響應(yīng)面法優(yōu)化燒雞生產(chǎn)工藝

邵俊鋒，孫加剛，史瑩瑩，董雪萌，戴陽軍*

(1.揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院， 江蘇 常熟 215500)

傳統(tǒng)燒雞是經(jīng)整形、腌制、油炸后鹵制而成，有“天下第一雞”的美稱[1]。隨著機(jī)械化養(yǎng)雞業(yè)的發(fā)展，短生長期的肉雞成為燒雞的主要選擇，短生長期肉雞含水量高，皮質(zhì)軟爛易破損，影響了燒雞的口感及保存[2]。長時間的鹵制會讓雞肉蛋白熱變性，導(dǎo)致雞肉的彈性降低，影響了燒雞的口感，降低了感官評分[3-4]。Choi等[5]的研究表明100 ℃鹵制22 min的雞排相較于其他加工方式硬度會更大且保水性差。謝美娟的研究表明雞腿在95 ℃下鹵制1.5 h時的口感和品質(zhì)最佳。食品在干燥過程中會出現(xiàn)表面硬化的現(xiàn)象，表面硬化是物料表面收縮和封閉的特殊現(xiàn)象，物料會因內(nèi)部水分未能及時轉(zhuǎn)移到表面而在表面形成一層硬膜，繼而將水分隔絕在食品內(nèi)部[6]。本試驗創(chuàng)新地將鹵制后的燒雞置于微波光波爐中烘烤，使燒雞表面適度硬化，保持燒雞的完整性并改善肉質(zhì)，還可增加燒雞更多由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的香味物質(zhì)，提升燒雞的風(fēng)味[7]。模糊數(shù)學(xué)法是處理模糊現(xiàn)象的數(shù)學(xué)方法，可將食品感官屬性定量、數(shù)學(xué)化，可解決感官評價中主觀性強(qiáng)的問題[8]。

為確定新工藝下燒雞的最優(yōu)工藝，采用單因素試驗結(jié)合Box-Behnken響應(yīng)面試驗設(shè)計，以模糊數(shù)學(xué)法處理后的感官評價得分作為評價指標(biāo)對燒雞進(jìn)行工藝優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

整雞、大豆油、麥芽糖漿、香辛料(桂皮、香葉、花椒、豆蔻、良姜、陳皮、香茅、草果)、腌料(食鹽、生抽、老抽、雞精、味精)：均購于常熟市農(nóng)貿(mào)市場。

FA2004電子精密天平 上海儀器天平廠；低溫慢煮機(jī)、微波光波爐 上海隆譽(yù)微波設(shè)備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 燒雞樣品制備

工藝流程：解凍→清洗→整形→腌制→涂糖→鹵煮→烘烤→成品。

將冷凍整雞流水化凍后清洗修整，加入腌料后真空滾揉腌制30 min，靜置12 h后涂糖，整雞于150 ℃大豆油中油炸3 min后，在低溫慢煮機(jī)中加入香辛料、生抽、老抽鹵制，撈出瀝水后微波光波烘烤。

1.2.2 單因素對燒雞品質(zhì)規(guī)律的影響

1.2.2.1 鹵制時間對燒雞感官評價的影響

油炸后的整雞置于低溫慢煮機(jī)中，在75 ℃恒溫下分別鹵煮1，1.5，2，2.5，3 h，并在2 kW功率下微波光波烘烤5 min，待樣品冷卻至室溫后進(jìn)行感官評價。

1.2.2.2 微波功率對燒雞感官評價的影響

油炸后的整雞置于低溫慢煮機(jī)中鹵煮2 h后，分別在1，2，3 kW功率下微波光波烘烤5 min，待樣品冷卻至室溫后進(jìn)行感官評價。

1.2.2.3 微波時間對燒雞感官評價的影響

油炸后的整雞置于低溫慢煮機(jī)中鹵煮2 h后，在2 kW功率下微波光波烘烤1，3，5，7，9 min，待樣品冷卻至室溫后進(jìn)行感官評價。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計

在Box-Behnken中心組合設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三因素三水平的試驗設(shè)計，見表1。為客觀綜合評價分析燒雞的感官品質(zhì)，通過模糊數(shù)學(xué)法對感官評價中的評價對象進(jìn)行數(shù)學(xué)化抽象，計算出客觀、規(guī)范的綜合評價得分，并以其作為響應(yīng)值確定燒雞鹵制的最佳制作工藝。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 1 The factors and levels of response surface experiment

1.2.4 感官評價方法

參考GB/T 22210-2008《肉與肉制品感官評定規(guī)范》中的感官評價要求，制定燒雞的感官評定標(biāo)準(zhǔn)，邀請10位有感官評價經(jīng)驗的食品專業(yè)人員，取燒雞肉于白色瓷盤中，在光線明亮處，觀察雞肉的質(zhì)地、色澤及外形，再對其氣味和滋味進(jìn)行評價，每次品鑒前，均需用溫水漱口后再進(jìn)行下次品鑒，并依據(jù)表2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定打分。

