響應面法優(yōu)化花椒葉復合調(diào)味料配方的研究

安文杰，盧利平，2，雷佳欣，陳業(yè)智

（1. 西北民族大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州 730030；2. 西北民族大學生物醫(yī)學研究中心中國馬來西亞國家聯(lián)合實驗室，甘肅蘭州 730030）

花椒（Zanthoxylum bungeanum） 系蕓香科、花椒屬，在我國北方是著名的香料和油料樹種[1]。成熟干燥的花椒果皮經(jīng)常被人們用作食品香料，因其所具有的獨特的“麻味”而深受人們喜愛，被譽為“八大味”之一[2]?；ń啡~作為花椒的主要副產(chǎn)物，具有特殊的麻香風味[3]和豐富營養(yǎng)，是一種很好的香辛調(diào)味品[4]，還可以制作椒茶[5]?；ń愤€具有一定的藥用價值[6]，并且花椒葉中富含黃酮類化合物、多酚[7]、糖苷[8]、芳香油等活性成分[9-10]，具有抗菌[11-13]、抗氧化[14-18]、抗癌[19-20]、降血脂[21]、止痛、抗衰老、降血壓等藥用價值[22-23]，芳香油也可以提取出來作為混合食品精華的原料。目前，花椒葉的研究主要集中在生物活性上，國內(nèi)外關于花椒葉揮發(fā)性成分的報道很多，但對花椒葉中的麻香物質(zhì)的研究較少[24-27]。

考慮到甘肅省以花椒為主要產(chǎn)業(yè)，在貧困山區(qū)減貧、精確減貧，播種面積逐漸擴大，受到了國內(nèi)外的好評。然而，花椒葉的年產(chǎn)量卻遠高于花椒的果皮，但花椒生產(chǎn)商更重視花椒產(chǎn)品的收集和加工，忽視了花椒葉的開發(fā)和綜合分析利用。因此，在試驗中，單因素試驗和響應面優(yōu)化試驗被用于選擇花椒葉粉、精制食鹽、花椒粉和胡椒粉的量作為響應面優(yōu)化因子的單因素變量，并將花椒葉復合調(diào)味料的感官評價優(yōu)化花椒葉復合調(diào)味料配方的評價指標，為花椒葉作為一種新的食品資源和調(diào)味品提供了理論依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

花椒葉（大紅袍花椒葉），2020年5 月采摘自甘肅甘谷縣大象山鎮(zhèn)；精鹽、胡椒粉、八角粉、白砂糖，購自蘭州福潤德超市；胡椒粉、辣椒粉、白芝麻粉，沈陽茂匯食品有限公司提供；香蔥粉、大蒜粉、生姜粉、香精，江蘇味品惠食品有限公司提供。

AR224CN 型電子分析天平，奧豪斯儀器（常州）有限公司產(chǎn)品；WJX-200 型高速多功能粉碎機，上海緣沃工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；DEBAO 型烤箱，廣州白云珠江廚房設備廠產(chǎn)品；DHG-9420A 型電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

大紅袍花椒葉干燥→粉碎過篩→按配方稱料→混合均勻→成品。

1.2.2 原料處理

洗凈新鮮摘取的花椒葉，除去葉柄，自然晾干，在60 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，即得干燥的花椒葉。粉碎花椒葉并過80 目篩，將處理好的花椒葉粉放入封口袋中密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 混合均勻

按照配方將各配料混合均勻，將處理好的復合調(diào)味料放入封口袋中密封保存使用。

1.3 單因素試驗設計

制作100 g 花椒葉復合調(diào)味料，各配料添加量為白砂糖8%，白芝麻粉5%，香蔥粉5%，大蒜粉5%，生姜粉3%，八角粉3%，香精3%，在此基礎上研究花椒葉粉添加量、精鹽添加量、辣椒粉添加量、胡椒粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響，不足或盈余時以白砂糖補充或扣除。

1.3.1 花椒粉添加量對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的影響

固定精鹽添加量17%，辣椒粉添加量15%，胡椒粉添加量13%，考查不同花椒葉粉添加量（16%，18%，20%，22%，24%） 對復合調(diào)味料品質(zhì)的影響，篩選出了適宜的花椒葉粉。

1.3.2 添加精制鹽對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的影響

固定花椒葉粉添加量20%，辣椒粉添加量15%，胡椒粉添加量13%，考查不同精鹽添加量（13%，15%，17%，19%，21%） 對復合調(diào)味料品質(zhì)的影響，篩選出精鹽的適宜添加量。

1.3.3 添加辣椒粉對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的影響

固定花椒葉粉添加量20%，精鹽添加量19%，胡椒粉添加量13%，考查不同辣椒粉添加量（11%，13%，15%，17%，19%） 對復合調(diào)味料品質(zhì)的影響，篩選出辣椒粉的適宜添加量。

