響應(yīng)面法優(yōu)化肉香米飯加工工藝

□ 姚現(xiàn)強(qiáng) 李文斌 李久龍 崔富貴 臨沂金鑼文瑞食品有限公司

《黃帝內(nèi)經(jīng)》中記載“五谷為養(yǎng)、五畜為益、五果為助、五菜為充”的飲食原則，認(rèn)為五谷雜糧才是養(yǎng)生的根本[1]。人類(lèi)飲食以稻谷為主，稻谷是世界上50%以上人口的使用谷類(lèi)，主要種植區(qū)域在印度、中國(guó)、日本、孟加拉國(guó)和東南亞。我國(guó)的稻谷種植面積總產(chǎn)量居世界首位，約占世界稻谷總產(chǎn)量的1/3[2]。我國(guó)按照水稻的生長(zhǎng)期、粒形和粒質(zhì)分為早秈稻谷、晚秈稻谷、粳稻谷、秈糯稻谷和粳糯稻谷共5類(lèi)[3]。稻米因品種、類(lèi)型和產(chǎn)地影響，不同稻米之間蛋白質(zhì)含量和氨基酸比例不同，稻谷蛋白質(zhì)含量一般在8.1%～13.7%，大多數(shù)在10%以下，其中香大米含量較高，可達(dá)13.7%、紅秈米較低僅為7.0%[4]。雖然稻米蛋白氨基酸中賴(lài)氨酸和蘇氨酸分別是第一、第二限制性氨基酸，但是氨基酸占約蛋白質(zhì)的3.5%，略高于其他谷類(lèi)。谷類(lèi)蛋白質(zhì)與其他谷類(lèi)蛋白質(zhì)相比，其生物價(jià)和蛋白質(zhì)功效比值都較高[5]。

因稻谷風(fēng)味單一，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單蒸煮使用口感較差，因此稻谷一直配以其他蔬菜食用。稻谷含有的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等生物成分，大都是以復(fù)合顆粒形成簇，直徑能達(dá)到150 μm的復(fù)合顆粒形成簇[6-7]，蒸煮后糯米性黏滯，食用過(guò)程不易消化，且不宜一次性食用過(guò)多。稻谷經(jīng)過(guò)浸泡、瀝干和炒制后，不僅保留了氨基酸、B族維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，而且稻谷經(jīng)過(guò)炒制后口感、風(fēng)味性、營(yíng)養(yǎng)性和衛(wèi)生性深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)，尤其是產(chǎn)生醛類(lèi)化合物、含苯化合物、醇類(lèi)化合物和酸類(lèi)化合物豐富食物風(fēng)味[8-11]，提升消費(fèi)者的食欲。五花肉屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，不僅氮基酸全面、數(shù)量多，而且比例恰當(dāng)，接近于人體的蛋白質(zhì)，易消化吸收，五花肉中除了含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，還富含人體健康不可缺少的微量元素銅，富含脂肪和促進(jìn)鐵吸收的半胱氨酸。因五花肉中的脂肪組織部分在炒制過(guò)程中易融化且成分發(fā)生變化[12-16]，與稻谷一起蒸煮、加工不僅起到豐富稻谷的營(yíng)養(yǎng)成分，而且會(huì)因脂肪的進(jìn)入稻谷內(nèi)部，抑制淀粉的老化[17]，消除單獨(dú)食用五花肉的油膩感，提升稻谷的口感。本文通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化了一種肉香米飯的生產(chǎn)工藝，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

粳糯米，黑龍江五常市沿河米業(yè)有限公司；花生芝麻調(diào)和油，吉林省金香源糧油有限公司；帶皮五花肉，臨沂新程金鑼肉制品集團(tuán)；紅曲紅色素（色價(jià)1 400）；水溶性姜粉，仲景食品股份有限公司；水溶性蔥粉；水溶性五香粉；大蔥。

1.2 儀器和設(shè)備

煤氣灶；壓力鍋，蘇泊爾；JA3-1005電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；30 cm×50 cm×1 cm不銹鋼盤(pán)。

1.3 肉香米飯工藝流程

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 肉香米飯感官品質(zhì)評(píng)定

采用類(lèi)項(xiàng)標(biāo)度檢驗(yàn)法中的數(shù)值標(biāo)度法，由10人組成評(píng)審小組對(duì)蒸煮后的肉香米飯的顏色、形態(tài)、味道、香味和口感進(jìn)行感官評(píng)定，各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)分20分，總分為100分[11]，具體見(jiàn)表1。