表2 產(chǎn)品品質(zhì)評判標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The evaluation standard of product quality

1.2.5 模糊數(shù)學(xué)感官評價系統(tǒng)

設(shè)定因素集U，由燒雞的感官評價指標(biāo)構(gòu)成U={u1，u2，u3，u4}。u1，u2，u3，u4分別代表色澤、質(zhì)地、氣味、滋味。設(shè)定評鑒等級集V為對各感官評價指標(biāo)的評語集合：V={v1,v2,v3，v4}，v1～v4分別代表單項指標(biāo)等級優(yōu)、好、良、差。

利用二元對比法確定各指標(biāo)的權(quán)重，將各影響感官評價的因素進(jìn)行兩兩比較，感官評定人員認(rèn)為重要因素記1分，次要因素記0分，相同因素比較時均記1分；指標(biāo)的權(quán)重計算方法為：該因素得分和與其他因素得分總和之比。各因素權(quán)重形成權(quán)重集A={a1，a2，a3，a4}。評定人員根據(jù)二元對比法確定各因素的權(quán)重，將其歸一化處理后得到的結(jié)果為A={0.13，0.35，0.15，0.37}。

依據(jù)評定人員的評分結(jié)果，得到Rj的模糊矩陣，將其與權(quán)重集相乘得到j(luò)號試驗品的分析結(jié)果矩陣Bj并歸一化。對評定等級：優(yōu)、好、良、差進(jìn)行賦值90，80，70，60得到矩陣T={90,80,70,60}，矩陣B與矩陣T相乘得到各試驗組的最終感官評價分?jǐn)?shù)。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理分析

采用Excel 2016與Design Expert 8.0.6進(jìn)行數(shù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 鹵制時間對燒雞感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，隨著鹵制時間的延長，燒雞的感官評分呈先增大再下降的趨勢，當(dāng)鹵制時間達(dá)到1.5 h，感官評分最高，這與謝美娟的研究結(jié)論相同，雞肉在加熱過程中膠原蛋白受熱形成明膠，原纖維蛋白會凝固硬化導(dǎo)致雞肉的硬度上升，但隨著鹵制時間的延長，雞肉中碳水化合物水解、蛋白質(zhì)降解、肌纖維斷裂，雞肉的硬度、咀嚼性下降，從而影響燒雞的口感，導(dǎo)致感官得分下降。

圖1 鹵制時間對燒雞感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of marinating time on sensory quality of roasted chicken

2.1.2 微波功率對燒雞感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，隨著微波功率的提高，燒雞的感官得分在逐漸降低。楊家蕾等[9]的研究表明隨著微波功率的提高，微波的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)使雞肉蛋白變性凝固、結(jié)締組織水解，使得燒雞的彈性變小、硬度升高從而影響口感。馮璐等[10]的研究也表明經(jīng)微波處理后雞翅根的彈性和硬度有所升高，肉質(zhì)變得緊實有嚼勁。但3個功率微波處理后的燒雞感官得分呈下降趨勢，還需進(jìn)一步進(jìn)行試驗探究其對燒雞品質(zhì)的影響。

圖2 微波功率對燒雞感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of microwave power on sensory quality of roasted chicken

2.1.3 微波時間對燒雞感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著微波時間的延長，燒雞的感官得分呈先上升后下降的趨勢，在5 min時感官得分達(dá)到頂峰。微波時間的延長導(dǎo)致溫度升高，蛋白質(zhì)變性凝固，汁液保留率下降，會使燒雞的硬度升高，提升了燒雞的口感，同時光波的持續(xù)烘烤，燒雞表面發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生更多的香味物質(zhì)，提升了燒雞的風(fēng)味；溫度持續(xù)升高會使結(jié)締組織水解，膠原蛋白轉(zhuǎn)為明膠，肉質(zhì)反而變軟，燒雞的膠黏性和咀嚼性降低影響了口感，過高的溫度和長時間烘烤會使燒雞產(chǎn)生焦糊味，影響了燒雞的風(fēng)味。林建原等[11]的研究表明640 W微波處理雞肉糜4 min具有較好的彈性和咀嚼性，組織形態(tài)也更好。

續(xù) 表

圖3 微波時間對燒雞感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of microwave time on sensory quality of roasted chicken

續(xù) 表

2.2 響應(yīng)面感官評分結(jié)果

依據(jù)三因素三水平的Box-Behnken中心組合設(shè)計，共有17組試驗將燒雞從色澤、質(zhì)地、香味、滋味方面進(jìn)行感官評定，感官評價結(jié)果見表3。

