響應(yīng)面法優(yōu)化沙蔥的自然發(fā)酵工藝

張婷，楊波，羅瑞明*，王生軍，胡聰，張偉威，劉洋，王薇

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021；2.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，寧夏銀川750021；3.寧夏白云食品有限公司，寧夏石嘴山53400）

響應(yīng)面法優(yōu)化沙蔥的自然發(fā)酵工藝

張婷1，楊波2，羅瑞明1*，王生軍3，胡聰1，張偉威1，劉洋1，王薇1

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021；2.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，寧夏銀川750021；3.寧夏白云食品有限公司，寧夏石嘴山53400）

為優(yōu)化沙蔥自然發(fā)酵的工藝條件，以總酸度及感官評(píng)定為響應(yīng)值，通過中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)及響應(yīng)面法分析研究不同菜添加量、加鹽量、香辛料添加量對(duì)沙蔥腌制品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，其最佳工藝方法為沙蔥用鹽水預(yù)腌8 h左右后，再將剩下的1/4鹽和菜分層入罐，鹽總添加量6%，沙蔥添加量50%，香辛料（辣椒/花椒/茴香/生姜=10∶1∶1∶1）添加量2.5%。在此條件下，發(fā)酵的沙蔥總酸度為1.25 g/100 mL，感官評(píng)分為90.3分，與模型預(yù)測(cè)值總酸度1.30 g/100 mL和感官評(píng)分91.8分基本相符。該沙蔥發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)在生產(chǎn)上具有一定的指導(dǎo)意義。

沙蔥；發(fā)酵條件；工藝優(yōu)化；響應(yīng)面分析

沙蔥（Allium mongolicum Regel），百合科蔥屬，又名蒙古韭菜、山蔥、野蔥、胡穆利（蒙語）等[1]，屬多年生草本植物。分布于蒙古國南部、俄羅斯和哈薩克斯坦以及我國西北的內(nèi)蒙古、甘肅、新疆等地[2]，是沙漠草甸植物的伴生植物，常生于海拔較高的砂壤戈壁中，因其形似幼蔥，故稱沙蔥。莖葉針狀，開白色小花，其葉、嫩莖和花苞均具有辛辣味，辛辣味比其他蔥韭更鮮更濃。沙蔥不僅風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富，還具有一定的藥理作用，據(jù)蒙藥典記載：沙蔥具有降血脂、降血壓、健腎壯陽、開胃消食、治便秘等特殊功效，食之能治腸炎、赤白痢、腹瀉等疾病，被譽(yù)為“菜中靈芝”[3-4]。

沙蔥是西北地區(qū)人民喜愛的優(yōu)良佳肴，其食用方法有很多：涼拌、調(diào)味、炒食、做餡、腌漬等，均有不可多得的美味。但沙蔥的季節(jié)性強(qiáng)，可食用的莖部非常嫩不易久儲(chǔ)，研究表明，沙蔥腌制后粗蛋白含量有所升高[5]，其本身所有的營養(yǎng)成分均可保留，且腌制后存儲(chǔ)保質(zhì)期可達(dá)五個(gè)月，提高沙蔥利用率的同時(shí)，還增加了沙蔥食用方式的多樣性。本研究采用響應(yīng)面分析法[6-7]，對(duì)其發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期獲得最佳工藝參數(shù)，充分利用山區(qū)野菜資源的同時(shí)，探索沙蔥的腌制工藝和調(diào)控技術(shù)，為開發(fā)沙蔥系列山野菜產(chǎn)品打下一定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

沙蔥：市售，當(dāng)季新鮮；食鹽、辣椒、生姜、茴香、花椒：市售。

1.1.2 主要試劑

氫氧化鈉（分析純）：北京康普匯維科技有限公司、乙醇（分析純）：深圳市迪創(chuàng)化工有限公司；甲醛（分析純）：杭州永星五交化有限公司。

1.1.3 培養(yǎng)基

馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基：稱取馬鈴薯200 g，去皮洗凈切成小塊，加水1 000 mL煮沸30 min或高壓蒸煮20 min，紗布過濾，加17～20 g瓊脂和10～20 g葡萄糖，充分溶解后用紗布趁熱過濾，分裝，121℃滅菌20 min，冷卻后貯存?zhèn)溆肹8]。

