響應(yīng)面法優(yōu)化開發(fā)單環(huán)刺螠罐頭食品

林愛齊，索寧，劉艷梅，李潤雨，劉春娥，張家琪

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 煙臺 264670）

單環(huán)刺螠（Urechis unicinctus）又稱海腸或海腸子，隸屬螠蟲動物門（Echiurioidea），營養(yǎng)組成和海參有較多相似之處，因此有“裸體海參”的美稱。單環(huán)刺螠蛋白質(zhì)含量為22.84%，且富含多種人體必需氨基酸，粗脂肪含量僅為4.24%，是一種優(yōu)質(zhì)的海洋產(chǎn)品[1-2]。此外，其體內(nèi)含有多肽、多糖、功能蛋白等，在抗凝血、溶栓、抗菌、抗腫瘤等方面具有較好的開發(fā)和應(yīng)用前景[3]。

目前，單環(huán)刺螠主要以鮮活形式銷售，然而由于運(yùn)輸成本等的影響，使其銷售量受到極大限制。目前市場上單環(huán)刺螠加工品很少，較為成熟的單環(huán)刺螠加工品僅有海腸粉調(diào)味料。隨著單環(huán)刺螠育苗以及養(yǎng)殖技術(shù)的成熟[4-5]，其產(chǎn)量逐年增加，近3年的產(chǎn)量均可達(dá)3 375 kg/hm2，單環(huán)刺螠產(chǎn)品研發(fā)具有巨大的市場潛力。為最大限度地保留單環(huán)刺螠原有的口感和營養(yǎng)價值，本試驗(yàn)根據(jù)單環(huán)刺螠體壁組成的特點(diǎn)，研發(fā)一款單環(huán)刺螠罐頭食品，利用響應(yīng)面法優(yōu)化加工工藝，獲得最佳工藝參數(shù)，以期增加其相關(guān)產(chǎn)品類型，促進(jìn)單環(huán)刺螠產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

單環(huán)刺螠、調(diào)味料（砂糖、食鹽等）：市售；醬汁：海天調(diào)味食品有限公司。C21S-C3150電磁爐：九陽股份有限公司；HH-8水浴鍋：上海力辰儀器科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單環(huán)刺螠罐頭的制備

1.2.1.1 原料處理

選擇色澤鮮艷、活力充沛、體長為200 mm～250 mm的新鮮單環(huán)刺螠，用剪刀將兩頭帶刺的部分剪掉，將內(nèi)臟和血液洗凈，瀝干待用。

1.2.1.2 鹽漬

將單環(huán)刺螠浸沒于10°Bé～15°Bé的鹽水中，單環(huán)刺螠與鹽水體積比為1∶1，鹽漬時間為10 min。鹽漬期間應(yīng)間斷翻動，鹽水可使用3次，但在每次鹽漬后，應(yīng)調(diào)整至規(guī)定的濃度。將鹽漬后的單環(huán)刺螠撈起，用清水漂洗一次，瀝水。

1.2.1.3 湯汁的配制

按質(zhì)量百分比配制，湯汁配方為醬汁60%、砂糖5.5%、蔥花0.25%、米醋0.5%、油炸洋蔥5.6%、蒜泥0.35%和料酒5.6%。單環(huán)刺螠與湯汁的體積比為1∶3。

1.2.1.4 排氣與密封

水浴排氣，用水浴鍋排氣4 min后密封處理。

1.2.1.5 殺菌及冷卻

對各組進(jìn)行殺菌處理，待冷卻后進(jìn)行感官評價。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

1.2.2.1 殺菌溫度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

醬汁濃度60%，單環(huán)刺螠寸段3cm，殺菌時間60s，調(diào)整殺菌溫度為 112、114、116、118、120 ℃分別進(jìn)行試驗(yàn)，考察殺菌溫度對罐頭感官品質(zhì)的影響。

1.2.2.2 醬汁濃度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

殺菌溫度116℃，單環(huán)刺螠寸段3 cm，殺菌時間60 s，將醬汁濃度設(shè)置為40%、50%、60%、70%、80%分別進(jìn)行試驗(yàn)，考察醬汁濃度對罐頭感官品質(zhì)的影響。

