響應(yīng)面法優(yōu)化五香鳳尾魚加工工藝

戴陽(yáng)軍，趙 鵬，韓曜平，劉晶晶，王雪鋒

(常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇常熟215500)

鳳尾魚俗稱“子鱭”、又稱“鱭魚”，是長(zhǎng)江、珠江、閩江等江河口及淡水湖泊中的主要經(jīng)濟(jì)魚類，鳳尾魚季節(jié)產(chǎn)量很高，僅長(zhǎng)江口年產(chǎn)量便達(dá)400～450 萬(wàn)公斤［1］。傳統(tǒng)五香鳳尾魚制作采用高溫油炸工藝，高溫油炸過程中能夠產(chǎn)生多環(huán)芳烴、雜環(huán)胺類化合物和丙烯酰胺等有害物質(zhì)，影響食用者的健康［2-4］。陳穗、何松將HACCP 應(yīng)用于鳳尾魚罐頭的生產(chǎn)，分析生產(chǎn)過程中每個(gè)環(huán)節(jié)的潛在危害，確定影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(diǎn)，并針對(duì)每個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)制定出相應(yīng)的預(yù)防措施［5］。姚勇芳、梁雪平等學(xué)者利用蒸煮袋包裝，既節(jié)省能源又有利于內(nèi)容物色、香、味的保存［6］。岑琦瓊、張燕平等學(xué)者利用微波對(duì)水產(chǎn)品干燥研究，并取得技術(shù)上的突破［7］。利用微波熟化工藝技術(shù)制作五香鳳尾魚，既能夠保持傳統(tǒng)鳳尾魚食品的質(zhì)感和口味，又符合現(xiàn)代科學(xué)飲食需要，市場(chǎng)前景廣闊。響應(yīng)面法(Response Surface Methodology)是利用合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，采用多元二次回歸方程擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過對(duì)回歸方程的分析優(yōu)化工藝參數(shù)，預(yù)測(cè)響應(yīng)值的一種統(tǒng)計(jì)方法［8-11］。本實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法對(duì)五香鳳尾魚的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期為五香鳳尾魚采用微波熟化的技術(shù)走向工業(yè)化提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鳳尾魚(冷凍)，雞精，精鹽，蔥姜粉，味特鮮，五香粉，胡椒粉，土豆淀粉，白糖，黃酒，麥芽糖 均符合國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

KW-5 微波干燥機(jī) 上海隆譽(yù)微波設(shè)備有限公司;DZ-400/2ES 真空包裝機(jī) 華聯(lián)機(jī)械集團(tuán)有限公司;HHT4-YX-280 不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌鍋 北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司;LP502B 電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司;TA.XT plus 食品物性測(cè)定儀 英國(guó)Stable Micro System 公司;C21-ST2106 電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司;KA-6189 真空腌味機(jī) 深圳市瑞豐電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 用鹽量對(duì)即食鳳尾魚品質(zhì)的影響 選取鹽的添加量分別為1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%(以鳳尾魚100g 計(jì))，其它工藝參數(shù)條件不變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察鹽漬對(duì)五香鳳尾魚感官的變化。

1.2.2.2 不同配方比例的調(diào)味料對(duì)鳳尾魚口感的影響 經(jīng)過多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，初步設(shè)定調(diào)味液配方為:糖漿、五香粉、花椒、白砂糖、胡椒粉、土豆淀粉、蔥姜粉、雞精、黃酒。調(diào)節(jié)各配料的用量，考察其對(duì)鳳尾魚口感、色澤、組織形態(tài)的影響。固定配方中黃酒3%，雞精1%，其它各配料用量設(shè)定值如下:糖漿:5%、10%、15%、20%;五香粉:3%、4%、5%、6%，胡椒粉:3%、4%、5%、6%;土豆淀粉:9%、10%、11%、12%;白糖:3%、4%、5%、6%;蔥姜粉:0.1%、0.2%、0.3%、0.4%;花椒:1%、1.5%、2%、2.5%。

