响应面法优化酸辣柠檬凤爪加工工艺

董 萍 常毓兵 樊祥富 张 磊 蔡 明 韩 雪

1.辽宁现代服务职业技术学院 辽宁沈阳 110164 2.辽宁农业职业技术学院 辽宁营口 115009

凤爪是鸡脚爪的美称。凤爪的营养价值很高，富含蛋白质、钙、铁等多种营养物质[1]。由凤爪开发的产品丰富，常见的工艺有卤制、炖、泡、蒸等[2，3]。2020年新冠肺炎疫情暴发，应对疫情居家隔离期间，酸辣柠檬凤爪清爽解腻，深受消费者喜爱，成为了网红休闲食品。但目前酸辣柠檬凤爪的加工工艺未形成完善的体系，产品的风味稳定性较差，无法实现规模化发展。响应面法是一种常用于优化加工工艺的实验设计方法。根据单因素实验结果选取研究几种有代表性的因素,通过Design-Expert软件设计充分合理的实验,通过不同因素对结果的响应面情况来分析各因素对结果的影响程度[4]。

本文针对酸辣柠檬凤爪的工艺进行研究，并利用响应面法优化工艺参数。对优化后的酸辣柠檬凤爪进行质构分析，测定硬度、弹性、回复性、内聚性和咀嚼性等指标，其为酸辣柠檬凤爪的规模化生产提供一定依据。同时测定最优工艺下产品的卫生指标，检验其是否符合国家标准的规定。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

凤爪、白砂糖、陈醋、柠檬汁、生抽、味精、蒜、泰椒、香辛料等，2021年4月购于沈阳市新玛特超市。

平板计数琼脂培养基(BR)、煌绿乳糖胆盐(BGLB)(BR)、月桂基硫酸盐胰蛋白胨(LST)(BR)等，购于北京奥博星生物技术有限责任公司；无水乙醇(AR)，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

电热恒温鼓风干燥箱DHG-9023A-T，上海丙林电子科技有限公司；

不锈钢手提式压力蒸汽灭菌器YX-280B，成都宜恒实验仪器有限公司；

恒温水浴箱DK-S24，济南来宝医疗器械有限公司；

超净工作台SW-CJ-1FDG，武汉一恒苏净科学仪器有限公司；

恒温培养箱HT-400B，江苏新春兰科学仪器有限公司；

菌落计数器J-2，上海舍岩仪器有限公司；

质构仪Universal TA，上海腾拔仪器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程及关键点

鸡爪初加工→焯水→冷水浸泡→加料汁拌匀→腌制→封装。

(1)鸡爪初加工。将鸡爪解冻并将血块清洗干净。

(2)焯水。将称量好的鸡爪放入沸腾的水中，放入适量生姜，去除鸡爪的腥味。待水再次沸腾后煮设定时间即可出锅，立即放入冷水中冷却。按预设的方案进行调配料汁。

(3)腌制。将调制均匀的鸡爪放入泡制液中腌制设定时间。

(4)封装。将处理好的鸡爪用包装袋单独包装，装好之后用真空包装机抽真空[5]。

1.3.2 感官质量的评价标准

试验邀请10名专业人士分别从组织结构、色泽、气味、口感4个方面对样品评分[6，7]。各分项满分25分，结果为各项评分的总和，去掉一个最低分和一个最高分取平均值。具体评分标准见表1。

表1 酸辣柠檬凤爪感官评定标准表Table 1 Sensory evaluation index of chicken claw with lemon and peppers

1.3.3 单因素实验

本试验在腌制料汁基础配方为：凤爪100g、白砂糖30g、陈醋10g、生抽30g、味精10g、蒜20g、泰椒10g、香辛料5g。柠檬汁加入设定量。

1.3.3.1 焯水时间对酸辣柠檬凤爪品质的影响

在保持其他因素不变的条件下，调整焯水时间为0.5、3.0、5.5、8.0、10.5min进行试验，试验完成后进行感官评价。

1.3.3.2 柠檬汁添加量对酸辣柠檬凤爪品质的影响

在保持其他因素不变的条件下，调整柠檬汁添加量5、10、15、20、25g进行试验，试验完成后进行感官评价。

1.3.3.3 浸泡时间对酸辣柠檬凤爪品质的影响

在保持其他因素不变的条件下，调整浸泡时间1、3、5、7、9h进行试验，试验完成后进行感官评价。

1.3.4 响应面实验设计

根据响应面分析法试验设计原理，在单因素试验结果中选定焯水时间、柠檬汁添加量、浸泡时间，3个因素进行响应面试验设计。通过Excel软件与SPSS软件完成数据处理与方差分析，在p<0.05的情况下代表差异具有统计学意义。

