响应面法优化鲢鱼鱼糕工艺研究

摘要：鲢鱼是我国重要的淡水鱼资源，因其感官品质和凝胶品质均低于海鱼，限制了其深加工产品的开发。该研究以鲢鱼为原料，考察了漂洗次数、盐擂时间、一段热诱导时间、二段热诱导时间对鱼糕的白度、保水率、质构特性、水分迁移、感官品质的影响，并采用响应面法对其加工工艺进行优化。结果表明，当漂洗次数为2次、盐擂时间为9.81 min、二段热诱导时间为19.69 min时，鱼糕的弹性为0.852 5±0.02，感官评分为（92.57±0.59）分，与回归方程的预测值相近，说明此优化工艺可行。该研究结果可以提高淡水鱼深加工产品的开发，也为鱼糜制品深加工技术奠定了理论和技术基础。

关键词：鲢鱼；鱼糕；工艺；优化

中图分类号：TS254.5 文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2025）01-0153-10

Study on Optimization of Process of Silver Carp Fish Cake by Response Surface Method

HAN Bing， XU Ying-nan， HAN Xue^*， LI Sheng-wei， ZHANG Meng， YU Shi-you， ZHANG Gen-sheng

（College of Food Engineering， Harbin University of Commerce， Harbin 150028， China）

Abstract： Silver carp is an important freshwater fish resource in China. Its sensory quality and gel quality are lower than those of sea fish， which limits the development of its deeply processed products. In this study， with silver carp as the raw material， the effects of bleaching times， salt grinding time， first-stage heat induction time and second-stage heat induction time on the whiteness， water retention rate， texture characteristics， water migration and sensory quality of fish cakes are investigated， and response surface method is used to optimize the processing technology. The results show that when the bleaching times is 2 times， the salt grinding time is 9.81 min and the second-stage heat induction time is 19.69 min， the elasticity of fish cake is 0.852 5±0.02， and the sensory score is （92.57±0.59） points， which is close to the predicted value of the regression equation， indicating that this optimized process is feasible. The results can improve the development of deeply processed products of freshwater fish and lay a theoretical and technical foundation for the deep processing technology of surimi products.

Key words： silver carp; fish cake; process; optimization

收稿日期：2024-07-11

基金项目：国家自然科学基金（32272265）

作者简介：韩冰（1979—），女，教授，博士，研究方向：农产品加工及生物化学。

*通信作者：韩雪（1981—），女，副教授，博士，研究方向：生物化学。

鲢鱼是四大淡水鱼之一，具有肉质鲜美肥嫩、富含蛋白质、价格低廉、产量高等特点^[1-2]。目前，鲢鱼主要以鲜食为主，由于鲜食鲢鱼货架期短，极易腐烂，在降低鲜鱼品质的同时降低了产品的附加值，进而限制了养殖业的发展，解决这一问题的有效途径是建立发达的鲢鱼产品加工业。因此，加强鲢鱼深加工领域的研究至关重要^[3-4]。鱼糜制品因具有低脂肪、高蛋白、食用方便、口感爽滑、市场空间大等优点，成为鱼类深加工领域的研究热点^[5-7]。

目前，市售鱼糜制品多以海鱼为主，产品类型主要有鱼丸、鱼肠和鱼豆腐等，但随着核废水排海、全球海洋鱼类资源产量的减少和鱼糜产品消费量的增加，海鱼资源已无法满足日益增长的市场需求，因此，淡水鱼的开发与利用尤为重要^[8-12]。淡水鱼鱼糜制品是指淡水鱼经采肉、斩拌和盐擂后形成初始鱼糜凝胶，再经煮制、油炸或焙烤等方式制得的具有高营养价值和商业价值的产品^[13-17]。鱼糕作为传统的鱼糜加工制品，富含蛋白质且味道鲜美，同时，由于其在制备过程中未经煎炸，因此，具备营养成分损失少、人体吸收率高的特点^[18-19]。目前，鱼糕的制备多以手工作坊为主，制备工艺落后，缺少工业化和规模化生产工艺，从而限制了鱼糕市场的发展^[20]。同时，国内外对于淡水鱼鱼糕的研究多集中于鱼糕配方的优化及风味的改善方面，鱼糕制备工艺优化方面的研究尚未见报道。本研究对鲢鱼鱼糕漂洗工艺、擂溃工艺、热处理条件进行优化，并对其色泽、水分迁移、凝胶品质和感官品质进行分析，对全面提高淡水鱼加工制品的综合利用率和经济价值、带动全国渔业经济的快速发展具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 材料

