响应面法优化黑蒜银条酱制备工艺
2021-12-22贾庆超梁艳美卢灿张宇恒
贾庆超，梁艳美，卢灿，张宇恒
(1.郑州科技学院 食品科学与工程学院，郑州 450064；2.安阳工学院 计算机科学与信息工程学院，河南 安阳 455000)
黑蒜不仅具有普通大蒜所有的营养物质，而且其含有的微量元素及维生素都比普通大蒜丰富，各种营养物质更容易被吸收利用，自由基清除能力明显增强，具有更强的抗氧化和抗酸化功效[1-2]，黑蒜中的微量元素尤其以硒、锗这两种抗癌元素更丰富，可延缓衰老,预防癌症和心脑血管疾病，在降血糖、降血压、降血脂等方面具有特殊的生理功效，可增强人体的免疫力，是一款优良的保健食品[3-4]。银条学名银苗，有独特的文化价值，被誉为“国家地理标志产品”，河南洛阳偃师市是其主产地，是当地人餐桌上的家常菜，口感似莲菜，清脆爽口，风味独特，富含多糖、蛋白质、氨基酸、维生素和矿物质等，同样具有保健和医疗作用，其含有的水苏糖不仅可以消除肺炎等炎症，而且在治疗肿瘤和提高免疫力等方面有举足轻重的地位[5]，被赋予“超强双歧因子”的美誉[6]，也可作糖尿病病人食品的替代品，是一款良好的保健食品[7]。本研究以黑蒜和银条为主要原料研制营养丰富、美味可口、保健功能的黑蒜银条酱，为黑蒜银条酱的工业化发展提供了数据参考，同时宣扬了银条特产的文化价值。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
银条、八角、花椒、小茴香、葱、姜、蒜、糖、盐：洛阳市偃师市中成百货超市；黑蒜：山东鑫良食品独头富硒黑蒜；鲁花低芥酸菜籽油：中粮集团有限公司；赛多利斯BSA2202S型电子天平；博科BKQ-Z50I型高压蒸汽灭菌锅；九阳手动破碎机。
1.2 试验方案设计
1.2.1 试验方法
设定银条原料的添加量为60 g，菜籽油的用量为10 g，将影响酱品质的香辛料八角、花椒、小茴香和调味料糖、盐、葱姜(参考火锅底料配方[8]，二者之比为1∶1)及黑蒜做单因素试验，在此基础上，将八角、花椒、小茴香、葱姜进行正交试验，根据试验结果，将此配方作为一个单因素，对糖、盐、黑蒜的添加量进行响应面优化试验，最终得出最佳工艺配方。
1.2.2 工艺流程
烧油至八成热(热油冒烟)→加入香辛料→加入葱、姜→加入黑蒜、银条→转小火→加入糖、盐→搅拌均匀后加入适量凉白开→小火收汁，冷却→装罐→发酵→成品。
1.2.3 感官评价标准
请10名径行感官评价培训的人员对制备的黑蒜银条酱进行评价，评分取平均值。以GB/T 24399-2009《黄豆酱》为参考[9]，并根据黑蒜银条酱的实际情况，制定感官评价标准，见表1。
表1 黑蒜银条酱感官评价标准Table 1 The sensory evaluation criteria of black garlic and Rorippa globosa sauce
1.2.4 理化指标和微生物的测定
根据GB 5009.3-2016中的直接干燥法测定成品的水分含量；根据GB/T 12456-2008中的电位滴定法测定成品的总酸含量；根据GB 5009.33-2016中的分光光度法测定成品的亚硝酸盐含量；根据GB 4789.2-2016中菌落总数的测定方法测定成品中的菌落总数；根据GB 4789.3-2016中大肠菌群数的测定方法——乳糖胆盐发酵法测定成品的大肠菌群。
2 结果与讨论
2.1 香辛料单因素试验
香辛料大多有一定的药理作用，对人体有一定的保健功能[10]。设定银条60 g、黑蒜40 g、糖5 g、盐3 g、葱姜均为8 g，进行下列单因素试验。
花椒、小茴香使用量各1 g，八角使用量作为变量，设质量梯度分别为0.5，1，1.5，2，2.5 g，感官评价结果见图1。
图1 八角对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.1 Effect of star anise on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
由图1可知八角添加量为1 g时感官评价最好，且有明显峰值，说明八角这一因素的影响比较大，主要是由于八角味道偏甜，风味比较突出[11]。
小茴香1 g、八角1 g，花椒使用量作为变量，设质量梯度分别为0.5，1，1.5，2，2.5 g，感官评价结果见图2。
图2 花椒对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.2 Effect of Chinese prickly ash on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
