响应面法优化鲜炖海参加工工艺

赵影，冯瑞，张宇，李萌，何子峰，钟碧銮*

1.广东官栈营养健康科技有限公司 （广州 510642）；2.官栈鱼胶营养安全研究中心 （广州 510642）；3.大连海洋大学食品科学与工程学院 （大连 116023）；4.广东健维生物技术有限公司 （广州511434）

海参是一种高蛋白、低脂肪且不含胆固醇的优质食品，是亚洲地区传统的滋补品[1]。现代科学研究发现，海参富含多种营养物质，如酸性黏多糖、胶原蛋白、海参皂苷[2-3]等生物活性物质，具有抗肿瘤、抗氧化、降血糖、抗凝血及调节人体免疫功能等[4-8]多种功效作用。

市面上常见的海参产品类型有干海参、即食海参、冻干海参及其他海参衍生品，种类丰富，其中冷冻即食海参是近年来最受消费者喜爱的海参产品形态[9]。但冷冻即食海参食用前一定要提前解冻，过度泡发还会造成水溶性营养成分的流失，同时不同的解冻方式还会对海参的品质造成影响，直接影响消费者的食用体验，从而影响产品销量[10]。

鲜炖海参是市面上近两年新出现的海参产品类型，是用现熬高汤对海参进行鲜炖处理，经杀菌后得到的营养高、口感佳的产品，配合冷鲜运输，真正做到即开即食。冷藏鲜炖海参的出现解决冷冻即食海参不能即开即食的痛点，已有多家企业对冷藏鲜炖海参产品进行开发与生产，但对其生产工艺及质构分析方面的研究未见报道。

通过单因素试验和响应面试验构建Box-Behnken多元回归模型对鲜炖海参的加工工艺进行优化，探究不同炖煮时间、炖煮温度及料液比对鲜炖海参的感官特性和质构的影响，并对最终产品的营养物质及质构特性进行测定，为后续工厂改善鲜炖海参加工工艺提供理论依据和方法，同时为海参的精深加工提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

盐渍海参（大连长生湾食品有限公司）；老鸡、火腿、瑶柱、猪龙骨、食用盐、白砂糖、香辛料（均购于超市）；海参样品A、B、C、D均为市售样品，购于各商家平台。

1.2 仪器与设备

JCS-31002C电子天平（武义珠恒电子有限公司）；HYL-40L沙光无磁特厚开水壶（潮安区彩塘镇鸿音不锈钢制品厂）；HH-8数显恒温水浴锅（常州澳华仪器有限公司）；EZ-SX质构仪（日本岛津公司）。

1.3 方法

1.3.1 鲜炖海参制备工艺

1.3.2 单因素试验设计

1.3.2.1 温度对鲜炖海参品质的影响

固定炖煮时间4 h、海参与高汤料液比1∶3（g/mL），炖煮温度分别为60，70，80，90和100 ℃，考察炖煮温度对鲜炖海参感官分数及质构的影响。

1.3.2.2 时间对鲜炖海参品质的影响

固定炖煮温度80 ℃、海参与高汤的料液比1∶3，炖煮时间分别为2，3，4，5和6 h，考察炖煮时间对鲜炖海参感官分数及质构的影响。

1.3.2.3 料液比对鲜炖海参品质的影响

固定炖煮时间4 h、炖煮温度80 ℃，海参与高汤料液比分别为1∶1，1∶2，1∶3，1∶4和1∶5（g/mL），考察炖煮料液比对鲜炖海参感官分数及质构的影响。

1.3.3 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，以温度、时间及料液比3个因素为自变量，以鲜炖海参质构特性为响应值，进行Box-Behnken响应面优化，通过回归方程的建立对工艺参数进行优化，预测响应值，从而获得最佳工艺条件，试验因素水平编码见表1。

表1 响应面因素与水平编码

1.3.4 测定指标与方法

1.3.4.1 感官评定

感官评定判断标准依据DB 21/2392—2014《食品安全地方标准 即食海参》制定，选择10名经过专业感官培训的专业人员参与感官评定，男女各5人，采用目测、鼻嗅、口尝等感官评价方法进行判定评分。评定过程中互不影响，且品尝前均漱口。试验评分细则见表2。