1.2.2.3 單環(huán)刺螠寸段長度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

殺菌溫度116℃，醬汁濃度60%，殺菌時間60 s，將單環(huán)刺螠切成1、2、3、4、5 cm的小段分別進(jìn)行試驗(yàn)，考察單環(huán)刺螠寸段長度對罐頭感官品質(zhì)的影響。

1.2.2.4 殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

殺菌溫度116℃，醬汁濃度60%，單環(huán)刺螠寸段3cm，調(diào)整殺菌時間為 20、40、60、80、100 s 分別進(jìn)行試驗(yàn)，考察殺菌時間對罐頭感官品質(zhì)的影響。

1.2.3 感官評價

邀請4名經(jīng)過感官評價訓(xùn)練的人員對單環(huán)刺螠罐頭的口感、風(fēng)味、外觀進(jìn)行獨(dú)立評分，以參評人員打分的算術(shù)平均數(shù)作為最終得分。結(jié)合文獻(xiàn)[6-8]并參照GB/T 10221—2012《感官分析術(shù)語》[9]設(shè)計(jì)感官評分表，具體見表1。

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

將單環(huán)刺螠罐頭試驗(yàn)中的單個因素結(jié)果進(jìn)行回歸線性分析，選取3個影響較大的因素：殺菌溫度、醬汁濃度、單環(huán)刺螠寸段長度，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素與水平見表2。

表2 響應(yīng)面因素與水平Table 2 Response surface factor and level

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

用SPSS Statistics 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。用Design-Expert.8.0.6模擬多元響應(yīng)面回歸模型[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 殺菌溫度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

殺菌溫度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 殺菌溫度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of germicidal temperature on sensory quality of Urechis unicinctus cans

由圖1可知，當(dāng)殺菌溫度在112℃～114℃時，隨著殺菌溫度的升高，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分呈上升趨勢；殺菌溫度達(dá)到114℃時，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分達(dá)到最高值，即81分。殺菌溫度繼續(xù)升高，單環(huán)刺螠罐頭呈現(xiàn)鮮味減弱、色澤變暗、彈性變差的現(xiàn)象，且不易咀嚼，整體口感變差，感官評分下降，因此選取殺菌溫度112、114、116℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

海參加熱殺菌溫度一般為118℃～121℃，加熱時間為20 min～30 min[11]。通過預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，121℃下加熱60 s后單環(huán)刺螠體壁的彈性變得很差，口感差。海參與單環(huán)刺螠均屬于體壁蛋白含量很高的水產(chǎn)品，單環(huán)刺螠體壁蛋白質(zhì)含量為22.84%，海參蛋白含量為50%左右。膠原蛋白是動物體內(nèi)含量最多、分布最廣的蛋白質(zhì)，膠原蛋白中氨基酸組成、氨基酸序列等對其熱穩(wěn)定性具有非常重要的影響，如一些亞氨基酸含量越高的膠原蛋白其熱穩(wěn)定性就越強(qiáng)[12]。單環(huán)刺螠的膠原蛋白中亞氨基酸脯氨酸與羥脯氨酸含量為12.6%[13]，海參膠原蛋白中脯氨酸與羥脯氨酸含量為16.4%[14]，所以海參的膠原蛋白熱穩(wěn)定性更高，同時海參中蛋白質(zhì)含量也更高，所以相較單環(huán)刺螠，對海參的殺菌需要更高的溫度和更長的時間。

2.1.2 醬汁濃度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

醬汁濃度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 醬汁濃度對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of sauce concentration on the sensory quality of Urechis unicinctus cans

由圖2可知，醬汁濃度50%時，單環(huán)刺螠罐頭口感最好，感官評分達(dá)到最高，即73.5分。繼續(xù)增加醬汁濃度，其感官評分逐漸下降。分析原因?yàn)?，醬汁濃度增加時，在整個罐頭中醬料風(fēng)味過重，單環(huán)刺螠的存在感降低，罐頭的整體風(fēng)味被削弱，并且罐頭外觀顏色過深。醬汁的存在豐富了單環(huán)刺螠罐頭的口感，能夠適當(dāng)?shù)匮谏w水產(chǎn)品的腥味，使單環(huán)刺螠產(chǎn)品更能夠被消費(fèi)者接受，但醬汁存在過量會掩蓋單環(huán)刺螠本身的風(fēng)味。因此選取醬汁濃度40%、50%、60%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。醬料在罐頭產(chǎn)品中具有非常重要的調(diào)味作用，不同的醬料在不同的水產(chǎn)品罐頭中有不同的使用比例。如制作鰹魚罐頭時，番茄醬的最佳添加量為35%[15]，制作豆豉鯪魚罐頭時豆豉占魚肉的13.3%～40%[16]。

