以海帶為原料制作海苔的工藝優(yōu)化

姜鵬飛，王紳，郭敏強，尚珊，*，張含昆，孫瑞

（1.大連工業(yè)大學食品學院，遼寧大連116034；2.大連工業(yè)大學國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧大連116034）

海帶（Laminaria japonica），海帶目[1]，是一種在低溫海水中生長的大型海生褐藻植物。海帶能長到20 m，葉片似寬帶，葉片一般長2m~5m，寬20cm~30cm[2]。還帶具有極高的藥用價值，中醫(yī)認為，海帶味咸性寒、無毒[3]，具有降低血液黏度、抗凝血、擴張血管、降血脂、降血壓、抗腫瘤等作用[4]。海帶還有美容瘦身、護發(fā)、延緩衰老、健腦補腦等作用[5]，被稱為“長壽食品”、“海洋蔬菜”或“碘冠軍”[6]。海帶在中國產量豐富，其養(yǎng)殖規(guī)模與產量均居世界首位，是目前我國水產養(yǎng)殖的支柱產業(yè)之一[7-8]。

近年來在海帶的食用、藥用及保健等作用研究較多，但以海帶為原料研發(fā)的即食產品種類、樣式仍比較單調，我國海帶加工產業(yè)還停留在最初級的階段，大多海帶產品仍保持海帶原有形態(tài)，加工過程只經過簡單清洗、熱處理后調味制得即食食品[9]，難以滿足消費者對營養(yǎng)、美味、樣式新穎方面的需求[10]。目前，開展海帶深加工領域的研究不但可以滿足消費者的購買需要，促進市場的多元化，還可以使資源充分利用，以海帶為原料制作海苔，代替?zhèn)鹘y(tǒng)紫菜原料，具有極高的經濟價值[11]。

本文以海帶為原料制作海苔，經過粉碎、潤料、添加輔料、涂膜，烘烤，最后將海帶制成海苔[12]。以感官評分為指標，通過單因素及響應面法分別優(yōu)化制作工藝及添加的輔料羧甲基纖維素鈉（carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、小蘇打、海藻酸鈉比例；結合掃描電鏡，對添加CMC-Na 和不添加CMC-Na 制作成的海苔進行觀察與研究。制作以海帶為原料的海苔不但替代以紫菜為原料的傳統(tǒng)海苔，還可節(jié)約成本，為海帶開發(fā)提供了新的思路與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

干海帶：福建億達食品有限公司，產地連江；CMC-Na：濟寧豐潤生物科技有限公司；小蘇打：青島堿業(yè)發(fā)展有限公司；海藻酸鈉：青島明月海藻集團有限公司。

1.2 儀器與設備

SU8010/PP3010T 冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡：英國Hitachi/Quorum 公司；SCC WE 101/1 萬能烤箱：德國RATIONAL 公司；GF 型小型高速萬能粉碎機：上海市化工裝備研究所有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

干海帶→打粉→潤料→添加輔料→勻漿→鋪料→烘烤→脫膜→切片→成品包裝[13]

1.3.2 操作要點

1）打粉：將干海帶依次進行軟化、清洗、去腥、漂洗、干燥后通過粉碎機進行粉碎、過不同目數(shù)的篩[14]。

2）潤料：稱取一定量的水與海帶粉進行充分混合。

3）添加輔料：稱取不同比例的CMC-Na、小蘇打、海藻酸鈉，將其加入到海帶粉與水的混合漿液中并攪拌均勻。

4）鋪料：將烤盤中放入高溫隔熱布，將攪拌好的漿液倒入高溫隔熱布中，用刻度尺測量并涂成不同厚度的厚層，修整外形。

5）烘烤：放入烤箱中進行烘烤干燥。

1.3.3 感官評價指標

選擇12 名受過專業(yè)感官訓練的評價人員，評價前，先向12 名評價人員說明海苔具體評分指標，并使12 名評價人員對各項感官指標都有相同的認識與一致的理解。12 名評價人員對海苔進行統(tǒng)一評分，去掉一個最高分，去掉一個最低分，最后由剩下的10 名評價人員的感官評分為標準，取其平均數(shù)[15]。海苔感官評分標準見表1。

