响应面优化超声波卤制龟肉工艺

李梦倩，吴霆，王家军，刘日松，章海风，魏文志，虞丹丹，曹晖*

(1.扬州大学 旅游烹饪学院·食品科学与工程学院，江苏 扬州 225000; 2.宝应县农业农村局， 江苏 扬州 225000; 3.扬州茂达生态水产养殖有限公司，江苏 扬州 225000； 4.扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225000)

中华草龟是一种可食用性草龟，又名金线龟、长寿龟、八卦龟等。其甲壳用作龟甲胶的中药原料，而龟肉则成为龟甲胶加工的副产物。龟肉营养价值极其丰富，富含多种人体所必需的脂肪酸和氨基酸，以及钙、铁、锌、硒等多种矿物质元素[1]，还具有一定的药用价值，对人体健康十分有益。但中华草龟出肉率较低，龟肉未能得到有效利用，造成了资源浪费。

超声波是一种低能耗、高能量的加工技术，目前已被应用到多种食品加工中。刘慧娟等[2]将超声波应用于提取八角渣的总黄酮，发现可以提高总黄酮的提取率。Siro I等[3]发现将超声波运用到肉类加工中，可提高肉类的持水性，改变组织特性。Wan等[4]用不同强度的超声波对牛肉进行处理，结果表明其对牛肉的嫩度有所改善。Pea-Gonzalez等[5]对不同组的牛肉进行处理，发现应用超声波处理的牛肉风味、色泽以及口感有所改善。本文将超声波应用于龟肉加工中，以期改善龟肉的食用品质，开发即食型卤制龟肉，为副产品龟肉的充分利用提供了新方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

中华草龟龟肉：购于扬州茂达生态水产养殖有限公司；食盐、老抽、生姜、大葱、八角、辣椒、花椒、料酒等卤煮调料：购于扬州市永辉超市。

1.2 实验仪器与设备

RC-1000LG五频超声波卤煮锅 河北仁川科技有限公司;TMS-Pro质构仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司；Chroma Meter CR-400色差仪 杭州柯盛行仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 龟肉超声卤制工艺流程

卤料配方：冰糖20 g，花椒10 g，桂皮30 g，八角25 g，香叶15 g，草果10 g，辣椒25 g，老抽60 g，食用盐110 g，料酒少许，水2 L，熬制成卤料，使用时稀释至17 L。

1.3.2 超声功率对卤制龟肉品质的影响

在卤制时间90 min、卤制温度90 ℃的条件下，以1.3.1的工艺流程将龟肉进行卤制，调节超声功率分别为0，90，120，150，180 W，以卤制龟肉的质构、色泽以及感官评分来对卤制龟肉的品质进行评价。

1.3.3 超声时间对卤制龟肉品质的影响

在超声功率为120 W，卤制温度为90 ℃的条件下，以1.3.1的工艺流程将龟肉进行卤制，控制超声卤制时间分别为50，70，90，110，130 min，以卤制龟肉的质构、色泽以及感官评分来对卤制龟肉的品质进行评价。

1.3.4 超声温度对卤制龟肉品质的影响

在超声功率为120 W，卤制时间为90 min的条件下，以1.3.1的工艺流程将龟肉进行卤制，控制超声卤制温度分别为80，85，90，95，100 ℃，以卤制龟肉的质构、色泽以及感官评分来对卤制龟肉的品质进行评价。

1.3.5 响应面实验设计

以单因素实验的结果来选择各因素的最佳条件，采用Design-Expert 8.0.6软件，根据Box-Behnken中心组合设计原理，以感官评分为响应值，进行响应面优化实验，确定卤制龟肉最佳的工艺条件，响应面实验三因素三水平见表1。