2.1.3 單環(huán)刺螠寸段長度對罐頭感官品質(zhì)的影響

單環(huán)刺螠寸段長度對罐頭感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 單環(huán)刺螠寸段長度對罐頭感官品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of Urechis unicinctus inch length on sensory quality of cans

由圖3可知，單環(huán)刺螠寸段長度低于4 cm時，隨著單環(huán)刺螠寸段長度的增加，單環(huán)刺螠罐頭口感變好，長度為4 cm時口感最好，感官評分最高，為73.25分，且此時與醬汁的混合最為均勻。單環(huán)刺螠的體壁肌較薄，約2 mm～4 mm，在加熱的時候容易收縮變短，其寸段長度對罐頭的口感有直接影響。長度過短，會降低單環(huán)刺螠在整個罐頭中的存在感；長度過長，咀嚼時會有頓挫感。因此選取單環(huán)刺螠寸段長度為3、4、5 cm進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。不同的水產(chǎn)品由于其肉質(zhì)組成不同以及罐頭制作方法不同，水產(chǎn)品的寸段長度會有差異。鮮帶魚肌肉中蛋白質(zhì)含量為（16.36±0.28）%，少于單環(huán)刺螠，且加熱時肉質(zhì)收縮不明顯，在制作番茄醬糖醋帶魚罐頭時，將帶魚制成5 cm～6 cm的小段，具有比較好的食用效果[17]。制作海參罐頭時不同的工藝要求對應(yīng)不同的海參寸段長度，任洪海[18]制作香菇海參罐頭時采用去除內(nèi)臟和石灰牙的較為完整的海參部分，吳靈等[11]制作海參罐頭時采用的是海參肉泥。

2.1.4 殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響

殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of sterilization time on sensory quality of Urechis unicinctus cans

隨著加熱時間的延長，體壁肌會出現(xiàn)一系列的變化，如膠原纖維的變性程度增大，排列順序也會被打亂，纖維之間的空隙也變得更大[19]，在加熱過程中膠原蛋白α螺旋會有向β折疊轉(zhuǎn)變的趨勢，而且這樣的轉(zhuǎn)變往往不可逆[20]。由圖4可知，殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響并不大，分值均在70分～72.75分之間，而殺菌時間60 s時，感官評分相對較高，分值為72.75分。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著殺菌時間的延長，對膠原蛋白的影響在感官上體現(xiàn)在體壁顏色慢慢失去光澤，彈性的口感下降，肉質(zhì)失去嚼勁等。這可能是因?yàn)閱苇h(huán)刺螠體壁較薄，且富含膠原蛋白，加熱變性后膠原蛋白在一定程度上會影響肌肉在加熱過程中的嫩度[21]，所以其殺菌時間不易過長。但因殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭感官品質(zhì)的影響整體不大，后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，殺菌時間不再作為考察因素。

2.2 SPSS分析

SPSS顯著性分析結(jié)果見表3。

由表3得回歸方程式為Y=-1.713A+1.400B-0.354C-0.011D，由此可得出各因素對單環(huán)刺螠罐頭的影響的大小順序?yàn)獒u汁濃度＞殺菌溫度＞單環(huán)刺螠寸段長度＞殺菌時間，殺菌時間對單環(huán)刺螠罐頭口感影響不大。因此選取前3個因素進(jìn)行響應(yīng)面分析。

表3 SPSS顯著性分析Table 3 SPSS significance analysis

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表4，回歸與方差分析結(jié)果見表5。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 4 Design and experimental results of response surface experiment

表5 回歸與方差分析結(jié)果Table 5 Regression and analysis of variance results

經(jīng)過ANOVA分析得二次響應(yīng)面回歸方程為感官評分=-6 221.58+110.23A-0.53B+10.96C+0.013AB-2.48E-014AC-0.094BC-0.49A2-5.06E-003B2-0.76C2。

