響應(yīng)面優(yōu)化超聲波鹵制龜肉工藝

李夢(mèng)倩，吳霆，王家軍，劉日松，章海風(fēng)，魏文志，虞丹丹，曹暉*

(1.揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院·食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000; 2.寶應(yīng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 江蘇 揚(yáng)州 225000; 3.揚(yáng)州茂達(dá)生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000； 4.揚(yáng)州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000)

中華草龜是一種可食用性草龜，又名金線龜、長(zhǎng)壽龜、八卦龜?shù)?。其甲殼用作龜甲膠的中藥原料，而龜肉則成為龜甲膠加工的副產(chǎn)物。龜肉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極其豐富，富含多種人體所必需的脂肪酸和氨基酸，以及鈣、鐵、鋅、硒等多種礦物質(zhì)元素[1]，還具有一定的藥用價(jià)值，對(duì)人體健康十分有益。但中華草龜出肉率較低，龜肉未能得到有效利用，造成了資源浪費(fèi)。

超聲波是一種低能耗、高能量的加工技術(shù)，目前已被應(yīng)用到多種食品加工中。劉慧娟等[2]將超聲波應(yīng)用于提取八角渣的總黃酮，發(fā)現(xiàn)可以提高總黃酮的提取率。Siro I等[3]發(fā)現(xiàn)將超聲波運(yùn)用到肉類加工中，可提高肉類的持水性，改變組織特性。Wan等[4]用不同強(qiáng)度的超聲波對(duì)牛肉進(jìn)行處理，結(jié)果表明其對(duì)牛肉的嫩度有所改善。Pea-Gonzalez等[5]對(duì)不同組的牛肉進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用超聲波處理的牛肉風(fēng)味、色澤以及口感有所改善。本文將超聲波應(yīng)用于龜肉加工中，以期改善龜肉的食用品質(zhì)，開發(fā)即食型鹵制龜肉，為副產(chǎn)品龜肉的充分利用提供了新方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

中華草龜龜肉：購于揚(yáng)州茂達(dá)生態(tài)水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司；食鹽、老抽、生姜、大蔥、八角、辣椒、花椒、料酒等鹵煮調(diào)料：購于揚(yáng)州市永輝超市。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

RC-1000LG五頻超聲波鹵煮鍋 河北仁川科技有限公司;TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀 北京盈盛恒泰科技有限責(zé)任公司；Chroma Meter CR-400色差儀 杭州柯盛行儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 龜肉超聲鹵制工藝流程

鹵料配方：冰糖20 g，花椒10 g，桂皮30 g，八角25 g，香葉15 g，草果10 g，辣椒25 g，老抽60 g，食用鹽110 g，料酒少許，水2 L，熬制成鹵料，使用時(shí)稀釋至17 L。

1.3.2 超聲功率對(duì)鹵制龜肉品質(zhì)的影響

在鹵制時(shí)間90 min、鹵制溫度90 ℃的條件下，以1.3.1的工藝流程將龜肉進(jìn)行鹵制，調(diào)節(jié)超聲功率分別為0，90，120，150，180 W，以鹵制龜肉的質(zhì)構(gòu)、色澤以及感官評(píng)分來對(duì)鹵制龜肉的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.3 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉品質(zhì)的影響

在超聲功率為120 W，鹵制溫度為90 ℃的條件下，以1.3.1的工藝流程將龜肉進(jìn)行鹵制，控制超聲鹵制時(shí)間分別為50，70，90，110，130 min，以鹵制龜肉的質(zhì)構(gòu)、色澤以及感官評(píng)分來對(duì)鹵制龜肉的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.4 超聲溫度對(duì)鹵制龜肉品質(zhì)的影響

在超聲功率為120 W，鹵制時(shí)間為90 min的條件下，以1.3.1的工藝流程將龜肉進(jìn)行鹵制，控制超聲鹵制溫度分別為80，85，90，95，100 ℃，以鹵制龜肉的質(zhì)構(gòu)、色澤以及感官評(píng)分來對(duì)鹵制龜肉的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來選擇各因素的最佳條件，采用Design-Expert 8.0.6軟件，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定鹵制龜肉最佳的工藝條件，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)三因素三水平見表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 The factors and levels of response surface test

1.3.6 質(zhì)構(gòu)分析

將鹵制好的龜肉進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析，龜肉厚度為0.5 cm，使用P50A探頭，測(cè)定參數(shù)：測(cè)試速度60 mm/s，觸發(fā)力0.5 N，形變量60%。