1.3.4 以海帶為原料制作海苔單因素的確定

稱取干海帶若干，分別按照不同的料液比、海帶粉粒度、涂膜厚度進行工藝條件的研究；工藝過程中按不同的比例添加輔料CMC-Na、小蘇打、海藻酸鈉，以感官評分為評價標準，確定各個因素的最佳取值范圍。

表1 海苔感官評分標準Table 1 The standard of sensory evaluation for seaweed

1.3.4.1 以海帶為原料制作海苔工藝優(yōu)化

固定工藝條件中添加的輔料CMC-Na、小蘇打、海藻酸鈉比例不變，分別為CMC-Na 含量0.5%、小蘇打含量1%、海藻酸鈉含量0.3%，單一改變工藝條件。

1）不同的料液比對以海帶為原料制作海苔感官評分的影響

固定工藝條件：海帶粉粒度100 目，涂膜厚3 mm，料液比分別選擇1∶16、1∶18、1∶20、1∶22、1∶24（g/mL）。

2）海帶粉粒度對以海帶為原料制作海苔感官評分的影響

固定工藝條件：料液比1 ∶20（g/mL），涂膜厚度3 mm，海帶顆粉度分別選擇60、80、100、120、140 目。

3）涂膜厚度對以海帶為原料制作海苔感官評分的影響

固定工藝條件：海帶粉粒度100 目、料液比1∶20（g/mL），涂膜厚度分別選擇1、2、3、4、5 mm。

1.3.4.2 以海帶為原料制作海苔添加輔料比例優(yōu)化

固定工藝條件海帶粉粒度、料液比、涂膜厚度不變，工藝條件分別為海帶粉粒度100 目、料液比1 ∶20（g/mL）、涂膜厚度3 mm，單一改變配方比例。

1）CMC-Na 的添加量對海帶為原料制作海苔感官評分的影響

固定輔料小蘇打添加量1 %、海藻酸鈉添加量0.3%，添加CMC-Na 量分別選擇0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%。

2）小蘇打的添加量對海帶為原料制作海苔感官評分的影響

固定輔料CMC-Na 添加量0.5%、海藻酸鈉0.3%，添加小蘇打的量分別選擇0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。

3）海藻酸鈉的添加量對海帶為原料制作海苔感官評分的影響

固定輔料CMC-Na 添加量0.5 %、小蘇打添加量1%，添加海藻酸鈉的量分別選擇0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.3.5 以海帶為原料制作海苔響應面設計試驗

1.3.5.1 以海帶為原料制作海苔工藝響應面設計

根據(jù)單因素結果確定，以料液比、海帶粉粒度、涂膜厚度為因素，以海苔的感官評分為評價指標，設計三水平三因素的響應面試驗，采用Design-Expert8.0.5軟件及Box-Behnken 中心設計原理，確定最佳工藝參數(shù)，取17 組試驗，5 個中心點進行試驗，試驗設計因素水平表見表2。

表2 Box-Behnken 中心組合試驗因素水平表Table 2 Box-Behnken central composite test level table

1.3.5.2 輔料添加比例響應面設計

根據(jù)單因素結果確定，以添加輔料CMC-Na、小蘇打、海藻酸鈉添加量為因素，以即食海苔感官評分為評價指標，設計三水平三因素的響應面試驗，采用Design-Expert 8.0.5 軟件及Box-Behnken 中心設計原理，確定最佳添加比例參數(shù)，取17 組試驗，5 個中心點進行試驗，試驗設計因素表見表3。

表3 Box-Behnken 中心組合試驗因素水平表Table 3 Box-Behnken central composite test level table

1.3.6 以海帶為原料制作海苔掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）分析

將添加CMC-Na 與不添加CMC-Na 制作的海苔產品各一份進行SEM 分析，通過放大500 倍、3 000 倍，觀察并檢測兩種樣品的微觀結構[16]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進行處理后，用Origin8.5 軟件作圖，采用Box-Benhnken 8.0.5 軟件對響應面結果進行分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 料液比對海苔感官評分的影響