表2 鲜炖海参感官评分细则

1.3.4.2 TPA测定

使用工具刀从海参体壁中部位置切取1.5 cm×1.5 cm的方块，测试前需要用工具将海参疣足修剪平整，避免影响测试结果[11]。探头型号P/50，形变量50%，触发力0.1 N，测试前、中、后速度均为0.5 mm/s，每组测定3个平行数据。

1.3.4.3 统计分析

各试验数据均重复测定3次，试验数据使用SPSS Statistics 17.0进行方差分析，Origin 9制图，并以Design-Expert 13对响应面模型进行回归分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 温度对鲜炖海参感官品质的影响

由图1可知，随着温度的升高，鲜炖海参的感官评分先增大后减小，且不同温度处理的鲜炖海参感官评分差异显著（P＜0.05）。海参在温度80 ℃时，达到最大值（87.3分）。从表3可知，随着温度的升高，鲜炖海参的弹性、凝聚性呈现先增大后减小的趋势，而胶黏性、咀嚼性呈现持续增大趋势。

图1 温度对鲜炖海参感官品质的影响

表3 温度对鲜炖海参质构特性的影响

弹性指标能反映海参受外力作用时变形后的恢复程度，弹性与肌肉破坏程度呈反比，肌肉间的分子结合力越大，弹性越高[12]。这一结果说明，温度升高导致海参体壁胶原纤维收缩，使得海参的组织结构更加紧实富有弹性。在70～80 ℃时，海参肌肉间分子结合力最大，弹性最佳。温度的持续升高对肌肉结构造成严重破坏，100 ℃时，对海参肌肉结构的破坏性最大，弹性最差。

凝聚性指标越高，咀嚼时越细腻，其口感也越好[13]。表3数据表明，80 ℃时，鲜炖海参凝聚性最好，口感最佳。

胶黏性指标能反映海参体壁黏着性及内部黏合力，该指标与胶原蛋白的流失有密切关系。数据表明，随着温度升高，胶黏性逐渐增大，100 ℃时，胶黏性最大，这可能是因为温度越高，胶原蛋白流失速度越快，导致海参体壁黏着性增大。

咀嚼性是一项综合评价指标，是海参肌肉的弹性、凝聚性及胶黏性综合作用的结果[12]。由表3可知，胶黏性与咀嚼性的趋势一致，且在100 ℃时数值最大，说明将其咀嚼为吞咽状态所需的能量最大[13]。

综合图1及表3数据，整体上以80 ℃所得的产品感官分数最高，TPA指标参数较好，故确认单因素炖煮温度为80 ℃。

2.1.2 时间对鲜炖海参感官品质的影响

由图2可知，随着炖煮时间的延长，鲜炖海参的感官评分趋势先增大后减小再增大，炖煮时间4 h时感官分数最高（90.1分），炖煮3和6 h的感官分数无显著差异（P＞0.05）。

图2 时间对鲜炖海参感官品质的影响

由表4可知：炖煮时间4 h时，弹性最佳；5和6 h时，弹性无显著差异；炖煮3，4和5 h时，凝聚性无显著性差异，达到最佳；胶黏性和咀嚼性随着炖煮时间的延长而增大，说明炖煮时间的延长使得海参体壁内胶原蛋白流失，体壁黏着性增大。

表4 时间对鲜炖海参质构特性的影响

综合图2及表4数据，整体上以4 h所得的产品感官分数最高，TPA指标参数较好，故确认单因素炖煮时间为4 h。

2.1.3 料液比对鲜炖海参感官品质的影响

由图3可知，料液比1∶3，1∶4和1∶5（g/mL）时的感官分数无显著性差异，料液比1∶1（g/mL）时分数最低，原因分析为料液无法完全淹没海参，使得海参入味程度不均匀，影响风味。

图3 料液比对鲜炖海参感官品质的影响

由表5可知，料液比1∶1（g/mL）时，各TPA指标较差，液体比例逐渐增加后的各指标无显著差异，说明只要料液淹没海参后，比例对质构的影响不大。

表5 料液比对鲜炖海参质构特性的影响

综合图3及表5数据，料液比1∶3（g/mL）的感官分数和TPA均较好，且考虑到用料成本，故确认单因素料液比为1∶3（g/mL）。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 结果与方差分析