1.2 儀器與設(shè)備

GMSX-280型手動(dòng)控制壓力蒸汽滅菌器：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；101-3型恒溫干燥箱：上海東星建材試驗(yàn)設(shè)備有限公司；HDL潔凈工作臺(tái)：北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司；LRH系列生化培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；PHS-3CpH計(jì)：上海精科儀器有限公司；AL204型電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；HH-S2恒溫水浴鍋：北京長源實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 發(fā)酵過程指標(biāo)監(jiān)測(cè)

大腸菌群按照GB 2714—2003《醬腌菜衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定進(jìn)行；總酸含量（以乳酸計(jì)）測(cè)定采用直接滴定法[9]。

感官評(píng)價(jià)：請(qǐng)10位有經(jīng)驗(yàn)的評(píng)定人員對(duì)沙蔥腌制期間的色澤、外觀組織、香氣、質(zhì)地、滋味、口感等計(jì)分，滿分100分，取平均值。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[10-11]見表1。

表1 腌制沙蔥感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sensory evaluation of pickled Allium mongolicum Regel

1.3.2 沙蔥腌制工藝路線

1.3.3 操作要點(diǎn)

分揀、清洗：選取新鮮的沙蔥，去除有機(jī)械損傷、尾部枯干、老桿等部分以及菜身中夾雜的雜質(zhì)，小心清洗（其莖部極嫩，避免機(jī)械損傷，最好沖洗），瀝干。

稱量、分裝：沙蔥按試驗(yàn)設(shè)計(jì)比例進(jìn)行稱量后分裝。

腌制：因沙蔥非常脆嫩，將發(fā)酵分前后兩部分，前發(fā)酵預(yù)腌8 h左右以后再加鹽自然發(fā)酵。

放鹽：鹽分三次放完。將分揀好的沙蔥加入調(diào)制好的鹽水中，預(yù)腌的鹽水用鹽量為總用鹽量的1/2左右；在菜最上層撒一層鹽保證預(yù)腌充分，用鹽量為總用鹽量的1/4；預(yù)腌8 h左右后，將沙蔥撈出放入發(fā)酵罐中，方法是先放一層沙蔥，再撒一層鹽，然后再放一層沙蔥，再放一層鹽，依次進(jìn)行，沙蔥放完鹽也要放完，而且鹽的量要自下而上依次增多，同時(shí)加入辣椒、花椒、生姜和茴香，用鹵液澄清液加滿發(fā)酵罐，保證腌制充分的同時(shí)最大化保留發(fā)酵風(fēng)味，用鹽量為總用鹽量的1/4。

1.3.4 影響沙蔥發(fā)酵效果的單因素試驗(yàn)

本試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)沙蔥腌制品在整個(gè)發(fā)酵過程中7～15 d風(fēng)味最佳，選取第10天各組沙蔥腌制品進(jìn)行總酸測(cè)定及感官評(píng)價(jià)。

鹽添加量的影響：沙蔥添加量50%，香辛料（辣椒/花椒/茴香/生姜=10∶1∶1∶1）添加量2%，分別在4%、5%、6%、7%、8%、9%鹽添加量條件下，將沙蔥發(fā)酵10 d，探討不同鹽添加量對(duì)沙蔥發(fā)酵效果的影響。

沙蔥添加量的影響：鹽添加量6%，香辛料添加量2%，分別在30%、40%、50%、60%、70%沙蔥添加量條件下，將沙蔥發(fā)酵10 d，探討不同沙蔥添加量對(duì)沙蔥發(fā)酵效果的影響。

香辛料添加量的影響：沙蔥添加量50%，鹽添加量6%，分別在0、1%、2%、3%、4%香辛料添加量條件下，將沙蔥發(fā)酵10 d，探討不同香辛料含量對(duì)沙蔥發(fā)酵效果的影響。

1.3.5 發(fā)酵條件優(yōu)化試驗(yàn)

