响应面优化即食罗非鱼鱼皮水发增重率

佘文海，刘书成，董 浩，梁珀钏

（1.广州禄仕食品有限公司，广东广州510820；2.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江524088；

3.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州510225；4.广东省水产资源产业化工程技术研究中心，广东 广州510820）

罗非鱼（Tilapia），俗称非洲鲫鱼，原产于非洲，有600多种，目前被养殖的有15种。罗非鱼食性广泛，大多为植物性为主的杂食性，比较贪食，摄食量大，生长迅速。因罗非鱼具有肉质细嫩、骨刺少、略有甜味等特点，颇受欧美消费者青睐，目前已被联合国粮农组织列为六大主食之一[1]。罗非鱼有着优良的适应能力及强大的繁殖力。最早的时候从越南引进我国内地[2]。现在更是世界水产业重点培养的淡水养殖鱼类，且被誉为未来动物性蛋白质的主要来源之一[3]。

罗非鱼是我国主要的养殖种类之一，由于其肉质鲜美、骨刺少，深受国内外消费者的欢迎。广东省具有得天独厚的罗非鱼养殖条件，随着养殖技术的成熟，养殖、加工出口量与日俱增，其中以罗非鱼片加工为主。然而，罗非鱼加工鱼片后，剩余废弃物的利用价值不高，特别是罗非鱼皮占整条鱼质量的5%～6%。内含水分（70.04%）、蛋白质（25.40%）、脂肪（1.77%）、钙、磷、铁等多种矿物质和维生素，以及大量的胶原蛋白（约占鱼的10%），具有营养价值高、成本低的特点，有很好的市场研发前景[4-5]。

目前，罗非鱼鱼皮的加工主要分为2个方面，一方面作为制作鱼皮明胶的原料，另一方面直接经过热处理，再加上调味制作成为即食罗非鱼皮。但因为即食罗非鱼鱼皮的制作工艺简单，市场上流通主要以小作坊加工为主，其生产安全可靠性难以保证。又因其价格极其低廉。因此，对工厂制作的产品冲击较大，因此需要最大程度地优化罗非鱼鱼皮的整体出成率，以提高相对竞争优势。

水发环节增重率是影响即食罗非鱼鱼皮的最为关键的一环，在已有的研究中，周婉君等人[6]对新鲜罗非鱼鱼皮在水发环节进行了正交试验，得出了相应的最佳水发工艺，水发率达到232%。刘畅[7]研究了碱处理条件的优化，并以罗非鱼的感官评分作为指标值进行评价。姜慧燕[8]研究了泡椒鱼皮的加工工艺要点。

工厂连续化生产鱼皮，是建立在冷冻原料的基础上。前者的研究主要建立在新鲜罗非鱼鱼皮的基础上，经过冷冻的鱼皮其性质已发生改变。周婉君等人[6]在其研究的内容对水发环节紧制作了正交试验，并未采用更细致的方法描述水发环节的机制。刘畅[7]在其研究中采用的是干制鱼皮，方法采用响应面优化法，响应的主要指标是以感官评价作为响应值，未有以出成率作为关注点。

结合以上内容，研究的创新点主要是采用了冷冻罗非鱼鱼皮这一常规原料；对于水发环节优化响应值采用增重率，并探究制作即食鱼皮的水发环节的动力方程，以期为实际的生产制作提供理论参考和方法指导。

1 材料与方法

1.1 原料

冷冻罗非鱼鱼皮，广州禄仕食品有限公司提供；食品级烧碱（NaOH），滨化集团股份有限公司提供。

1.2 仪器设备

PL-L型电子秤。

1.3 工艺流程

冷冻罗非鱼鱼皮→解冻→清洗→沥水→水发→沥干→称质量。

1.4 计算方法

式中：Y——增重率，%；

M1——水发前的鱼皮质量，g；

M2——水发后的鱼皮质量，g。

1.5 试验方法

1.5.1 单因素试验

依据不同的浸泡时间（1～3 h），水温度（10～30℃），烧碱质量分数（0.2%～1.0%）进行试验。

单因素与水平设计见表1。

表1 单因素与水平设计

1.5.2 响应面优化试验设计

根据单因素试验结果，以3个因素作为主要因素，以增重率作为响应值，采用响应面Box-behnken的试验设计方法，对鱼皮增重工艺试验结果进行参数优化。

试验设计的因素与水平设计见表2。

表2 试验设计的因素与水平设计

1.6 数据分析方法

基础数据分析采用WPS Office，数据分析采用Design Expert软件并采取Box-behnken的试验设计。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 浸泡时间对增重率的影响

浸泡时间对鱼皮增重率的影响见图1。

图1 浸泡时间对鱼皮增重率的影响

由图1可见，随着浸泡时间的变化鱼皮的增重效果不同，1.0～2.5 h为逐步增加的状态，2.5～3.0 h时趋于缓和。说明随着时间的增加，碱与鱼皮细胞的作用效果加强，使到鱼皮细胞被破坏程度变高，吸收水分的能力加强，又因为鱼皮细胞的持水能力有限，所以增重率不会一直增加。因此，选择时间2.2，2.5，2.8 h这3个水平作为优化的参数。

