響應(yīng)面分析法優(yōu)化蝦油醬腌菜工藝

賈朝爽，趙子彤，單長松，劉娟，周濤,吳澎*

1(山東農(nóng)業(yè)大學 食品學院，山東省高技食品加工技術(shù)與質(zhì)量控制重點實驗室，山東 泰安，271018) 2(山東農(nóng)業(yè)大學 園藝科學與工程學院，山東 泰安，271018)

我國生產(chǎn)醬腌菜已有200多年的歷史，傳統(tǒng)醬腌菜生產(chǎn)大都采用手工制作方式，這種制作方式存在生產(chǎn)設(shè)備落后、生產(chǎn)者勞動強度大、生產(chǎn)產(chǎn)品產(chǎn)量低、生產(chǎn)環(huán)境易污染和腌制過程慢等缺點[1-3]。目前醬腌菜行業(yè)存在較多的食品安全問題，如亞硝酸鹽含量超標，防腐劑添加過多，添加劑含量過高等，嚴重背離了人類日益增長的消費需求[4-6]。因此，在保證醬腌菜品質(zhì)的同時，如何生產(chǎn)出色香味俱全，又可以符合大眾消費需求的醬腌菜制品，具有重要的意義。近年來，越來越多的人通過對醬腌菜的低鹽化生產(chǎn)工藝與接種發(fā)酵來降低醬腌菜的不安全因素[7-8]。

蝦油中含有豐富的人類所必需的二十碳五烯酸(eicosapntemacnioc acid， EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid， DHA)，它們可以預(yù)防心腦血管疾病、炎性反應(yīng)疾病、惡性腫瘤、癡呆癥、 糖尿病、視力退減等[9]。研究表明，芥菜頭作為醬腌菜的一種，其中含有大量的生物胺，對提高人體健康有著重要的意義[10]。本試驗以蝦油醬腌菜為試驗材料，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對蝦油醬腌菜的腌制工藝參數(shù)進行優(yōu)化，旨在提高蝦油醬腌菜的品質(zhì)與腌制速度。

1 材料與方法

1.1 原料

芥菜頭：要求以新鮮飽滿、無蟲害、成熟度適中的大頭菜經(jīng)過高濃度的食鹽腌制而成的半成品；蝦油(東古一品鮮)、食糖、CaCl2等輔料均為市售優(yōu)級，符合食用標準；水必須符合國家頒布的《生活飲用水衛(wèi)生標準》。

1.2 主要試劑

AgNO3、鉻酸鉀、NaOH，以上均為分析純；酚酞(指示劑)

1.3 儀器設(shè)備

電子天平、UV-8000紫外可見分光光度計、酸式滴定管、堿式滴定管、滴定架、腌菜缸或腌菜罐、菜刀、案板、真空包裝機、食品包裝袋等。

1.4 加工工藝流程

選料→切菜→配料→醬制→裝袋→抽真空封口→檢查→殺菌→冷卻→保溫檢驗→裝箱

1.5 加工方法

將芥菜頭切成丁(經(jīng)感官鑒定丁比絲口感好)，選取紅糖、CaCl2、蝦油和醬油按一定比例添加到原料中，按不同腌制時間在室溫下進行腌制。

1.6 試驗因素設(shè)計與優(yōu)化

1.6.1 單因素試驗優(yōu)化腌制工藝

1.6.1.1 醬油與蝦油體積比對芥菜丁品質(zhì)的影響試驗

本試驗設(shè)置5個處理組，各個處理組準確稱取芥菜丁100 g，分別放入1 000 mL燒杯中。在同一試驗條件下，按質(zhì)量分數(shù)加入醬油與蝦油體積比分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，紅糖添加量3%，CaCl2添加量0.1%，腌制14 h，取出瀝干，對其進行感官測評。

1.6.1.2 紅糖添加量對芥菜丁品質(zhì)的影響試驗

本試驗設(shè)置5個處理組，各個處理組準確稱取芥菜丁100 g，分別放入1 000 mL燒杯中。在同一試驗條件下，按質(zhì)量分數(shù)加入紅糖添加量分別為1%、2%、3%、4%、5 %，醬油與蝦油體積比為3∶1，CaCl2添加量0.1%，腌制14 h，取出瀝干，對其進行感官測評。

1.6.1.3 CaCl2添加量對芥菜丁品質(zhì)的影響試驗

本試驗設(shè)置5個處理組，各個處理組準確稱取芥菜丁100 g，分別放入1 000 mL燒杯中。在同一試驗條件下，按質(zhì)量分數(shù)加入CaCl2添加量分別為0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，醬油與蝦油體積比為3∶1，紅糖添加量3%，腌制14 h，取出瀝干，對其進行感官測評。