料液比對海苔感官評分的影響見圖1。

由圖1 可知，隨著料液比的減小，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，料液比在1 ∶20（g/mL）時感官評分達到峰值，因此選擇料液比1 ∶20（g/mL）為中心點，以料液比1 ∶18、1 ∶20、1 ∶22（g/mL）3 個水平，繼續(xù)進行響應面的研究。

2.1.2 海帶粉粒度對海苔感官評分的影響

海帶粉粒度對海苔感官評分的影響見圖2。

圖2 海帶粉粒度對海苔感官評分的影響Fig.2 Effect of size on sensory evaluation of seaweed

由圖2 可知，隨著海帶粉粒度的增加，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，海帶粉粒度在過篩100 目時感官評分達到峰值，因此選擇海帶粉粒度100 目為中心點，以海帶粉粒度80、100、120 目3 個水平，繼續(xù)進行響應面的研究。

2.1.3 涂膜厚度對海苔感官評分的影響

涂膜厚度對海苔感官評分的影響見圖3。

圖3 涂膜厚度對海苔感官評分的影響Fig.3 Effect of coating thickness on sensory evaluation of seaweed

由圖3 可知，隨著涂膜厚度的增加，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，涂膜厚度在3 mm 時感官評分達到峰值，因此選擇涂膜厚度3 mm 為中心點，以涂膜厚度2、3、4 mm 3 個水平，繼續(xù)進行響應面的研究。

2.1.4 CMC-Na 添加比例對海苔感官評分的影響

CMC-Na 添加比例對海苔感官的影響見圖4。

圖4 CMC-Na 添加比例對海苔感官的影響Fig.4 Effect of CMC-Na contents on sensory evaluation of seaweed

由圖4 可知，隨著添加CMC-Na 比例的增加，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，添加CMC-Na 比例在0.5%時感官評分達到峰值，因此選擇CMC-Na 添加比例0.5%為中心點，以CMC-Na 添加比例0.4%、0.5%、0.6%3 個水平，繼續(xù)進行響應面研究。

2.1.5 小蘇打的添加比例對海苔感官評分的影響

小蘇打添加比例對海苔感官的影響見圖5。

由圖5 可知，隨著添加小蘇打比例的增加，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，添加小蘇打比例在1.0%時感官評分達到峰值，因此選擇小蘇打添加比例1.0%為中心點，以小蘇打添加比例0.8%、1.0%、1.2%3 個水平，繼續(xù)進行響應面研究。

2.1.6 海藻酸鈉的添加比例對海苔感官評分的影響

海藻酸鈉添加比例對海苔感官的影響見圖6。

圖5 小蘇打添加比例對海苔感官的影響Fig.5 Effect of soda contents on sensory evaluation of seaweed

圖6 海藻酸鈉添加比例對海苔感官的影響Fig.6 Effect of sodium alginate contents on sensory evaluation of seaweed

由圖6 可知，隨著添加海藻酸鈉比例的增加，感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，添加海藻酸鈉比例在0.3%時感官評分達到峰值，因此選擇海藻酸鈉添加比例0.3%為中心點，以海藻酸鈉添加比例0.2%、0.3%、0.4%3 個水平，繼續(xù)進行響應面研究。

2.2 響應面試驗結果

2.2.1 海苔工藝制作條件響應面

2.2.1.1 響應面分析

采用Box-Benhnken 8.0.5 軟件及Box-Behnken 中心原理試驗設計，在單因素試驗結果的基礎上，進行三因素三水平的響應面分析試驗。根據(jù)單因素試驗結果，以料液比、海帶粉粒度、涂膜厚度為試驗因素，結果見表4。

表4 響應面優(yōu)化優(yōu)化試驗設計及結果Table 4 Design and results of response surface experiments

續(xù)表4 響應面優(yōu)化優(yōu)化試驗設計及結果Continue table 4 Design and results of response surface experiments

采用design expert 8.0.5.0 軟件對表4 中的試驗結果進行多項擬合回歸、方差分析及顯著性檢驗，得到以海帶為原料制作的海苔為感官評價值與料液比、海帶粉粒度、涂膜厚度的二次多項回歸模型：