1.3.5 品质检测及质构分析

在最佳工艺配方条件下，对产品的细菌菌落总数和大肠菌群进行检测，其测定方法分别参照GB 4789.2-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[8]和GB 4789.3-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》[9]。

用锋利的成型刀具，在样品相同的部位，按相同的纹路切成大小相同的试样。将试样放置在质构仪(Universal TA)上，在25℃条件下进行物性分析。探头接触平面与肌纤维方向保持同一方向，每个组取10个样进行平行试验，舍去最大值和最小值后取平均值。

参数设置：测试模式TPA，探头36mm柱形探头，测试前速度1.0mm/s，测试速度1.0mm/s，测试后速度1.0mm/s，目标模式为形变40%，触发力8g。测定样品的硬度、弹性、回复性、内聚性和咀嚼性等指标[10，11]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 焯水时间对酸辣柠檬凤爪品质的影响

实验对比了不同焯水时间0.5、3.0、5.5、8.0、10.5min下，酸辣柠檬凤爪的感官质量(见图1)。焯水0.5min时感官评分最低，此时凤爪未熟，外表无变化；焯水3.0min,凤爪外表保持原状态；焯水5.5min,凤爪约9分熟，外表保持原状态；焯水8.0min,凤爪外表出现软烂；焯水10.5min,凤爪外表呈现煮烂形态。从上述实验得出，焯水时间控制在5.5min较适宜，此时凤爪外表完整，成熟度适宜。

图1 焯水时间对酸辣柠檬凤爪感官评分的影响Fig. 1 Effects of different blanching time on sensory scores of chicken claw with lemon and peppers

2.1.2 柠檬汁添加量对酸辣柠檬凤爪品质的影响

柠檬汁的添加量对风味的影响较大，实验对比了不同质量的柠檬汁添加量，结果如下：添加量为5g时，凤爪酸味不明显；添加量为10g时，口味较适宜，评分较高；随着添加量的增大，口味偏酸，感官得分降低。柠檬汁的添加量在10g时凤爪口味接受度高(见图2)。

图2 柠檬汁添加量对酸辣柠檬凤爪感官评分的影响Fig. 2 Effects of different lemon juice on sensory scores of chicken claw with lemon and peppers

2.1.3 浸泡时间对酸辣柠檬凤爪品质的影响

浸泡时间主要影响酸辣柠檬凤爪的入味程度，随着浸泡时间的延长，入味程度增加(见图3)。浸泡1h时，仅凤爪表面入味；浸泡3h时，口味适中；浸泡9h时，入味完全，但耗时过长。综合考虑浸泡时间为3～5h适宜。

图3 浸泡时间对酸辣柠檬凤爪感官评分的影响Fig. 3 Effects of different soaking time on sensory scores of chicken claw with lemon and peppers

2.2 响应面设计与分析

2.2.1 响应面试验因素水平和结果

采用响应面分析法分析焯水时间、柠檬汁添加量、浸泡时间，3个变量间的交互作用。实验设计及感官评定结果见表2和表3。

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Response surface test factor level table

表3 试验设计与结果Table 3 Response surface test design and results

2.2.2 响应面试验结果及方差分析

利用Design-Expert 10.0.1软件对实验数据进行统计分析，得到二次多项式回归方程(1)。

感官评分=93.6+0.125A-1.25B+2.875C-0.75AB+0.5AC-0.25BC-2.55A2-4.8B2-11.55C2

(1)

对回归方程进行方差分析，如表4所示。

表4 响应面拟合回归方程的方差分析结果Table 4 Variance analysis of response surface experiments results

工艺条件对感官评分影响大小顺序为：C>B>A，即浸泡时间>柠檬汁添加量>焯水时间。模型的决定系数R2为0.9958，说明模型具有高的显著性，而Adj R2=0.9904，能够解释实验99.04%的响应值变异，且与预测相关系数Pred R2也接近，说明此实验模型与真实数据拟合程度良好，可以指导实践，用于优化柠檬酸辣凤爪的加工工艺。

