響應(yīng)面法優(yōu)化油炸蝦殼制作工藝

蔣明均，沙文軒,2，王秋玉,2，陳勝可，戴恒，陳志炎*

(1.揚州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚州 225127；2.江蘇省淮揚菜產(chǎn)業(yè)化工程中心，江蘇 揚州 225127)

明蝦又稱為中國對蝦，其主要產(chǎn)地分布于中國沿海，如渤海灣、黃海海域以及以黃河入海口的渤海灣為主，所以我國具有較為豐富的蝦類資源，蝦類作為人們常用的食材，其絕大部分被用來加工成蝦仁類的制品，這就使蝦類原料在加工時大量蝦殼、蝦頭、蝦足無法全部利用[1]，其占比可達(dá)40%[2]，研究發(fā)現(xiàn)蝦殼中含有大量的甲殼素，且蝦殼中的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)含量較高，特別是鈣、磷、鈉、鋅[3]，此產(chǎn)品通過對蝦殼腌制后進(jìn)行油炸處理，以成品蝦殼的感官、質(zhì)構(gòu)、基礎(chǔ)營養(yǎng)素作參考指標(biāo)，在單因素試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，在對蝦的加工工藝方面得到更好的口感、質(zhì)感且低卡路里的產(chǎn)品，為蝦的深加工以及蝦殼的廢物利用提供了參考，也可作為一種新型的菜肴調(diào)味品投入市場。

1 材料與儀器

1.1 主要試驗材料

天津河口對蝦；海天牌白醋；淮鹽精制食用鹽；三澗牌蔥姜料酒；味好美炸雞粉；金龍魚大豆油(永輝超市)。

1.2 主要儀器及設(shè)備

ZG-TP101精密天平 哈爾濱眾匯衡器有限公司；9E32S蘇泊爾電磁爐；CA-HM卡路里測定儀 北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司；TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司；HH-4A恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司。

1.3 工藝流程

原料清洗→剝殼→白醋浸泡→腌制→裹粉→炸制→成品。

1.3.1 操作要領(lǐng)

1.3.1.1 原料清洗

將10 g蝦放入100 mL的農(nóng)夫山泉中清洗干凈。

1.3.1.2 剝殼

用刀將洗凈的蝦劃開，剝下蝦殼，大小控制在3 cm×3 cm。

1.3.1.3 白醋浸泡

將蝦殼置于40 g白醋中浸泡10 min。

1.3.1.4 腌制

將浸泡好的蝦殼加入2 g鹽、10 g蔥姜料酒去腥。

1.3.1.5 裹粉

將腌制好的蝦殼表面裹上45 g炸雞粉。

1.3.1.6 炸制

將裹好粉的蝦殼放入油鍋中炸制，撈出即可。

1.4 試驗方法

1.4.1 單因素試驗

1.4.1.1 蝦殼在白醋中浸泡時間對成品感官品質(zhì)的影響

共制作5份成品，方法為取蝦殼10 g，置于40 g白醋中浸泡，浸泡時間定為7.5，10，12.5，15，17.5 min，用鹽2 g、蔥姜料酒10 g腌制，裹上炸雞粉45 g，210 ℃油溫炸制10 s，對油炸蝦殼成品進(jìn)行感官評價。

1.4.1.2 油溫對成品感官品質(zhì)的影響

共制作5份成品，方法為取蝦殼10 g，置于40 g白醋中浸泡12.5 min，用鹽2 g、蔥姜料酒10 g腌制，裹上炸雞粉45 g，將成品分別置于150，180，210，240，270 ℃油溫下炸制10 s，對油炸蝦殼成品進(jìn)行感官評價。

1.4.1.3 加熱時間對成品感官品質(zhì)的影響

共制作5份成品，方法為取蝦殼10 g，置于40 g白醋中浸泡12.5 min，用鹽2 g、蔥姜料酒10 g腌制，裹上炸雞粉45 g，用210 ℃油溫分別炸制6，8，10，12，14 s，對油炸蝦殼成品進(jìn)行感官評價。

1.4.1.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以不同油溫、不同炸制時間、不同浸泡時間3個因素為自變量，以蝦殼的感官得分為響應(yīng)值，并通過回歸方程優(yōu)化工藝參數(shù)，預(yù)測響應(yīng)值并獲得最佳工藝條件，試驗因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平Table 1 The factors and levels of response surface test