表1 响应面实验因素与水平Table 1 The factors and levels of response surface test

1.3.6 质构分析

将卤制好的龟肉进行全质构分析，龟肉厚度为0.5 cm，使用P50A探头，测定参数：测试速度60 mm/s，触发力0.5 N，形变量60%。

1.3.7 色泽

用手持色差仪对卤制龟肉的色泽进行测定。

1.3.8 感官评价

选取10名食品专业经验丰富的人员，男女各5名，根据GB/T 22210-2008《肉与肉制品感官评定规范》[6]中的要求进行感官评分。从口感、气味、滋味以及色泽4个方面进行评分，感官评分标准见表2。

表2 感官评分标准Table 2 The sensory scoring criteria

续 表

1.4 数据处理

每个实验结果取3个平行，采用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面实验设计与分析，采用SPSS 16.0软件对数据进行处理，数据结果用平均数±标准差来表示，用Excel 2010软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 超声波功率对卤制龟肉品质的影响

2.1.1 超声波功率对卤制龟肉质构的影响

表3 超声波功率对卤制龟肉质构的影响Table 3 Effect of ultrasonic power on the texture of marinated turtle meat

由表3可知，随着超声波功率逐渐增加，卤制龟肉的硬度和咀嚼性显著降低(P<0.05),硬度在超声波功率90 W和150 W之间差异显著(P<0.05)，咀嚼性在超声波功率为90，120，150 W时差异不显著(P>0.05)。弹性在超声波功率达到150 W时与90 W相比显著升高(P<0.05)，在超声波功率120 W和180 W之间差异不显著(P>0.05)。超声波处理会对肌肉组织的完整性有所破坏，改变肉制品的结构组织，使肌肉纤维的断裂增加，间距变大，从而降低其硬度和咀嚼性，使得嫩度增加[7]。综上所述，超声卤制龟肉的超声波功率应选择120～180 W。

2.1.2 超声波功率对卤制龟肉色泽的影响

表4 超声波功率对卤制龟肉色泽的影响Table 4 Effect of ultrasonic power on the color of marinated turtle meat

由表4可知，不同超声波功率对卤制龟肉的色泽变化有影响，L*值在超声波功率为0 W和120 W时显著降低(P<0.05)。当超声波功率达到150 W时，与0 W时的龟肉相比，a*值有显著差异(P<0.05)。经超声波处理的卤制龟肉，颜色的改变可能是由于超声波的空化效应促使卤汁中的颜色向龟肉中渗透[8]，从而使得卤制龟肉的L*值降低，加快了卤制龟肉着色。随着卤制汤料的渗入，卤制龟肉的a*值升高。综上所述，超声卤制龟肉的超声波功率应选择120～180 W。

2.1.3 超声波功率对卤制龟肉感官评分的影响

图1 超声波功率对卤制龟肉感官评分的影响Fig.1 Effect of ultrasonic power on the sensory score of marinated turtle meat

由图1可知，随着超声波功率增加，感官评分在超声波功率0～150 W时不断上升，在超声功率为150 W时，感官评分达到最高分87分。经超声处理的卤制龟肉，硬度降低，富有弹性，卤煮香味更浓郁，这与卤制龟肉的质构结果一致。但超声功率超过150 W时，卤制龟肉的卤料味过于浓郁，掩盖了龟肉本身的味道，感官评分有所下降。因此，超声卤制龟肉的超声波功率应选择120～180 W。

2.2 超声时间对卤制龟肉品质的影响

2.2.1 超声时间对卤制龟肉质构的影响

表5 超声时间对卤制龟肉质构的影响Table 5 Effect of ultrasonic time on the texture of marinated turtle meat

由表5可知，不同超声时间对卤制龟肉的质构有影响。卤制龟肉的硬度和咀嚼性随着超声时间的增加而逐渐下降。超声时间为110 min时卤制龟肉的硬度和咀嚼性与超声时间50，70，90 min相比显著降低(P<0.05)，内聚性在超声时间为50 min和110 min时有显著性差异(P<0.05)。这是由于随着超声时间的延长，超声波的空化效应对龟肉的肌肉纤维破坏力增大，使得卤制龟肉的硬度降低，这与龙锦鹏等[9]的研究结果一致。综上可知，超声卤制龟肉的卤制时间应选择90～130 min。

