基于Plackett-Burman试验和响应面法优化松茸牛肉酱生产工艺

李翔，凌云坤，蒋方国，徐斌，王卫, ，刘达玉*

1. 成都大学四川省农业创新团队（成都 610106）；2. 成都大学肉类加工四川省重点实验室（成都 610106）；3. 四川品高农产品有限公司（成都 610203）

松茸（Tricholoma matsutake），又名松口蘑、松蕈，属于担子菌门（Basidiomycota）、伞菌亚门（Agaricomycotina）[1-2]，是与松、栎属植物根系产生共生关系而形成的一种外生菌根食用菌，生长在北回归线到北纬50°左右的中高海拔寒温带地区。松茸对生长环境和条件的要求苛刻，因此还处于半人工栽培阶段[3-5]。松茸被誉为“菌中之王”“国宴珍品”，有独特浓郁的风味、鲜嫩滑爽的口感，食药用价值极高[6-7]。试验将采摘、加工过程中产生的边角料、残次菇与牛肉搭配，经调味、酱制后制成松茸酱，以期让松茸资源得到充分、高效和综合的利用，提高其附加值，避免浪费，也为松茸酱的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

新鲜松茸残次菇、边角料（四川品高农产品有限公司）；牛肉、葵花籽油、食用盐、白砂糖、秘制香料粉、鸡精、辣椒粉、酱油、姜、蒜等（均为食品级市售）。

1.1.2 设备

C21-RT2155型多功能电磁炉（广东美的生活电器制造有限公司）；ESJ120-4B型电子天平（沈阳龙腾电子有限公司）；LS-100HD型高压蒸汽灭菌锅（江阴滨江医疗设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作工艺要点

1) 松茸挑选。挑选脆白色、无腐烂、无病虫害的松茸边角料或残次菇。

2) 整理清洗。检查原料中是否掺杂木屑、铁质等，用瓷刀去除表面杂质（避免水洗，以防止松茸香气减弱）。

3) 酱制。热锅放入葵花籽油，待油五成热时放入松茸丝，小火熬制，直到松茸菌香开始溢出。

4) 牛肉切丁，小火炒香。姜4 g、蒜3 g，切末，锅中少许葵花籽油，五成热时放入姜蒜，炒至出味，加入牛肉丁，继续翻炒，至肉味溢出，肉色由红转白，备用。

5) 加入秘制香料粉熟制。炒好的牛肉丁连带油脂、秘制香料粉、辣椒粉混合放入酱制锅内，微火熬制，至香味扑鼻、油色变红，加入盐，鸡精，白砂糖、酱油。

6) 秘制香料粉。选择上好四川青花椒、丁香、山楂各2.5 g，小茴香15 g，孜然10 g，八角、桂皮、白芷、草果、圆香果、白豆蔻、甘草、香草各5 g，良姜、陈皮各3 g，原料小火炒香后粉碎，过孔径0.180 mm筛。

7) 装罐、排气。成品趁热封装于洗净、消毒后的玻璃瓶内，抽真空后旋紧瓶盖。

8) 灭菌。121 ℃下，灭菌15 min，并选择分段冷却至常温得到成品[8]。

1.2.3 松茸牛肉酱感官评价

松茸牛肉酱开启后由10人组的感官评价小组（5男5女），按照表1中的标准进行感官评价。

1.2.4 单因素试验

根据文献和预试验，得出松茸牛肉酱的初始配方为松茸150 g、盐、酱油、蒜各3 g、姜4 g，酱制时间8 min，在此基础上，以感官评分为指标进行试验的单因素设计，考察秘制香料使用量（6，8，10，12和14 g）、葵花籽油使用量（30，40，50，60和70 g）、白砂糖使用量（1，2，3，4和5 g）、牛肉使用量（30，40，50，60和70 g）、辣椒粉使用量（3，4，5，6和7 g）、鸡精使用量（0，0.5，1.0，1.5和2.0 g），熟制时间（5，8，11，14和17 min）对松茸牛肉酱的影响。