1.3.4 添加胡椒粉對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的影響

固定花椒葉粉添加量20%，精鹽添加量19%，辣椒粉添加量15%，考查不同胡椒粉添加量（9%，11%，13%，15%，17%） 對復合調(diào)味料品質(zhì)的影響，篩選出胡椒粉適宜添加量。

1.4 響應面優(yōu)化設計

在單因素試驗的基礎上，按照Box-behnken 設計原理工藝優(yōu)化選取花椒葉粉添加量（A）、精鹽添加量（B）、辣椒粉添加量（C）、胡椒粉添加量（D）4 個因素作為特征值，以感官品質(zhì)評價為響應值，設計四因素三水平響應面試驗。

響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素與水平設計/%

1.5 感官品質(zhì)評價方法

1.5.1 調(diào)理食品的加工工藝流程

原料預處理→整形→調(diào)味與配料→腌制→擺盤→烘烤→感官評定。

1.5.2 調(diào)理后的烤肉感官評價

將雞腿肉切成1 cm×0.5 cm×0.5 cm（長×寬×厚） 的塊狀雞腿肉，經(jīng)花椒葉復合調(diào)味料腌制后用烤箱進行烤制。

由10 人組成感官品質(zhì)評價小組，從色澤、氣味和滋味3 個方面對腌辣椒葉復合調(diào)味料燒烤制品的感官品質(zhì)進行感官評價，并對各評價人員的平均分數(shù)進行計算，以確定辣椒葉復合調(diào)味料的最佳配方。

感官評價見表2。

表2 感官評價

1.6 數(shù)據(jù)處理

感官評價結(jié)果用Office Excel 數(shù)據(jù)分析軟件進行統(tǒng)計分析，用Design Expert 8.0.6 軟件分析響應面和模型數(shù)據(jù)，用Origin 9.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 花椒葉粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響

花椒葉粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 花椒葉粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，花椒葉粉添加量為16%～20%時，感官評分隨花椒葉粉添加量增加而增加，當花椒葉粉添加量超過20%后，感官評分開始下降。這是由于在一定的花椒葉粉添加量范圍內(nèi)，能夠提高復合調(diào)味料的風味，增加感官評分，但是超過一定的添加量界限，花椒葉粉中的不良氣味就會明顯，使復合調(diào)味料的品質(zhì)下降。因此，選擇花椒葉粉添加量為18%～22%時進行響應面優(yōu)化設計試驗，此時的復合調(diào)味料呈淺綠色，椒麻香氣濃郁，口感風味最佳。

2.1.2 精鹽添加量對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的影響

精鹽添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 精鹽添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，對花椒葉復合調(diào)味料的感官評價隨著精鹽加入總量為15%時開始出現(xiàn)逐漸增加的態(tài)勢，當添加量為19%時，感官評價到達了最高，但隨后又迅速降低。究其原因，精鹽提供了復合調(diào)味料中主要的“咸味”的味道口感，在添加量超過19%之后，風味品質(zhì)變壞，且感官品質(zhì)評分逐漸降低。因此，選擇了精鹽添加量為17%～21%時進行響應面優(yōu)化設計試驗。

2.1.3 辣椒粉添加量對復合調(diào)味料的感官品質(zhì)影響

辣椒粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響見圖3。

由圖3 可知，在一定的辣椒粉添加量范圍內(nèi)，感官評分呈現(xiàn)處先增大后減小的變化趨勢。在辣椒粉添加量為15%時，感官評分有最大值，之后感官評分開始下降。這是由于辣椒粉賦予調(diào)味料良好的的風味口感與色澤，但是辣椒粉過量可能會覆蓋調(diào)味料整體口感，使口味不調(diào)和。因此，選擇辣椒粉添加量為13%～17%時進行響應面優(yōu)化設計試驗。

圖3 辣椒粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響

2.1.4 胡椒粉添加量對復合調(diào)味料的感官品質(zhì)影響

胡椒粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 胡椒粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，胡椒粉添加量為9%～15%時，感官評分隨著胡椒粉添加量的增加而增大，而胡椒粉添加量超過15%之后，感官評分開始出現(xiàn)下降的趨勢。這是由于胡椒粉可以協(xié)同花椒葉粉使復合調(diào)味料具有獨特的椒麻風味。但胡椒粉超過15%后，胡椒粉開始掩蓋花椒葉粉風味，椒麻味開始不調(diào)和。因此，選擇胡椒粉添加量為13%～17%時進行響應面優(yōu)化設計試驗。

2.2 響應面優(yōu)化試驗

2.2.1 響應面優(yōu)化試驗設計結(jié)果

在單因素試驗結(jié)果的基礎上，用Design Expert 8.06 軟件對響應面進行分析，其中25，26，27，28，29 是中心試驗，其余為析因試驗，得到感官評價的擬合回歸方程為：

