基于Plackett-Burman試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化松茸牛肉醬生產(chǎn)工藝

李翔，凌云坤，蔣方國，徐斌，王衛(wèi), ，劉達玉*

1. 成都大學四川省農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團隊（成都 610106）；2. 成都大學肉類加工四川省重點實驗室（成都 610106）；3. 四川品高農(nóng)產(chǎn)品有限公司（成都 610203）

松茸（Tricholoma matsutake），又名松口蘑、松蕈，屬于擔子菌門（Basidiomycota）、傘菌亞門（Agaricomycotina）[1-2]，是與松、櫟屬植物根系產(chǎn)生共生關(guān)系而形成的一種外生菌根食用菌，生長在北回歸線到北緯50°左右的中高海拔寒溫帶地區(qū)。松茸對生長環(huán)境和條件的要求苛刻，因此還處于半人工栽培階段[3-5]。松茸被譽為“菌中之王”“國宴珍品”，有獨特濃郁的風味、鮮嫩滑爽的口感，食藥用價值極高[6-7]。試驗將采摘、加工過程中產(chǎn)生的邊角料、殘次菇與牛肉搭配，經(jīng)調(diào)味、醬制后制成松茸醬，以期讓松茸資源得到充分、高效和綜合的利用，提高其附加值，避免浪費，也為松茸醬的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

新鮮松茸殘次菇、邊角料（四川品高農(nóng)產(chǎn)品有限公司）；牛肉、葵花籽油、食用鹽、白砂糖、秘制香料粉、雞精、辣椒粉、醬油、姜、蒜等（均為食品級市售）。

1.1.2 設(shè)備

C21-RT2155型多功能電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；ESJ120-4B型電子天平（沈陽龍騰電子有限公司）；LS-100HD型高壓蒸汽滅菌鍋（江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作工藝要點

1) 松茸挑選。挑選脆白色、無腐爛、無病蟲害的松茸邊角料或殘次菇。

2) 整理清洗。檢查原料中是否摻雜木屑、鐵質(zhì)等，用瓷刀去除表面雜質(zhì)（避免水洗，以防止松茸香氣減弱）。

3) 醬制。熱鍋放入葵花籽油，待油五成熱時放入松茸絲，小火熬制，直到松茸菌香開始溢出。

4) 牛肉切丁，小火炒香。姜4 g、蒜3 g，切末，鍋中少許葵花籽油，五成熱時放入姜蒜，炒至出味，加入牛肉丁，繼續(xù)翻炒，至肉味溢出，肉色由紅轉(zhuǎn)白，備用。

5) 加入秘制香料粉熟制。炒好的牛肉丁連帶油脂、秘制香料粉、辣椒粉混合放入醬制鍋內(nèi)，微火熬制，至香味撲鼻、油色變紅，加入鹽，雞精，白砂糖、醬油。

6) 秘制香料粉。選擇上好四川青花椒、丁香、山楂各2.5 g，小茴香15 g，孜然10 g，八角、桂皮、白芷、草果、圓香果、白豆蔻、甘草、香草各5 g，良姜、陳皮各3 g，原料小火炒香后粉碎，過孔徑0.180 mm篩。

7) 裝罐、排氣。成品趁熱封裝于洗凈、消毒后的玻璃瓶內(nèi)，抽真空后旋緊瓶蓋。

8) 滅菌。121 ℃下，滅菌15 min，并選擇分段冷卻至常溫得到成品[8]。

1.2.3 松茸牛肉醬感官評價

松茸牛肉醬開啟后由10人組的感官評價小組（5男5女），按照表1中的標準進行感官評價。

1.2.4 單因素試驗

根據(jù)文獻和預(yù)試驗，得出松茸牛肉醬的初始配方為松茸150 g、鹽、醬油、蒜各3 g、姜4 g，醬制時間8 min，在此基礎(chǔ)上，以感官評分為指標進行試驗的單因素設(shè)計，考察秘制香料使用量（6，8，10，12和14 g）、葵花籽油使用量（30，40，50，60和70 g）、白砂糖使用量（1，2，3，4和5 g）、牛肉使用量（30，40，50，60和70 g）、辣椒粉使用量（3，4，5，6和7 g）、雞精使用量（0，0.5，1.0，1.5和2.0 g），熟制時間（5，8，11，14和17 min）對松茸牛肉醬的影響。