1.6.2 響應(yīng)面試驗設(shè)計

為綜合考慮各因素對芥菜丁品質(zhì)的影響，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken的中心組合設(shè)計原理，以芥菜丁品質(zhì)綜合得分為優(yōu)化指標，選取醬油與蝦油之比、紅糖添加量、CaCl2添加量3個因素進行優(yōu)化設(shè)計，因素水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平及編碼

1.6.3 產(chǎn)品評價方法

請10位有過品評經(jīng)驗的食品專業(yè)人員按照下面的感官評分標準對產(chǎn)品品質(zhì)進行評價，感官評定的最終得分取10人評判分數(shù)的平均值(注：每次感官測定人數(shù)不變)，感官評分標準見表2。

表2 蝦油醬腌菜的感官評分標準

1.6.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Design Expert 8.0.6軟件，對響應(yīng)面試驗結(jié)果進行多元線性回歸分析，擬合二階多項式方程，研究醬油與蝦油體積比、紅糖添加量、CaCl2添加量對芥菜丁品質(zhì)的影響[11]。并對得到的回歸方程的系數(shù)進行顯著性比較，進一步分析試驗因素及水平對響應(yīng)值的影響。

1.7 理化指標檢驗

1.7.1 水分含量測定采用GB/T 5009.3—2003食品中水分的測定方法中的直接干燥法

1.7.2 總酸的測定[12]參考GB/T 12456—2008

1.7.3 食鹽的測定[12]參考GB/T 12457—2008

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗優(yōu)化腌制工藝

2.1.1 醬油與蝦油體積比對感官評分的影響

從圖1中可以看出，醬油與蝦油體積比對芥菜丁品質(zhì)有一定的影響。當醬油與蝦油體積比為5∶1時，芥菜丁的感官評分最高，隨著醬油加入量的逐漸增加，感官評分逐漸下降。這是因為隨著醬油量的增大，蝦油的鮮味逐漸被覆蓋，甜味變小，咸味太重，影響芥菜丁的品質(zhì)。當醬油添加量較少時，導致腌制液不足，芥菜丁腌制不充分，鮮味太重，口感差；顏色太淺，視覺效果也明顯變差。

圖1 醬油與蝦油之比對感官評分的影響Fig.1 Effect of the ratio of soy sauce and shrimp sauce addition on the sensory score

2.1.2 紅糖添加量對感官評分的影響

從圖2中可以看出，紅糖添加量對芥菜丁品質(zhì)也會產(chǎn)生一定的影響。隨著紅糖添加量的不斷增加，芥菜丁的感官評分先緩慢升高，之后又呈現(xiàn)出下降的趨勢，當紅糖添加量為3%時，芥菜丁的感官評分最高。當紅糖添加量較少時，不足以中和醬油與蝦油的鮮味和香味，色澤也較淺，使芥菜丁品質(zhì)變差；紅糖添加量較多時，又掩蓋了醬油與蝦油的鮮味與香味，色澤變得太重，也會導致芥菜丁品質(zhì)下降。

圖2 紅糖添加量對感官評分的影響Fig.2 Effect of brown sugar addition on the sensory score

2.1.3 CaCl2添加量對感官評分的影響

從圖3中可以看出，CaCl2添加量也會對芥菜丁品質(zhì)產(chǎn)生影響。經(jīng)研究，直接將CaCl2加入到醬菜中能夠起到很好的保脆效果[13]，但并不是添加量越大保脆效果越好，控制CaCl2添加量為0.1%時就能起到很好的保脆效果[14]，而且此時感官評分最高。

圖3 CaCl2添加量對感官評分的影響Fig.3 Effect of calcium chloride addition on the sensory score

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗及結(jié)果分析

2.2.1 回歸方程的建立

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken 試驗設(shè)計原理[15]，選取醬油∶蝦油(A)、紅糖添加量(B)、CaCl2添加量(C)進行3因素3水平的響應(yīng)面分析，以品質(zhì)綜合得分(Y)為測量指標，試驗設(shè)計方案和結(jié)果見表3。采用Design-Expert 8.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，回歸方程式為：Y=91.08+3.86A-2.79B+0.050C-0.45AB+0.58AC-0.62BC-6.04A2-9.04B2-8.12C2。由表7可知p<0.000 1，表明在置信區(qū)間為0.01時，響應(yīng)回歸模型達到極顯著水平，失擬項p=0.937 3>0.05，在置信區(qū)間為0.05時差異為不顯著，說明方程對試驗的擬合情況較好，試驗誤差小。各因素與響應(yīng)值之間的線性關(guān)系明顯，可以用此模型來分析和預(yù)測蝦油醬腌菜的感官評分。

表3 響應(yīng)面分析方案及試驗結(jié)果

表4 回歸方程方差分析表

注：**表示極顯著，*表示顯著。

由回歸模型的方差分析結(jié)果可得，在置信區(qū)間為0.01時，方程的一次項A、B、C、BC與二次項A2B2C2對蝦油醬腌菜感官評分影響達極顯著水平。分析各個因素的影響程度，各因素的F值可以直接反映不同因素對試驗指標的重要性，F(xiàn)值越大，表明對試驗指標的影響就越大[16]。從方差分析表可知，各因素對蝦油醬腌菜感官評分影響程度的大小順序依次為醬油：蝦油(A)>紅糖添加量(B)>CaCl2添加量(C)。