1.4.2 樣品前處理

1.4.2.1 炒制大米

準(zhǔn)確稱(chēng)量10.0 kg大米，將炒鍋放置到煤氣灶上加熱，將稱(chēng)量好的大米加入炒鍋內(nèi)，小火慢慢將大米炒制淺黃色，要求顏色一致，無(wú)發(fā)黑、發(fā)焦、發(fā)白等異常顏色，將炒制的大米平鋪到不銹鋼盤(pán)（尺寸：30 cm×50 cm），厚度≤1.0 cm，按照上述要求重復(fù)炒制。

1.4.2.2 炒制帶皮五花肉

將準(zhǔn)備好的帶皮五花肉表面雜質(zhì)處理干凈，打開(kāi)煤氣灶烤制帶皮面，待烤制發(fā)黃時(shí)取下，用刀子將最外層黃色處理干凈、炒熟。

1.4.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.4.3.1 紅曲紅添加量對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取5份炒制后的大米1 000.0 g，分別添加1 000.0 g炒制后的帶皮五花肉，混合后攪拌均勻備用。稱(chēng)量5份2 000.0 g水，分別在水中按照總重量（水、炒米和肉重量之和，下同）的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%加入色價(jià)為1 400的紅曲紅色素，攪拌至紅曲紅色素完全溶解，分別添加到備好的炒米和帶皮五花肉，蒸煮后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.4.3.2 蒸煮米水比對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取5份炒制后的大米1 000.0 g，分別添加1 000.0 g炒制后的帶皮五花肉，混合后攪拌均勻備用。稱(chēng)量5份水，重量分別為1 000.0、2 000.0、3 000.0、4 000.0 g 和5 000.0 g，分別添加到備好的炒米和帶皮五花肉，蒸煮后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

表1 肉香米飯感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.4.3.3 米肉比對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取5份炒制后的大米1 000.0 g，分別添加 500、1 000、1 500、2 000 g和2 500 g炒制后的帶皮五花肉，混合后攪拌均勻備用。稱(chēng)量5份2 000.0 g水，分別添加到備好的炒米和帶皮五花肉，蒸煮后對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.4.4 響應(yīng)面法對(duì)肉香米飯工藝進(jìn)行優(yōu)化綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)Box—Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)3因素3水平的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)因素水平編碼表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)各個(gè)因子對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

2.1.1 紅曲紅色素添加量對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

由圖1可知，在0.5%～1.5%范圍內(nèi)隨著紅曲紅色素添加量的不斷增加，肉香米飯的感官得分逐漸變高，當(dāng)紅曲紅色素添加量為1.5%時(shí)得分最高為92.79分。紅曲紅添加量繼續(xù)增加時(shí)，感官得分呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是下降趨勢(shì)不明顯，綜合考慮1.5%是肉香米飯最佳紅曲紅添加量。

2.1.2 蒸煮米水比對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

由圖2可知，米水比例在1∶1～1∶2范圍內(nèi)，隨著米水比值減小，肉香米飯的感觀評(píng)價(jià)得分逐漸變高，米水比例低時(shí)口感發(fā)干，產(chǎn)品生硬，當(dāng)米水比由1∶1增加到1∶2時(shí)口感逐漸變好，米水比繼續(xù)增加時(shí)產(chǎn)品變軟，口感逐漸下降，米水比為1∶2時(shí)得分最高為92.67分，綜合考慮1∶2是肉香米飯最佳米水蒸煮比例。

2.1.3 米肉比對(duì)肉香米飯品質(zhì)的影響

由圖3可知，在一定范圍內(nèi)隨著米肉比例的增大，肉香米飯的感觀評(píng)價(jià)得分不斷升高，米肉比例低時(shí)米飯不香、口感發(fā)硬，當(dāng)米肉比由1∶0.5增加到1∶1時(shí)口感逐漸變好，肉香味和米香味混合后風(fēng)味淳厚、飽滿(mǎn)，引起食欲。帶皮五花肉添加量繼續(xù)增加時(shí)米飯變油膩，口感和風(fēng)味逐漸下降，米肉比為1∶1時(shí)得分最高為92.19分，綜合考慮1∶1是肉香米飯最佳米肉比例。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比和米肉比對(duì)肉香米飯的感官評(píng)分值R（滿(mǎn)分為100分）影響差異不大，因此以紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比、米肉比為自變量，以感官評(píng)分值R為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表3。

