响应面法优化花椒叶复合调味料配方的研究

安文杰，卢利平，2，雷佳欣，陈业智

（1. 西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州 730030；2. 西北民族大学生物医学研究中心中国马来西亚国家联合实验室，甘肃兰州 730030）

花椒（Zanthoxylum bungeanum） 系芸香科、花椒属，在我国北方是著名的香料和油料树种[1]。成熟干燥的花椒果皮经常被人们用作食品香料，因其所具有的独特的“麻味”而深受人们喜爱，被誉为“八大味”之一[2]。花椒叶作为花椒的主要副产物，具有特殊的麻香风味[3]和丰富营养，是一种很好的香辛调味品[4]，还可以制作椒茶[5]。花椒还具有一定的药用价值[6]，并且花椒叶中富含黄酮类化合物、多酚[7]、糖苷[8]、芳香油等活性成分[9-10]，具有抗菌[11-13]、抗氧化[14-18]、抗癌[19-20]、降血脂[21]、止痛、抗衰老、降血压等药用价值[22-23]，芳香油也可以提取出来作为混合食品精华的原料。目前，花椒叶的研究主要集中在生物活性上，国内外关于花椒叶挥发性成分的报道很多，但对花椒叶中的麻香物质的研究较少[24-27]。

考虑到甘肃省以花椒为主要产业，在贫困山区减贫、精确减贫，播种面积逐渐扩大，受到了国内外的好评。然而，花椒叶的年产量却远高于花椒的果皮，但花椒生产商更重视花椒产品的收集和加工，忽视了花椒叶的开发和综合分析利用。因此，在试验中，单因素试验和响应面优化试验被用于选择花椒叶粉、精制食盐、花椒粉和胡椒粉的量作为响应面优化因子的单因素变量，并将花椒叶复合调味料的感官评价优化花椒叶复合调味料配方的评价指标，为花椒叶作为一种新的食品资源和调味品提供了理论依据。

1 材料及方法

1.1 材料与仪器

花椒叶（大红袍花椒叶），2020年5 月采摘自甘肃甘谷县大象山镇；精盐、胡椒粉、八角粉、白砂糖，购自兰州福润德超市；胡椒粉、辣椒粉、白芝麻粉，沈阳茂汇食品有限公司提供；香葱粉、大蒜粉、生姜粉、香精，江苏味品惠食品有限公司提供。

AR224CN 型电子分析天平，奥豪斯仪器（常州）有限公司产品；WJX-200 型高速多功能粉碎机，上海缘沃工贸有限公司产品；DEBAO 型烤箱，广州白云珠江厨房设备厂产品；DHG-9420A 型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

大红袍花椒叶干燥→粉碎过筛→按配方称料→混合均匀→成品。

1.2.2 原料处理

洗净新鲜摘取的花椒叶，除去叶柄，自然晾干，在60 ℃烘箱中烘至恒质量，即得干燥的花椒叶。粉碎花椒叶并过80 目筛，将处理好的花椒叶粉放入封口袋中密封保存备用。

1.2.3 混合均匀

按照配方将各配料混合均匀，将处理好的复合调味料放入封口袋中密封保存使用。

1.3 单因素试验设计

制作100 g 花椒叶复合调味料，各配料添加量为白砂糖8%，白芝麻粉5%，香葱粉5%，大蒜粉5%，生姜粉3%，八角粉3%，香精3%，在此基础上研究花椒叶粉添加量、精盐添加量、辣椒粉添加量、胡椒粉添加量对复合调味料感官品质的影响，不足或盈余时以白砂糖补充或扣除。

1.3.1 花椒粉添加量对复合调味品感官品质的影响

固定精盐添加量17%，辣椒粉添加量15%，胡椒粉添加量13%，考查不同花椒叶粉添加量（16%，18%，20%，22%，24%） 对复合调味料品质的影响，筛选出了适宜的花椒叶粉。

1.3.2 添加精制盐对复合调味品感官品质的影响

固定花椒叶粉添加量20%，辣椒粉添加量15%，胡椒粉添加量13%，考查不同精盐添加量（13%，15%，17%，19%，21%） 对复合调味料品质的影响，筛选出精盐的适宜添加量。

1.3.3 添加辣椒粉对复合调味品感官品质的影响

固定花椒叶粉添加量20%，精盐添加量19%，胡椒粉添加量13%，考查不同辣椒粉添加量（11%，13%，15%，17%，19%） 对复合调味料品质的影响，筛选出辣椒粉的适宜添加量。