感官評分=89.72+0.025A+1.84B-0.59C-1.5AB-3.2AC+1.43BC-4.82A2-6.3B2-4.4C2

該模型方差分析見表5。

表5 回歸方程方差分析Table 5 Analysis of variance table for regression model

由表5 可知，對感官評分建立的回歸模型顯著P=0.012 9＜0.05，說明建模成功，失擬項0.073 2 不顯著，有益于模型的建立，平方項A2、B2、C2均顯著，可信度非常高。通過方差分析結果還能夠得出，影響以海帶為原料制作海苔的感官評分的影響因素由大到小為海帶粉粒度＞涂膜厚度＞料液比[17]。

對模型的可信度進行分析，結果見表6，回歸方程復相關系數(shù)R2=0.887 6，修正相關系數(shù)R2Adj=0.743 2，信噪比為6.481 大于4，說明模型的擬合度和可信度非常高。

表6 回歸模型的可信度分析Table 6 Reliability analysis of the established regression model

2.2.1.2 各因素交互作用響應面分析

各因素交互作用對感官評分的響應面分析模型中各因素之間相互作用的效應圖，見圖7～圖9。

圖7 料液比、海帶粉粒度交互影響感官評分的曲面圖和等高線Fig.7 Surface graph and contour line of effect on material/water ratio and size to sensory evaluation

圖8 料液比、涂膜厚度交互影響感官評分的曲面圖和等高線Fig.8 Surface graph and contour line of effect on material/water ratio and coating thickness to sensory evaluation

圖9 涂膜厚度、海帶粉粒度交互影響感官評分的曲面圖和等高線Fig.9 Surface graph and contour line of effect on coating thickness and size to sensory evaluation

響應面圖是響應值對應各個因素（料液比、海帶粉粒度、涂膜厚度）所形成的三維空間圖，能夠直觀反映各個因素的相互作用。在兩個因素不變的情況下，對模型降維進行分析，考察各個因素間的相互作用對響應值感官評分的影響。從圖形上看，3 個曲面圖都發(fā)生了彎曲，說明3 個單因素與感官評分是非線性的，從等高線的形狀來判斷，AB、AC 為橢圓形，交互作用極顯著，BC 為圓形交互作用顯著[18]。

2.2.1.3 回歸模型驗證試驗

通過響應面，得出最佳制作條件為：料液比1 ∶15.194（g/mL），海帶粉粒度102.836 目，涂膜厚度3.112 mm，感官評分預測89.7 分，為方便試驗操作，考慮到操作的可行性，將最佳工藝制作條件調整為：料液比1∶19.2（g/mL），海帶粉粒度100 目，涂膜厚度3.1 mm。經過3 次平行試驗，感官評分值為90.2 分，與預測值相近，說明建立的模型能真實的反應料液比、海帶粉粒度、涂膜厚度對即食海苔感官評分，該響應面模型具有可行性。

2.2.2 海苔輔料添加比例響應面

2.2.2.1 響應面分析

根據(jù)單因素試驗結果，確定輔料CMC-Na、小蘇打、海藻酸鈉添加比例為試驗因素，根據(jù)Box-Beheken試驗設計方案，采用三水平三因素響應面分析，結果見表7。

表7 響應面優(yōu)化試驗設計及結果Table 7 Design and results of response surface optimization experiment

采用design expert 8.0.5.0 軟件對表7 中的試驗結果進行多項擬合回歸、方差分析及顯著性檢驗，得到以海帶為原料制作海苔的感官評價值與輔料CMCNa、小蘇打、海藻酸鈉添加比例的二次多項回歸模型：

感官評分=91.26+1.64A+1.66B+0.85C-0.98AB-0.15AC-0.95BC-3.34A2-5.94B2-3.02C2

該模型方差分析見表8，由表8 可知，對感官評分建立的回歸模型顯著P=0.000 2＜0.05，說明建模成功，失擬項0.197 5 不顯著，有益于模型的建立；平方項A2、B2、C2均極顯著，可信度非常高。通過方差分析結果還能夠得出，影響以海帶為原料制作海苔的感官評分的影響因素由大到小為小蘇打＞羧甲基纖維素鈉＞海藻酸鈉。

表8 回歸方程方差分析Table 8 Regression analysis of variance

對模型的可信度進行分析，結果見表9，回歸方程復相關系數(shù)R2=0.968 0，修正相關系數(shù)R2Adj=0.926 8，信噪比為14.495 大于4，說明模型的擬合度和可信度非常高。

