響應(yīng)面法優(yōu)化香辣藕片生產(chǎn)工藝

肖楚潔，周炎

(南京信息工程大學(xué) 科學(xué)技術(shù)研究院，南京 210044)

藕(NelumbonuciferaGaertn.)，又稱蓮藕、蓮菜、菡萏，屬睡蓮科多年生大型草本水生植物的根莖，目前為我國產(chǎn)銷量最大的水生蔬菜，集營養(yǎng)和藥用于一體[1,2]。蓮藕富含多種營養(yǎng)成分，如糖類、脂肪、纖維素和卵磷脂，還含有少量的生物堿、黃酮類、維生素C、胡蘿卜素和硫胺素等物質(zhì)及鐵、錳、鈦、磷等礦物元素[3]，具有促進(jìn)人體腸道健康、補(bǔ)充膳食鐵、止血和收縮血管等功能，是孕婦、白血病患者理想的食品。中醫(yī)認(rèn)為蓮藕全株都可以入藥，具有涼血、散淤以及養(yǎng)胃滋陰的功效[4]。加之易于購買且價(jià)格實(shí)惠，故廣受消費(fèi)者喜愛。近年來，各具特色的蓮藕系列產(chǎn)品層出不窮，如藕脯、藕糖蜜膏、蓮藕脆片、藕粉、鹽漬藕、速凍藕和蓮藕膳食纖維等[5-8]。許多學(xué)者致力于蓮藕休閑食品的研發(fā)，李淑珍[9]采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了蓮藕蜜餞的加工工藝；王毓寧等[10]采用感官評定的方法，對風(fēng)味蓮藕 泡菜的加工工藝進(jìn)行了探討；宋艷玲[11]專門研究過藕夾方便食品的加工及保藏。但目前的研究中，藕片硬化工藝所使用的硬化劑都存在或多或少的缺點(diǎn)，例如乳糖(處理的藕片太甜，存在風(fēng)味缺陷)、葡萄糖(雖能保脆，但顏色變黑)、氯化鈣(對人體有害，可引起胃腸道刺激或潰瘍)[12,13]。而關(guān)于乳酸鈣作藕片硬化劑的研究鮮有報(bào)道，本研究在單因素實(shí)驗(yàn)配方的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面優(yōu)化法，探究浸泡時(shí)間、硬化劑(乳酸鈣)添加量及硬化溫度對香辣藕片產(chǎn)品硬度和感官評價(jià)的影響，以期開發(fā)出香辣藕片方便食品，并為新型藕片食品的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的研究思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮藕、香辣調(diào)味料、鹽、雞精、白砂糖：市售；食用香精、乙基麥芽酚、雞肉鮮香膏：青島魯味香食品添加劑有限公司；香辣香精：上海朗楓香料有限公司；檸檬酸：廣東省陽東縣化工工業(yè)公司；硬化劑(乳酸鈣)：天津市科頓生物科技有限公司。

HH4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；HHT4-YX-280D不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌鍋 北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司；TA.XT plus食品物性測定儀 上海瑞玢科學(xué)儀器有限公司；DZ-400/2ES真空包裝機(jī) 華聯(lián)機(jī)械集團(tuán)有限公司；HPX-9612MBE恒溫培養(yǎng)箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；LP502B電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司；FA2004電子精密天平 上海精密科學(xué)儀器天平廠；BCD-196KF冰箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

清洗→切片→稱量→硬化→沖洗→熱燙→冷卻→調(diào)味→真空包裝→滅菌→冷卻→成品。

1.2.2 操作要點(diǎn)