由图2可知，花椒添加量为0.5 g时感官评分最高，而后呈下降趋势，添加量越高，评分越低，因此，花椒添加量选取0.5 g。花椒在充当调味品的角色时，功能偏于除臭和增香[12]，这是没有八角添加量多的原因之一。
八角1 g、花椒0.5 g，小茴香使用量作为变量，设质量梯度分别为0.5，1，1.5，2，2.5 g，感官评价结果见图3。
图3 小茴香对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.3 Effect of cumin on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
由图3可知，小茴香的最佳使用量为1 g，小茴香的曲线同八角的曲线走势相似，都有较明显的峰值。但是小茴香的总体感官评分没有八角高，说明小茴香在影响黑蒜银条酱风味时，调味作用没有八角明显。
2.2 调味料及黑蒜添加量单因素试验
以下单因素试验均加入银条60 g，八角、小茴香各为1 g，花椒0.5 g。
糖5 g、盐3 g、黑蒜40 g，葱姜使用量作为变量，设质量梯度分别为4，8，12，16，24 g，感官评价结果见图4。
图4 葱姜对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.4 Effect of onion and ginger on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
由图4可知，葱姜为16 g时的感官评价最高，这是由于在此使用量下葱姜提香去味的能力比较强，消除不良气味和平衡各料之间味道的能力也比较好。因此，当葱姜为16 g时为最佳使用量。
葱姜16 g、食盐3 g、黑蒜40 g，白砂糖使用量作为变量，设质量梯度分别为5，10，15，20，25 g，感官评价结果见图5。
由图5可知，白砂糖在5 g和10 g时的感官评价相差不大，但是在10 g时感官评价分数最高，口味比较甜，适合大多数人的要求。高于10 g评分下降，在15 g时甜度过高，不太符合多数人的口味。因此，白砂糖的最佳使用量为10 g。
图5 白砂糖对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.5 Effect of sugar on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
葱姜16 g、白砂糖10 g、黑蒜40 g，食盐使用量作为变量，设质量梯度分别为3，6，9，12，15 g，感官评价结果见图6。
图6 食用盐对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.6 Effect of edible salt on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
由图6可知，食用盐对黑蒜银条酱的口味影响极大，曲线走势几乎呈直线下降。在3 g时感官评价最高，而后随着食用盐用量的增加，酱的味道过咸，因此，在食用盐用量为3 g时最佳。
葱姜16 g、白砂糖10 g、食盐3 g，将黑蒜使用量作为变量，设质量梯度分别为30，40，50，60，70 g，感官评价结果见图7。
图7 黑蒜对黑蒜银条酱感官评价的影响Fig.7 Effect of black garlic on the sensory evaluation of black garlic and Rorippa globosa sauce
由图7可知，随着黑蒜添加量的增加，曲线上升且趋于平缓，当黑蒜添加量为40 g和50 g时，两者感官评价分数基本持平，这是由于黑蒜使用量的增多，与各种配料混合得均匀，但在40 g时，黑蒜与银条及各种配料混合更融洽，评分更高，所以黑蒜的最佳添加量为40 g。
2.3 正交试验
根据单因素试验结果，对八角、花椒、小茴香、葱姜4个因素，采用四因素三水平L9(34)进行正交试验，更完整地研究4个因素对黑蒜银条酱风味的影响，葱姜各2 g为一份。正交试验设计见表2，正交试验结果分析见表3(结果保留小数点后两位)。
表2 黑蒜银条酱辅料正交试验设计表Table 2 The orthogonal test design for the auxiliary materials of black garlic and Rorippa globosa sauce