響應面設計方案及結(jié)果見表3。

表3 響應面設計方案及結(jié)果

2.2.2 響應面優(yōu)化試驗設計分析與優(yōu)化

響應面優(yōu)化方差分析見表4。

由表4 可知，對二次方程進行方差，通過p 值可知，對感官評分影響極顯著的因素為A、AB、CD、A2、B2、C2、D2，說明試驗因素與響應值之間，花椒葉粉添加量、花椒葉粉添加量與精鹽添加量的交互作用、辣椒粉與胡椒粉之間的相互作用對復合調(diào)味料的感官評價有顯著影響。模型的總p 值小于0.0001，差異極其顯著，表明回歸方程模型顯著，不合適項的p 值為0.8824，不顯著，表明模型擬合程度好，變異系數(shù)CV=0.8。該模型的決定系數(shù)R2=0.9903 和R2Adj=0.9807，說明預測值與真實值之間相關性較強，擬合度也較好，試驗誤差較小。綜上所述，此模型可以用于花椒葉粉復合調(diào)味料的進一步分析和預測。通過F 值可得，每個因素對感官評價的影響順序為A>C>D>B，即花椒葉粉添加量>辣椒粉添加量>胡椒粉添加量>精鹽添加量。

表4 響應面優(yōu)化方差分析

2.2.3 響應面優(yōu)化試驗交互作用分析

RSM 圖形可以直觀進行評估花椒葉粉添加量、精鹽添加量、辣椒粉添加量和胡椒粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響。

花椒葉粉與精鹽相互作用對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的響應面圖和輪廓圖見圖5，花椒葉粉和辣椒粉對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的響應面圖和交互等值線圖見圖6，花椒葉粉與胡椒粉對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的響應面圖和交互等值線圖見圖7，復合調(diào)味品感官品質(zhì)的精鹽與辣椒粉之間的響應面圖和交互等值線圖見圖8，復合調(diào)味品感官品質(zhì)的精鹽與胡椒粉之間的響應面圖和交互等值線圖見圖9，復合調(diào)味品感官品質(zhì)的辣椒粉與胡椒粉之間的響應面圖和交互等值線圖見圖10。

圖5 花椒葉粉與精鹽相互作用對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的響應面圖和輪廓圖

圖6 花椒葉粉和辣椒粉對復合調(diào)味品感官品質(zhì)的響應面圖和交互等值線圖

圖7 花椒葉粉與胡椒粉對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的響應面圖和交互等值線圖

圖8 復合調(diào)味品感官質(zhì)量的精鹽與辣椒粉之間的響應面圖和交互等值線圖

圖9 復合調(diào)味品感官質(zhì)量的精鹽與胡椒粉之間的響應面圖和交互等值線圖

交互效應的強弱趨向可以被響應面坡度陡峭程度和等高線橢圓形狀反映，交互效應強弱水平可以從投影面的等高線形狀中觀察，曲面傾斜度越大，則該因素對響應值的影響越顯著。對比圖5 ～圖10，花椒葉粉添加量對復合調(diào)味料感官品質(zhì)的影響最大，其次是辣椒粉添加量和胡椒粉添加量，精鹽添加量影響較小。各因素等高線橢圓形狀不明顯（圖5～圖10 中（b）），表明其交互作用不顯著，符合回歸方程的方差分析結(jié)果。

圖10 復合調(diào)味品感官品質(zhì)的辣椒粉與胡椒粉之間的響應面圖和交互等值線圖

用Design Expert 8.0.6 軟件對試驗結(jié)果進行響應面優(yōu)化，花椒葉粉添加量為20.24%，精鹽添加量18.9%，辣椒粉添加量為15.3%，胡椒添加量為14.9%，花椒葉復合調(diào)味料感官評價最高。在以上條件下重復3 次驗證試驗，得到的平均值91.66667 與預測值91.6314 非常接近，相對偏差小于1%，表明該響應面方程比較準確。

驗證試驗結(jié)果見表5。

表5 驗證試驗結(jié)果

3 結(jié)論

通過單因素試驗和響應面優(yōu)化試驗，考查了不同因素對花椒葉復合調(diào)味料的影響產(chǎn)品感官品質(zhì)評分的影響，優(yōu)化了花椒葉復合調(diào)味料的配方。即花椒葉復合調(diào)味料的最優(yōu)配方為白砂糖6.66%，白芝麻粉5%，香蔥粉5%，大蒜粉5%，生姜粉3%，八角粉3%，香精3%的基礎上，花椒葉粉添加量20.24%，精鹽添加量18.9%，辣椒粉添加量15.3%，胡椒粉添加量14.9%。在此配方下，花椒葉復合調(diào)味料呈棕綠色，椒麻香氣濃郁，口感風味最佳。經(jīng)優(yōu)化后，整體模型的p 值<0.0001，差異極顯著；失擬項p值為0.8824，不顯著；變異系數(shù)CV=0.8；該模型的決定系數(shù)R2=0.9903 和R2Adj=0.9807。表明回歸方程模型顯著，預測值與真實值之間相關性較強，該模型的擬合度良好，試驗可操作性較好。該配方可行，為花椒葉作為一種新的食品資源和調(diào)味品提供了理論依據(jù)。