2.2.2 超声时间对卤制龟肉色泽的影响

表6 超声时间对卤制龟肉色泽的影响Table 6 Effect of ultrasonic time on the color of marinated turtle meat

续 表

由表6可知，随着超声时间(50～110 min)的延长，卤制龟肉的L*、a*、b*值都在逐渐降低，超声时间为50，70，90，110 min时，卤制龟肉的L*值显著降低(P<0.05)。超声时间达到130 min时，与110 min的卤制龟肉相比，L*值没有显著降低(P>0.05)。卤制时间在50 min和70 min、110 min和130 min的龟肉a*值差异不显著(P>0.05)。随着超声卤煮时间的延长，超声波的空化效应作用随之延长，导致更多卤汁渗入龟肉内部，从而使得L*值显著下降。Zou Yunhe等同样发现随着超声时间增加，五香牛肉的L*值降低。同时超声波的空化效应会诱导水分子裂解形成氧化性自由基，导致龟肉的肌红蛋白氧化，从而使得a*值显著下降[10]。综上可知，超声卤制龟肉的卤制时间应选择90～130 min。

2.2.3 超声时间对卤制龟肉感官评分的影响

图2 超声时间对卤制龟肉感官评分的影响Fig.2 Effect of ultrasonic time on the sensory score of marinated turtle meat

由图2可知，卤制龟肉的感官评分随着超声时间的延长先升高，在超声时间达到110 min时，感官评分达到最高，此时卤制龟肉的口感富有弹性，有嚼劲，香味浓郁，随后感官评分有所下降。随着卤制时间的延长，龟肉的卤料味更加浓郁，掩盖了龟肉本身的香味，导致龟肉外部颜色加深，色泽分布不均。因此，超声卤制龟肉的卤制时间应选择90～130 min。

2.3 温度对卤制龟肉品质的影响

2.3.1 温度对卤制龟肉质构的影响

表7 温度对卤制龟肉质构的影响Table 7 Effect of temperature on the texture of marinated turtle meat

由表7可知，随着温度的上升，卤制龟肉的硬度不断下降。当温度升至90 ℃时，卤制龟肉的硬度降至50.85 N，与80，85 ℃时的龟肉相比硬度显著降低(P<0.05)。卤制温度改变对龟肉的弹性无显著性影响(P>0.05)。内聚性从0.47 Ratio升至0.58 Ratio，在温度为90 ℃时，与80 ℃时的内聚性差异显著(P<0.05)。咀嚼性在95 ℃时降至最低，可见温度的高低对龟肉的咀嚼性有影响。超声处理时由于其产生的机械波在振荡中会产生热能，产生的瞬时高温会加快肉类成熟[11]，体系温度过高反而会使龟肉肉质变老，咀嚼性升高。综上可知，超声卤制龟肉温度应选择85～95 ℃。

2.3.2 温度对卤制龟肉色泽的影响

表8 温度对卤制龟肉色泽的影响Table 8 Effect of temperature on the color of marinated turtle meat

由表8可知，随着卤制温度上升，卤制龟肉的L*、b*值无显著差异(P>0.05)，而a*值在达到90 ℃时，与80，85 ℃相比，出现显著差异(P<0.05)。这是由于超声波在水中的空化效应导致水分子裂解，形成的瞬时高温促进卤汁中的颜色向龟肉内部转移，从而使a*值显著升高。综上可知，超声卤制龟肉温度应选择85～95 ℃。

2.3.3 温度对卤制龟肉感官评分的影响

图3 温度对卤制龟肉感官评分的影响Fig.3 Effect of temperature on the sensory score of marinated turtle meat

由图3可知，当温度升高至90 ℃时，卤制龟肉的感官评分达到最高值86分，随着温度继续升高，感官评分下降，温度的升高使卤制龟肉的肉质逐渐变老，咀嚼性升高，卤料味加重，从而导致感官评分下降，与质构结果一致。因此，超声卤制龟肉温度应选择85～95 ℃。

