采用响应面法优化藜麦鱼丸配比的研究

肖 静周文婷周 润叶 华黄玉坤

（1.西华大学食品与生物工程学院，成都 610039）

（2.江苏科技大学粮食学院，江苏镇江 212100）

鱼糜是鱼肉经过前处理、采肉、漂洗、脱水、擂溃等工序制得的深加工鱼蛋白产品，具有高蛋白、低脂肪、弹性好、细嫩味美以及烹调便利等优点，深受消费者的喜爱[1-2]。海水鱼是传统鱼糜产品的主要原料，但由于捕捞过度，导致海洋渔业资源日益枯竭。目前，许多研究转向利用高产低价的淡水鱼加工鱼糜，以弥补鱼糜加工原料的不足[3]。

草鱼（grass carp）是我国特有的淡水经济鱼类，营养价值高，含有丰富的维生素、不饱和脂肪酸和微量元素，具有治痹、明目等功效[4]；此外，草鱼出肉率较高，肉色和肌动球蛋白含量与海水中白色肉鱼类相似，在冷冻鱼糜及其制品的生产中具有优良的技术性能，是生产鱼丸的低价优质原料。

藜麦（Chenopodium quinoa willd）富含蛋白质、有机酸以及微量营养素，与其他更常食用的谷物相比，不仅营养价值高，同时还具有预防疾病发生的潜在功效[5-7]；此外，藜麦含有8种人体必需氨基酸，且比例均衡，易被人体吸收[8]。尽管其蛋氨酸含量相对较少，但可以通过与鱼肉进行营养弥补，成为一种满足人体需要的全营养鱼糜制品。

鱼丸是典型的鱼糜制品之一，生产过程自动化程度高，便于成型，经济效益高。目前市面上已经有不少鱼丸产品，鲜有杂粮与鱼糜复合加工的产品。本试验将藜麦取粉添加到鱼丸中，通过响应面法对藜麦鱼丸配比进行优化，并对产品进行物性学测试分析，制备出营养丰富的藜麦鱼糜食品。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

草鱼、精盐、生粉、鸡精、蔗糖、料酒、胡椒粉，均为市购；藜麦，青海三江沃土生态农业科技有限公司；冰块，自备。

1.1.2 仪器与设备

JD-200 g/1 mg，电子天平，龙腾电子数量仪器公司；WF32-16 mm，色差仪，深圳市威福光电科技有限公司；JA2003，千分之一天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；TA-XT PLUS质构仪，Stable Micro System Ltd；MCR302流 变 仪，Modular Compact Rheometer；WK2102多功能电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；VH-39远红外线食品烘炉，广州旭众食品机械有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

藜麦鱼丸的生产工艺流程详见图1。

图1 藜麦鱼丸生产工艺流程

1.2.2 基础配比

草鱼100 g、藜麦50 g、冰水20 g、生粉10 g、精盐3 g、蔗糖3 g、料酒2 g、鸡精1 g、胡椒粉0.2 g。

1.2.3 单因素试验设计

根据预试验情况，选用草鱼糜、藜麦、冰水及生粉4种原辅料为单因素，设置5个水平，研究各因素添加量对藜麦鱼丸品质的影响，具体见表1，再通过感官评分分析此因素是否为显著因素。

表1 藜麦鱼丸单因素试验水平

1.2.4 响应面配比优化

在单因素试验的基础上，确定草鱼糜添加量、藜麦泥添加量、冰水添加量3个因素，运用Design-Expert软件，以鱼丸感官综合评分为响应值，采用Box-Behnken三因素三水平的响应曲面分析方法对藜麦鱼丸的关键工艺参数进行优化。试验因子及水平见表2。

1.2.5 藜麦鱼丸的感官评价

挑选10人进行相应的培训后进行感官评价，感官评价标准见表3。

表2 单因素及添加水平

1.2.6 藜麦鱼丸质构的测定

将鱼丸样品切成10 mm高的圆柱体，用TA-XTPLUS质构仪进行测定，选用P/0.5探头进行TAP测试。测定参数为：触发力5 g，应变40%，测试前、中、后速度分别为5.0、1.0、1.0 mm/s。选用硬度、黏性、弹性、内聚力、恢复力和咀嚼性共6个指标进行评价。