1.3.7 色澤

用手持色差儀對(duì)鹵制龜肉的色澤進(jìn)行測(cè)定。

1.3.8 感官評(píng)價(jià)

選取10名食品專業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的人員，男女各5名，根據(jù)GB/T 22210-2008《肉與肉制品感官評(píng)定規(guī)范》[6]中的要求進(jìn)行感官評(píng)分。從口感、氣味、滋味以及色澤4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory scoring criteria

續(xù) 表

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)平行，采用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析，采用SPSS 16.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來表示，用Excel 2010軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉品質(zhì)的影響

2.1.1 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉質(zhì)構(gòu)的影響

表3 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effect of ultrasonic power on the texture of marinated turtle meat

由表3可知，隨著超聲波功率逐漸增加，鹵制龜肉的硬度和咀嚼性顯著降低(P<0.05),硬度在超聲波功率90 W和150 W之間差異顯著(P<0.05)，咀嚼性在超聲波功率為90，120，150 W時(shí)差異不顯著(P>0.05)。彈性在超聲波功率達(dá)到150 W時(shí)與90 W相比顯著升高(P<0.05)，在超聲波功率120 W和180 W之間差異不顯著(P>0.05)。超聲波處理會(huì)對(duì)肌肉組織的完整性有所破壞，改變?nèi)庵破返慕Y(jié)構(gòu)組織，使肌肉纖維的斷裂增加，間距變大，從而降低其硬度和咀嚼性，使得嫩度增加[7]。綜上所述，超聲鹵制龜肉的超聲波功率應(yīng)選擇120～180 W。

2.1.2 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉色澤的影響

表4 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉色澤的影響Table 4 Effect of ultrasonic power on the color of marinated turtle meat

由表4可知，不同超聲波功率對(duì)鹵制龜肉的色澤變化有影響，L*值在超聲波功率為0 W和120 W時(shí)顯著降低(P<0.05)。當(dāng)超聲波功率達(dá)到150 W時(shí)，與0 W時(shí)的龜肉相比，a*值有顯著差異(P<0.05)。經(jīng)超聲波處理的鹵制龜肉，顏色的改變可能是由于超聲波的空化效應(yīng)促使鹵汁中的顏色向龜肉中滲透[8]，從而使得鹵制龜肉的L*值降低，加快了鹵制龜肉著色。隨著鹵制湯料的滲入，鹵制龜肉的a*值升高。綜上所述，超聲鹵制龜肉的超聲波功率應(yīng)選擇120～180 W。

2.1.3 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響

圖1 超聲波功率對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of ultrasonic power on the sensory score of marinated turtle meat

由圖1可知，隨著超聲波功率增加，感官評(píng)分在超聲波功率0～150 W時(shí)不斷上升，在超聲功率為150 W時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高分87分。經(jīng)超聲處理的鹵制龜肉，硬度降低，富有彈性，鹵煮香味更濃郁，這與鹵制龜肉的質(zhì)構(gòu)結(jié)果一致。但超聲功率超過150 W時(shí)，鹵制龜肉的鹵料味過于濃郁，掩蓋了龜肉本身的味道，感官評(píng)分有所下降。因此，超聲鹵制龜肉的超聲波功率應(yīng)選擇120～180 W。

2.2 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉品質(zhì)的影響

2.2.1 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉質(zhì)構(gòu)的影響

表5 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉質(zhì)構(gòu)的影響Table 5 Effect of ultrasonic time on the texture of marinated turtle meat

由表5可知，不同超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉的質(zhì)構(gòu)有影響。鹵制龜肉的硬度和咀嚼性隨著超聲時(shí)間的增加而逐漸下降。超聲時(shí)間為110 min時(shí)鹵制龜肉的硬度和咀嚼性與超聲時(shí)間50，70，90 min相比顯著降低(P<0.05)，內(nèi)聚性在超聲時(shí)間為50 min和110 min時(shí)有顯著性差異(P<0.05)。這是由于隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，超聲波的空化效應(yīng)對(duì)龜肉的肌肉纖維破壞力增大，使得鹵制龜肉的硬度降低，這與龍錦鵬等[9]的研究結(jié)果一致。綜上可知，超聲鹵制龜肉的鹵制時(shí)間應(yīng)選擇90～130 min。

2.2.2 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉色澤的影響

表6 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉色澤的影響Table 6 Effect of ultrasonic time on the color of marinated turtle meat