鲢鱼、圆葱、姜、食盐、味精、白砂糖、鸡蛋、白酒、马铃薯淀粉和大豆油：均为市售。

1.2 主要仪器与设备

ALC-2100.2型分析天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司;HH-4数显恒温水浴锅 金坛市富华仪器有限公司;C21-SK805型电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司;CS-800型色差仪 杭州彩谱科技有限公司;TG16-WS型离心机 北京奥博通光学仪器有限公司;TA-XT2i型质构仪 英国Stable Micro Systems公司;NM-120型低场核磁共振分析仪 上海纽迈电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 鱼糕制备工艺流程

将鲢鱼白肉部分切成4 cm×2 cm×1 cm的片状，于0.5% NaCl溶液中充分漂洗、沥干、打浆，经低温空擂、盐擂和混合擂，于40℃水浴加热，水浴后立即隔水蒸制并刷蛋黄液，蒸制结束后，迅速放入冰水中冷却30 min。

1.3.2 单因素试验

鲢鱼鱼糕单因素试验设计见表2。

1.3.3 响应面优化试验

应用Design-Expert软件，采用Box-Behnken设计方案，选取漂洗次数（A）、盐擂时间（B）、二段热诱导时间（C）为考察因素，以弹性（Y₁）和感官评分（Y₂）为响应值，根据响应面分析设计原理，优化鲢鱼鱼糕的加工工艺，三因素三水平响应面试验设计见表3。

1.3.4 白度的测定

参考Liang等^[21]的方法并略作修改。将鱼糕切成20 mm×20 mm×15 mm的鱼块，置于色差仪顶部，测定其L^*（亮度值）、a^*（红绿值）和b^*（黄蓝值），根据公式（1）计算白度值。

白度=100- /（100-L^*）²+a^*2+b^*2。（1）

1.3.5 保水率的测定

保水率按照Wang等^[22]的方法测定。取约5.0 g鱼糕样品放入离心管中称重，在5 000 r/min下离心10 min后再次称重。保水率用样品中保留的液体质量百分比表示，见公式（2）：

保水率（%）=m₀/m₁×100%。（2）

式中：m₀表示离心后鱼糕与离心管的总质量（g）；m₁表示离心前鱼糕与离心管的总质量（g）。

1.3.6 质构特性分析

参考Zhang等^[23]的方法并略作修改。将鱼糕样品切成2 cm×2 cm×2 cm的立方体，使用P/36R型探头进行测定，触发类型为Auto，触发力为5.0 g，压缩比为40%，测前速度为2 mm/s，测中和测后速度均为1 mm/s。

1.3.7 水分迁移分析

参考鲍佳彤等^[24]的方法并略作修改。取约10 mm×10 mm×20 mm的长方体样品放入核磁管中。采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列进行测定。

1.3.8 感官评价

对鲢鱼鱼糕的色泽、风味、组织形态和口感进行感官评价，具体评价标准见表4。评价小组由10名培训后的学生组成，对测试样品的各项指标进行打分，满分为100分。感官评价结果取10名评价员的平均分。

1.3.9 统计分析

采用IBM SPSS 27软件进行数据统计处理，显著性水平设置为0.05。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 漂洗次数对鱼糕品质的影响

漂洗是鱼糕制品制备过程中的重要步骤，可去除鱼糜中的杂质、脂肪、水溶性蛋白质及特殊气味，从而改善鱼糕制品的色泽、质地和风味^[25]。

2.1.1.1 漂洗次数对鱼糕白度、保水率、感官评分、水分迁移的影响

由图1中A和B可知，随着漂洗次数的增加，鱼糕的白度呈先升高后趋于平稳的趋势，保水率和感官评分均呈先升高后降低的趋势。当漂洗次数为2次时，鱼糕的白度、保水率和感官评分最高，分别为75.77、77.53%、84.2分。这可能是由于漂洗能够去除鱼糜中的肌红蛋白、血红素和脂质等色素类物质，有助于鱼糜凝胶形成较好的网络结构，增强了光的散射并束缚了更多的水分子，导致白度、保水率和感官评分增加，但漂洗次数过多导致鱼糜离子强度降低及部分肌原纤维蛋白溶解，从而造成肌原蛋白损伤，致使保水率和感官评分降低^[26-27]。

由图1中C和D可知，随着漂洗次数的增加，鱼糕的PT₂₄呈先降低后略微升高的趋势。当漂洗2次时，鱼糕的PT₂₄所占比例最小，信号幅度最大。这可能是由于适当地漂洗增强了蛋白质分子极化基团静电荷与水分子极化基团静电荷之间的引力构成吸水作用，将水分子纳入网状立体结构的空间形成不易流动的水，但漂洗次数过多会引起蛋白质收缩变性，在一定程度上减少了对水分的结合能力^[28]。

