接影响鱼丸质构特性和稳定性[34-35]。由表7可知，水分添加量對鱼丸弹性、咀嚼性和硬度影响显著（P<0.05）。

由图6可知，随着水分添加量的增加，鱼丸质构综合得分大体呈先上升后下降的趋势，当水分添加量为22%时，鱼丸质构综合得分达到最大。不同鱼丸的持水性不同，而持水性对质构特性影响最大，水分含量过高，则产品的感官和质构品质会下降，通过配方或工艺提高鱼丸的持水性或降低水分含量可以增强鱼丸制品的质构稳定性[35]。

2.5 番茄皮渣添加量对鱼丸质构综合得分的影响

由图7可知，鱼丸质构综合得分随着番茄皮渣添加量的增加先上升后下降，当番茄皮渣添加量为5%时，鱼丸质构综合得分最高。

近年来，植物源膳食纤维已成为鱼糜类制品添加物的研究热点，如竹笋膳食纤维[36]、苹果膳食纤维[37]、菊粉[38-40]、魔芋多糖[38-40]、海藻膳食纤维[19]等，而有关添加番茄皮渣膳食纤维的报道较为少见。番茄皮渣是农副产品加工的废弃物，其作为抗氧化膳食纤维源物料添加至鱼糜中，不仅实现了废弃物的综合利用，也能够提升鱼糜产品的品质。

2.6 响应面试验分析

2.6.1 响应面试验结果及方差分析

由表10可知，因素A（水分添加量）对鱼丸质构综合得分影响极显著（P<0.01），因素B（淀粉添加量）影响显著（P<0.05），而因素C（番茄皮渣添加量）影响不显著，此外，AB交互作用显著（P<0.05），B2极显著（P<0.01），C2显著（P<0.05），其他交互作用不显著。以鱼丸质构综合得分为响应值，模型P值小于0.01，说明回归方程模型极显著，并且该模型失拟项在0.05水平上不显著，表明试验结果和数学模型有良好的拟合性，可以用其预测试验结果。

2.6.2 因素交互作用分析

水分添加量、淀粉添加量、番茄皮渣添加量对鱼丸质构综合得分交互作用的等高线图可以很好地体现各因素交互作用对响应值的影响。

由图8可知，曲面坡度较陡，说明淀粉添加量和水分添加量影响鱼丸质构综合得分的相互作用显著。淀粉添加量为17%～23%时，鱼丸质构综合得分随着淀粉添加量的增加先增大后减小，其中21%时为最高点，鱼丸质构综合得分在水分添加量20%～25%时有下降趋势，但下降比较缓慢。

由图9可知，曲面坡度较缓，说明番茄皮渣和水分添加量的交互作用不显著，这和表10的分析结果一致。当番茄皮渣添加量为4%～6%时，鱼丸质构综合得分先增大后减小，其中当番茄皮渣添加量为5%时，鱼丸质构综合得分最高，当水分添加量为20%～25%时，鱼丸质构综合得分呈下降趋势，变化缓慢，其中水分添加量20%时鱼丸质构综合得分最大。

由图10可知，曲面坡度较缓，说明番茄皮渣和淀粉添加量的交互作用不显著，这和表10的分析结果一致。当番茄皮渣添加量为4%～6%时，鱼丸质构综合得分先增大后减小，其中当番茄皮渣添加量为5%时，鱼丸质构综合得分最大，淀粉添加量为17%～23%时，鱼丸质构综合得分随着淀粉添加量的增加先增大后减小。

2.6.3 最优组合确定和验证

经过Design Expert V8.0.6.1软件优化，得到最优组合为水分添加量20%、淀粉添加量21%、番茄皮渣添加量5%，在此组合下预测鱼丸质构综合得分为0.309，实际测定结果为0.308±0.007，与预测值差异不显著，说明该模型能较好地预测鱼丸的质构综合分值。

2.7 鱼丸蒸煮损失率及凝胶持水力

由表11可知，添加番茄皮渣的鱼丸蒸煮损失率约为2.56%，较之未添加番茄皮渣的鱼丸产品显著降低（P<0.05），这是由于在加热蒸煮过程中，氢键相互作用逐渐减弱，鱼肉中水分不易被结合而损失，添加的番茄皮渣（主要是膳食纤维组分）会结合一部分自由水，从而一定程度上保持鱼糜组织的完整性[19]。该结果与涂晓琴[24]、Fatimah[41]等的研究具有一致性。

凝胶持水力表示产品保持水分的能力，也被称为水合作用，不仅与产品风味密切相关，也影响产品的口感、颜色及其他指标[42]。蛋白质与多糖的结合能够显著改善蛋白质的物理和化学性质，如热稳定性、乳化性、凝胶性和抗氧化特性[43]，增强鱼肉蛋白质的强度和韧性，从而增强鱼丸的凝胶强度[22]。添加番茄皮渣鱼丸的凝胶持水力较空白对照组显著提高（P<0.05），推测在鱼丸熟制的热加工过程中，番茄皮渣起到了稳定蛋白的作用[44]，也可能是由于多糖之间、蛋白质与多糖之间亦可发生络合凝聚，且淀粉的加入能够有效加密鱼丸蛋白凝胶的网状结构[29-30]，与Kim[45]、王珍[46]等的研究结论一致。

3 结 论

基于质构指标降维分析，得到鱼丸质构综合得分（Y）的计算公式为Y=（0.336X1+0.346X2+0.339X3）/95.952，

其中X1代表弹性，X2代表咀嚼性，X3代表硬度。分别考察食盐、水分、料酒、淀粉、番茄皮渣添加量对鱼丸质构综合得分的影响，进一步通过响应面优化试验得到水分、淀粉、番茄皮渣最佳配比为水分添加量20%、淀粉添加量21%、番茄皮渣添加量5%，产品外表光滑，弹性、咀嚼性和硬度适中，蒸熟损失率减少，凝胶持水力增强。此外，从理论上分析产品的营养及耐贮性也将得以提升，这也将是后续验证研究的方向。

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