2.4 响应面实验结果

根据单因素试验结果，利用Design-Expert 8.0.6软件，根据Box-Behnken中心组合设计原理，以A超声波功率(W)、B超声时间(min)以及C温度(℃)为自变量，以感官评分为响应值设计实验。实验组合及优化结果见表9。感官评分的回归方程方差分析结果见表10。

表9 响应面实验设计方案及实验结果Table 9 The response surface test design scheme and test results

续 表

表10 感官评分的回归方程方差分析结果Table 10 The results of regression equation variance analysis for sensory scores

2.4.1 响应面优化结果及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6软件，对感官评分结果进行分析后，得到的二次多项回归方程为：感官评分=88.38+0.38A+0.25B+0.35C-0.23AB-0.025AC+0.32BC-1.43A2-1.63B2-1.98C2。总模型方程极显著(P<0.0001)，拟合系数R2=0.9900，校正相关系数为0.9773。说明该模型拟合度很好，可信度较高。实验因素A超声波功率和C温度对感官评分的影响极显著(P<0.01)，实验因素B超声时间对感官评分的影响差异显著(P<0.05)。根据F值可以判断各因素对感官评分影响的大小：A超声波功率>C温度>B超声时间。在交互因素中只有BC(超声时间和温度)对感官评分有显著差异(P<0.05)。在二次项中均呈现差异极其显著，拟合方程中二项系数均为负值，说明该方程有最大值。

2.4.2 各因素交互作用分析

图4 超声波功率和超声时间对卤制龟肉感官 评分影响的响应曲面Fig.4 Response surface of the influence of ultrasonic power and ultrasonic time on the sensory score of marinated turtle meat

图5 超声波功率和温度对卤制龟肉感官评分的响应曲面Fig.5 Response surface of ultrasonic power and temperature on the sensory score of marinated turtle meat

图6 超声时间和温度对卤制龟肉感官评分影响的响应曲面Fig.6 Response surface of the influence of ultrasonic time and temperature on the sensory score of marinated turtle meat

由图4～图6可知各因素的交互作用对卤制龟肉感官评分的影响，三维曲面图中的弧度越大，则说明其对感官评分的影响越大[12]。图6中的曲面弧度最大，即因素B超声时间和C温度的交互作用对卤制龟肉感官评分的影响最大，其次是交互因素A超声波功率和B超声时间，影响最小的是交互因素A超声波功率和C温度，此结果与拟合方程方差分析结果一致。

根据Design-Expert 8.0.6软件分析，得出最佳工艺条件为：超声波功率153.73 W，超声时间111.55 min，温度90.47 ℃，在此条件下预测感官得分为88.43分。

2.4.3 验证实验

根据工艺实际的可操作性，对最佳工艺的参数进行调整：超声波功率150 W，超声时间110 min，温度90 ℃，进行3次重复实验，得到感官评分的平均值为88.1分，与预测值接近，说明该模型可靠，可用于卤制龟肉的工艺优化。

3 结论

本实验探究不同超声波功率、超声时间以及温度对卤制龟肉的质构分析、色泽和感官评分的影响。以感官评分为响应值，通过响应面对卤制龟肉的工艺进行优化，得到的二次多项回归方程为：感官评分=88.38+0.38A+0.25B+0.35C-0.23AB-0.025AC+0.32BC-1.43A2-1.63B2-1.98C2。发现各因素对感官评分影响的大小关系为：A超声波功率>C温度>B超声时间，得出最佳工艺为：超声波功率150 W，超声时间110 min，温度90 ℃，此时感官评分为88.1分。该模型能较好地应用于卤制龟肉的工艺优化，采用该工艺卤制龟肉，不仅能提高龟肉的感官，为今后龟肉生产提供新工艺，还能够满足不同消费者的需求，同时避免资源浪费。