Box-behnken響應(yīng)面優(yōu)化香酥鯪魚軟罐頭的加工工藝

廣州市華琪生物科技有限公司 廣東廣州 510000

鯪魚(Cirrhina molitorella)隸屬輻鰭魚綱(Actinopterygii)鯉形目(Cypriniformes)鯉科(Cyprinidae)野鯪亞科(Labeoninae)鯪屬，俗稱土鯪、雪鯪等。鯪魚生長(zhǎng)在水溫較高的自然區(qū)域，是廣東常見的因生長(zhǎng)速度快、養(yǎng)殖成本低的大宗養(yǎng)殖魚種，約占整個(gè)珠江流域漁業(yè)總產(chǎn)量三分之一，因四季均產(chǎn)、肉質(zhì)鮮嫩、油炸味美而深受消費(fèi)者喜愛[1]。但因鯪魚較小，且肌間骨刺極多，因此售價(jià)較低，因此鯪魚多用于食品行業(yè)的加工原料，如鯪魚魚糜的加工[2，3]，鯪魚是我國(guó)罐頭食品加工的主要原料之一，如享譽(yù)中外的豆豉鯪魚罐頭[4，5]。當(dāng)前，具有方便、速食、耐儲(chǔ)存及口味多元化等優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)品是食品工業(yè)發(fā)展的方向之一，而罐頭食品無(wú)疑是很好的選擇。但現(xiàn)如今的鯪魚罐頭基本為豆豉口味，芳香酥軟的香酥型罐頭較少見，口味比較單一，且市售罐頭油脂用量較多，油膩感強(qiáng)，其口感風(fēng)味也還需進(jìn)一步豐富，國(guó)內(nèi)對(duì)于系統(tǒng)的淡水魚罐頭研究還比較少，國(guó)外對(duì)于淡水魚罐頭的研究主要集中在工藝條件、添加物對(duì)罐頭品質(zhì)的影響[6～9]。本文從口味上開發(fā)健康少油的香酥鯪魚軟罐頭，使鯪魚的食用、攜帶更加方便、健康。同時(shí)，罐頭加工工藝也需進(jìn)一步的形成規(guī)?；涂茖W(xué)化。

目前，用于優(yōu)化配方工藝的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法主要有回歸設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)以及響應(yīng)曲面法等，本文是以感官評(píng)價(jià)法為指標(biāo)，采用響應(yīng)曲面法對(duì)香酥鯪魚軟罐頭的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。響應(yīng)曲面法是利用多元二次回歸方程解決多變量問(wèn)題的統(tǒng)計(jì)方法[10]，目前應(yīng)用響應(yīng)曲面法最多的是資源活性物質(zhì)的提取分離工藝[11，12]，但是應(yīng)用在優(yōu)化軟罐頭產(chǎn)品工藝中還未有報(bào)道，軟包裝香酥鯪魚產(chǎn)品也還處于空白狀態(tài)。因此，本文以新鮮鯪魚為原料經(jīng)腌制、油炸脫水、調(diào)味液賦味以及滅菌酥化骨頭等幾方面進(jìn)行單因素試驗(yàn)，并采用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)法進(jìn)行生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，獲得最佳的加工工藝，為豐富鯪魚罐頭產(chǎn)品，進(jìn)一步提升鯪魚的可利用性，提高附加值，及工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與設(shè)備

1.1 主要材料

新鮮鯪魚；白砂糖、食鹽、味精、醬油(李錦記牌)、市售五香粉(味好美牌)、市售姜粉(味好美牌)。

1.2 主要儀器設(shè)備

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

1.2.2 數(shù)據(jù)處理軟件

數(shù)據(jù)使用Design-expert8.0軟件處理。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 加工工藝

新鮮鯪魚→修整→清洗→腌制→瀝水→油炸→回軟→調(diào)味定重→裝袋→封口→滅菌冷卻→商業(yè)無(wú)菌檢測(cè)→擦袋入庫(kù)。

2.1.1 操作要點(diǎn)

(1)驗(yàn)收。為保證原料安全性，鯪魚原料驗(yàn)收應(yīng)符合鮮凍動(dòng)物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

(2)修整。將鯪魚修整成所需形狀，將附著的泥砂、粘液、雜質(zhì)等污物全部洗去。

(3)腌制。魚體應(yīng)全部浸泡入鹽溶液中，在最佳腌制條件下進(jìn)行腌制，并應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充食鹽保證鹽度穩(wěn)定。