選擇新鮮、無機(jī)械傷、無病害、根莖結(jié)實(shí)粗壯且大小均勻的蓮藕，表皮顏色白嫩略帶黃褐色，沒有明顯黑色斑塊[14]。

用實(shí)驗(yàn)室純水輕輕洗凈藕表皮的泥土等雜質(zhì)，并用刨刀削去藕的外層表皮，切除藕節(jié)。

將去皮后的藕節(jié)切成2 cm厚的藕片，將切好的藕片浸泡在水中，防止藕片發(fā)生氧化。

稱取30 g藕片，將藕片放在水浴加熱的硬化劑中硬化處理。

將硬化好的藕片在煮沸的水中熱燙1 min后迅速撈出，置于冷水中冷卻。

按照比例配制調(diào)味料，進(jìn)行藕片的調(diào)味。

將調(diào)好味的藕片以每袋100 g的規(guī)格裝入密封袋，抽真空后放入高壓蒸汽滅菌鍋中，120 ℃滅菌18 min，滅菌后冷卻至室溫。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 硬化劑濃度對藕片硬度的影響

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，分別加入濃度為1.0%，1.1%，1.2%，1.3%，1.4%的硬化劑，在硬化溫度為30 ℃的條件下[15]，硬化2 h，根據(jù)感官評價(jià)選擇合適的硬化劑濃度。

1.2.3.2 硬化溫度對藕片硬度的影響

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，加入硬化劑的濃度為1.1%，分別在20，30，40，50，60 ℃的條件下硬化2 h，根據(jù)感官評價(jià)選擇合適的硬化溫度。

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，加入硬化劑的濃度為1.1%，在硬化溫度30 ℃的條件下，分別硬化1，1.5，2，2.5，3 h，根據(jù)感官評價(jià)選擇合適的浸泡時(shí)間。

1.2.3.4 料液比對藕片硬度的影響

取5份100 g藕片，將料液比分別設(shè)置成1∶1.5，1∶3，1∶4.5，1∶6，1∶7.5，加入濃度1.1%的硬化劑，在硬化溫度30 ℃條件下硬化2 h，根據(jù)感官評價(jià)選擇最適料液比。

1.2.4 響應(yīng)曲面工藝設(shè)計(jì)配比

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硬化劑濃度、硬化溫度、浸泡時(shí)間這3個(gè)因素對藕片的硬度影響最為明顯，故以這3個(gè)因素為自變因素，以硬度(Y)為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)，見表1。

1.3 測定方法

1.3.1 感官評價(jià)

在成品當(dāng)天進(jìn)行香辣藕片的感官評價(jià)，參考張文君等[16]、張建輝等[17]的評價(jià)方法。由10名感官評價(jià)人員組成評價(jià)小組，其中男女比例相等。針對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、感官評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和要求(GB/T 16291.1-2012)對評價(jià)小組進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)[18]。樣品隨機(jī)編號(hào)，采用百分制，品評人員需要獨(dú)立客觀地對香辣藕片的特性給出分值(色澤30%、質(zhì)地40%、形態(tài)20%、風(fēng)味10%)，計(jì)算結(jié)果取平均值，感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

他們和肥鴨一般，嘴里發(fā)響擺動(dòng)著身子，沒有理她走過去了！他們走了許久許久，她仍沒起來，以后她哭著，木桶揚(yáng)翻在那里，小包袱從木桶滾出。她重新走起時(shí)，身影在地面越瘦越長起來，和細(xì)線似的。

表2 香辣藕片感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of spicy sliced lotus root

1.3.2 質(zhì)構(gòu)測定

質(zhì)構(gòu)是表示食品組織結(jié)構(gòu)的重要品質(zhì)指標(biāo)，通過對質(zhì)構(gòu)特性的分析，可以清晰地量化食品的組織形態(tài)變化[19]。挑選大小一致、厚度均勻的藕片6～10片作為測試對象，平放于測試臺(tái)中央，參考王遠(yuǎn)等[20]的研究，選用探頭為P/5N的平底圓柱形探頭，測試參數(shù)設(shè)置：操作模式為TPA模式，測前速度2 mm/s，測試速度0.5 mm/s，下壓距離5 mm，測后速度2 mm/s，測量樣品的硬度，每個(gè)樣品重復(fù)測定6次，結(jié)果取平均值。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用軟件IBM SPSS Statistics 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用軟件Origin 7.5及Design-Expert 8.0進(jìn)行制圖和數(shù)據(jù)分析。質(zhì)構(gòu)測定重復(fù)6次，其他實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 硬化劑濃度對香辣藕片品質(zhì)的影響