1.4.1.5 油炸蝦殼卡路里含量的測定

將卡路里熱量測定儀預(yù)熱30 min，在室溫條件下，將蝦殼剪切至規(guī)格為5 mm×5 mm，放入樣品容器中蓋玻璃密封測定2 min，并記錄數(shù)據(jù)。

1.4.1.6 油炸蝦殼全質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用型號為TMS-Pro的食品質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定，將炸制好的蝦殼剪切成長度3 cm、高度0.6 cm的片，放入80 ℃的水浴鍋中保溫，采用錐形探頭(P/32)對蝦殼兩次壓縮進(jìn)行質(zhì)地測試，具體的參數(shù)為9 mm，測前速率為3 mm/s，測試速率為1 mm/s，下壓程度為60.00%，測試力為0.1 N，兩次壓縮時間間隔3 s，做5次平行試驗，去最大值和最小值后，取平均值。

1.4.2 感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.4.3 數(shù)據(jù)分析

本次所有試驗處理均重復(fù)3次，測定數(shù)據(jù)以平均值的形式表現(xiàn)出來，通過Excel 2010整理試驗數(shù)據(jù)，采用Origin 軟件繪制圖表，采用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面試驗分析，應(yīng)用SPSS 23.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

表2 油炸蝦殼的感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory scoring criteria for fried shrimp shells

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 白醋浸泡時間對蝦殼成品品質(zhì)的影響

通過控制相同的油溫與炸制時間來比較白醋浸泡時間對蝦殼成品的影響，由圖1可知，當(dāng)白醋浸泡時間在10 min時，蝦殼的感官評分最高，白醋中有機酸抑菌機理[4]會促使蝦殼中的鈣質(zhì)析出，促進(jìn)蝦殼蛋白質(zhì)及鈣的水解，蝦殼浸泡時間越久，其感官評分越低，因為白醋使蝦殼軟化，蝦殼本身的營養(yǎng)物質(zhì)流失過度，吸收了醋的酸味，導(dǎo)致成品在食用時帶著醋的酸味，對成品的風(fēng)味有很大影響[5-6]。

圖1 白醋浸泡時間對蝦殼感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of white vinegar soaking time on the sensory quality of shrimp shells

2.1.2 油炸溫度對蝦殼成品品質(zhì)的影響

在相同的炸制時間下，油炸溫度不同，蝦殼的脆度以及含油率不同，含油量高的同時也會縮短其保存的時間[7]，由圖2可知，當(dāng)油溫在240 ℃時，蝦殼的口感最佳；當(dāng)溫度在150 ℃時，蝦殼含水量高，無法達(dá)到酥脆的效果，咀嚼后有殘渣，當(dāng)溫度越來越高時，蝦殼中的酶失活，從而排出組織內(nèi)部的空氣，蝦殼中的水分含量迅速蒸發(fā)[8]，形成多孔組織，外殼變脆[9]，但是色澤發(fā)暗，局部焦糊，嚴(yán)重影響制品的美觀。

圖2 油炸溫度對蝦殼感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of frying temperatures on the sensory quality of shrimp shells

2.1.3 油炸時間對蝦殼成品品質(zhì)的影響

在同一種油溫下，考察不同的油炸時間對蝦殼成品的影響。由圖3可知，油炸時間顯著影響成品的感官評分，當(dāng)油炸時間比較短時，蝦殼色澤發(fā)白，水分含量過多，成品難以達(dá)到入口酥脆的效果，且咀嚼后有蝦殼殘留，而當(dāng)炸制時間達(dá)到10 s時成品的感官評分達(dá)到最高點，色澤金黃，口感酥脆。超過10 s后，蝦殼里的碳水化合物經(jīng)過高溫產(chǎn)生美拉德反應(yīng)[10]，從而生成黃褐色縮合物，使成品的色澤發(fā)黑，嚴(yán)重影響了制品的感官評分。

圖3 油炸時間對蝦殼感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of frying time on the sensory quality of shrimp shells