(4)瀝水。腌制后應(yīng)瀝干水分以方便油炸脫水。

(5)油炸。將瀝干水分的鯪魚魚體于最佳條件下進(jìn)行油炸脫水，油炸至魚塊金黃即可，每次油炸應(yīng)控制加料量，避免油溫下降過(guò)多影響油炸效果，下次油炸應(yīng)等油溫恢復(fù)后方可進(jìn)行。

(6)回軟調(diào)味。油炸后趁熱進(jìn)入經(jīng)調(diào)配的最佳調(diào)味液中賦味一段時(shí)間后瀝干，待用。香料水配方為：五香粉0.25g、姜粉0.25g，八角0.2g、花椒0.2g、鮮洋蔥1.7g、水100g，保持微沸30min后去渣備用。調(diào)味液配方為：香料水100g、醬油0.6g、砂糖1.3g、味精0.3g，保持70℃?zhèn)溆谩?/p>

(7)裝袋抽真空?；剀浾{(diào)味后的鯪魚裝入蒸煮袋中，凈重允許偏差±3%，固形物≥90%。

(8)滅菌冷卻。將封口完成的蒸煮袋裝入滅菌鍋中在最佳滅菌條件下進(jìn)行滅菌處理，滅菌完成后應(yīng)即刻降溫冷卻至40℃以下時(shí)方可取出，殺菌后冷卻不充分會(huì)導(dǎo)致罐頭產(chǎn)品品質(zhì)變差[13，14]，食品中心溫度降低于40℃下可避免平酸腐敗[15]。

3 感官評(píng)價(jià)及理化指標(biāo)檢測(cè)

3.1 感官評(píng)價(jià)

參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1328-2007關(guān)于內(nèi)容物感官的評(píng)價(jià)方法和文獻(xiàn)方法[16，17]加以改進(jìn)，由10位專業(yè)從事食品研發(fā)的人員進(jìn)行盲測(cè)，對(duì)產(chǎn)品的色澤、滋味氣味、組織狀態(tài)進(jìn)行加權(quán)法計(jì)算總分，色澤的加權(quán)系數(shù)為0.2，滋味氣味加權(quán)系數(shù)為0.4，組織狀態(tài)加權(quán)系數(shù)為0.4，總分計(jì)算公式為：總評(píng)分=∑XiYi(i=1，2，3......n；X為評(píng)定指標(biāo)，Y為權(quán)重)，具體見表2。

表2 香酥鯪魚軟罐頭感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 得率計(jì)算

(1)

(2)

3.3 水分含量測(cè)定

采用常壓干燥法[18]測(cè)定。

3.4 微生物檢測(cè)

微生物指標(biāo)應(yīng)符合商業(yè)無(wú)菌要求，其中商業(yè)無(wú)菌采用GB/T4789.26—2013進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 研究?jī)?nèi)容、結(jié)果與分析

4.1 鹽水濃度對(duì)鯪魚味感及得率的影響

采用不同濃度鹽水(0%、2%、4%、6%、8%、10%)對(duì)鯪魚腌制30min，鹽水濃度對(duì)鯪魚味感及得率影響如圖1所示。

圖1 鹽水濃度對(duì)鯪魚罐頭感官及得率的影響Figure 1 Effect of brine concentration on canned dace sense and yield

由圖1可知，隨著腌漬鹽水濃度的提高，感官得分趨勢(shì)先升高而后降低，于6%處于最高值，而腌漬得率則隨著鹽水濃度的提高呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，綜合腌漬得率與味感評(píng)分，鹽水濃度6%時(shí)較為合適。

4.2 腌漬時(shí)間對(duì)鯪魚感官及得率的影響

在6%濃度鹽水下，將鯪魚于不同腌漬時(shí)間(10、20、30、40、50min)下進(jìn)行腌制，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 腌漬時(shí)間對(duì)鯪魚罐頭感官及得率的影響Figure 2 Effect of curing time on dace flavor and yield

由圖2可知，隨著腌漬時(shí)間的延長(zhǎng)，鯪魚軟包裝罐頭味感得分趨勢(shì)先升高而后降低，于30min處于最高值，而腌漬得率則隨著鹽腌漬時(shí)間的延長(zhǎng)呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，綜合腌漬得率與味感評(píng)分，腌漬時(shí)間為30min時(shí)較為合適。