1.2.5 Plackett-Burman试验

试验采用Minitab 18.0进行Plackett-Burman试验设计，在单因素试验前提下对因素进行筛选，筛选出对结果影响较显著的因素[9]。

表1 感官评分标准

1.2.6 响应面试验设计

以Plackett-Burman试验结果为基础，运用Box-Behnken试验设计评价显著因素与感官评分之间非线性关系，并对配方进行优化[10-11]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 秘制香料粉使用量对松茸牛肉酱的影响

由图1可知，秘制香料粉使用量10 g时，口感最佳，香气适宜。继续增加使用量，香料香气过浓，并遮掩松茸和牛肉的风味，造成风味失衡。因此，选择8～12 g进行试验。

图1 不同秘制香料粉使用量时松茸牛肉酱感官得分

2.1.2 葵花籽油使用量对松茸牛肉酱的影响

由图2可以看出，葵花籽油使用量过高时，会造成产品口感油腻，评分下降，使用量50 g时，各风味间相互协调，无油腻感，因此，选择使用量40～60 g继续试验。

2.1.3 白砂糖使用量对松茸牛肉酱的影响

由图3可知，白砂糖使用量3 g时，松茸牛肉酱口感最佳，评分最高。超过该值后，产品口感略带甜味，对增鲜效果起负面作用，感官评分明显下降。因此，选择2～4 g继续试验。

图2 不同葵花籽油使用量时松茸牛肉酱感官得分

图3 不同白砂糖使用量时松茸牛肉酱感官得分

2.1.4 牛肉使用量对松茸牛肉酱的影响

由图4可知，随着牛肉使用量的增加，松茸牛肉酱的感官评分呈先增大后减小趋势，在使用量60 g时，感官评分达最高。故选择50～70 g继续试验。

图4 不同牛肉使用量时松茸牛肉酱感官得分

2.1.5 辣椒粉使用量对松茸牛肉酱的影响

由图5可知，辣椒粉使用量6 g时，成品风味、颜色最佳，评分最高。使用量过低时，辣味不明显，颜色欠佳；过高时，辣味掩盖其他风味，造成失衡，颜色变暗。因此，选择5～7 g继续试验。

2.1.6 鸡精使用量对松茸牛肉酱的影响

由图6可知，鸡精使用量1.5 g时，口感最佳，提鲜效果最佳。低于该值时提鲜效果不明显，高于该值时会导致口感偏咸。因此，选择1～2 g继续试验。

2.1.7 熟制时间对松茸牛肉酱的影响

由图7可知，随着熟制时间增加，松茸牛肉酱评分呈先上升后下降趋势，时间14 min时达到最高，高于该时间时，产品口感老化。因此，选择11～17 min继续试验。

图5 不同辣椒粉使用量时松茸牛肉酱感官得分

图6 不同鸡精使用量时松茸牛肉酱感官得分

图7 不同熟制时间下松茸牛肉酱感官得分

2.2 Plackett-Burman试验结果与分析

在单因素试验基础上，设计因素水平表，秘制香料使用量（A）、葵花籽油使用量（B）、白砂糖使用量（C）、牛肉使用量（D）、干辣椒粉使用量（E）、鸡精使用量（F）、熟制时间（G），如表2所示。

表2 Plackett-Burman试验因素水平表

根据Minitab 18.0设计的方案进行Plackett-Burman试验，筛选对松茸牛肉酱有显著影响的因素，试验方案与结果见表3。

对得到的数据进行分析，得到图8所示的Pareto效应图、图9所示的残差图。

对所得数据进回归分析，得到各因素与松茸牛肉酱感官评分的一次回归方程为感官评分=81.275-3.175A-0.742B-0.725C+0.075D+2.458E-0.758F-5.275G。