2.2.3 响应曲面分析

不同工艺条件对感官评分的影响见图4～图6。

从图4中可以看出，焯水时间A和柠檬汁添加量B的交互作用对感官评分的影响呈抛物面分布。当焯水时间A一定时，随着柠檬汁添加量B的增加，感官评分先上升后下降。同理，当柠檬汁添加量B不变时，随着焯水时间A的提高，感官评分也呈现先增加后减小。柠檬汁添加量方向曲面出现较大幅度波动，表明柠檬汁添加量对感官评分影响较焯水时间影响显著。仅考虑二者因素作用下的最优感官工艺组合为：焯水时间A为4～7min，柠檬汁添加量B为7～11g水平附近组合。

图4 焯水时间和柠檬汁添加量的交互作用对感官评分的影响Fig. 4 Response surface plot for the effects of blanching time and lemon juice on sensory scores

图5所示的交互作用中，曲面呈现拱形状，感官度随焯水时间的增加呈现大幅度先增后减变化，随浸泡时间的小幅度先增后减变化。相较而言，浸泡时间方向曲面变化幅度较大，对感官的影响较焯水时间的影响显著，为感官评分的敏感影响因子。取浸泡时间为适中水平：3h附近值时，感官评分较高，实际工艺控制该条件对结果感官比较有利。

图5 焯水时间和浸泡时间的交互作用对感官评分的影响Fig. 5 Response surface plot for the effects of blanching time and soaking time on sensory scores

由图6可知，感官评分随柠檬汁添加量和浸泡时间的增加均呈现先增后减变化，二者交互作用中浸泡时间对感官评分的贡献较柠檬汁添加量大，当柠檬汁添加量取7～11g、浸泡时间取2.5～4h水平区间值时，感官评分较高，应控制该条件从而得到优化工艺参数。

图6 柠檬汁添加量和浸泡时间的交互作用对感官评分的影响Fig. 6 Response surface plot for the effects of lemon juice and blanching time on sensory scores

为了使感官评分最高，根据软件计算数据，感官评分在焯水时间A、柠檬汁添加量B、浸泡时间C的共同影响下的最优工艺为：焯水时间A为5.641min、柠檬汁添加量B为9.311g、浸泡时间C为3.254h，在此条件下模型预测的最大感官评分为93.873。

2.2.4 验证实验

在软件计算结果的基础上，综合实际的工艺条件，取焯水时间A为6min、柠檬汁添加量B为9g、浸泡时间C为3.3h进行3次验证测试，得平均感官评分为94.33，与模型预测结果接近，说明采用相应面模型分析的方法可以对工艺参数进行优化。

2.3 品质检测及质构分析

2.3.1 微生物分析结果

菌落总数是微生物杀菌效果评估的一项重要指标，它可以反映酸辣柠檬凤爪杀菌效果的好坏。酸辣柠檬凤爪在加工过程中易受大肠菌群的污染，大肠菌群易导致食源性疾病的发生，应严格控制这些菌的数量。在最优工艺条件下，测定样品中的菌落总数检测结果为1.0×102CFU/g、4.2×102CFU/g、2.2×102CFU/g、3.6×103CFU/g、5.4×102CFU/g，大肠菌群检测结果为<10CFU/g。符合GB2726-2016《食品安全国家标准熟肉制品》标准的要求[12]。

2.3.2 质构分析结果

测定了在最佳工艺条件下不同部位酸辣柠檬凤爪的质地参数，见表5。凤爪指部的硬度169.23gf高于掌部165.03gf。黏聚性反应的是口腔在咀嚼凤爪时，凤爪保持紧密链接的性质，它体现了细胞间结合力的大小。黏聚性越高，凤爪咀嚼时越细腻，口感也越好。凤爪指部的黏聚性略高于凤爪掌部[13～15]。

表5 不同部位酸辣柠檬凤爪的质地参数Table 5 Texture parameters of different parts of chicken claw with lemon and peppers

3 结论

本实验利用响应面分析法优化了酸辣柠檬凤爪加工工艺，通过Design-Expert 10.0.1软件运行结果，结合实际工艺设置的可行性，获得最佳的焯水时间A为6min、柠檬汁添加量B为9g、浸泡时间C为3.3h，所生产的酸辣柠檬凤爪酸辣爽口，软硬程度适中，咀嚼性好。在最优工艺条件下，测定样品的菌落总数、大肠菌群等指标均符合国家标准的规定。

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