2.2.2 響應(yīng)面分析

根據(jù)上述回歸方程及回歸模型方差分析表繪出蝦油醬腌菜工藝三維響應(yīng)面圖，如圖4～圖6?？疾樗鶖M合的響應(yīng)面的形狀，分析不同因素對蝦油醬腌菜品質(zhì)感官評分的影響。

圖4 醬油與蝦油之比與紅糖添加量交互影響Fig.4 Interactive effects of soy sauce and shrimp sauce addition and brown sugar addition

圖5 醬油與蝦油之比與CaCl2添加量交互影響Fig.5 Interactive effects of soy sauce and shrimp sauce addition and calcium chloride addition

圖6 紅糖添加量與CaCl2添加量交互影響Fig.6 Interactive effects of brown sugar addition and calcium chloride addition

圖4所示為當CaCl2添加量為零值時，醬油與蝦油體積比和紅糖添加量對感官評分的影響以及兩者之間的交互作用。當醬油與蝦油之比不變時，蝦油醬腌菜的感官評分隨紅糖添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當紅糖添加量不變時，感官評分隨醬油與蝦油比例逐漸增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，此外，由等高線的疏密程度也可以看出與紅糖添加量相比，醬油與蝦油體積比對蝦油醬腌菜的感官評分影響較大。

圖5所示為當紅糖添加量為零值時，醬油與蝦油體積比和CaCl2添加量對感官評分的影響以及兩者之間的交互作用，當醬油與蝦油體積比不變時，蝦油醬腌菜的感官評分隨CaCl2添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當CaCl2添加量不變時，感官評分隨醬油與蝦油體積比逐漸增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，此外，由等高線的疏密程度也可以看出與紅糖添加量相比，醬油與蝦油體積比對蝦油醬腌菜的感官評分影響較大。

圖6所示可知當醬油與蝦油體積比為零值時，紅糖添加量和CaCl2添加量對感官評分有顯著影響。當紅糖添加量不變時，蝦油醬腌菜的感官評分隨CaCl2添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當CaCl2添加量不變時，感官評分隨紅糖添加量逐漸增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

2.2.3 驗證試驗

根據(jù)響應(yīng)面得到的結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.6軟件處理所得到的數(shù)據(jù)，從中我們可以得到一組感官評分最高的蝦油醬腌菜的配方：芥菜丁100 g，醬油與蝦油體積比為3.318，紅糖添加量為2.87%，CaCl2添加量為0.04%。在此條件下得到的蝦油醬腌菜感官評分為91.90分。為了驗證模型的可靠性，在優(yōu)化工藝條件下重復(fù)試驗3次，得到蝦油醬腌菜的感官評分分別為91.9、91.0、91.5。感官平均得分為91.80，與理論值預(yù)測值91.90分相比，其相對誤差約為0.1%，表明得到的回歸模型與實際情況擬合度較好，進一步驗證了該模型的可行性，說明運用響應(yīng)面軟件優(yōu)化后所得到的回歸方程具有實踐指導意義。

2.3 理化指標的測定

由表5可知，通過對芥菜進行腌制之后，含鹽量大幅度下降，考慮到這應(yīng)是由于脫水之后所產(chǎn)生的效果；總酸有小幅度的下降，說明腌制并不影響醬腌菜中的總酸；含水量有一定程度的提高，認為應(yīng)該是在腌制過程中加入了蝦油，所以才使得蝦油醬腌菜的含水量有了提升。

表5 理化指標的比較

3 結(jié)論

本文通過單因素試驗，根據(jù)Box-Behnken Design原理，選取醬油與蝦油體積比、紅糖添加量、CaCl2添加量進行3因素3水平中心組合試驗，確定了最優(yōu)組合條件為：芥菜丁100 g，醬油與蝦油體積比為3.318，紅糖添加量為2.87，CaCl2添加量為0.04%。感官平均得分為91.80，與理論值預(yù)測值91.90分相比，其相對誤差約為0.1%，驗證了數(shù)學模型的有效性，說明響應(yīng)面分析法優(yōu)化蝦油醬腌菜腌制工藝技術(shù)參數(shù)是可行的。

本研究所得的蝦油醬腌菜顏色鮮艷，有光澤，咸味適中，口感細膩，質(zhì)地均勻，具有蝦油特有的鮮味且香味濃郁，無異味。蝦油醬腌菜作為一種新穎的醬腌菜制品，既保留了蝦油的獨特鮮味又擁有薺菜丁的特質(zhì)，達到了色香味俱全且營養(yǎng)價值極高的目的。

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