表3 燒雞感官評價結(jié)果表Table 3 The sensory evaluation results of roasted chicken

表4 燒雞的響應(yīng)面設(shè)計方案與結(jié)果Table 4 The response surface design scheme and results of roasted chicken

2.3 模型方程的建立與顯著性檢驗

利用Design Expert 8.0.6軟件對表4中試驗結(jié)果與各影響因素進(jìn)行多元回歸分析，得到多元二次回歸方程為：Y=80.59-0.68A-5.08B-3.69C+2.33AB+1.16AC+0.23BC-0.37A2-5.96B2-3.1C2。其中Y，A，B，C分別表示感官得分、鹵制時間、微波時間、微波功率。對響應(yīng)面試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析，方差分析結(jié)果見表5。

表5 回歸模型方差分析表Table 5 The variance analysis of regression model

由表5可知，模型P<0.0001，表明該模型極顯著，失擬項P=0.8043>0.05，不顯著，表明該模型擬合良好，無失擬因素存在；調(diào)整系數(shù)RAdj2=0.9936，可對99.36%的響應(yīng)值進(jìn)行解釋，表明該模型的預(yù)測值與真實值相關(guān)性很高，可用于燒雞工藝優(yōu)化試驗中感官評價的分析預(yù)測。方程決定系數(shù)R2為0.9972，表明回歸方程擬合度良好，響應(yīng)值與各因素之間存在明顯的線性關(guān)系。由表5可知，A，B，C對響應(yīng)值Y影響極顯著(P<0.01)；交互項AB和AC對響應(yīng)值Y影響極顯著(P<0.01)，BC對響應(yīng)值Y影響不顯著(P>0.05)；二次項B2和C2對響應(yīng)值Y影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，而A2對響應(yīng)值Y影響不顯著(P>0.05)。由表5中F值可知，微波烘烤時間對燒雞感官評分的影響最大，鹵制時間對燒雞感官評分的影響最小。

2.4 各因素交互作用響應(yīng)面分析

利用Design Expert 8.0.6繪制的因素與響應(yīng)值之間的等高線分析圖和3D響應(yīng)面曲線圖見圖4，可考察各因素對響應(yīng)值造成的影響，由擬合的方程形成等高線，為二維平面圖形，由等高線圖找出感官評分較好的范圍[12]。三維響應(yīng)面曲面圖可更直觀找出響應(yīng)值較好的范圍。等高線圖中等高線的密集度及形狀可表明兩因素間交互作用的顯著性，等高線分布密集、呈現(xiàn)橢圓形、響應(yīng)面坡度越陡，表明因素對燒雞感官評分的影響越大；等高線呈現(xiàn)圓形、響應(yīng)曲面坡度越平緩則表明因素對燒雞感官評分的影響越小。

(b)

由圖4可知，圖4中(a)的曲面坡度最陡，等高線呈橢圓形且較密集，表明鹵制時間與微波時間的交互作用對燒雞感官評分的影響最顯著，隨著鹵制時間和微波時間的延長，燒雞的感官評分隨之增加。圖4中(c)的曲面坡度最平緩，表明微波時間和微波功率的交互作用對燒雞感官評分的影響最小，與回歸模型、回歸分析結(jié)果吻合。

(a)

(c)

2.5 最佳工藝及驗證試驗

回歸方程偏導(dǎo)求解得出燒雞最佳生產(chǎn)工藝條件為：鹵制1 h，1.2 kW功率下微波光波烘烤3.72 min。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，燒雞鹵制1 h，并在1 kW功率下微波光波烘烤4 min為最優(yōu)工藝。在此工藝條件下進(jìn)行重復(fù)試驗，得到燒雞的模糊感官評分為86.01，與預(yù)測的感官評分85.22基本一致，與預(yù)測值相對誤差僅為0.93%，模型與實際情況擬合較好，可用于燒雞感官品質(zhì)的預(yù)測。

3 結(jié)論

對燒雞制作工藝中鹵制時間及烘烤過程中微波的功率和時間3個因素進(jìn)行單因素試驗和響應(yīng)面試驗設(shè)計，利用模糊數(shù)學(xué)法計算感官評價得分作為響應(yīng)面試驗的響應(yīng)值，建立了數(shù)學(xué)模型為：Y=80.59-0.68A-5.08B-3.69C+2.33AB+1.16AC+0.23BC-0.37A2-5.96B2-3.1C2，各因素對燒雞感官品質(zhì)的影響由大到小依次為：微波烘烤時間>微波功率>鹵制時間。依據(jù)實際生產(chǎn)情況，經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化后的配方為：燒雞鹵制1 h，并在1 kW功率下微波光波烘烤4 min為最優(yōu)工藝，經(jīng)品嘗，驗證試驗中的燒雞整體醬紅油亮、香味濃郁、肉質(zhì)緊實不軟爛，模糊感官評分為86.01，與預(yù)測值相近，可用于燒雞感官品質(zhì)的預(yù)測。