在對(duì)影響沙蔥腌制工藝條件變量的研究中，影響沙蔥腌制的因素有很多，根據(jù)中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[12-13]，綜合單因子試驗(yàn)結(jié)果，選取不同沙蔥添加量（A）、鹽添加量（B）、香辛料添加量（C）作為主要試驗(yàn)因子，以總酸度（Y）和感官評(píng)分（Z）為響應(yīng)值，采用3因素5水平二次回歸正交組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)[14]，對(duì)沙蔥自然發(fā)酵工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)因素水平見表2。

表2 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology for fermentation process optimization

2 結(jié)果與分析

2.1 影響沙蔥發(fā)酵效果的單因素試驗(yàn)

2.1.1 鹽添加量的影響

圖1 鹽添加量對(duì)總酸度和感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of salt concentration on total acidity and sensory score

由圖1可知，沙蔥發(fā)酵第10天時(shí)，隨著鹽添加量的增大，發(fā)酵液的總酸度總體逐漸降低，沙蔥的感官評(píng)分先升高后降低。總酸度變化不大，波動(dòng)在0.05 g/100 mL以內(nèi)；感官評(píng)分隨鹽添加量的不同變化較大，食鹽在蔬菜腌制中起著至關(guān)重要的作用，鹽添加量較低時(shí)，沙蔥淡而無味，口味偏酸，鹽添加量較高時(shí)沙蔥滋味偏咸，口感較差，其中當(dāng)鹽添加量為6%左右時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高分，沙蔥各方面的風(fēng)味品質(zhì)最好，因此，選擇鹽添加量為6%較為恰當(dāng)。

2.1.2 沙蔥添加量的影響

圖2 沙蔥添加量對(duì)總酸度和感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of AMR addition on total acidity and sensory score

由圖2可知，沙蔥發(fā)酵第10天時(shí)，隨著沙蔥添加量的增加，發(fā)酵液的總酸度逐漸升高，沙蔥的感官評(píng)分先升高后降低?？偹岫茸兓淮?，波動(dòng)在0.1 g/100 mL以內(nèi)；感官評(píng)分隨沙蔥添加量的不同變化較明顯，沙蔥添加量較少時(shí)菜的顏色比菜較多時(shí)更黃，且滋味偏咸，沙蔥添加量較多時(shí)菜的脆度較差，滋味較淡，其中當(dāng)菜添加量為50%時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高分，沙蔥的色澤、質(zhì)地、口感等各方面的風(fēng)味品質(zhì)最好，因此選擇菜添加量為50%較為恰當(dāng)。

2.1.3 香辛料添加量的影響

圖3 香辛料添加量對(duì)總酸度和感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of spices addition on total acidity and sensory score

由圖3可知，沙蔥發(fā)酵第10天時(shí)，隨著香辛料添加量的增加，發(fā)酵液的總酸度變化不大，沙蔥的感官評(píng)分先升高后降低。總酸度變化很小，波動(dòng)在0.03 g/100 mL以內(nèi)；感官評(píng)分隨香辛料添加量的不同變化較明顯，香辛料的加入能增加沙蔥發(fā)酵后的復(fù)合香氣，但添加量偏高反而掩蓋了沙蔥本身的菜香，其中當(dāng)香辛料添加量為2%時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高分，沙蔥各方面的風(fēng)味品質(zhì)最好，因此選擇香辛料添加量為2%較為恰當(dāng)。

2.2 中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)及響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵工藝

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵條件，結(jié)果見表3。

利用Design expert 8.0軟件[15-16]，分別以總酸度（Y）和感官評(píng)分（Z）為響應(yīng)值，對(duì)方程模型進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)分析，方差分析結(jié)果見表4和表5。對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到二次回歸擬合方程為：