2.1.1.2 漂洗次数对鱼糕质构的影响

由表5可知，随着漂洗次数的增加，鱼糕的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性均呈先升高后降低的趋势。这可能是由于适当漂洗去除了鱼糜凝胶中形成的具有负面作用的蛋白水解酶，同时，Cl^-渗透使肌原纤维内部膨胀，促进了鱼糜加热过程中化学键（如氢键、离子键和共价键等）和疏水氨基酸的暴露、蛋白质折叠和肌原纤维蛋白分子间的交联，形成更稳定的凝胶结构，致使鱼糕的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性升高。但漂洗次数过多会破坏鱼糕的蛋白质结构，使鱼糕的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性降低^[29]。

2.1.2 盐擂时间对鱼糕品质的影响

盐擂是鱼糕加工过程中的重要工艺，是指在空擂后加入一定量的盐，使鱼肉中盐溶性肌原纤维蛋白充分溶出，促使鱼糜出现溶胶状态，加强肌动蛋白与肌球蛋白的结合，进一步生成肌动球蛋白，形成较松散的网状结构，进而形成凝胶^[30]。

2.1.2.1 盐擂时间对鱼糕白度、保水率、感官评分、水分迁移的影响

由图2中A和B可知，随着盐擂时间的延长，鱼糕的白度、保水性和感官评分均呈先升高后降低的趋势。当盐擂时间为10 min时，白度、保水率和感官评分显著高于其他试验组（P＜0.05）。这可能是由于盐擂时间的延长使鱼糜脂肪粒径减小，提高了鱼糜的乳化性，导致鱼糕的白度增加，同时盐擂使鱼糜中的肌原纤维蛋白溶出，从而形成了较好的凝胶结构，截留了更多的水分，提高了鱼糕的保水率和感官评分。但盐擂时间过长，导致鱼糜脂肪粒径过小，总表面积过大，盐溶性蛋白质不能完全包裹住脂肪微粒，从而降低了乳化性，白度随之降低，盐擂时间过长也可产生热量，促使鱼糜温度升高，蛋白质变性，导致凝胶性能下降，保水能力也随之降低^[31-32]。

由图2中C和D可知，随着盐擂时间的延长，鱼糕中的PT₂₄所占比例呈先降低后升高的趋势，同时，信号幅度呈先升高后降低的趋势。当盐擂时间为10 min时，PT₂₄所占比例较低，且信号幅度较高。这可能是由于在盐擂过程中，Na⁺与鱼糜中的内源性TG酶产生协同作用，进而提高了鱼糕的凝胶性，增强了鱼糜对游离水的束缚能力。但盐擂时间过长，促使体系温度升高，导致水与蛋白质间的相互作用减弱，降低了鱼糜对PT₂₄的束缚力^[33]。

2.1.2.2 盐擂时间对鱼糕质构的影响

由表6可知，随着盐擂时间的延长，鱼糕的硬度、咀嚼性和黏聚性均呈先升高后降低的趋势，弹性呈先升高后趋于平稳的趋势。这可能是由于充分地盐擂使鱼糕中的盐溶性蛋白溶出，并与水混合发生水化作用而聚合成肌动球蛋白溶胶，增强了鱼糕制品的凝胶性质。但盐擂时间过长，导致鱼糕中的组织蛋白酶对肌原纤维蛋白作用时间过长，部分蛋白被过度降解，最终导致鱼糜的硬度、咀嚼性、黏聚性下降^[34]。

2.1.3 一段热诱导时间对鱼糕品质的影响

鱼糜制品的生产一般采用二段热诱导，即一段热诱导低温预凝胶，然后迅速高温处理避免凝胶劣化。一段热诱导期间部分鱼糜蛋白在NaCl的作用下形成连续的基质，可初步形成凝胶态^[35]。

2.1.3.1 一段热诱导时间对鱼糕白度、保水率、感官评分、水分迁移的影响

由图3中A和B可知，随着一段热诱导时间的延长，鱼糕的白度、保水率、感官评分均呈先升高后趋于平稳的趋势。这可能是由于长时间加热处理使鱼糕中水分子重新排列，同时破坏了鱼糕中蛋白质的非共价键，从而提高了鱼糕的白度，加热时间的延长也促进了淀粉和大豆分离蛋白等添加物与鱼糜中蛋白质的相互作用，使蛋白质暴露了更多的巯基，并通过二硫键相互连接，促进了鱼糜凝胶网络结构的形成，进而提高了鱼糕的锁水能力^[36-37]。