4.3 鯪魚油炸工藝的確定

4.3.1 油炸條件對(duì)鯪魚水分的影響

鯪魚魚體經(jīng)6%鹽水腌漬30min后，經(jīng)由不同的油炸溫度(140、160、180、200℃)進(jìn)行油炸，其水分含量隨時(shí)間變化如下圖。且在實(shí)際生產(chǎn)中，罐頭魚產(chǎn)品中水分含量在40%～50%較為合適[19]。

圖3 油炸條件對(duì)產(chǎn)品水分含量的影響Figure 3 Influence of the moisture content of product on the fried condition

由圖3可知，在同一油炸溫度下，鯪魚魚體的水分含量隨著油炸時(shí)間的延長(zhǎng)而降低；在同一油炸時(shí)間下，鯪魚魚體的水分含量同樣隨著油炸溫度的提升而降低，綜合鯪魚罐頭加工中水分要求及加工效率、能耗，由于高溫下油脂的氧化速度加快，油品品質(zhì)易劣化，故油炸溫度最好不超過(guò)200℃[20]，故180℃/6min的油炸工藝條件較為合適。

4.4 回軟調(diào)味液配方的確定

回軟液對(duì)罐頭的風(fēng)味影響很大，為罐頭提供了底味支撐，試驗(yàn)研究了7種配方(配方中所有比例均以100%水為基準(zhǔn))的回軟調(diào)味液，由10位專業(yè)從事食品研發(fā)的人員采用表2感官評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行盲測(cè)(調(diào)味階段相應(yīng)的權(quán)重為：色澤的加權(quán)系數(shù)為0.3，滋味氣味加權(quán)系數(shù)為0.5，組織狀態(tài)加權(quán)系數(shù)為0.2)，探究回軟液對(duì)罐頭產(chǎn)品的色澤、滋味氣味的影響并進(jìn)行綜合評(píng)分，確定最佳配方。

表3 回軟調(diào)味液配方表

由表4可知，最佳的回軟調(diào)味液配方為香料水：五香粉0.25g、姜粉0.25g，八角0.2g、花椒0.2g、鮮洋蔥1.7g、水100g，保持微沸30min后去渣備用；調(diào)味液配方為：香料水100g、醬油0.6g、砂糖1.3g、味精0.3g，保持70℃?zhèn)溆谩Ｆ渲?，五香粉、花椒、八角香氣濃烈，?duì)異味有強(qiáng)烈去除作用，且能增進(jìn)食欲，但添加過(guò)多亦會(huì)掩蓋產(chǎn)品本身香氣。鮮洋蔥則本身可緩和過(guò)于強(qiáng)烈的香氣且具有甘甜回香的作用，可柔和整體風(fēng)味。適當(dāng)?shù)尼u油比例不僅可豐富產(chǎn)品香氣，對(duì)產(chǎn)品亦可起到著色作用，使其具有一定的色澤，增加食用吸引力。

4.5 回軟時(shí)間的確定

鯪魚經(jīng)180℃/6min油炸后趁熱投入70℃預(yù)先配制完成的調(diào)味汁中進(jìn)行回軟處理一段時(shí)間，其回軟得率及產(chǎn)品品質(zhì)如表4所示。

表4 回軟時(shí)間對(duì)鯪魚軟罐頭得率及品質(zhì)的影響

由表4可知，回軟可使魚肉吸收水分降低油膩感，且調(diào)味液對(duì)魚肉具有賦味作用，回軟使得魚肉水分適當(dāng)增多的同時(shí)亦可幫助鯪魚在滅菌過(guò)程中骨頭的軟化?？傊?，隨著回軟時(shí)間的增加，魚肉吸收水分亦隨著增加，魚肉口感由油炸后的干硬、油膩感強(qiáng)趨向于減弱，魚肉恢復(fù)細(xì)致、清爽的口感，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致魚肉口感綿爛；隨著回軟時(shí)間的延長(zhǎng)，其特征風(fēng)味隨著調(diào)味汁的滲透逐漸加重，由上表可知回軟時(shí)間為50s時(shí)，其魚肉質(zhì)地及其味感最佳。同時(shí)，回軟還可增加骨頭的滅菌酥軟度，但其回軟時(shí)間在50s時(shí)，其骨頭酥軟接受度已經(jīng)足夠，故回軟階段其回軟時(shí)間確定為50s。