表3 藜麦鱼丸感官评价标准

1.2.7 藜麦鱼丸白度的测定

将鱼丸样品裁制成直径约2 cm、厚薄约0.5 cm的圆片，采用WF32-16mm自动色差测定成品藜麦鱼丸的白度W。测3个平行样，取平均值。

参数L*表征色彩的敏感程度，a*表示红度值，b*表示黄度值[9]。

1.2.8 持水力

采用离心法测定藜麦鱼丸的持水力（WHC）。称取鱼丸样品2.00 g（m1），并将其用两层滤纸包裹，4500 r/min，4℃离心15 min后称重（m2），据此计算。因1.2.7中W表示白度，所以此种重量用m表示。

测3个平行样，取平均值。

1.2.9 藜麦鱼丸流变特性的测定

将鱼糜凝胶置于MCR302型流变仪直径40 mm的平板上，平板和载物台之间的距离d=1.0 mm，刮去过剩的样品，使用P/0.5探头，温度扫描应变幅度：1%，扫描频率：1 Hz，扫描温度范围：20～90℃，升温速率：2℃/min，记录扫描过程中动态弹性模量G"（储存模量）和黏性损耗模量G"（损耗模量）的变化，黏度扫描记录表观黏度η随剪切速率的变化关系。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

单因素试验结果见图2，由图可以看出草鱼糜、藜麦泥、冰水添加量对鱼丸品质感官评分影响相对较大，而生粉添加量对感官评分值影响基本不变。因此，最终确定草鱼糜、藜麦泥、冰水3个因素及试验水平进行下一步的响应面优化。

图2 各单因素试验感官评分图

2.2 响应面优化结果

在单因素试验结果的基础上，以藜麦草鱼丸感官评分为响应值，运用Design-Expert软件，采用Box-Behnken三因素三水平的响应曲面分析方法，对藜麦草鱼丸的工艺配比进行优化，试验方案及评分结果见表4，回归模型的方差及显著性分析见表5。

表4 不同配比的黎麦草鱼丸感观评分

表5 回归模型的方差及显著性分析

如表5方差及显著性分析可知，试验所选用模型P值为0.0356，显著（P＜0.05），模型的失拟项为0.1247，不显著（P＞0.05），说明拟合效果理想，能够很好地反映感官评分与草鱼糜添加量、藜麦泥添加量、冰水添加量的关系。在此条件下，因次一次项A、B、C以及因次二次项AB、BC、A2对藜麦鱼丸感官评分的影响不显著；AC、B2、C2对鱼丸感官评分的影响达到显著水平，表明3种水平的相互作用对草鱼藜麦鱼丸的感官综合评分作用明显。采用Design Expert软件对各因素之间的交互作用分析，结果见图3—5。

图3—5客观地反映了各交互作用对藜麦鱼丸感官评分的影响。从图形的陡峭形态可知，草鱼糜与藜麦泥用量、草鱼糜和冰水用量、藜麦泥和冰水用量之间的交互作用明显，与表5结论一致。

图3 草鱼糜和藜麦泥用量对鱼丸感官评分的响应曲面及等高线图

图4 草鱼糜和冰水用量对鱼丸感官评分的响应曲面及等高线图

图5 藜麦泥和冰水用量对鱼丸感官评分的响应曲面及等高线图

通过响应面模型预测藜麦鱼丸配方中草鱼糜、藜麦泥及冰水的用添加量分别为140、55、30 g；再根据优选模型结合基础配方辅料得到最优工艺参数为：草鱼肉57.33%，藜麦泥22.52%，冰水12.29%，生粉4.1%，精盐1.23%，蔗糖1.23%，料酒0.82%，鸡精0.41%，胡椒粉0.07%，感官评价得分74分。以此条件进行试验验证，进行3组平行试验，制得藜麦鱼丸实际感官评分的平均值为74.3分，与预测值接近，优化得到的配比可靠，具有实用价值。

2.3 物性学特性测定

2.3.1 藜麦鱼丸的质构测定

用最佳工艺参数制得的藜麦鱼丸质构指标见表6。

通过分析表6并与市售某品牌鱼丸相比可知，藜麦的加入使鱼丸硬度变差，弹性和内聚力变低。藜麦鱼丸的黏性、恢复力适宜，咀嚼性等于硬度、弹性和内聚力的三者乘积[10]，本试验的数据也体现了咀嚼性与硬度呈线性相关性。Benjakul等[11]研究表明，鱼糜凝胶的硬度与肌肉原纤维蛋白链的高密度和互联性有关，弹性、内聚力与肌原纤维蛋白交联的程度相关。这可能是因为藜麦中较高含量的不溶性多糖破坏了鱼糜凝胶网络和鱼肉肌原纤维的交联，从而导致质构性能下降。

