采用響應(yīng)面法優(yōu)化藜麥魚(yú)丸配比的研究

肖 靜周文婷周 潤(rùn)葉 華黃玉坤

（1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，成都 610039）

（2.江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

魚(yú)糜是魚(yú)肉經(jīng)過(guò)前處理、采肉、漂洗、脫水、擂潰等工序制得的深加工魚(yú)蛋白產(chǎn)品，具有高蛋白、低脂肪、彈性好、細(xì)嫩味美以及烹調(diào)便利等優(yōu)點(diǎn)，深受消費(fèi)者的喜愛(ài)[1-2]。海水魚(yú)是傳統(tǒng)魚(yú)糜產(chǎn)品的主要原料，但由于捕撈過(guò)度，導(dǎo)致海洋漁業(yè)資源日益枯竭。目前，許多研究轉(zhuǎn)向利用高產(chǎn)低價(jià)的淡水魚(yú)加工魚(yú)糜，以彌補(bǔ)魚(yú)糜加工原料的不足[3]。

草魚(yú)（grass carp）是我國(guó)特有的淡水經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，含有豐富的維生素、不飽和脂肪酸和微量元素，具有治痹、明目等功效[4]；此外，草魚(yú)出肉率較高，肉色和肌動(dòng)球蛋白含量與海水中白色肉魚(yú)類(lèi)相似，在冷凍魚(yú)糜及其制品的生產(chǎn)中具有優(yōu)良的技術(shù)性能，是生產(chǎn)魚(yú)丸的低價(jià)優(yōu)質(zhì)原料。

藜麥（Chenopodium quinoa willd）富含蛋白質(zhì)、有機(jī)酸以及微量營(yíng)養(yǎng)素，與其他更常食用的谷物相比，不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，同時(shí)還具有預(yù)防疾病發(fā)生的潛在功效[5-7]；此外，藜麥含有8種人體必需氨基酸，且比例均衡，易被人體吸收[8]。盡管其蛋氨酸含量相對(duì)較少，但可以通過(guò)與魚(yú)肉進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)彌補(bǔ)，成為一種滿(mǎn)足人體需要的全營(yíng)養(yǎng)魚(yú)糜制品。

魚(yú)丸是典型的魚(yú)糜制品之一，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度高，便于成型，經(jīng)濟(jì)效益高。目前市面上已經(jīng)有不少魚(yú)丸產(chǎn)品，鮮有雜糧與魚(yú)糜復(fù)合加工的產(chǎn)品。本試驗(yàn)將藜麥取粉添加到魚(yú)丸中，通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)藜麥魚(yú)丸配比進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行物性學(xué)測(cè)試分析，制備出營(yíng)養(yǎng)豐富的藜麥魚(yú)糜食品。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

草魚(yú)、精鹽、生粉、雞精、蔗糖、料酒、胡椒粉，均為市購(gòu)；藜麥，青海三江沃土生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司；冰塊，自備。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JD-200 g/1 mg，電子天平，龍騰電子數(shù)量?jī)x器公司；WF32-16 mm，色差儀，深圳市威福光電科技有限公司；JA2003，千分之一天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；TA-XT PLUS質(zhì)構(gòu)儀，Stable Micro System Ltd；MCR302流 變 儀，Modular Compact Rheometer；WK2102多功能電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；VH-39遠(yuǎn)紅外線食品烘爐，廣州旭眾食品機(jī)械有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

藜麥魚(yú)丸的生產(chǎn)工藝流程詳見(jiàn)圖1。

圖1 藜麥魚(yú)丸生產(chǎn)工藝流程

1.2.2 基礎(chǔ)配比

草魚(yú)100 g、藜麥50 g、冰水20 g、生粉10 g、精鹽3 g、蔗糖3 g、料酒2 g、雞精1 g、胡椒粉0.2 g。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)情況，選用草魚(yú)糜、藜麥、冰水及生粉4種原輔料為單因素，設(shè)置5個(gè)水平，研究各因素添加量對(duì)藜麥魚(yú)丸品質(zhì)的影響，具體見(jiàn)表1，再通過(guò)感官評(píng)分分析此因素是否為顯著因素。

表1 藜麥魚(yú)丸單因素試驗(yàn)水平

1.2.4 響應(yīng)面配比優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定草魚(yú)糜添加量、藜麥泥添加量、冰水添加量3個(gè)因素，運(yùn)用Design-Expert軟件，以魚(yú)丸感官綜合評(píng)分為響應(yīng)值，采用Box-Behnken三因素三水平的響應(yīng)曲面分析方法對(duì)藜麥魚(yú)丸的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)因子及水平見(jiàn)表2。

