响应面优化革胡子鲶鱼鱼头汤熬煮工艺

2022-03-27李璐孙慧娟李刚吴迪马俪珍李玲

食品研究与开发 2022年6期

李璐，孙慧娟，李刚，吴迪，马俪珍，李玲

（天津农学院食品科学与生物工程学院国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心天津市水产品加工及质量安全校企协同创新重点实验室，天津 300384）

淡水鱼在我国渔业中的地位举足轻重。革胡子鲶鱼（Clarias gariepinus，CG）无刺，且为我国优质淡水鱼之一，其蛋白含量高、养殖成本低、存活率高、生长周期短[1-2]，但其头部为黑色，外观可接受度低。革胡子鲶鱼的鱼头和骨刺占其质量的40%左右，营养价值较高。鱼类加工产业多将鱼头和骨刺直接丢弃，造成资源利用不合理，甚至环境污染，增加加工成本，极大地影响企业利润[3]。所以对鱼头、鱼骨等副产物进一步利用、增加其附加值具有重要的社会意义和经济价值。

汤是生活中不可或缺的一道菜肴。在熬煮过程中，汤中肉质变软、结构疏松，溶出的脂质、蛋白质等物质与原料中呈味物质达到相对平衡[4]，从而赋予汤丰富的滋味[5-6]，被逐渐广泛应用到其他菜品中。一方面，汤可以刺激唾液腺分泌更多的唾液，使人们的食欲增加；另一方面，汤进入胃时可以促进肠胃的蠕动和食物的消化及吸收[7]。在一定程度上，汤具有食疗的作用，有提高机体免疫力等功效[8]。近年来，汤由高温高压的烹煮方式转为低温慢炖[9]。赵勇等[10]以鸡汤为研究对象，研究烹制对其灭菌效果及营养物质浸出的影响，得出在100℃左右烹制时蛋白质溶出较多。刘达玉等[11]以猪腿骨为原料，发现常压熬制汤整体香气较好，口味更受人喜欢。步营等[12]以鱼骨为研究对象，对高压熬制鳕鱼骨汤的工艺参数进行研究且分析熬制过程中鱼骨汤风味变化，研究结果表明，高压熬制最佳条件为料水比 1∶2（g/mL）、温度 110 ℃、时间 2 h，蛋白质溶出率为（7.49±0.26）g/100 g鱼骨。冯雨等[13]研究发现，草鱼鱼头汤在熬煮温度95.54℃、熬煮时间3.51 h、鱼水比1∶5.85（g/mL）的条件下，鱼头汤中蛋白质含量和总固形物含量最大，汤质最好。朱琳等[14]研究不同的加工方式对乌鱼汤营养成分的影响，建议熬制时间控制在1.5 h～3 h。在汤的熬煮过程中，随着鱼头中营养物质的溶出，汤中会形成具有生理效应的胶体，这些胶体粒子由脂肪、蛋白质、糖类等组成。王一铮等[15]研究发现，河蚬汤在熬煮过程中形成的颗粒聚集体可以有效促进肝细胞的增殖，其聚集体的粒径分布在纳米范围。禄彦科[16]研究发现骨汤熬煮过程中有微纳米颗粒的生成，营养成分主要以脂肪为主，白汤比清汤的粒径普遍更大，颗粒尺寸的分布范围更广。

虽然人们对畜禽肉汤的研究较多，但是对淡水鱼鱼头汤的研究很少，市场上相关产品也不多，所以，本研究通过对鲶鱼鱼头汤的熬煮工艺进行单因素试验，然后进行响应面分析，以汤中的蛋白质含量为响应值，优选出鱼头汤最佳熬煮工艺，旨在为企业实际生产提供参考依据，增加鱼头的附加值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜革胡子鲶鱼：市售，共15尾，同一批次，尾质量（1.69±0.13）kg，鱼头质量（0.34±0.04）kg，鱼头长（14.78±1.16）cm，鱼头宽（9.69±0.53）cm；食盐、大豆油：市售。