由表5可知，模型P＜0.01，模型達(dá)到極顯著；模型失擬項(xiàng)P＞0.05，不顯著。模型的絕對系數(shù)R2=0.952 8，說明該模型能解釋95.28%的響應(yīng)值變化，模型擬合程度較好，可以用此模型來預(yù)測真實(shí)值。自變量與響應(yīng)值之間存在線性關(guān)系，可以用于理論推測。各因素的影響大小順序?yàn)閱苇h(huán)刺螠寸段長度＞醬汁濃度＞殺菌溫度，綜合SPSS分析的結(jié)果，均說明了醬汁濃度與單環(huán)刺螠寸段長度對感官評分具有較大的影響。

2.3.2 各因素交互顯著項(xiàng)響應(yīng)面分析

各因素交互顯著項(xiàng)響應(yīng)面分析結(jié)果見圖5～圖7。

圖5 殺菌溫度與醬汁濃度交互作用Fig.5 Sterilization temperature interacts with sauce concentration

圖6 殺菌溫度與單環(huán)刺螠寸段長度交互作用Fig.6 The sterilization temperature interacts with Urechis unicinctus length

圖7 醬汁濃度與單環(huán)刺螠寸段長度交互作用Fig.7 Sauce concentration interacts with Urechis unicinctus length

從圖5可以看出，殺菌溫度不變時，隨著醬汁濃度的增加，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢，隨著醬汁濃度的增加，單環(huán)刺螠的腥味逐漸下降，口感越來越好，但是當(dāng)醬汁濃度超過60%時，咸味逐漸增加，醬汁對單環(huán)刺螠香味的覆蓋作用加強(qiáng)，罐頭口感下降；醬汁濃度不變時，隨著殺菌溫度的上升，單環(huán)刺螠罐頭口感先上升后下降，隨著殺菌溫度的上升，單環(huán)刺螠口感逐漸軟糯，但是當(dāng)殺菌溫度過高時，單環(huán)刺螠?zhǔn)ソ绖?，口感迅速下降?/p>

從圖6可以看出，殺菌溫度不變時，隨著單環(huán)刺螠寸段長度的增加，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢。單環(huán)刺螠寸段長度過短時，單環(huán)刺螠喪失嚼勁，過于軟糯；其寸段過長時，又難以咀嚼；單環(huán)刺螠寸段長度不變時，隨著殺菌溫度的上升，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢。

從圖7可以看出，醬汁濃度不變時，隨著單環(huán)刺螠寸段長度的增加，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢；單環(huán)刺螠寸段長度不變時，隨著醬汁濃度增加，單環(huán)刺螠罐頭的感官評分呈先增加后下降的趨勢。由圖5～圖7可知，在各因素中心點(diǎn)感官評分最高，回歸方程具有最優(yōu)水平。

2.4 最佳試驗(yàn)條件的確定和驗(yàn)證

通過Design-Expert.8.0.6分析發(fā)現(xiàn)，最佳工藝條件為殺菌溫度116℃、醬汁濃度56.46%、單環(huán)刺螠寸段長度3.74cm。根據(jù)實(shí)際情況，將工藝參數(shù)調(diào)整為殺菌溫度116℃、醬汁濃度56.5%、單環(huán)刺螠寸段長度3.7 cm，該條件下的感官評分為83.1，高于試驗(yàn)預(yù)測的感官評分。

3 結(jié)論

單環(huán)刺螠因其豐富的營養(yǎng)以及優(yōu)良的口感，受到越來越多消費(fèi)者的青睞。由于其獨(dú)特的體壁組成，使其對加工工藝有特殊要求，尤其對殺菌溫度和時間要求嚴(yán)格。本文在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法對單環(huán)刺螠罐頭的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到的最佳工藝條件為殺菌溫度116℃、醬汁濃度56.5%、單環(huán)刺螠寸段長度3.7 cm，在此條件下感官評分為83.1。目前對單環(huán)刺螠產(chǎn)品的研究較少，本試驗(yàn)通過響應(yīng)面法開發(fā)一種新型、營養(yǎng)的單環(huán)刺螠加工產(chǎn)品，為單環(huán)刺螠新產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。