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 試驗結(jié)果

試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken設(shè)計方案及試驗結(jié)果

2.2.2 方差分析和回歸方程

經(jīng)Design-Expert 8.0.6處理數(shù)據(jù)，得到回歸模型的方差分析，見表4。

表4 回歸模型的方差分析表Table 4 Analysis of variance of regression model

由表4可知，二次回歸模型的P值<0.0001，具有極顯著相關(guān)性，且方程失擬項不呈現(xiàn)顯著相關(guān)性(P>0.05)，說明回歸方程非常顯著。其中A、B、C的平方項均極顯著(P<0.01)；AB交互項不顯著，AC、BC交互項顯著。故而利用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行手動優(yōu)化，去掉不顯著的交互項，對方程進(jìn)一步優(yōu)化。最終得到回歸方程：Y=92.63-2.31AC-0.69BC-4.70A2-5.95B2-4.95C2。

2.2.3 最佳工藝參數(shù)

通過Design-Expert 8.0.6軟件對回歸方程進(jìn)行最優(yōu)求解，得到最優(yōu)結(jié)果為：油溫240 ℃、浸泡時間10 min、油炸時間10 s，感官評分預(yù)測值為92分。

2.3 響應(yīng)面圖分析

各因素交互作用對蝦殼制品感官得分影響的響應(yīng)面圖和等高線圖見圖4～圖6。等高線圖可以反映各種因素交互作用對響應(yīng)值的影響。圓形表示因素間交互作用不顯著，橢圓形表示因素間交互作用顯著。

由圖4與圖5可知兩因素的交互作用較顯著，由圖6可知兩因素的交互作用不明顯。

由圖4可知，當(dāng)浸泡時間固定在10 min，油溫在240 ℃、油炸時間在10 s時，感官評分最高，當(dāng)油溫超過240 ℃時，其成品的感官評分下降。

由圖5可知，浸泡時間在10 min、油溫在240 ℃的狀態(tài)下炸制10 s的蝦殼感官評分最高，而當(dāng)浸泡時間低于10 min且油炸溫度低于240 ℃時，其感官評分逐漸降低，當(dāng)浸泡時間在7.5 min、油炸溫度在150 ℃時，其感官評分最低。

由圖6可知，兩因素的交互作用不明顯，感官評分隨著浸泡時間與油炸時間的上升而上升，當(dāng)浸泡時間上升至10 min，油炸時間上升至10 s后，其感官評分逐漸下降。

綜合上述通過Design-Expert 8.0.6軟件的分析，預(yù)測出最佳的油炸配方；油炸時間為10 s，油炸溫度為240 ℃，蝦殼的浸泡時間為10 min，因此，采用響應(yīng)面優(yōu)化得到的油炸工藝參數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，實用價值高。

2.4 蝦殼質(zhì)構(gòu)分析

采用型號為TMS-Pro食品質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定，用錐形探頭(直徑3.2 cm)的對蝦殼兩次壓縮進(jìn)行質(zhì)地測試，其中包括硬度、黏附性、內(nèi)聚性、膠黏性、彈性和咀嚼性，其結(jié)果見表5～表8。

表5 不同油炸時間對紅蝦蝦殼質(zhì)構(gòu)的影響Table 5 Effect of different frying time on the texture of red shrimp shells

續(xù) 表

表6 不同油炸溫度對紅蝦蝦殼質(zhì)構(gòu)的影響Table 6 Effect of different frying temperatures on the texture of red shrimp shells

表7 不同油炸時間對明蝦蝦殼質(zhì)構(gòu)的影響Table 7 Effect of different frying time on the texture of prawn shells

表8 不同油炸溫度對明蝦蝦殼質(zhì)構(gòu)的影響Table 8 Effect of different frying temperatures on the texture of prawn shells

由表5和表7可知，蝦殼在炸制溫度相同時，其硬度隨炸制時間的延長而增加，咀嚼度也是如此，原因是蝦殼炸制時間久，吸油程度大，所以其硬度在上升，咀嚼度也隨之上升[11]，而內(nèi)聚性、膠黏性、彈性等TPA指標(biāo)也存在差異，但彈性的差異不顯著，明蝦也是如此，但由于明蝦的蝦殼較厚，所以其硬度與咀嚼度都高于紅蝦。