1.2.5 藜麥魚(yú)丸的感官評(píng)價(jià)

挑選10人進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)后進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表2 單因素及添加水平

1.2.6 藜麥魚(yú)丸質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

將魚(yú)丸樣品切成10 mm高的圓柱體，用TA-XTPLUS質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定，選用P/0.5探頭進(jìn)行TAP測(cè)試。測(cè)定參數(shù)為：觸發(fā)力5 g，應(yīng)變40%，測(cè)試前、中、后速度分別為5.0、1.0、1.0 mm/s。選用硬度、黏性、彈性、內(nèi)聚力、恢復(fù)力和咀嚼性共6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 藜麥魚(yú)丸感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.7 藜麥魚(yú)丸白度的測(cè)定

將魚(yú)丸樣品裁制成直徑約2 cm、厚薄約0.5 cm的圓片，采用WF32-16mm自動(dòng)色差測(cè)定成品藜麥魚(yú)丸的白度W。測(cè)3個(gè)平行樣，取平均值。

參數(shù)L*表征色彩的敏感程度，a*表示紅度值，b*表示黃度值[9]。

1.2.8 持水力

采用離心法測(cè)定藜麥魚(yú)丸的持水力（WHC）。稱(chēng)取魚(yú)丸樣品2.00 g（m1），并將其用兩層濾紙包裹，4500 r/min，4℃離心15 min后稱(chēng)重（m2），據(jù)此計(jì)算。因1.2.7中W表示白度，所以此種重量用m表示。

測(cè)3個(gè)平行樣，取平均值。

1.2.9 藜麥魚(yú)丸流變特性的測(cè)定

將魚(yú)糜凝膠置于MCR302型流變儀直徑40 mm的平板上，平板和載物臺(tái)之間的距離d=1.0 mm，刮去過(guò)剩的樣品，使用P/0.5探頭，溫度掃描應(yīng)變幅度：1%，掃描頻率：1 Hz，掃描溫度范圍：20～90℃，升溫速率：2℃/min，記錄掃描過(guò)程中動(dòng)態(tài)彈性模量G"（儲(chǔ)存模量）和黏性損耗模量G"（損耗模量）的變化，黏度掃描記錄表觀黏度η隨剪切速率的變化關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2，由圖可以看出草魚(yú)糜、藜麥泥、冰水添加量對(duì)魚(yú)丸品質(zhì)感官評(píng)分影響相對(duì)較大，而生粉添加量對(duì)感官評(píng)分值影響基本不變。因此，最終確定草魚(yú)糜、藜麥泥、冰水3個(gè)因素及試驗(yàn)水平進(jìn)行下一步的響應(yīng)面優(yōu)化。

圖2 各單因素試驗(yàn)感官評(píng)分圖

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以藜麥草魚(yú)丸感官評(píng)分為響應(yīng)值，運(yùn)用Design-Expert軟件，采用Box-Behnken三因素三水平的響應(yīng)曲面分析方法，對(duì)藜麥草魚(yú)丸的工藝配比進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)方案及評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表4，回歸模型的方差及顯著性分析見(jiàn)表5。

表4 不同配比的黎麥草魚(yú)丸感觀評(píng)分

表5 回歸模型的方差及顯著性分析

如表5方差及顯著性分析可知，試驗(yàn)所選用模型P值為0.0356，顯著（P＜0.05），模型的失擬項(xiàng)為0.1247，不顯著（P＞0.05），說(shuō)明擬合效果理想，能夠很好地反映感官評(píng)分與草魚(yú)糜添加量、藜麥泥添加量、冰水添加量的關(guān)系。在此條件下，因次一次項(xiàng)A、B、C以及因次二次項(xiàng)AB、BC、A2對(duì)藜麥魚(yú)丸感官評(píng)分的影響不顯著；AC、B2、C2對(duì)魚(yú)丸感官評(píng)分的影響達(dá)到顯著水平，表明3種水平的相互作用對(duì)草魚(yú)藜麥魚(yú)丸的感官綜合評(píng)分作用明顯。采用Design Expert軟件對(duì)各因素之間的交互作用分析，結(jié)果見(jiàn)圖3—5。