表9 回歸模型的可信度分析Table 9 Reliability analysis of regression model

2.2.2.2 各因素交互作用響應面分析

各因素交互作用對感官評分的響應面分析模型中各因素之間相互作用的效應圖，見圖10～圖12。從圖形上看，3 個曲面圖都發(fā)生了彎曲，說明3 個單因素與感官評分是非線性的，從等高線的形狀來判斷，AB、AC 交互作用極顯著，BC 接近圓形，交互作用不顯著。

圖10 CMC-Na、小蘇打添加比例交互影響感官評分的曲面圖和等高線Fig.10 Surface graph and contour line of effect on CMC-Na and soda contents to sensory evaluation

圖11 CMC-Na、海藻酸鈉添加比例交互影響感官評分的曲面圖和等高線Fig.11 Surface graph and contour line of effect on CMC-Na and sodium alginate contents to sensory evaluation

圖12 小蘇打、海藻酸鈉添加比例交互影響感官評分的曲面圖和等高線Fig.12 Surface graph and contour line of effect on soda and sodium alginate contents to sensory evaluation

2.2.2.3 回歸模型驗證試驗

通過響應面，得出添加輔料的最佳比例為：CMCNa 添加量0.523%、小蘇打添加量1.022%、海藻酸鈉添加量0.312%，感官評分預測91.6 分，為方便試驗操作，考慮到操作的可行性，將添加輔料的最佳比例調整為：CMC-Na 添加比例0.52 %、小蘇打添加比例1.02%、海藻酸鈉添加比例0.31%。經過3 次平行試驗，感官評分值為91.2 分，與預測值相近，說明建立的模型能真實的反應添加輔料CMC-Na、小蘇打、海藻酸鈉比例對海苔感官評分，該響應面模型具有可行性。

2.2.2.4 工藝優(yōu)化

由響應面得出，最佳制作條件為：料液比1 ∶19.2（g/mL），海帶粉粒度100 目，涂膜厚度3.1 mm；輔料的最佳添加比例為：CMC-Na 添加量0.52 %、小蘇打添加量1.02 %、海藻酸鈉添加量0.31 %，將最佳工藝制作條件與輔料最佳添加比例進行結合，經過3 次平行試驗，以感官評分為標準，最終得到感官評分92.3 分。

2.3 掃描電子顯微鏡（SEM）結果分析

添加羧甲基纖維素鈉的海苔與未添加羧甲基纖維素鈉的海苔的掃描電鏡圖片見圖13。

由SEM 圖13 可知，添加CMC-Na 的海苔表面相對光滑，平整，局部有由氣泡引起的小突起；未添加CMC-Na 的海苔表面十分粗糙。而造成此原因可能是添加的羧甲基纖維素鈉不但可以增加漿液的黏稠性，還可以填充海苔纖維中的縫隙，使海苔表面光滑，而未添加羧甲基纖維素鈉時，海苔成型只能通過海帶自身的果膠、蛋白質等膠黏在一起，黏稠性不夠，故觀察到未添加CMC-Na 的海苔均有表面不光滑的特點[19]。

圖13 添加羧甲基纖維素鈉的海苔與未添加羧甲基纖維素鈉的海苔的掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.13 SEM images of add CMC-Na and no-add of seaweed

3 結論

在單因素試驗的基礎上，以感官評分為參考指標，通過響應面最終確定了以海帶為原料制作的海苔的最佳制作工藝為：料液比1 ∶19.2（g/mL），海帶粉粒度100 目，涂膜厚度3.1 mm；輔料的最佳添加比例為：CMC-Na 添加量0.52%、小蘇打添加量1.02%、海藻酸鈉添加量0.31%，該工藝條件下感官達到最佳，口感酥脆，色澤均一，感官評分達到92.3 分；通過掃描電鏡對比，得出添加CMC-Na 的海苔表面光滑，薄厚均勻，局部有少量氣泡，未添加CMC-Na 的海苔表面粗糙，凹凸不平，造成此現(xiàn)象的原因與漿液黏稠性有關。