表6 藜麦鱼丸质构指标

2.3.2 藜麦鱼丸的白度测定

用最佳工艺参数制得的藜麦鱼丸的白度测定结果见表7。白度系数是鱼丸色泽的重要评价指标，消费者青睐高明度（L*）、低黄度（b*）、高白度（W）的鱼糜凝胶[12]。本产品藜麦鱼丸的平均白度为67.0444，添加藜麦后明度和白度系数值正常。

表7 藜麦鱼丸白度测定表

2.3.3 持水力的测定

用最佳工艺参数制得的藜麦鱼丸的持水力测定结果见表8。由表可知，藜麦鱼丸持水力为81.77%，鱼糜凝胶的持水力主要是因为蛋白质之间相互交联形成的三维网络结构会束缚水分，使其不能自由流动。藜麦中高含量的不溶性多糖，破坏了鱼糜凝胶三维网络结构，从而减弱凝胶体系截留水的能力，使鱼丸持水性降低[13]。

表8 藜麦鱼丸持水力测定数据表

2.3.4 流变特性的测定（1）温度扫描

用最佳工艺参数制得的藜麦鱼丸的温度扫描结果见图6—7。

图6 温度扫描鱼糜溶胶G"、G"变化趋势图

图7 温度扫描鱼糜溶胶相位差δ变化趋势图

用MCR302型流变仪在20～90℃的升温过程中测定鱼糜溶胶的动态弹性模量G"和黏性损耗模量G"的变化。其中G"是表征样品的弹性特征，G"是代表鱼糜凝胶的黏性特征[14]。阻尼因子tanδ=G"/G"，当阻尼因子为0时，样品表现固体弹性行为；当阻尼因子为无限大时，样品表现液体黏性行为；当δ介于0～90°之间时，则既有弹性性质，又有黏性性质，样品表现出黏弹性的性质[15-16]。

由图6可以看出，扫描开始时，鱼糜溶胶的G"、G"较稳定，在40℃左右时开始升高，在60～65℃时达到最大值，70℃时趋于稳定，说明鱼糜蛋白在40℃左右会发生凝胶劣化、崩溃，鱼糜的部分肌球蛋白的轻链发生解离，使得分子流动性增强[17-18]，因此G"值升高；在60～70℃升温过程中，鱼糜肌球蛋白重链和肌动球蛋白发生受热变性，形成不可逆的凝胶网络结构，使得G"值又开始上升[19]；G"的变化趋势与G"相似，但高于G"值，原因是鱼糜胶体中形成的凝胶体系具有较高的弹性组分。随着温度增加，G"和G"值变化的主要原因是鱼糜肌原纤维蛋白质由不同组分组成，其不同组分的变性温度不同。

材料的动态粘弹性，可以通过对材料施加一个连续的正弦应力或应变得到[20]，δ是应力波与应变波间的相位差，表征材料是类似液体特征行为还是固体特征行为[21]。图7结果显示鱼糜溶胶的损耗系数tanδ均小于1，这说明鱼糜凝胶兼具黏弹性性质，主要原因可能是鱼糜蛋白质分子间相互缠绕形成网状结构。

（2）黏度扫描

最佳工艺参数制得的藜麦鱼丸黏度扫描结果见图8。

图8 黏度随剪切速率变化关系图

由图8可知，鱼糜凝胶黏度随着剪切速率的增加而降低，说明鱼糜凝胶为假塑性流体，在受到剪切后鱼糜凝胶变稀[22]。这可能是因为剪切作用引起鱼糜凝胶的分子发生定向、伸展、变形、分散等形变，流动阻力下降[23]。

3 结论

将营养功能价值丰富藜麦添加鱼丸中，结合了鱼肉营养和谷物营养的优点，做到优势互补，既改善了鱼丸品质、增加了鱼丸品种，又降低了生产成本。

以单因素试验和响应面设计为基础，结合感官方法对藜麦鱼丸进行品质评价，通过数据分析确定藜麦鱼丸主要原料的最佳配比为：草鱼肉57.33%，藜麦泥22.52%，冰水12.29%。

测定最佳工艺参数制得的藜麦鱼丸的流变特性、持水力、质构等指标，结果如下：持水力为81.77%、白度为67.0444、硬度699.48 N/cm2、黏性-26.237 N、弹性0.905 mm、内聚力0.746 N/cm2、恢复力0.316 g、咀嚼性472.199 N/cm2；流变测定结构显示藜麦鱼糜凝胶为假塑性流体，62℃左右凝胶弹性、交联性最佳。本产品与市售标准品相比，黏性、恢复力适宜，各项质构性能良好，满足鱼丸的标准要求。