硫酸铜、硼酸、甲基红指示剂：天津市北方天医化学试剂厂；硫酸钾、浓硫酸、浓盐酸：天津市风船化学试剂科技有限公司；溴甲酚绿指示剂：北京索莱宝科技有限公司；氢氧化钠：天津市光复发展有限公司；95%乙醇：天津市津东天正精细化学试剂厂。以上化学试剂均为分析纯。

1.2 设备与仪器

XH-B WL定氮蒸馏装置：上海昕沪实验设备有限公司；AS220.R2万分之一电子天平：波兰瑞德威科技（深圳）有限公司；BJRJ-82绞肉机：浙江嘉兴艾博实业有限公司；CM-5色差仪：日本Konica minoilta公司；C21-WK2102美的电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；SDX-1全自动风冷速冻箱：天津市特斯达食品机械科技有限公司；nano zs90纳米粒度及Zeta电位分析仪：英国马尔文仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鱼头汤熬煮工艺

鱼头前处理：新鲜鱼→敲击致晕→宰杀→放入冰水→剁下鱼头（冰浴）→新鲜鱼头→去鳃（冰浴）→洗净（冰水）→沥干（速冻）→剁成小块→搅碎→混匀→装袋备用。

鱼头汤熬煮工艺：鱼头（200g）→油煎20s（1200W）→加水[料液比 1∶6（g/mL）），加热功率 1200 W]→加盐0.5%[17]（开始计时）→保沸（按试验设计调整加热功率）→过滤→取样（无明显固形物）。

1.3.1.1 单因素试验设计

革胡子鲶鱼鱼头汤熬煮工艺的单因素试验各取鱼头 200 g，各因素的固定条件：鱼水料液比 1∶6（g/mL）、熬煮时间150 min、大豆油油量15 g、加热功率400 W。各因素梯度分别设置如下，熬煮时间：30、60、90、120、150、180 min；大豆油油量：5、10、15、20、25 g；加热功率：120、300、400、500、600、800 W。每次改变一个因素进行试验，以蛋白质含量为参考指标，每个试验重复3次，试验结果取平均值。

1.3.1.2 响应面试验设计

根据单因素的试验结果，筛选合适条件进行响应面设计，以大豆油油量（A）、熬煮时间（B）、加热功率（C）为自变量，考察这3个因素对鱼头汤蛋白质含量的影响，依据Box-Behnken的中心组合试验设计原理，设计三因素三水平响应面试验模型，优化鱼头汤熬煮工艺，试验水平及因素见表1。

表1 响应面试验因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3.2 成分测定

蛋白质含量：采用凯氏定氮法，依照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》进行。

1.4 数据处理

运用SPSS19.0软件进行方差分析，且利用Duncan新复极差法进行显著性检验（P<0.05），运用Office Excel2019作图，利用Design-Expert 11软件对响应面进行回归分析。

2 结果与分析

2.1 鱼头汤熬制煮工艺参数优化试验结果分析

2.1.1 单因素试验结果

熬煮时间对鱼头汤蛋白质含量的影响见图1。

图1 熬煮时间对鱼头汤蛋白质含量的影响Fig.1 The effect of cooking time on the protein content of fish head soup

由图1可知，鱼头汤蛋白质含量随着熬煮时间的延长呈现先增加后降低的趋势，在熬煮60 min时蛋白质含量达到最大值0.87 g/100 g；在60 min以后，随着熬煮时间的继续延长，蛋白质含量不断下降，这可能是由于糖类物质逐渐溶出与蛋白质结合，形成聚合物；另有一部分蛋白质随着热作用的持续进行，开始分解。因此选取熬煮时间30、60、90 min进行后续试验。