圖3—5客觀地反映了各交互作用對(duì)藜麥魚(yú)丸感官評(píng)分的影響。從圖形的陡峭形態(tài)可知，草魚(yú)糜與藜麥泥用量、草魚(yú)糜和冰水用量、藜麥泥和冰水用量之間的交互作用明顯，與表5結(jié)論一致。

圖3 草魚(yú)糜和藜麥泥用量對(duì)魚(yú)丸感官評(píng)分的響應(yīng)曲面及等高線圖

圖4 草魚(yú)糜和冰水用量對(duì)魚(yú)丸感官評(píng)分的響應(yīng)曲面及等高線圖

圖5 藜麥泥和冰水用量對(duì)魚(yú)丸感官評(píng)分的響應(yīng)曲面及等高線圖

通過(guò)響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)藜麥魚(yú)丸配方中草魚(yú)糜、藜麥泥及冰水的用添加量分別為140、55、30 g；再根據(jù)優(yōu)選模型結(jié)合基礎(chǔ)配方輔料得到最優(yōu)工藝參數(shù)為：草魚(yú)肉57.33%，藜麥泥22.52%，冰水12.29%，生粉4.1%，精鹽1.23%，蔗糖1.23%，料酒0.82%，雞精0.41%，胡椒粉0.07%，感官評(píng)價(jià)得分74分。以此條件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，制得藜麥魚(yú)丸實(shí)際感官評(píng)分的平均值為74.3分，與預(yù)測(cè)值接近，優(yōu)化得到的配比可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.3 物性學(xué)特性測(cè)定

2.3.1 藜麥魚(yú)丸的質(zhì)構(gòu)測(cè)定

用最佳工藝參數(shù)制得的藜麥魚(yú)丸質(zhì)構(gòu)指標(biāo)見(jiàn)表6。

通過(guò)分析表6并與市售某品牌魚(yú)丸相比可知，藜麥的加入使魚(yú)丸硬度變差，彈性和內(nèi)聚力變低。藜麥魚(yú)丸的黏性、恢復(fù)力適宜，咀嚼性等于硬度、彈性和內(nèi)聚力的三者乘積[10]，本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)也體現(xiàn)了咀嚼性與硬度呈線性相關(guān)性。Benjakul等[11]研究表明，魚(yú)糜凝膠的硬度與肌肉原纖維蛋白鏈的高密度和互聯(lián)性有關(guān)，彈性、內(nèi)聚力與肌原纖維蛋白交聯(lián)的程度相關(guān)。這可能是因?yàn)檗见溨休^高含量的不溶性多糖破壞了魚(yú)糜凝膠網(wǎng)絡(luò)和魚(yú)肉肌原纖維的交聯(lián)，從而導(dǎo)致質(zhì)構(gòu)性能下降。

表6 藜麥魚(yú)丸質(zhì)構(gòu)指標(biāo)

2.3.2 藜麥魚(yú)丸的白度測(cè)定

用最佳工藝參數(shù)制得的藜麥魚(yú)丸的白度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。白度系數(shù)是魚(yú)丸色澤的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，消費(fèi)者青睞高明度（L*）、低黃度（b*）、高白度（W）的魚(yú)糜凝膠[12]。本產(chǎn)品藜麥魚(yú)丸的平均白度為67.0444，添加藜麥后明度和白度系數(shù)值正常。

表7 藜麥魚(yú)丸白度測(cè)定表

2.3.3 持水力的測(cè)定

用最佳工藝參數(shù)制得的藜麥魚(yú)丸的持水力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表8。由表可知，藜麥魚(yú)丸持水力為81.77%，魚(yú)糜凝膠的持水力主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)之間相互交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)束縛水分，使其不能自由流動(dòng)。藜麥中高含量的不溶性多糖，破壞了魚(yú)糜凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而減弱凝膠體系截留水的能力，使魚(yú)丸持水性降低[13]。