續(xù) 表

由表6可知，隨著超聲時(shí)間(50～110 min)的延長(zhǎng)，鹵制龜肉的L*、a*、b*值都在逐漸降低，超聲時(shí)間為50，70，90，110 min時(shí)，鹵制龜肉的L*值顯著降低(P<0.05)。超聲時(shí)間達(dá)到130 min時(shí)，與110 min的鹵制龜肉相比，L*值沒有顯著降低(P>0.05)。鹵制時(shí)間在50 min和70 min、110 min和130 min的龜肉a*值差異不顯著(P>0.05)。隨著超聲鹵煮時(shí)間的延長(zhǎng)，超聲波的空化效應(yīng)作用隨之延長(zhǎng)，導(dǎo)致更多鹵汁滲入龜肉內(nèi)部，從而使得L*值顯著下降。Zou Yunhe等同樣發(fā)現(xiàn)隨著超聲時(shí)間增加，五香牛肉的L*值降低。同時(shí)超聲波的空化效應(yīng)會(huì)誘導(dǎo)水分子裂解形成氧化性自由基，導(dǎo)致龜肉的肌紅蛋白氧化，從而使得a*值顯著下降[10]。綜上可知，超聲鹵制龜肉的鹵制時(shí)間應(yīng)選擇90～130 min。

2.2.3 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響

圖2 超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of ultrasonic time on the sensory score of marinated turtle meat

由圖2可知，鹵制龜肉的感官評(píng)分隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)先升高，在超聲時(shí)間達(dá)到110 min時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高，此時(shí)鹵制龜肉的口感富有彈性，有嚼勁，香味濃郁，隨后感官評(píng)分有所下降。隨著鹵制時(shí)間的延長(zhǎng)，龜肉的鹵料味更加濃郁，掩蓋了龜肉本身的香味，導(dǎo)致龜肉外部顏色加深，色澤分布不均。因此，超聲鹵制龜肉的鹵制時(shí)間應(yīng)選擇90～130 min。

2.3 溫度對(duì)鹵制龜肉品質(zhì)的影響

2.3.1 溫度對(duì)鹵制龜肉質(zhì)構(gòu)的影響

表7 溫度對(duì)鹵制龜肉質(zhì)構(gòu)的影響Table 7 Effect of temperature on the texture of marinated turtle meat

由表7可知，隨著溫度的上升，鹵制龜肉的硬度不斷下降。當(dāng)溫度升至90 ℃時(shí)，鹵制龜肉的硬度降至50.85 N，與80，85 ℃時(shí)的龜肉相比硬度顯著降低(P<0.05)。鹵制溫度改變對(duì)龜肉的彈性無顯著性影響(P>0.05)。內(nèi)聚性從0.47 Ratio升至0.58 Ratio，在溫度為90 ℃時(shí)，與80 ℃時(shí)的內(nèi)聚性差異顯著(P<0.05)。咀嚼性在95 ℃時(shí)降至最低，可見溫度的高低對(duì)龜肉的咀嚼性有影響。超聲處理時(shí)由于其產(chǎn)生的機(jī)械波在振蕩中會(huì)產(chǎn)生熱能，產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫會(huì)加快肉類成熟[11]，體系溫度過高反而會(huì)使龜肉肉質(zhì)變老，咀嚼性升高。綜上可知，超聲鹵制龜肉溫度應(yīng)選擇85～95 ℃。

2.3.2 溫度對(duì)鹵制龜肉色澤的影響

表8 溫度對(duì)鹵制龜肉色澤的影響Table 8 Effect of temperature on the color of marinated turtle meat

由表8可知，隨著鹵制溫度上升，鹵制龜肉的L*、b*值無顯著差異(P>0.05)，而a*值在達(dá)到90 ℃時(shí)，與80，85 ℃相比，出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)。這是由于超聲波在水中的空化效應(yīng)導(dǎo)致水分子裂解，形成的瞬時(shí)高溫促進(jìn)鹵汁中的顏色向龜肉內(nèi)部轉(zhuǎn)移，從而使a*值顯著升高。綜上可知，超聲鹵制龜肉溫度應(yīng)選擇85～95 ℃。

2.3.3 溫度對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響

圖3 溫度對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of temperature on the sensory score of marinated turtle meat

由圖3可知，當(dāng)溫度升高至90 ℃時(shí)，鹵制龜肉的感官評(píng)分達(dá)到最高值86分，隨著溫度繼續(xù)升高，感官評(píng)分下降，溫度的升高使鹵制龜肉的肉質(zhì)逐漸變老，咀嚼性升高，鹵料味加重，從而導(dǎo)致感官評(píng)分下降，與質(zhì)構(gòu)結(jié)果一致。因此，超聲鹵制龜肉溫度應(yīng)選擇85～95 ℃。