從表4可看出，回歸模型為極顯著水平（P＜0.000 1），因變量與所考察自變量之間的線性關(guān)系顯著（R2＝0.997 5），模型調(diào)整確定系數(shù)R2Adj＝0.993 0，即該模型能解釋99.3%響應(yīng)值的變化，失擬項(xiàng)不顯著（P＝0.520 4＞0.05），說明該模型與實(shí)際試驗(yàn)基本吻合，一次項(xiàng)A、B，二次項(xiàng)A2、B2和C2都表現(xiàn)為影響影響極顯著，對(duì)響應(yīng)值影響極大，方程的交互項(xiàng)的影響也是極顯著的，各因素之間是二次關(guān)系。由表5可知，回歸模型為極顯著水平（P＜0.000 1），因變量Z與所考察自變量之間的線性關(guān)系顯著（R2＝0.999 4），模型調(diào)整確定系數(shù)R2Adj＝0.998 2，即該模型能解釋99.82%響應(yīng)值的變化，失擬項(xiàng)不顯著（P=0.659 1＞0.05），說明該模型與實(shí)際試驗(yàn)基本吻合，除一次項(xiàng)C影響不顯著和二次項(xiàng)BC影響為顯著水平外，其余各項(xiàng)均為極顯著水平。以上兩個(gè)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)的擬合情況都良好，可以對(duì)產(chǎn)品的總酸度和感官品質(zhì)進(jìn)行估算。

由此模型繪制的沙蔥添加量、鹽添加量和香辛料添加量之間的交互作用對(duì)總酸度和感官評(píng)分影響的響應(yīng)面和等高線圖分別見圖4、圖5。

表3 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of response surface methodology for fermentation process optimization

表4 以總酸度為響應(yīng)值的方差分析Table 4 Variance analysis using total acid as response value

表5 以感官評(píng)分為響應(yīng)值的方差分析Table 5 Variance analysis using sensory score as response value

圖4 各因素兩兩交互作用對(duì)總酸度影響的響應(yīng)面及等高線Fig.4 Response surface plot and contour line of effect of interaction between each factors on total acidity

由圖4可知，隨著沙蔥添加量的增加，總酸度逐步上升，隨著鹽添加量的增加，總酸度先上升后下降；沙蔥添加量對(duì)總酸度的影響要大于香辛料添加量的效應(yīng)，與統(tǒng)計(jì)結(jié)果相符；鹽添加量為5.5%、香辛料添加量為2%時(shí)總酸度較大。

圖5 各因素兩兩交互作用對(duì)感官評(píng)分影響的響應(yīng)面及等高線Fig.5 Response surface plot and contour line of effect of interaction between each factors on sensory score

由圖5可知，隨沙蔥添加量的增加感官評(píng)分呈現(xiàn)為先上升后下降，鹽添加量對(duì)感官評(píng)分影響顯著，兩者的交互作用很顯著[17]；沙蔥添加量和香辛料添加量之間存在顯著的交互作用，相比較而言菜添加量對(duì)感官評(píng)分影響比香辛料添加量顯著；鹽添加量及香辛料添加量對(duì)感官評(píng)分都有顯著影響。

結(jié)果表明，最大總酸度和感官評(píng)分的最佳試驗(yàn)參數(shù)為鹽添加量5.86%，沙蔥添加量50.68%，香辛料添加量2.46%。為了便于實(shí)際操作，將最佳腌制工藝條件修改為鹽添加量6%，沙蔥添加量50%，香辛料添加量2.5%。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，總酸度為1.25 g/100 mL，感官評(píng)分為90.3分，與軟件優(yōu)化結(jié)果基本相符。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以沙蔥添加量、鹽添加量、香辛料添加量為因子，以總酸度（以乳酸計(jì)）和感官評(píng)分為響應(yīng)值，通過中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)及響應(yīng)面法優(yōu)化沙蔥自然發(fā)酵的最佳發(fā)酵條件為鹽添加量6%，沙蔥添加量50%，香辛料添加量2.5%。由此工藝制得的沙蔥腌制產(chǎn)品總酸度為1.25 g/100 mL，感官評(píng)分為90.3分，與預(yù)測(cè)值基本一致。發(fā)酵所得的沙蔥，味辛而不辣，質(zhì)地脆嫩，風(fēng)味獨(dú)特，是一種營養(yǎng)豐富的山野菜腌制品，開發(fā)前景廣闊。

[1]馬毓泉.內(nèi)蒙古植物志[M].2版.呼和浩特：內(nèi)蒙古人民出版社，1994.

[2]趙一之.內(nèi)蒙古蔥屬植物的生態(tài)地理分布特征[J].內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，25（5）：546-553.