圖1 硬化劑濃度對香辣藕片品質(zhì)的影響Fig.1 The influence of hardener concentration on quality of spicy sliced lotus root

由圖1可知，保持其他條件不變的情況下，硬化劑的濃度升高，藕片的硬度先增大，達(dá)到最大值后呈下降趨勢，但下降程度不大；當(dāng)硬化劑濃度為1.1%時(shí)，藕片的硬度最大，為658.57 gf；當(dāng)濃度繼續(xù)升高時(shí)，藕片的硬度變化較小，綜合感官評分圖可以看出，硬化劑濃度在1.1%時(shí)，感官評分最高，為88.23分；但硬化劑濃度繼續(xù)升高至1.4%時(shí)，感官評分逐漸下降。由此可知，當(dāng)硬化劑濃度增大到一定程度時(shí)，硬化效果不再發(fā)生明顯變化。因此，硬化劑的濃度為1.1%時(shí)，硬度測量值和感官評定值都達(dá)到最佳，而且成本低。

2.1.2 硬化溫度對香辣藕片品質(zhì)的影響

圖2 硬化溫度對香辣藕片品質(zhì)的影響Fig.2 The influence of hardening temperature on quality of spicy sliced lotus root

由圖2可知，隨著硬化溫度的升高，香辣藕片的硬度呈現(xiàn)先上升后緩慢下降的趨勢，而感官評分呈先增后降的趨勢。當(dāng)硬化溫度為30 ℃時(shí)，香辣藕片的硬度最大，為632.97 gf，此時(shí)感官評分也最高，為82.71分；硬化溫度在20～30 ℃這一階段時(shí)，感官評分變化大，藕片由軟變脆，口感變化明顯；在30 ℃之后，隨著硬化溫度的升高，硬度減小，感官評分呈下降趨勢，但在品嘗時(shí)口感上的變化不是很明顯，并且會(huì)降低生產(chǎn)效率。

2.1.3 浸泡時(shí)間對香辣藕片品質(zhì)的影響

圖3 浸泡時(shí)間對香辣藕片品質(zhì)的影響Fig.3 The influence of soaking time on quality of spicy sliced lotus root

由圖3可知，當(dāng)浸泡時(shí)間為2 h時(shí)，藕片的硬度最大；當(dāng)浸泡時(shí)間大于2 h后，隨著浸泡時(shí)間的增加，藕片硬度呈現(xiàn)下降趨勢，但2 h后的硬度變化較小，結(jié)合感官評分圖可以看出，浸泡時(shí)間對感官影響較大，在2 h之前，感官評分上升趨勢變化明顯，能夠明顯感覺到藕片硬度的變化，2 h后感官評分變化趨勢減緩。隨著浸泡時(shí)間的增加，硬度減小，口感變差，且消耗的生產(chǎn)時(shí)間多，影響生產(chǎn)效率。

2.1.4 料液比對香辣藕片品質(zhì)的影響

圖4 料液比對香辣藕片品質(zhì)的影響Fig.4 The influence of solid-liquid ratio on quality of spicy sliced lotus root

由圖4可知，料液比改變時(shí)，藕片硬度以及感官評分基本不變，綜上可以推斷得出料液比不是影響硬度的主要因素，因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中不作為變量考慮。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化藕片工藝

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與結(jié)果

分析單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，藕片的硬度和藕片的整體感官評價(jià)關(guān)聯(lián)很大，硬度最大時(shí)感官評價(jià)均最高，故采用Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成3因素3水平方式，A表示預(yù)處理時(shí)的硬化溫度，B表示浸泡時(shí)間，C表示硬化劑的濃度，以香辣藕片硬度(Y)為考察指標(biāo),確定最佳工藝條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken 設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3 Design and results of Box-Behnken