表3 黑蒜银条酱辅料正交试验结果分析Table 3 Analysis of orthogonal test results of black garlic and Rorippa globosa sauce
由表3可知，影响黑蒜银条酱风味的因素主次为八角添加量>小茴香添加量>葱姜使用量>花椒使用量，得出的最佳方案为A2B3C2D3，即八角1 g，花椒2 g，小茴香1 g，葱姜各8 g。
2.4 黑蒜银条酱响应面优化
2.4.1 Box-Behnken试验设计及结果分析
将银条的使用量定为60 g，辅料配方(八角1 g，花椒2 g，小茴香1 g，葱姜各为8 g)设定为1份，同时，白砂糖、食用盐、黑蒜添加量作为试验中的变量因素进行响应面优化，根据单因素试验结果，试验设计因素水平表见表4，试验结果分析见表5。
表4 Box-Behnken响应面设计因素水平表Table 4 The factors and levels of Box-Behnken response surface test
表5 响应面试验设计与结果Table 5 The design and results of response surface test
对表5中数据进行拟合分析，得到回归方程为：Y=94.13+1.90E-3.36I-1.21G-1.49H+4.07EI-1.17EG+4.03EH-1.46IG-2.34IH-1.24GH-5.29E2-6.19I2-3.09G2-3.60H2，方差分析见表6。
表6 响应面回归模型的方差分析Table 6 Analysis of variance of response surface regression model
续 表
由表6中的方差分析结果可知，模型的P<0.0001，表明试验所采用的二次模型是极显著的。失拟项的P=0.0924>0.05，表明对模型是有利的，模型具有高度可靠性[13-14]。通过对试验模型的可信度进行分析，得到R2=0.9396，表明响应值的变化有93.96%来自于所选因素，该方程的拟合度较好，方程的调整决定系数RAdj2=0.8792，说明有87.92%的试验符合该模型，与实际情况符合良好[15-16]。变异系数C.V.(%)=2.20，较小，方程模型具有良好的重现性[17]。一次项E、I和交互项 EI、EH以及二次项E2、I2、G2、H2对结果的影响极显著(P<0.01)，一次项G、H及交互项IH对结果的影响显著(0.01
2.4.2 响应面分析
根据回归方程建立响应面图，结果见图8。等高线越密集，表明该因素对试验结果的影响越显著[18]，等高线越接近于椭圆形，二者的交互作用越强，反之圆形则交互作用不强[19]。
图8 响应面及等高线图Fig.8 Response surface diagrams and contour plots
由图8可知，EI的影响最显著，其次是IH、GH，这与方差分析一致。任意两个因素之间均有一定的交互作用。利用Design-Expert 10.0.7对回归方程进行回归分析，确定最佳添加量为白糖10.5 g，食用盐5.4 g，配料1.9份(1份为花椒1.3 g，葱、姜各6.8 g，小茴香1.4 g，八角1.5 g)，黑蒜39.4 g，得分94.71分。
2.5 配方参数优化和模型验证
由响应面法优化可知，预测得到的最佳黑蒜银条酱的配方参数为：银条60 g，白糖10.5 g，食用盐5.4 g，配料1.18份(八角1 g，花椒2 g，小茴香1 g，葱、姜各8 g)，黑蒜39.4 g，得分94.71分。在此条件下进行验证试验，重复3次，取平均值，制作的黑蒜银条酱的感官评分分别为94.21，93.89，93.57分，平均值为93.89分，与理论值非常接近。
2.6 理化指标及微生物的测定
理化指标及微生物指标见表7。
表7 理化指标及微生物指标Table 7 The physical and chemical indexes and microbial indexes
3 结论
本文主要研究了黑蒜银条酱的试验方案设计及在不同发酵时间其亚硝酸盐含量的变化。首先将影响黑蒜银条酱的八角、花椒、小茴香、白糖和盐等因素进行单因素试验，然后根据单因素试验结果，首先对花椒、葱姜、小茴香、八角进行响应面优化试验，得到最佳配方为花椒1.3 g，葱、姜各6.8 g，小茴香1.4 g，八角1.5 g，而后以此配方为一份，作为一个因素，对白糖、食盐、黑蒜进行二次响应面优化试验，最终得到最佳配方为银条60 g，白糖10.5 g，食用盐5.4 g，配料1.18份(八角1 g，花椒2 g，小茴香1 g，葱、姜各8 g)，黑蒜39.4 g。制成的黑蒜银条酱酱香浓郁，整体组织更黏稠，香甜适口。