而在控制相同炸制時間的情況下，通過控制不同油溫來對蝦殼硬度等TPA值進(jìn)行測定，由表6和表8可知，隨著溫度的升高，蝦殼硬度也在變硬，而咀嚼度與在相同油溫、不同炸制時間下略有不同，當(dāng)溫度超過240 ℃時，其咀嚼度明顯下降，因為紅蝦蝦殼薄，油炸溫度過高，其所發(fā)生的美拉德反應(yīng)過度容易產(chǎn)生糖分，從而使蝦殼變得酥脆，導(dǎo)致其咀嚼性下降，由于明蝦蝦殼較厚，水分含量較高，在相同溫度下，其咀嚼性及硬度要大于紅蝦，但是當(dāng)溫度達(dá)到270 ℃時，咀嚼性和硬度下降。

2.5 蝦殼卡路里數(shù)據(jù)分析

打開卡路里熱量測定儀，預(yù)熱30 min，在室溫條件下，將蝦殼剪切至規(guī)格為5 mm×5 mm，放入樣品容器中并蓋玻璃密封測定2 min，所得數(shù)據(jù)見表9～表12。

表9 不同油炸時間對紅蝦卡路里等指標(biāo)的影響

表10 不同油炸溫度對紅蝦卡路里等指標(biāo)的影響Table 10 Effect of different frying temperatures on calories and other indexes of red shrimp

表11 不同油炸時間對明蝦卡路里等指標(biāo)的影響Table 11 Effect of different frying time on calories and other indexes of prawn

續(xù) 表

表12 不同油炸溫度對明蝦卡路里等指標(biāo)的影響Table 12 Effect of different frying temperatures on calories and other indexes of prawn

由表9和表11可知，當(dāng)炸制溫度一致、炸制時間不同時，其所含的卡路里、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物含量各不相同，紅蝦的蝦殼較薄，因此含水量較低，炸制時間超過10 s時，水分含量明顯變低，且蝦殼炸制時間越久，發(fā)生的美拉德反應(yīng)過度產(chǎn)生糖分以及蛋白質(zhì)的變性[12]，使蝦殼表面酥脆，美拉德反應(yīng)可以改善乳蛋白的生理和生物功能[13]，又因原料內(nèi)部的含水量較少，空氣中水分含量較高，水分發(fā)生遷移，且水分差異大，其遷移動力也就越大，從而更容易吸收空氣中的水分[14]，所以測試的先后影響其水分含量：隨著炸制時間增加，脂肪含量呈下降趨勢，這是因為復(fù)炸可以使原料中的油脂析出，從而增加原料的硬度，所以卡路里的含量也隨之上升。而明蝦蝦殼較厚，原料含水量較紅蝦高，炸制后，吸收空氣中的水分也要比紅蝦慢，且明蝦蝦殼脂肪含量也受炸制時間的影響。

由表10和表12可知，當(dāng)控制相同的炸制時間時，不同油溫同樣也影響其卡路里、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等含量，首先，熱量是從油通過對流傳遞到產(chǎn)品的表面，然后由表面?zhèn)鞯街行?，并作為加熱介質(zhì)被原料吸附從而滲透到原料內(nèi)部，所以水分從中心擴散到表面并蒸發(fā)[15]，隨著蝦殼與油脂接觸時間的增加，蝦殼表面所含的水分也就越少[16]，成品更酥脆，且溫度越高，原料本身含油量析出更多，所以油溫的高低相比時間的長短影響更明顯。

3 結(jié)論

通過單因素試驗及響應(yīng)面試驗，確定了油炸蝦殼的最佳配方：蝦殼10 g、白醋40 g、浸泡時間10 min、炸雞粉45 g、蔥姜料酒10 g、240 ℃油溫炸制10 s。這樣制作出來的成品感官品質(zhì)最好，食用品質(zhì)最佳。此產(chǎn)品不僅做到廢物利用，還可以當(dāng)作新型的烹飪調(diào)味品使用，增加菜肴的鮮味，賦予食物不同的口感。

通過質(zhì)構(gòu)分析以及卡路里分析，可以了解油溫及油炸時間對質(zhì)構(gòu)特性及營養(yǎng)特性的影響，為以后相關(guān)研究提供了理論依據(jù)。