表8 藜麥魚(yú)丸持水力測(cè)定數(shù)據(jù)表

2.3.4 流變特性的測(cè)定（1）溫度掃描

用最佳工藝參數(shù)制得的藜麥魚(yú)丸的溫度掃描結(jié)果見(jiàn)圖6—7。

圖6 溫度掃描魚(yú)糜溶膠G"、G"變化趨勢(shì)圖

圖7 溫度掃描魚(yú)糜溶膠相位差δ變化趨勢(shì)圖

用MCR302型流變儀在20～90℃的升溫過(guò)程中測(cè)定魚(yú)糜溶膠的動(dòng)態(tài)彈性模量G"和黏性損耗模量G"的變化。其中G"是表征樣品的彈性特征，G"是代表魚(yú)糜凝膠的黏性特征[14]。阻尼因子tanδ=G"/G"，當(dāng)阻尼因子為0時(shí)，樣品表現(xiàn)固體彈性行為；當(dāng)阻尼因子為無(wú)限大時(shí)，樣品表現(xiàn)液體黏性行為；當(dāng)δ介于0～90°之間時(shí)，則既有彈性性質(zhì)，又有黏性性質(zhì)，樣品表現(xiàn)出黏彈性的性質(zhì)[15-16]。

由圖6可以看出，掃描開(kāi)始時(shí)，魚(yú)糜溶膠的G"、G"較穩(wěn)定，在40℃左右時(shí)開(kāi)始升高，在60～65℃時(shí)達(dá)到最大值，70℃時(shí)趨于穩(wěn)定，說(shuō)明魚(yú)糜蛋白在40℃左右會(huì)發(fā)生凝膠劣化、崩潰，魚(yú)糜的部分肌球蛋白的輕鏈發(fā)生解離，使得分子流動(dòng)性增強(qiáng)[17-18]，因此G"值升高；在60～70℃升溫過(guò)程中，魚(yú)糜肌球蛋白重鏈和肌動(dòng)球蛋白發(fā)生受熱變性，形成不可逆的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得G"值又開(kāi)始上升[19]；G"的變化趨勢(shì)與G"相似，但高于G"值，原因是魚(yú)糜膠體中形成的凝膠體系具有較高的彈性組分。隨著溫度增加，G"和G"值變化的主要原因是魚(yú)糜肌原纖維蛋白質(zhì)由不同組分組成，其不同組分的變性溫度不同。

材料的動(dòng)態(tài)粘彈性，可以通過(guò)對(duì)材料施加一個(gè)連續(xù)的正弦應(yīng)力或應(yīng)變得到[20]，δ是應(yīng)力波與應(yīng)變波間的相位差，表征材料是類(lèi)似液體特征行為還是固體特征行為[21]。圖7結(jié)果顯示魚(yú)糜溶膠的損耗系數(shù)tanδ均小于1，這說(shuō)明魚(yú)糜凝膠兼具黏彈性性質(zhì)，主要原因可能是魚(yú)糜蛋白質(zhì)分子間相互纏繞形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

（2）黏度掃描

最佳工藝參數(shù)制得的藜麥魚(yú)丸黏度掃描結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 黏度隨剪切速率變化關(guān)系圖

由圖8可知，魚(yú)糜凝膠黏度隨著剪切速率的增加而降低，說(shuō)明魚(yú)糜凝膠為假塑性流體，在受到剪切后魚(yú)糜凝膠變稀[22]。這可能是因?yàn)榧羟凶饔靡痿~(yú)糜凝膠的分子發(fā)生定向、伸展、變形、分散等形變，流動(dòng)阻力下降[23]。

3 結(jié)論

將營(yíng)養(yǎng)功能價(jià)值豐富藜麥添加魚(yú)丸中，結(jié)合了魚(yú)肉營(yíng)養(yǎng)和谷物營(yíng)養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)，做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，既改善了魚(yú)丸品質(zhì)、增加了魚(yú)丸品種，又降低了生產(chǎn)成本。

以單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合感官方法對(duì)藜麥魚(yú)丸進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析確定藜麥魚(yú)丸主要原料的最佳配比為：草魚(yú)肉57.33%，藜麥泥22.52%，冰水12.29%。

測(cè)定最佳工藝參數(shù)制得的藜麥魚(yú)丸的流變特性、持水力、質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)，結(jié)果如下：持水力為81.77%、白度為67.0444、硬度699.48 N/cm2、黏性-26.237 N、彈性0.905 mm、內(nèi)聚力0.746 N/cm2、恢復(fù)力0.316 g、咀嚼性472.199 N/cm2；流變測(cè)定結(jié)構(gòu)顯示藜麥魚(yú)糜凝膠為假塑性流體，62℃左右凝膠彈性、交聯(lián)性最佳。本產(chǎn)品與市售標(biāo)準(zhǔn)品相比，黏性、恢復(fù)力適宜，各項(xiàng)質(zhì)構(gòu)性能良好，滿(mǎn)足魚(yú)丸的標(biāo)準(zhǔn)要求。