由Pareto效应图（图8）可知，7个因素中，对结果影响显著的有3个，分别是A（秘制香料使用量）、E（干辣椒粉使用量）、G（熟制时间），对结果影响强度顺序为熟制时间＞秘制香料使用量＞干辣椒粉使用量。由残差图（图9）可知，试验数据无规律的分布于线条两侧，说明试验数据、方差拟合度均较好。因此，筛选出3个因素进行响应面优化试验[12]。

表3 Plackett-Burman试验设计及结果

图8 Pareto效应图

图9 残差图

2.3 响应面试验结果与分析

依据Plackett-Burman试验结果，以感官评分为响应值（Y），选取熟制时间（A）、干辣椒粉使用量（B）、秘制香料使用量（C）为自变量进行响应面试验，对松茸牛肉酱的配方进行优化，试验设计见表4，试验方案与结果见表5，回归模型方差分析见表6，回归模型可信度分析见表7。

表4 Box-Behnken试验设计因素与水平表

表5 松茸牛肉酱响应面试验方案与结果

表6 回归模型方差分析表

表7 回归模型可信度分析表

经Design-Expert 8.0.6统计软件回归拟合与方差分析，得到回归方程为：Y=91.58+4.74A+2.58B-5.46C-1.43AB+1.55AC-2.23BC-11.27A2-5.49B2-10.56C2。

由表6可知，模型F=175.17、p＜0.000 1，表明该模型的因变量与自变量线性关系明显，模型极显著，失拟项F=0.71、p=0.596 8（＞0.05），表明失拟项不显著，所得方程与实际拟合中非正常误差占比小，回归方程关系良好。由表7可知，模型R2=0.995 6，R2adj为0.989 9，说明方程可解释98.99%的可变性；变异系数为1.34%，说明模型只有1.34%的变异，远小于5%，试验误差小，可靠性高。结果表明，模型可以表现各因变量之间真实关系，可用来预测松茸牛肉酱的感官评分[13]。A、C、A2、B2、C2项差异极显著（p＜0.001），B、BC项差异高度显著（p＜0.01），AB、AC项差异显著（p＜0.05）。由各F值知，各响应因素对感官评分影响强度顺序为C（秘制香料使用量）＞A（熟制时间）＞B（干辣椒粉使用量）

经软件分析，对模型响应面等高线图及3D图进行分析，直观反映出各因素交互作用对响应值的影响，等高线呈现出明显的椭圆，曲面坡度越大，交互作用就越显著。由图10可知，干辣椒粉和秘制香料粉使用量交互作用对松茸牛肉酱感官评分影响最显著[14]。

图10 因素间交互作用对感官评价的等高线图与3D曲面图

2.4 模型优化

应用所建立模型，在Design-Expert 8.0.6软件中进行最优处理，得到松茸牛肉酱最佳加工配方为：熟制时间16.38 min、干辣椒粉7.62 g、秘制香料粉7.30 g，在此配方下松茸牛肉酱感官评分预测值为93.085 6分。

2.5 验证试验

试验过程中，将最优配方修订为熟制时间16.4 min、干辣椒粉7.6 g、秘制香料粉7.30 g，在此配方下进行3次平行试验，得到感官评分分别为92.6，93.5和91.1分，平均分为92.4分，与预测值相比，只有0.73%的偏差，符合统计学规律，说明优化配方较为准确。

3 结论

在单因素试验基础上，经Plackett-Burman试验筛选，由响应曲面试验优化得出松茸牛肉酱最佳配方为松茸150 g、盐、酱油、蒜各3 g、姜4 g、干辣椒粉7.6 g、秘制香料粉7.3 g、葵花籽油50 g、鸡精1.5 g、牛肉60 g、白砂糖3 g，酱制时间8 min，熟制时间16.4 min。所制松茸牛肉酱外观亮红，分布均匀、风味浓郁协调，能够让松茸资源得到充分利用，提高其附加产值。