由图3中C和D可知，随着一段热诱导时间的延长，PT₂₄所占比例呈先降低后趋于平稳的趋势，当一段热诱导时间为30 min时，鱼糕的弛豫时间向左偏移，且信号幅度最高，对PT₂₄束缚力增强。这可能是由于随着一段热诱导时间的延长，蛋白质结构展开，在氢键的作用下结合大量PT₂₄，从而形成弹性凝胶体，提高了鱼糜对水的截留能力，导致PT₂₄含量降低^[38]。

2.1.3.2 一段热诱导时间对鱼糕质构的影响

由表7可知，随着一段热诱导时间的延长，鱼糜的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性均呈先升高后趋于平稳的趋势。这可能是由于随着一段热诱导时间的延长，鱼糜中的内源性谷氨酰胺转氨酶促进了谷氨酰胺和赖氨酸的交联反应，形成了更稳定的凝胶网络，同时，蛋白与蛋白分子间发生脱水作用，致使肌原纤维组织收缩，从而使鱼糜的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性增大^[39]。

2.1.4 二段热诱导时间对鱼糕品质的影响

二段热诱导是鱼糜制备过程中的第二个重要环节，通过高温加热使鱼糜中的肌球蛋白逐渐变性并发生不可逆聚集，最终形成具有凝胶性的凝胶网络结构^[40]。

2.1.4.1 二段热诱导时间对鱼糕白度、保水率、感官评分、水分迁移的影响

由图4中A和B可知，随着二段热诱导时间的延长，鱼糜的白度和保水率均呈先升高后降低的趋势，鱼糜的感官评分呈先升高后趋于平稳的趋势。这可能是因为随着二段热诱导时间的延长，鱼糜肌球蛋白分子展开，逐渐形成较大的可溶性颗粒并发生聚集，导致粒径变大，增强了光散射，促进了淀粉中亲水基团与水分子的结合，截留更多的水分，提高了鱼糜的白度和保水率。但二段热诱导时间过长，脂肪氧化产生醛类或羰基类物质，并与蛋白质中的氨基成分作用发生美拉德反应，生成有色物质，也可能导致已形成的寡聚体被破坏并释放束缚的水分，从而降低鱼糜的白度和保水能力^[41-42]。

由图4中C和D可知，随着二段热诱导时间和弛豫时间的延长，鱼糜的PT₂₄所占比例先降低后升高，同时，信号幅度呈先升高后降低的趋势。当二段热诱导时间为20 min时，PT₂₄所占比例最小，信号幅度较大。这可能是由于鱼糜在热凝胶过程中，肌原纤维蛋白在盐的作用下水溶性增强，同时，肌球蛋白高级结构展开，促使氢键结合大量PT₂₄，从而提高了对水分子的束缚能力，但二段热诱导时间过长，导致鱼糜疏水基团暴露，破坏了致密的网络结构，从而降低了鱼糜的保水能力^[43]。

2.1.4.2 二段热诱导时间对鱼糕质构的影响

由表8可知，随着二段热诱导时间的延长，鱼糜的硬度、弹性、咀嚼性均呈先升高后降低的趋势，黏聚性呈先升高后趋于平稳的趋势。这可能是由于随着二段热诱导时间的延长，鱼肉中的肌原纤维蛋白在加热过程中受热变性，增强了蛋白质间的聚合作用，同时，蛋白与蛋白分子间发生脱水作用，肌原纤维组织收缩，导致硬度、弹性、咀嚼性和黏聚性增大。但二段热诱导时间过长导致肌球蛋白三级结构几乎完全展开，而二级结构仍不断解旋变性，从而诱导内部结构崩塌，导致鱼糕的硬度、弹性、咀嚼性下降^[40]。

2.2 响应面优化试验设计及结果分析

响应面试验共完成三因素三水平共17组试验，其中12组为试验分析点，其余5组为试验中心点，以检验试验误差。试验设计及结果见表9。

2.2.1 鱼糕弹性响应面方差分析

采用Design-Expert软件对试验结果进行回归拟合，可得到漂洗次数、盐擂时间、二段热诱导时间的二次多元回归方程：Y₁=0.86-3.562×10^-3A-4.312×10^-3B+3.500×10^-4C+2.750×10^-3AB+0.011AC+8.525×10^-3BC-0.017A²-0.040B²-0.032C²。

通过模型的显著性、失拟性检验结果、模型决定系数值等可评定回归模型的精确度。

由表10可知，该回归模型的显著性检验结果为极显著（Plt;0.000 1）；失拟项检验结果为不显著（P=0.169 8）；模型的校正决定系数R_Adj²为0.980 9，说明该模型能解释98.09%响应值的变化。综上可知，该模型的拟合效果良好。