1.3.4 添加胡椒粉对复合调味品感官品质的影响

固定花椒叶粉添加量20%，精盐添加量19%，辣椒粉添加量15%，考查不同胡椒粉添加量（9%，11%，13%，15%，17%） 对复合调味料品质的影响，筛选出胡椒粉适宜添加量。

1.4 响应面优化设计

在单因素试验的基础上，按照Box-behnken 设计原理工艺优化选取花椒叶粉添加量（A）、精盐添加量（B）、辣椒粉添加量（C）、胡椒粉添加量（D）4 个因素作为特征值，以感官品质评价为响应值，设计四因素三水平响应面试验。

响应面试验因素与水平设计见表1。

表1 响应面试验因素与水平设计/%

1.5 感官品质评价方法

1.5.1 调理食品的加工工艺流程

原料预处理→整形→调味与配料→腌制→摆盘→烘烤→感官评定。

1.5.2 调理后的烤肉感官评价

将鸡腿肉切成1 cm×0.5 cm×0.5 cm（长×宽×厚） 的块状鸡腿肉，经花椒叶复合调味料腌制后用烤箱进行烤制。

由10 人组成感官品质评价小组，从色泽、气味和滋味3 个方面对腌辣椒叶复合调味料烧烤制品的感官品质进行感官评价，并对各评价人员的平均分数进行计算，以确定辣椒叶复合调味料的最佳配方。

感官评价见表2。

表2 感官评价

1.6 数据处理

感官评价结果用Office Excel 数据分析软件进行统计分析，用Design Expert 8.0.6 软件分析响应面和模型数据，用Origin 9.0 软件作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 花椒叶粉添加量对复合调味料感官品质的影响

花椒叶粉添加量对复合调味料感官品质的影响见图1。

图1 花椒叶粉添加量对复合调味料感官品质的影响

由图1 可知，花椒叶粉添加量为16%～20%时，感官评分随花椒叶粉添加量增加而增加，当花椒叶粉添加量超过20%后，感官评分开始下降。这是由于在一定的花椒叶粉添加量范围内，能够提高复合调味料的风味，增加感官评分，但是超过一定的添加量界限，花椒叶粉中的不良气味就会明显，使复合调味料的品质下降。因此，选择花椒叶粉添加量为18%～22%时进行响应面优化设计试验，此时的复合调味料呈浅绿色，椒麻香气浓郁，口感风味最佳。

2.1.2 精盐添加量对复合调味品感官品质的影响

精盐添加量对复合调味料感官品质的影响见图2。

图2 精盐添加量对复合调味料感官品质的影响

由图2 可知，对花椒叶复合调味料的感官评价随着精盐加入总量为15%时开始出现逐渐增加的态势，当添加量为19%时，感官评价到达了最高，但随后又迅速降低。究其原因，精盐提供了复合调味料中主要的“咸味”的味道口感，在添加量超过19%之后，风味品质变坏，且感官品质评分逐渐降低。因此，选择了精盐添加量为17%～21%时进行响应面优化设计试验。

2.1.3 辣椒粉添加量对复合调味料的感官品质影响

辣椒粉添加量对复合调味料感官品质的影响见图3。

由图3 可知，在一定的辣椒粉添加量范围内，感官评分呈现处先增大后减小的变化趋势。在辣椒粉添加量为15%时，感官评分有最大值，之后感官评分开始下降。这是由于辣椒粉赋予调味料良好的的风味口感与色泽，但是辣椒粉过量可能会覆盖调味料整体口感，使口味不调和。因此，选择辣椒粉添加量为13%～17%时进行响应面优化设计试验。

图3 辣椒粉添加量对复合调味料感官品质的影响

2.1.4 胡椒粉添加量对复合调味料的感官品质影响

胡椒粉添加量对复合调味料感官品质的影响见图4。

图4 胡椒粉添加量对复合调味料感官品质的影响

由图4 可知，胡椒粉添加量为9%～15%时，感官评分随着胡椒粉添加量的增加而增大，而胡椒粉添加量超过15%之后，感官评分开始出现下降的趋势。这是由于胡椒粉可以协同花椒叶粉使复合调味料具有独特的椒麻风味。但胡椒粉超过15%后，胡椒粉开始掩盖花椒叶粉风味，椒麻味开始不调和。因此，选择胡椒粉添加量为13%～17%时进行响应面优化设计试验。

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面优化试验设计结果

在单因素试验结果的基础上，用Design Expert 8.06 软件对响应面进行分析，其中25，26，27，28，29 是中心试验，其余为析因试验，得到感官评价的拟合回归方程为：