4.6 殺菌工藝的確定

見表5。

表5 殺菌條件對(duì)罐頭商業(yè)無(wú)菌及感官品質(zhì)的影響Table 5 Influence of sterilization conditions of commercial asepsis and sensory quality

排氣密封完成后，置于可反壓冷卻的臥式滅菌鍋中，按一定溫度(110、115、121℃)滅菌不同時(shí)間(15、25、35、45min)后,按罐頭食品商品無(wú)菌檢驗(yàn)(GB/T4789.26-2013)[21]于36±1℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)10d后進(jìn)行商業(yè)無(wú)菌檢測(cè)及感官檢測(cè)，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，殺菌工藝影響的主要是骨酥性、魚體風(fēng)味和質(zhì)地口感，骨酥性、風(fēng)味與滅菌溫度、滅菌時(shí)間較為相關(guān)，隨著滅菌溫度和時(shí)間的提升，鯪魚的骨頭酥軟性會(huì)大大增強(qiáng)，色澤風(fēng)味和質(zhì)地亦會(huì)越來(lái)越好；而細(xì)菌總數(shù)的大小則與滅菌條件具有較大的相關(guān)性，隨著滅菌溫度和時(shí)間的提高，菌落總數(shù)的數(shù)值亦隨著下降。總之，殺菌條件達(dá)到121℃/45min時(shí)，產(chǎn)品呈誘人的茶褐色，質(zhì)地緊密合適，魚體香酥，骨頭酥軟，有一定的嚼感，菌落總數(shù)方面也可滿足罐頭產(chǎn)品商業(yè)無(wú)菌的要求。綜合感官、理化指標(biāo)，殺菌公式為2～45～25min/121℃時(shí)產(chǎn)品品質(zhì)最佳。

4.7 Box-behnken中心組合設(shè)計(jì)滅菌工藝優(yōu)化試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化

4.7.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果分析

由上述單因素試驗(yàn)可知回軟時(shí)間及滅菌溫度、時(shí)間對(duì)于鯪魚罐頭產(chǎn)品質(zhì)量和安全影響較大，這與Simpson、Alicia、Ali及Sreenath[22～25]等研究相一致，殺菌工藝對(duì)罐頭類產(chǎn)品品質(zhì)影響極大，需對(duì)殺菌工藝做進(jìn)一步優(yōu)化，故選取回軟時(shí)間、滅菌時(shí)間、滅菌溫度為影響因子作響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用Box-behnken設(shè)計(jì)選取回軟時(shí)間(A)、滅菌時(shí)間(B)、滅菌溫度(C)為影響因素，設(shè)置最小值和最大值分別為40s和60s，30min和50min，117℃和121℃，工藝設(shè)計(jì)及結(jié)果見表6。

由表6的優(yōu)化分析可得出，在所得到的優(yōu)化條件下，細(xì)菌總數(shù)處于未檢出水平，故只對(duì)感官評(píng)分進(jìn)行建模優(yōu)化。根據(jù)實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸擬合，得到感官評(píng)分值R(滿分為5分)，對(duì)回軟時(shí)間(A)、滅菌時(shí)間(B)、滅菌溫度(C)的模型如下：

R=4.54-0.043A+0.11B+0.060C-0.095AB+0.010AC-0.15BC-0.19A2-0.26B2-0.016C2，對(duì)所得回歸模型進(jìn)行方差分析，見表7。

表6 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

由表7可知，模型的F-值為42.57，感官評(píng)分預(yù)測(cè)模型達(dá)到極顯著水平(p<0.0001)，這說(shuō)明在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，該模型能夠很好的表明各因素值與感官評(píng)分之間的關(guān)系?；剀洉r(shí)間、滅菌時(shí)間、滅菌溫度三個(gè)因素，三因素間的交互作用，以及二次項(xiàng)對(duì)模型的影響均達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明它們對(duì)響應(yīng)值影響大。失擬項(xiàng)(p>0.05)不顯著，說(shuō)明所得模型擬合效果良好，即該模型可根據(jù)回軟時(shí)間、滅菌時(shí)間、滅菌溫度很好的預(yù)測(cè)感官評(píng)分。R2=0.9985，調(diào)整后R2=0.9967，說(shuō)明模型噪音少，擬合度好。