2.2.2 鱼糕感官评分响应面方差分析

采用Design-Expert软件对试验结果进行回归拟合，可得到漂洗次数、盐擂时间、二段热诱导时间的二次多元回归方程：Y₂=92.10-3.29A-1.76B-3.28C-2.58AB+1.55AC-0.100BC-10.91A²-4.96B²-4.04C²。

感官评分的显著性检验和方差分析见表11。

由表11可知，该回归模型的显著性检验结果为极显著（Plt;0.000 1）；失拟项检验结果为不显著（P=0.916 3）；模型的校正决定系数R_Adj²为0.972 7，说明该模型能解释97.27%响应值的变化。综上可知，该模型的拟合效果良好，试验误差小，可信度高。

2.2.3 响应面直观图分析

根据上述回归方程得出不同因素对鲢鱼鱼糕弹性和感官评分影响的响应面图和等高线图，结果见图5～图8。在响应面图中，曲面越陡说明该因素对响应值的影响越显著。在等高线图中，形状越接近圆形说明两个因素间的交互作用越弱，形状越接近椭圆形说明两个因素间的交互作用越强。

2.2.3.1 各因素交互作用对鱼糜弹性的影响

漂洗次数、盐擂时间、二段热诱导时间及其相互作用对鱼糕弹性影响的响应曲面图和等高线图见图5和图6。

由图5和图6可知，漂洗次数（A）与二段热诱导时间（C）、盐擂时间（B）与二段热诱导时间（C）对鱼糕的弹性具有极显著交互作用（P＜0.01），且响应曲面图颜色较深，表明交互作用较强，这与表10中的结果一致。由图5可知，随着二段热诱导时间和漂洗次数的增加，鱼糜的弹性呈先升高后降低的趋势。由图6可知，随着二段热诱导时间和盐擂时间的延长，鱼糜的弹性先逐渐升高后降低。图5和图6的响应曲面图中响应值Y₁均存在极大值，即在所设计参数中存在达到最大弹性的最优条件，因此，优化鱼糕制备工艺可以提高其弹性。

2.2.3.2 各因素交互作用对鱼糜感官评分的影响

漂洗次数、盐擂时间、二段热诱导时间及其相互作用对鱼糜感官评分影响的响应曲面图和等高线图见图7和图8。

由图7和图8可知，漂洗次数（A）与盐擂时间（B）对鱼糕的感官评分具有极显著交互作用（Plt;0.01），漂洗次数（A）与二段热诱导时间（C）对鱼糕的感官评分具有显著交互作用（P＜0.05），且响应曲面图颜色较深，表明交互作用较强，这与表11中的结果一致。由图7可知，随着漂洗次数和盐擂时间的增加，鱼糕的感官评分呈先升高后降低的趋势。由图8可知，随着漂洗次数和二段热诱导时间的延长，鱼糕的感官评分呈先升高后降低的趋势。图7和图8的响应曲面图中响应值Y₂均存在极大值。因此，改变鱼糕制备工艺可以提高鱼糕的感官评分。

2.3 最佳工艺条件试验验证

根据Design-Expert软件分析，当漂洗次数为2次、盐擂时间为9.81 min、二段热诱导时间为19.69 min时，鱼糕的感官评分最高和弹性最好，分别为92.87分和0.860 9。为验证结果，进行重复试验，测得感官评分为（92.57±0.59）分，弹性为0.852 5±0.02。

3 结论

目前，我国淡水鱼鱼糜制品存在鱼腥味重和凝胶品质差等问题，通过对鱼糜工艺进行优化来提高鱼糜制品的品质具有深远意义。漂洗、盐擂和热诱导是鱼糜制品加工过程中的重要步骤，可以通过去除鱼糜中的血渍和脂质等物质，充分溶出肌原纤维蛋白和热加工过程中蛋白质结构展开，促进内源性谷氨酰胺转氨酶的交联反应来提高鱼糜制品的色泽、风味和凝胶品质。本文采用Box-Behnken试验进行响应面设计并对试验结果的二次回归模型进行了预测，当漂洗次数为2次、盐擂时间为9.81 min、二段热诱导时间为19.69 min时，鲢鱼鱼糜制品的弹性最好，感官评分最高，验证结果与理论预测值相近，说明该回归模型可用于优化鲢鱼鱼糕加工工艺，在提高淡水鱼利用率的同时，也为淡水鱼鱼糜制品的研究与开发提供了理论依据。

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