在单因素试验结果基础上，以质构参数为响应值进行优化试验。响应面试验设计及结果见表6，方差分析见表7。

表6 响应面试验设计及结果

表7 回归方程方差分析

利用Design-Expert 13软件对表6中的数据进行分析，得到各因素与响应值之间的多元二次回归模型：Y=87.9-0.15A-1.02B-0.4C+0.6AB+0.75AC+2.6BC-2.1A2-2.4B2-1.25C2。由表7可知，该模型失拟项F值为0.145 5，P值为0.927 4＞0.05，即失拟项不显著，说明该模型的拟合精度较好，具有可靠性。同时该模型F值为12.47，P值为0.001 6＜0.01，呈极显著水平。各因素中，一次项B为显著，交互项BC为极显著，二次项A2、B2均为极显著，C2为显著水平。此外，F值越大，说明该因素对感官评分的影响越大，因此可知3个因素中对感官评分影响程度排序为B（时间）＞C（料液比）＞A（温度）。

2.2.2 各因素交互作用分析

采用Design-Expert 13软件依据回归方程式，在回归模型方差分析结果的基础上绘制响应面图及等高线图，分析温度、时间及料液比对感官评分的影响。各因素的交互作用对响应值的影响可用等高线图和响应面图表示，结果见图4～图6。响应面图和等高线图能够直观反映交互作用对响应值的影响程度，曲面越陡，等高线越密集，代表影响越显著；等高线越接近椭圆，代表两个因素的交互作用越强[14-16]。

图4 温度与时间对感官评分的交互影响

图5 温度与料液比对感官评分的交互影响

图6 时间与料液比对感官评分的交互影响

将其中1个因素固定，考察另外2个因素对响应值的影响。各响应面曲面的坡度均呈陡峭趋势，说明3个因素的交互作用对感官评分均有影响，其中BC坡面较陡峭，说明B与C之间具有较好的交互作用。各响应面图的坡面均呈现先增大后减小的趋势，说明该感官评分存在最高值点。

2.2.3 优化工艺验证试验

采用Design-Expert 13软件求解方程，得到该工艺最佳炖煮温度76.7 ℃，最佳炖煮时间3.2 h，最佳料液比1∶2（g/mL），此时得到的感官评分为88.64分。考虑到实际车间生产的操作可行性，将工艺条件修正为炖煮温度77 ℃，炖煮时间3.5 h，料液比1∶2（g/mL）。进行3次重复试验后，得到的感官评分平均值为89.75分。该工艺条件下得到的鲜炖海参产品呈深褐色，体壁弹性好，肉质紧实，口感Q弹。结果表明，该工艺条件具有实际应用价值。

将优化工艺后得到的鲜炖海参与市售4家即食海参样品相比较，结果（图7）表明，试验优化工艺后得到的鲜炖海参感官评分最高，在色泽方面几款海参均呈现黑褐色，相差不大，优化工艺后的样品整体上肉质紧实，有弹性，适口性好，可能是因为在加工过程中调味结合热加工工艺使得海参体壁胶原蛋白结构疏松，吸附的风味物质增加[17]。

图7 不同海参产品感官评价结果

优化工艺后的产品在弹性和凝聚性方面与产品A、B相差不大，而胶黏性最高，可能是因为调味炖煮工艺改变了海参体壁胶原蛋白的结构，如表8所示。

表8 不同海参产品质构特性对比

表9 不同海参产品基础营养成分对比

如图9所示，几款海参产品的水分占基础营养成分的比例最高，水分与加工工艺及泡发时长有显著性关联。5款海参中，优化工艺组的鲜炖海参水分含量最低，粗蛋白含量最高，与其他组别有显著性差别（P＜0.05）。灰分和盐分含量最高，可能是因为鲜炖海参加工过程中的高汤经过了调味，风味物质吸附到海参体壁中，使得灰分和盐分含量显著高于其他组别。

3 结论

通过单因素试验和响应面试验得到鲜炖海参优化后的工艺条件，即炖煮温度77 ℃，炖煮时间3.5 h，料液比1∶2（g/mL）。在此条件下，鲜炖海参的感官评分为89.75分，具有风味良好、口感Q弹等特点，各质构特性数据均在单因素正常范围内，表明利用响应面法建立的模型对鲜炖海参的感官品质具有良好的预测作用。

未来在海参的相关产品研究上应注重配方、工艺与口感的结合，做到以海参为主体，配合最佳生产工艺，得到更加能够满足消费者需求的产品，为海参的精深加工提供借鉴意义。