响应面设计方案及结果见表3。

表3 响应面设计方案及结果

2.2.2 响应面优化试验设计分析与优化

响应面优化方差分析见表4。

由表4 可知，对二次方程进行方差，通过p 值可知，对感官评分影响极显著的因素为A、AB、CD、A2、B2、C2、D2，说明试验因素与响应值之间，花椒叶粉添加量、花椒叶粉添加量与精盐添加量的交互作用、辣椒粉与胡椒粉之间的相互作用对复合调味料的感官评价有显著影响。模型的总p 值小于0.0001，差异极其显着，表明回归方程模型显著，不合适项的p 值为0.8824，不显著，表明模型拟合程度好，变异系数CV=0.8。该模型的决定系数R2=0.9903 和R2Adj=0.9807，说明预测值与真实值之间相关性较强，拟合度也较好，试验误差较小。综上所述，此模型可以用于花椒叶粉复合调味料的进一步分析和预测。通过F 值可得，每个因素对感官评价的影响顺序为A>C>D>B，即花椒叶粉添加量>辣椒粉添加量>胡椒粉添加量>精盐添加量。

表4 响应面优化方差分析

2.2.3 响应面优化试验交互作用分析

RSM 图形可以直观进行评估花椒叶粉添加量、精盐添加量、辣椒粉添加量和胡椒粉添加量对复合调味料感官品质的影响。

花椒叶粉与精盐相互作用对复合调味品感官品质的响应面图和轮廓图见图5，花椒叶粉和辣椒粉对复合调味品感官品质的响应面图和交互等值线图见图6，花椒叶粉与胡椒粉对复合调味料感官品质的响应面图和交互等值线图见图7，复合调味品感官品质的精盐与辣椒粉之间的响应面图和交互等值线图见图8，复合调味品感官品质的精盐与胡椒粉之间的响应面图和交互等值线图见图9，复合调味品感官品质的辣椒粉与胡椒粉之间的响应面图和交互等值线图见图10。

图5 花椒叶粉与精盐相互作用对复合调味品感官品质的响应面图和轮廓图

图6 花椒叶粉和辣椒粉对复合调味品感官品质的响应面图和交互等值线图

图7 花椒叶粉与胡椒粉对复合调味料感官品质的响应面图和交互等值线图

图8 复合调味品感官质量的精盐与辣椒粉之间的响应面图和交互等值线图

图9 复合调味品感官质量的精盐与胡椒粉之间的响应面图和交互等值线图

交互效应的强弱趋向可以被响应面坡度陡峭程度和等高线椭圆形状反映，交互效应强弱水平可以从投影面的等高线形状中观察，曲面倾斜度越大，则该因素对响应值的影响越显著。对比图5 ～图10，花椒叶粉添加量对复合调味料感官品质的影响最大，其次是辣椒粉添加量和胡椒粉添加量，精盐添加量影响较小。各因素等高线椭圆形状不明显（图5～图10 中（b）），表明其交互作用不显著，符合回归方程的方差分析结果。

图10 复合调味品感官品质的辣椒粉与胡椒粉之间的响应面图和交互等值线图

用Design Expert 8.0.6 软件对试验结果进行响应面优化，花椒叶粉添加量为20.24%，精盐添加量18.9%，辣椒粉添加量为15.3%，胡椒添加量为14.9%，花椒叶复合调味料感官评价最高。在以上条件下重复3 次验证试验，得到的平均值91.66667 与预测值91.6314 非常接近，相对偏差小于1%，表明该响应面方程比较准确。

验证试验结果见表5。

表5 验证试验结果

3 结论

通过单因素试验和响应面优化试验，考查了不同因素对花椒叶复合调味料的影响产品感官品质评分的影响，优化了花椒叶复合调味料的配方。即花椒叶复合调味料的最优配方为白砂糖6.66%，白芝麻粉5%，香葱粉5%，大蒜粉5%，生姜粉3%，八角粉3%，香精3%的基础上，花椒叶粉添加量20.24%，精盐添加量18.9%，辣椒粉添加量15.3%，胡椒粉添加量14.9%。在此配方下，花椒叶复合调味料呈棕绿色，椒麻香气浓郁，口感风味最佳。经优化后，整体模型的p 值<0.0001，差异极显著；失拟项p值为0.8824，不显著；变异系数CV=0.8；该模型的决定系数R2=0.9903 和R2Adj=0.9807。表明回归方程模型显著，预测值与真实值之间相关性较强，该模型的拟合度良好，试验可操作性较好。该配方可行，为花椒叶作为一种新的食品资源和调味品提供了理论依据。