2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.6軟件，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理，以A超聲波功率(W)、B超聲時(shí)間(min)以及C溫度(℃)為自變量，以感官評(píng)分為響應(yīng)值設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組合及優(yōu)化結(jié)果見表9。感官評(píng)分的回歸方程方差分析結(jié)果見表10。

表9 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 9 The response surface test design scheme and test results

續(xù) 表

表10 感官評(píng)分的回歸方程方差分析結(jié)果Table 10 The results of regression equation variance analysis for sensory scores

2.4.1 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件，對(duì)感官評(píng)分結(jié)果進(jìn)行分析后，得到的二次多項(xiàng)回歸方程為：感官評(píng)分=88.38+0.38A+0.25B+0.35C-0.23AB-0.025AC+0.32BC-1.43A2-1.63B2-1.98C2?？偰Ｐ头匠虡O顯著(P<0.0001)，擬合系數(shù)R2=0.9900，校正相關(guān)系數(shù)為0.9773。說明該模型擬合度很好，可信度較高。實(shí)驗(yàn)因素A超聲波功率和C溫度對(duì)感官評(píng)分的影響極顯著(P<0.01)，實(shí)驗(yàn)因素B超聲時(shí)間對(duì)感官評(píng)分的影響差異顯著(P<0.05)。根據(jù)F值可以判斷各因素對(duì)感官評(píng)分影響的大小：A超聲波功率>C溫度>B超聲時(shí)間。在交互因素中只有BC(超聲時(shí)間和溫度)對(duì)感官評(píng)分有顯著差異(P<0.05)。在二次項(xiàng)中均呈現(xiàn)差異極其顯著，擬合方程中二項(xiàng)系數(shù)均為負(fù)值，說明該方程有最大值。

2.4.2 各因素交互作用分析

圖4 超聲波功率和超聲時(shí)間對(duì)鹵制龜肉感官 評(píng)分影響的響應(yīng)曲面Fig.4 Response surface of the influence of ultrasonic power and ultrasonic time on the sensory score of marinated turtle meat

圖5 超聲波功率和溫度對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的響應(yīng)曲面Fig.5 Response surface of ultrasonic power and temperature on the sensory score of marinated turtle meat

圖6 超聲時(shí)間和溫度對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分影響的響應(yīng)曲面Fig.6 Response surface of the influence of ultrasonic time and temperature on the sensory score of marinated turtle meat

由圖4～圖6可知各因素的交互作用對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響，三維曲面圖中的弧度越大，則說明其對(duì)感官評(píng)分的影響越大[12]。圖6中的曲面弧度最大，即因素B超聲時(shí)間和C溫度的交互作用對(duì)鹵制龜肉感官評(píng)分的影響最大，其次是交互因素A超聲波功率和B超聲時(shí)間，影響最小的是交互因素A超聲波功率和C溫度，此結(jié)果與擬合方程方差分析結(jié)果一致。

根據(jù)Design-Expert 8.0.6軟件分析，得出最佳工藝條件為：超聲波功率153.73 W，超聲時(shí)間111.55 min，溫度90.47 ℃，在此條件下預(yù)測(cè)感官得分為88.43分。

2.4.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)工藝實(shí)際的可操作性，對(duì)最佳工藝的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：超聲波功率150 W，超聲時(shí)間110 min，溫度90 ℃，進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到感官評(píng)分的平均值為88.1分，與預(yù)測(cè)值接近，說明該模型可靠，可用于鹵制龜肉的工藝優(yōu)化。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)探究不同超聲波功率、超聲時(shí)間以及溫度對(duì)鹵制龜肉的質(zhì)構(gòu)分析、色澤和感官評(píng)分的影響。以感官評(píng)分為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面對(duì)鹵制龜肉的工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到的二次多項(xiàng)回歸方程為：感官評(píng)分=88.38+0.38A+0.25B+0.35C-0.23AB-0.025AC+0.32BC-1.43A2-1.63B2-1.98C2。發(fā)現(xiàn)各因素對(duì)感官評(píng)分影響的大小關(guān)系為：A超聲波功率>C溫度>B超聲時(shí)間，得出最佳工藝為：超聲波功率150 W，超聲時(shí)間110 min，溫度90 ℃，此時(shí)感官評(píng)分為88.1分。該模型能較好地應(yīng)用于鹵制龜肉的工藝優(yōu)化，采用該工藝鹵制龜肉，不僅能提高龜肉的感官，為今后龜肉生產(chǎn)提供新工藝，還能夠滿足不同消費(fèi)者的需求，同時(shí)避免資源浪費(fèi)。