1.2.5 Plackett-Burman試驗

試驗采用Minitab 18.0進行Plackett-Burman試驗設(shè)計，在單因素試驗前提下對因素進行篩選，篩選出對結(jié)果影響較顯著的因素[9]。

表1 感官評分標準

1.2.6 響應(yīng)面試驗設(shè)計

以Plackett-Burman試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，運用Box-Behnken試驗設(shè)計評價顯著因素與感官評分之間非線性關(guān)系，并對配方進行優(yōu)化[10-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 秘制香料粉使用量對松茸牛肉醬的影響

由圖1可知，秘制香料粉使用量10 g時，口感最佳，香氣適宜。繼續(xù)增加使用量，香料香氣過濃，并遮掩松茸和牛肉的風味，造成風味失衡。因此，選擇8～12 g進行試驗。

圖1 不同秘制香料粉使用量時松茸牛肉醬感官得分

2.1.2 葵花籽油使用量對松茸牛肉醬的影響

由圖2可以看出，葵花籽油使用量過高時，會造成產(chǎn)品口感油膩，評分下降，使用量50 g時，各風味間相互協(xié)調(diào)，無油膩感，因此，選擇使用量40～60 g繼續(xù)試驗。

2.1.3 白砂糖使用量對松茸牛肉醬的影響

由圖3可知，白砂糖使用量3 g時，松茸牛肉醬口感最佳，評分最高。超過該值后，產(chǎn)品口感略帶甜味，對增鮮效果起負面作用，感官評分明顯下降。因此，選擇2～4 g繼續(xù)試驗。

圖2 不同葵花籽油使用量時松茸牛肉醬感官得分

圖3 不同白砂糖使用量時松茸牛肉醬感官得分

2.1.4 牛肉使用量對松茸牛肉醬的影響

由圖4可知，隨著牛肉使用量的增加，松茸牛肉醬的感官評分呈先增大后減小趨勢，在使用量60 g時，感官評分達最高。故選擇50～70 g繼續(xù)試驗。

圖4 不同牛肉使用量時松茸牛肉醬感官得分

2.1.5 辣椒粉使用量對松茸牛肉醬的影響

由圖5可知，辣椒粉使用量6 g時，成品風味、顏色最佳，評分最高。使用量過低時，辣味不明顯，顏色欠佳；過高時，辣味掩蓋其他風味，造成失衡，顏色變暗。因此，選擇5～7 g繼續(xù)試驗。

2.1.6 雞精使用量對松茸牛肉醬的影響

由圖6可知，雞精使用量1.5 g時，口感最佳，提鮮效果最佳。低于該值時提鮮效果不明顯，高于該值時會導(dǎo)致口感偏咸。因此，選擇1～2 g繼續(xù)試驗。

2.1.7 熟制時間對松茸牛肉醬的影響

由圖7可知，隨著熟制時間增加，松茸牛肉醬評分呈先上升后下降趨勢，時間14 min時達到最高，高于該時間時，產(chǎn)品口感老化。因此，選擇11～17 min繼續(xù)試驗。

圖5 不同辣椒粉使用量時松茸牛肉醬感官得分

圖6 不同雞精使用量時松茸牛肉醬感官得分

圖7 不同熟制時間下松茸牛肉醬感官得分

2.2 Plackett-Burman試驗結(jié)果與分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上，設(shè)計因素水平表，秘制香料使用量（A）、葵花籽油使用量（B）、白砂糖使用量（C）、牛肉使用量（D）、干辣椒粉使用量（E）、雞精使用量（F）、熟制時間（G），如表2所示。

表2 Plackett-Burman試驗因素水平表

根據(jù)Minitab 18.0設(shè)計的方案進行Plackett-Burman試驗，篩選對松茸牛肉醬有顯著影響的因素，試驗方案與結(jié)果見表3。

對得到的數(shù)據(jù)進行分析，得到圖8所示的Pareto效應(yīng)圖、圖9所示的殘差圖。

對所得數(shù)據(jù)進回歸分析，得到各因素與松茸牛肉醬感官評分的一次回歸方程為感官評分=81.275-3.175A-0.742B-0.725C+0.075D+2.458E-0.758F-5.275G。