大豆油油量对鱼头汤蛋白质含量的影响见图2。

鱼头经过油煎，汤形成乳白色，油脂将蛋白质乳化，更有利于蛋白质的溶出，由图2可知，不同大豆油油量会对汤中的蛋白质含量产生较大影响。当200 g鱼头中添加大豆油5 g～20 g时，汤中蛋白质含量逐渐增加，大豆油油量为20 g时蛋白质含量达到最大值。大豆油油量为20 g～25 g时，蛋白含量逐渐下降，这可能是由于油脂与汤中溶出的物质相互作用，形成大分子聚合物，随着油脂含量的增加，促进了物质间的相互作用和大分子物质的形成[18]。因此选取大豆油油量15、20、25 g 进行后续试验。

图2 大豆油油量对鱼头汤蛋白含量的影响Fig.2 The effect of soybean oil content on protein content of fish head soup

加热功率对鱼头汤蛋白质含量的影响见图3。

图3 加热功率对鱼头汤蛋白含量的影响Fig.3 The influence of heating power on the protein content of fish head soup

由图3可知，随着加热功率的增加，蛋白质含量呈现整体上先增加后降低的趋势，加热功率为500 W时蛋白质含量达到最大。当加热功率大于500 W时，汤中蛋白质含量显著下降，这可能因为蛋白质和脂肪不断热分解成小分子物质[19-20]。这与瞿明勇等[21]研究猪排骨汤的制作工艺时，发现加热功率对猪排骨汤的营养有显著影响的结果一致。所以选择加热功率400、500、600 W继续后续试验。

2.1.2 响应面试验设计及结果

响应面试验设计及结果见表2。

表2 响应面试验设计及结果Table 2 Design and results of response surface test

通过Design-Expert 11软件对大豆油油量、熬煮时间、加热功率及响应值（蛋白质含量）建立三因素三水平的二次回归模型，得到回归方程：Y=0.94-0.036A+0.027B-5.493E-003C-7.444E-003AB+0.022AC-0.018BC-0.053A2-0.12B2-0.074C2。

2.1.3 回归方程显著性分析

方差分析结果见表3。

由表3可知，模型P<0.000 3，F值为21.612，R2=0.965 3，表明此二项回归方程拟合的模型极显著，失拟项不显著（P>0.05）。一次项 A、二次项（A2、B2、C2）的 P<0.01，影响极显著；一次项B的P<0.05，表示熬煮时间是此模型的显著影响因素。交互项AB、BC、AC影响不显著。从F值可以看出A、B、C 3个因素对蛋白质含量影响大小顺序为A>B>C。

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

2.2 响应曲面分析及验证试验

2.2.1 响应曲面分析

图4～图6为各因素交互作用的响应面和等高线图。

图4 大豆油油量与熬煮时间交互作用对汤中蛋白质含量的影响Fig.4 The effect of the interaction between soybean oil content and boiling time on the protein content in the soup

图5 大豆油油量与加热功率交互作用对汤中蛋白质含量的影响Fig.5 The effect of the interaction between oil content and heating power on the protein content in the soup

图6 熬煮时间与加热功率交互作用对汤中蛋白质含量的影响Fig.6 The effect of the interaction between boiling time and power on protein content in soup

由图4可知，大豆油油量和熬煮时间交互作用产生的3D图像呈一个弧面，蛋白质含量随着两个因素的增加呈现先增加后降低的趋势。同理，固定大豆油油量，蛋白质含量变化趋势也如此。由图4～6可知，大豆油油量与加热功率交互作用等高线图趋向椭圆，交互作用好于其他两组但影响仍不显著。

2.2.2 验证试验

通过Design-Expert 11分析得出最佳工艺参数：大豆油油量18.1 g、熬煮时间64.1 min、加热功率489.2 W。通过预测的模型，结合试验中实际条件的方便及可操作性，调整参数为大豆油油量18 g、熬煮时间64 min、加热功率500 W，此时汤中蛋白质含量预测值为0.948 g/100 g。在上述条件下重复3次验证试验，实际得到的鱼头汤中的蛋白质含量平均值为（0.943±0.005）g/100 g。试验值与模型预测值之间的相对误差较小，结果可行。