4.7.2 響應(yīng)面分析及優(yōu)化

使用Design-expert8.0做出響應(yīng)曲面圖，具體見圖4～圖6。

表7 回歸模型的方差分析

注：0.01

由圖4～圖6可知，在曲面圖上，曲線約陡峭表明對(duì)響應(yīng)值的影響就越大，以及綜合表7中P值的大小，可知所選因素對(duì)響應(yīng)值的影響強(qiáng)度次序?yàn)锽(滅菌時(shí)間)>C(滅菌溫度)>A(回軟時(shí)間)。為確定最佳響應(yīng)值的因素水平，采用Design-expert軟件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析，得出優(yōu)化條件為：回軟時(shí)間49.26s，滅菌時(shí)間39.47min，滅菌溫度121℃，此時(shí)感官評(píng)分R=4.582分，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，修正工藝參數(shù)為回軟時(shí)間49s，滅菌時(shí)間40min，滅菌溫度121℃，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終感官評(píng)分為4.64分，此結(jié)果與理論預(yù)測(cè)值相差1.25%。因此，本文中所得數(shù)學(xué)模型較為可靠，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

圖4 回軟時(shí)間與滅菌時(shí)間對(duì)感官評(píng)分的影響Figure 4 Effect of softening and sterilization time on sensory evaluation

圖5 回軟時(shí)間與滅菌溫度對(duì)感官評(píng)分的影響Figure 5 Effect of softening time and sterilization temperature on sensory evaluation

圖6 滅菌時(shí)間與滅菌溫度對(duì)感官評(píng)分的影響Figure 6 Effect of sterilization time and sterilization temperature on sensory evaluation

4.8 產(chǎn)品微生物指標(biāo)測(cè)定

按上述最佳工藝配方制得產(chǎn)品，按照GB 4789.26-2013商業(yè)無(wú)菌檢測(cè)中相關(guān)項(xiàng)目要求進(jìn)行微生物檢測(cè)，細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群、致病菌均未檢出，符合罐頭食品商業(yè)無(wú)菌的要求，這說(shuō)明按照本文工藝配方制得罐頭是一種安全可靠的即食食品。

4.9 最終產(chǎn)品與市售產(chǎn)品對(duì)比

按單因素及4.7.2所得最優(yōu)工藝與市售鯪魚罐頭產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)感官得分對(duì)比，結(jié)果如圖7所示。

圖7 最終產(chǎn)品與市售產(chǎn)品得分對(duì)比Figure 7 End-product score comparison with thoseof commercial products

由上圖可知，采用新工藝、配方優(yōu)化制備的香酥鯪魚軟罐頭在得分總分上顯著高于市售鯪魚罐頭，色澤上兩款產(chǎn)品較為接近，得分上也相差不大。滋味氣味上由于本文優(yōu)化了回軟工藝及調(diào)味配方，所以油膩度顯著低于市售產(chǎn)品，所以其滋味氣味得分高于市售產(chǎn)品。組織狀態(tài)上由于本文優(yōu)化了回軟時(shí)間、滅菌溫度及滅菌時(shí)間，所得產(chǎn)品具有較好的酥香性，市售產(chǎn)品則硬度偏高，故組織狀態(tài)得分亦高于市售產(chǎn)品。

5 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-behnken中心組合設(shè)計(jì)滅菌工藝優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)合單因素分析和曲應(yīng)面分析確定香酥鯪魚軟罐頭較優(yōu)的工藝配方為：腌漬條件(6%濃度的鹽水腌漬30min)，油炸條件為180℃/6min。回軟調(diào)味液配方為香料水：五香粉0.25g、姜粉0.25g，八角0.2g、花椒0.2g、鮮洋蔥1.7g、水100g，保持微沸30min后去渣備用。調(diào)味液配方為：香料水100g、醬油0.6g、砂糖1.3g、味精0.3g?；剀洉r(shí)間49s，滅菌時(shí)間40min，滅菌溫度121℃。在此條件下，感官評(píng)分為4.64分，相比市售產(chǎn)品得分提高1.24分，油膩感弱、口感香酥，品質(zhì)較優(yōu)。此加工方法及工藝參數(shù)為企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)鯪魚軟罐頭提供一定的理論依據(jù)。