圖1 紅曲紅色素添加量對(duì)肉香米飯感官得分的影響

圖2 蒸煮米水比對(duì)肉香米飯感官得分的影響

圖3 米肉比對(duì)肉香米飯感官得分的影響

表3 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，獲得感官評(píng)分（R）對(duì)紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比和米肉比的二次多項(xiàng)式回歸模型為R=92.12-0.82A+1.05B-1.03C-0.62AB-0.42AC+1.12BC-6.87A2-7.55B2-10.94C2。

對(duì)該模型進(jìn)行回歸方差分析的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，由表4可以看出，所構(gòu)模型極顯著（P＜0.001），而失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），說(shuō)明該回歸方程擬合程度良好，此模型能很好地說(shuō)明紅曲紅色素添加量（A）、蒸煮米水比（B）和米肉比（C）與感官評(píng)價(jià)之間的關(guān)系。此外，方差R2=0.973 2，調(diào)整系數(shù)R2Adj= 0.985 2，可見(jiàn)建立的模型可以解釋響應(yīng)面存在98.52%的可變性，說(shuō)明該方程具有良好的可信度，預(yù)測(cè)值與真實(shí)值間的相關(guān)性很高，可以用于肉香米飯的制作。由F值的大小可知，3個(gè)因素對(duì)肉香米飯感官評(píng)價(jià)得分的影響程度由大到小依次為B、C、A，其中二次項(xiàng) A2、B2、C2影響極顯著（P＜0.01），B、C影響顯著（P＜0.05），而交互項(xiàng)A、AB、AC、BC影響不顯著（P＞0.05）?？偰Ｐ偷腜值＜0.001呈現(xiàn)極顯著，表明模型與實(shí)際情況擬合程度很好，具有較好的代表性，可以用來(lái)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

表4 各項(xiàng)回歸的方差分析

由方差分析可以看出各因素之間交互作用對(duì)肉香米飯感官評(píng)價(jià)得分影響的顯著性，而通過(guò)回歸方程繪制3D曲面圖及等高線可表達(dá)各試驗(yàn)變量交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響大小。3D曲面坡度越陡，等高線越密集，說(shuō)明交互作用對(duì)感官評(píng)分響應(yīng)值的影響越大[18]。各因素兩兩交互作用對(duì)肉香米飯?jiān)u分的影響如圖4～6所示。由圖4和圖5可知，3D響應(yīng)曲面坡度最陡峭，而且等高線數(shù)目達(dá)最多，呈現(xiàn)最為密集并呈橢圓形，說(shuō)明蒸煮米水比與米肉比的交互作用對(duì)肉香米飯的感官評(píng)分的影響高于其余兩項(xiàng)交互作用，肉香米飯的感官評(píng)價(jià)分值在一定范圍內(nèi)隨著蒸煮米水比和米肉比的增大而升高。圖6的響應(yīng)曲面較平緩，等高線也較稀疏，說(shuō)明紅曲紅色素添加量對(duì)肉香米飯的感官評(píng)價(jià)分值影響較小。

通過(guò)Design-expert軟件對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析分析，優(yōu)化肉香米飯生產(chǎn)的最佳工藝條件為：紅曲紅色素添加量為1.69%，蒸煮米水比為1∶2.08，米肉比為0.94，此時(shí)肉香米飯感官評(píng)分為93.83分。

圖4 紅曲紅色素添加量與米肉比對(duì)感官評(píng)價(jià)得分的影響

圖5 蒸煮米水比與米肉比對(duì)感官評(píng)價(jià)得分的影響

圖6 紅曲紅色素添加量與蒸煮米水比對(duì)感官評(píng)價(jià)得分的影響

3 結(jié)論

本文在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將響應(yīng)面法應(yīng)用于優(yōu)化肉香米飯的蒸煮生產(chǎn)工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紅曲紅色素添加量及其平方、蒸煮米水比及其平方對(duì)肉香米飯的感觀評(píng)價(jià)得分的影響極顯著，米肉比平方項(xiàng)對(duì)肉香米飯感官評(píng)價(jià)得分的影響顯著。說(shuō)明紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比、米肉比對(duì)肉香米飯感官評(píng)價(jià)得分的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。經(jīng)回歸分析和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法合理可行。得到肉香米飯蒸煮的最佳條件為：紅曲紅添加量為1.69%，蒸煮米水比為1∶2.08，米肉比為1∶0.94，此時(shí)肉香米飯得分為：93.83。