[3]張君萍，侯喜林，董海艷，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化超聲波提取沙蔥籽多糖工藝[J].食品科學(xué)，2011，32（2）：98-99.

[4]LI Y L,LUO R M.Antibacterial effect of extracts from Allium mongolicum Regel[J].Agr Sci Technol,2008,9(4):123-126.

[5]巴俊杰，張春麗，高建萍，等.沙蔥營養(yǎng)成分分析[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，23（4）：114-115.

[6]BAS D,BOYACI I H.Modeling and optimization I:usability of response surface methodology[J].J Food Eng,2007,78(3):836-845.

[7]ZHONG K,WANG Q.Optimization of ultrasonic extraction of polysaccharides from dried longan pulp using response surface methodology[J]. Carbohyd Polym,2010,80(1):19-25.

[8]李改燕.糟魚發(fā)酵過程中微生物菌群和風(fēng)味變化的研究[D].寧波：寧波大學(xué)碩士論文，2009.

[9]穆華榮.食品分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[10]陳希.蔬菜低鹽腌制微生物群落多樣性的分析[D].寧波：寧波大學(xué)碩士論文，2011.

[11]王繼國，顧晶晶，王愛芹，等.響應(yīng)面方法研究新疆大果沙棘的乳酸發(fā)酵飲料工藝[J].中國釀造，2010，29（1）：96-99.

[12]GAO Y L,WANG Y X,JIANG H H.Optimization of inactivation conditions of high hydrostatic science pressure using response surface methodology[J].Agricultural Sciences in China,2004,3(10):528-534.

[13]李亞娜，趙謀明，彭志英.羊棲菜粗多糖的提取工藝[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2004，30（6）：125-130.

[14]LUO R M,ZHOU G H.Mathematical optimization for energy consumption during freeze-drying of cooked beef slice[J].J Food Process Eng, 2008,3(31):583-601.

[15]付中民，張芳芳，繆曉青.響應(yīng)面法優(yōu)化蜂蜜酸奶的發(fā)酵工藝[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，27（6）：918-924.

[16]張君平，侯喜林，董海燕，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化超聲波提取沙蔥籽多糖工藝[J].食品科學(xué)，2011，32（2）：98-103.

[17]單吉祥，陳杰，陳利忠，等.響應(yīng)面法優(yōu)化牛肉干發(fā)酵工藝的研究[J].食品工業(yè)科技，2010，31（4）：286-292.

Optimization of nature fermentation process of Allium mongolicum Regel by response surface methodology

ZHANG Ting1,YANG Bo2,LUO Ruiming1*,WANG Shengjun3,HU Cong1,ZHANG Weiwei1,LIU Yang1,WANG Wei1
(1.College of Agricultural,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.College of Life Science,Ningxia University, Yinchuan 750021,China;3.Baiyun Food Co.,Ltd.,in Ningxia,Shizuishan 753400,China)

Using total acidity and sensory evaluation score as response value,central composite design experiments and response surface methodology were adopted to optimize the nature fermentation conditions of Allium mongolicum Regel(AMR).The effect of AMR addition,salt concentrations and spices addition on AMR quality was studied.The results showed that the optimum process methods were as follows:pre-pickled AMR with brine for 8 h,then re-pickled AMR into the cans with the remaining 1/4 salt,salt addition 6%,AMR addition 50%,spice(capsicum/pepper/fennel/ginger=10∶1∶1∶1)2.5%.Under this condition,the total acidity was 1.25 g/100 ml and sensory evaluation score was 90.3,which was basically corresponded to the model prediction value of 1.30 g/100 ml and 91.8,respectively.The processing parameters optimized by response surface experiment in this study had a certain guiding significance in the manufacture of AMR.

Allium mongolicum Regel;fermentation conditions;process optimization;response surface methodology

TS 255.3；TS 255.5

A

0254-5071（2014）10-0094-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.023

2014-08-29

寧夏回族自治區(qū)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012zyn102）

張婷（1990-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。

*通訊作者：羅瑞明（1964-），男，教授，博士，研究方向?yàn)樾螽a(chǎn)品貯藏加工和食品生物技術(shù)。