2.1.2 浸泡温度对鱼皮增重率的影响

浸泡温度对鱼皮增重率的影响见图2。

图2 浸泡温度对鱼皮增重率的影响

由图2可见，随着浸泡温度的变化鱼皮的增重效果不同，在10～20℃是逐步增加的状态，在20～30℃趋于缓和。由此说明，温度的升高提升了水分子的扩散速率，也促使了蛋白胶原分子链接键断开，增加了间隙，提高了鱼皮细胞的吸水速率，增重率在20～30℃比15～20℃要高。因为水分子进入鱼皮的通道数目有限，所以在20℃后趋于平缓。因此，选择22，25，28℃这3个水平作为优化的参数。

2.1.3 烧碱质量分数对增重率的影响

烧碱质量分数对鱼皮增重率的影响见图3。

图3 烧碱质量分数对鱼皮增重率的影响

由图3可见，随着浸泡烧碱质量分数的变化鱼皮的增重效果不同，在0.2%～0.6%是逐步增加的状态，在0.6%～1.0%趋于缓和或下降。这是因为随着碱质量分数的增加，碱通过水解、皂化等作用破坏罗非鱼皮细胞内的蛋白，使之分解，增大了鱼皮细胞间隙，与水分子形成水化层，增加鱼皮的持水能力[9]。但该能力随着碱质量分数增加到0.6%后趋于极值，与刘畅的研究结果相同。因此，选择0.5%，0.6%，0.7%这3个水平碱质量分数作为优化的参数。

2.2 响应面分析法对鱼皮增重工艺的优化

2.2.1 Box-behnken的试验设计结果

在单因素试验的基础上，采取Box-behnken的试验设计，设计三因素三水平试验，以确定鱼皮增重的最佳工艺。

响应面优化试验的方案及结果见表3。

表3 响应面优化试验的方案及结果

利用软件对相应值各个因素进行回归拟合，得到回归方程为：

方差分析中失拟项未有F值，模型中F值为85.35，说明回归方程是显著的（p＜0.000 1），相关系数R2=0.991 0，说明鱼皮增重的因素有99.10%是来源于所选变量，即浸泡温度、浸泡时间、烧碱质量分数。因此，回归方程对试验的拟合情况好，试验误差小，可以较好地描述因素与响应面之间的真实关系，可以利用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。

回归分析结果见表4。

表4 回归分析结果

2.2.2 响应面曲线图

根据回归方程，采用Design Expert软件作出各因素对鱼皮增重影响的响应面图，其中等高线的形状可以反映出交互效应的强弱大小，等高线圆形表示两因素交互作用不显著，椭圆表示两因素交互作用显著。从图中的曲面形状可以看出影响因素的显著水平，曲面较陡说明影响显著，曲面较平缓说明影响不显著。

各因素对鱼皮增重率的影响见图4。

由图4可见，X1（浸泡时间）和X3（烧碱质量分数），X2（浸泡温度）和X3（烧碱质量分数）的曲面较陡，说明这2个因素对鱼皮增重率的交互影响较为显著；而X1和X2的曲面较平缓，说明2个因素对其响应值的影响较小。

图4 各因素对鱼皮增重率的影响

其中，X1和X3交互作用对鱼皮增重的影响响应图显示，当浸泡温度为25℃时，浸泡时间和烧碱质量分数有显著的交互作用，2个因素均沿坡面先上升后趋于平缓再下降。且烧碱质量分数坡面较陡，说明烧碱质量分数的显著性要更为强。这是因为烧碱对胶原蛋白分子的破坏，增加了水分的吸收速率，产生的效果更明显。在烧碱质量分数0.50%～0.55%呈明显上升趋势，当烧碱质量分数高于0.60%时，鱼皮增重率降低，这是因为鱼皮的分子被破坏过度，持水能力下降的表现。

其中，X2和X3交互作用对鱼皮增重的影响响应图显示，也是可以看出X3的影响因素更为明显。鱼皮吸水膨胀与鱼皮中的胶原在经过酸或碱处理以后，胶原分子间、肽链间离子交联键和氢键会受到破坏，使胶原结构松散，胶原吸收大量的水分而膨胀现象有关[9-10]。

试验与周婉君等人[6]的研究结果有所不同，其结果是影响水发的因素X1＞X2＞X3，这是可能是因为两者采用的原料不同，还有采用的优化方法不同，试验探究的是在接近最优点比较小范围的因素探究。试验与刘畅[7]的研究结果有相似之处，其结果是X1和X2的曲线较陡，说明这2个因素对鱼皮的感官评分响应较为显著；而碱处理时间和温度的曲线相对平缓，说明其对2个响应值的影响较小。感官口感与增重率可能存在一定的关联，如明胶蛋白分子吸水，能够使产品的饱满度增加，增重率越高产生的脆性会更好。

2.2.3 工艺参数响应面优化

在选取各因素范围内，根据回归模型通过Design Expert软件分析得出，鱼皮增重率的最佳工艺为浸泡时间2.51 h，浸泡温度25.97℃，烧碱质量分数0.61%。考虑实际的操作便利，将浸泡温度修正为26.0℃。验证以上最佳条件，重复试验3次结果为93.21%±0.03%。与模型预测93.148%基本一致，说明模型方程与实际情况拟合良好。

3 结论

采用响应面分析法建立了罗非鱼鱼皮增重过程中浸泡时间、浸泡温度、烧碱质量分数3个影响因素的回归模型（R2=0.991 0），并对分析模型进行分析试验。试验结果表明，响应面法优化罗非鱼鱼皮增重工艺可行，最佳工艺条件是浸泡时间2.51 h，浸泡温度26.0℃，烧碱质量分数0.61%，得出增重率为93.21%±0.03%。