續(xù) 表

2.2.2 回歸方程與方差分析

應(yīng)用Design-Expert 8.0對表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，可以得出各因素與因變量之間的多元回歸方程：

Y=656.07+39.41A+74.56B+144.19C-14.18AB-0.37AC-24.43BC-141.91A2-95.25B2-131.04C2。

對該模型進(jìn)行方差分析以及顯著性檢驗(yàn)，見表4。

表4 回歸方程顯著性檢驗(yàn)與方差分析Table 4 Significance test and variance analysis of regression equation

注：“*”表示差異顯著(P<0.05)；“**”表示差異極顯著(P<0.01)。

2.2.3 響應(yīng)面交互作用分析

由響應(yīng)面圖可直觀地看出各因素對藕片硬度影響的整體趨勢，而等高線排列的密集程度則表明2個(gè)因素變化對硬度的影響程度[23]。3個(gè)因素之間的交互作用對藕片硬度的影響見圖5。3個(gè)圖像中，圖5(c)的響應(yīng)面坡度最陡峭，等高線最為密集且呈橢圓形，說明當(dāng)硬化溫度為30 ℃時(shí)，隨著時(shí)間的增加，硬度呈緩慢上升趨勢，而在硬化劑濃度增加的過程中，硬度上升趨勢快，因此硬化劑濃度的影響較為明顯。圖5中響應(yīng)面最平緩的是(b)，說明當(dāng)浸泡時(shí)間為2 h時(shí)，硬化溫度和硬化劑濃度的相互作用對藕片硬度的影響較小?？傮w來看，3個(gè)響應(yīng)面坡度均較平緩，說明雖然硬化劑濃度和浸泡時(shí)間的交互作用對藕片硬度影響最大，但作用不顯著，這與表4的回歸分析結(jié)果吻合。

圖5 各因素交互作用對硬度的響應(yīng)面圖Fig.5 The response surface figures of hardness affected by two-factor interaction

2.2.4 最佳工藝及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對回歸方程偏導(dǎo)求解，可得出香辣藕片的最佳工藝條件：硬化溫度為31.23 ℃，浸泡時(shí)間為2.16 h，硬化劑濃度為1.15%。根據(jù)實(shí)際操作情況修正為：硬化溫度31 ℃，硬化劑濃度1.1%，浸泡時(shí)間2 h，符合國家標(biāo)準(zhǔn)[24]。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到香辣藕片的硬度為701.36，與預(yù)測值707.78基本一致，相對誤差為0.91%，而感官評分此時(shí)達(dá)到92.60分。綜上，說明所得模型與實(shí)際情況擬合程度較好，能夠反映硬化溫度、浸泡時(shí)間和產(chǎn)品硬度以及感官評分之間的關(guān)系，可采用該模型對香辣藕片的品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測。

3 結(jié)論

本研究主要通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法對香辣藕片的制作工藝進(jìn)行優(yōu)化。先通過單因素實(shí)驗(yàn)得出了3個(gè)因素對硬度的影響，在此基礎(chǔ)上，對浸泡時(shí)間、硬化溫度、硬化劑濃度進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，最終得出的優(yōu)化條件為：硬化溫度31 ℃，硬化劑濃度1.1%，浸泡時(shí)間2 h。在加工過程中，以100 g藕片計(jì)，具體配方為：香辣王4 g，鹽1.6 g，雞精1 g，糖2 g，味特鮮0.1 g，乙基麥芽酚0.5 g，香辣香精0.5 g，雞香膏0.2 g，蔬菜防腐劑檸檬酸0.02 g，真空包裝時(shí)抽氣時(shí)間設(shè)定為10 s，滅菌條件設(shè)置為120 ℃，滅菌18 min。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)品脆度提高至701.36，感官評價(jià)高達(dá)92.60，產(chǎn)品品質(zhì)明顯提高，可見本研究構(gòu)建的模型擬合良好，對其生產(chǎn)加工具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。