由Pareto效應(yīng)圖（圖8）可知，7個因素中，對結(jié)果影響顯著的有3個，分別是A（秘制香料使用量）、E（干辣椒粉使用量）、G（熟制時間），對結(jié)果影響強度順序為熟制時間＞秘制香料使用量＞干辣椒粉使用量。由殘差圖（圖9）可知，試驗數(shù)據(jù)無規(guī)律的分布于線條兩側(cè)，說明試驗數(shù)據(jù)、方差擬合度均較好。因此，篩選出3個因素進行響應(yīng)面優(yōu)化試驗[12]。

表3 Plackett-Burman試驗設(shè)計及結(jié)果

圖8 Pareto效應(yīng)圖

圖9 殘差圖

2.3 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

依據(jù)Plackett-Burman試驗結(jié)果，以感官評分為響應(yīng)值（Y），選取熟制時間（A）、干辣椒粉使用量（B）、秘制香料使用量（C）為自變量進行響應(yīng)面試驗，對松茸牛肉醬的配方進行優(yōu)化，試驗設(shè)計見表4，試驗方案與結(jié)果見表5，回歸模型方差分析見表6，回歸模型可信度分析見表7。

表4 Box-Behnken試驗設(shè)計因素與水平表

表5 松茸牛肉醬響應(yīng)面試驗方案與結(jié)果

表6 回歸模型方差分析表

表7 回歸模型可信度分析表

經(jīng)Design-Expert 8.0.6統(tǒng)計軟件回歸擬合與方差分析，得到回歸方程為：Y=91.58+4.74A+2.58B-5.46C-1.43AB+1.55AC-2.23BC-11.27A2-5.49B2-10.56C2。

由表6可知，模型F=175.17、p＜0.000 1，表明該模型的因變量與自變量線性關(guān)系明顯，模型極顯著，失擬項F=0.71、p=0.596 8（＞0.05），表明失擬項不顯著，所得方程與實際擬合中非正常誤差占比小，回歸方程關(guān)系良好。由表7可知，模型R2=0.995 6，R2adj為0.989 9，說明方程可解釋98.99%的可變性；變異系數(shù)為1.34%，說明模型只有1.34%的變異，遠小于5%，試驗誤差小，可靠性高。結(jié)果表明，模型可以表現(xiàn)各因變量之間真實關(guān)系，可用來預(yù)測松茸牛肉醬的感官評分[13]。A、C、A2、B2、C2項差異極顯著（p＜0.001），B、BC項差異高度顯著（p＜0.01），AB、AC項差異顯著（p＜0.05）。由各F值知，各響應(yīng)因素對感官評分影響強度順序為C（秘制香料使用量）＞A（熟制時間）＞B（干辣椒粉使用量）

經(jīng)軟件分析，對模型響應(yīng)面等高線圖及3D圖進行分析，直觀反映出各因素交互作用對響應(yīng)值的影響，等高線呈現(xiàn)出明顯的橢圓，曲面坡度越大，交互作用就越顯著。由圖10可知，干辣椒粉和秘制香料粉使用量交互作用對松茸牛肉醬感官評分影響最顯著[14]。

圖10 因素間交互作用對感官評價的等高線圖與3D曲面圖

2.4 模型優(yōu)化

應(yīng)用所建立模型，在Design-Expert 8.0.6軟件中進行最優(yōu)處理，得到松茸牛肉醬最佳加工配方為：熟制時間16.38 min、干辣椒粉7.62 g、秘制香料粉7.30 g，在此配方下松茸牛肉醬感官評分預(yù)測值為93.085 6分。

2.5 驗證試驗

試驗過程中，將最優(yōu)配方修訂為熟制時間16.4 min、干辣椒粉7.6 g、秘制香料粉7.30 g，在此配方下進行3次平行試驗，得到感官評分分別為92.6，93.5和91.1分，平均分為92.4分，與預(yù)測值相比，只有0.73%的偏差，符合統(tǒng)計學規(guī)律，說明優(yōu)化配方較為準確。

3 結(jié)論

在單因素試驗基礎(chǔ)上，經(jīng)Plackett-Burman試驗篩選，由響應(yīng)曲面試驗優(yōu)化得出松茸牛肉醬最佳配方為松茸150 g、鹽、醬油、蒜各3 g、姜4 g、干辣椒粉7.6 g、秘制香料粉7.3 g、葵花籽油50 g、雞精1.5 g、牛肉60 g、白砂糖3 g，醬制時間8 min，熟制時間16.4 min。所制松茸牛肉醬外觀亮紅，分布均勻、風味濃郁協(xié)調(diào)，能夠讓松茸資源得到充分利用，提高其附加產(chǎn)值。