1.2.2.3 不同真空調(diào)味時(shí)間對(duì)五香鳳尾魚口感的影響 以2.5%的鹽、1%的雞精、5%的五香粉、10%的糖漿、4%的胡椒粉、10%的土豆粉、5%的白糖、0.2%的蔥姜粉、1.5%的花椒，分別真空腌制15、20、25、30、35min，微波功率3kW，熟化時(shí)間為12min，熟化密度為120g/dm2。

1.2.2.4 微波功率對(duì)即食鳳尾魚品質(zhì)的影響 選取微波功率分別為1、2、3、4、5kW，其它工藝參數(shù)條件不變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察鳳尾魚片口感的變化，選擇適當(dāng)?shù)奈⒉ㄊ旎β省?/p>

1.2.2.5 熟化時(shí)間對(duì)即食鳳尾魚品質(zhì)的影響 選取微波熟化時(shí)間分別為8、10、12、14、16min，其它工藝參數(shù)條件不變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察五香鳳尾魚片口感的變化，選擇適當(dāng)?shù)奈⒉ㄊ旎瘯r(shí)間。

1.2.2.6 熟化密度對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響 選取鳳尾魚的質(zhì)量分別為80、100、120、140、160g(以10平方分米熟化面積計(jì))，其它工藝參數(shù)條件不變進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察五香鳳尾魚品質(zhì)的變化，選擇適當(dāng)?shù)氖旎芏取?/p>

1.2.3 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)工藝配比 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微波熟化功率、熟化時(shí)間、熟化的密度這三個(gè)因素對(duì)鳳尾魚片的口感、色澤影響最為顯著。實(shí)驗(yàn)以這三個(gè)因素為自變因素，以硬度(Y1)，感官綜合評(píng)分(Y2)為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)如表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels in response surface design

1.2.4 數(shù)據(jù)處理方法 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用Design-Expert 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用Box-Behnken 設(shè)計(jì)，選取功率、時(shí)間、密度3 個(gè)影響因素，采用3 因素3 水平的響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方法。其中3 個(gè)因素分別用x1、x2、x3表示，并用+1、0、-1 分別代表變量的水平，按方程Xi=(xi-x0)/ΔX 對(duì)自變量進(jìn)行編碼。式中:Xi 為變量的編碼值;ΔX 為變量的變化步長(zhǎng);硬度(Y1)、感官綜合評(píng)分(Y2)為考察指標(biāo)。最后對(duì)模型進(jìn)行方差分析，得出最佳的工藝參數(shù)。建立響應(yīng)曲面回歸模型，并進(jìn)而尋求最優(yōu)化響應(yīng)因子水平。

1.3 指標(biāo)及其測(cè)定方法

1.3.1 彈性與硬度的測(cè)定方法 取五香鳳尾魚樣品中質(zhì)地較為均勻、厚度相差不大的部位，裁剪成20mm ×20mm 的大小。將樣品放置于測(cè)試平臺(tái)中間，并位于探頭正下方，在剪切實(shí)驗(yàn)中，刀具垂直于魚肉纖維的方向進(jìn)行測(cè)試［12］。舍棄峰值(魚骨硬度)，選擇3.5s 觸發(fā)的力值作為魚肉的硬度。每一樣品至少測(cè)試三次，取多次測(cè)量的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

測(cè)試條件:操作:返回開始;實(shí)驗(yàn)前速:1.0mm/s;實(shí)驗(yàn)速度:1.0mm/s;返回速度:10.0mm/s;測(cè)試距離:95%;感應(yīng)力:5g;數(shù)據(jù)獲取點(diǎn)數(shù):200pps。

1.3.2 感官評(píng)定方法［13-16］評(píng)分小組由15 位(其中男性8 名、女性7 名，平均年齡35 周歲)受過感官檢驗(yàn)訓(xùn)練的食品專業(yè)人士組成，采用100 分評(píng)定方法，由評(píng)分小組打出分值，再取其平均值。取適量鳳尾魚片于餐盤中，溫水漱口后品嘗，以確定其質(zhì)地、滋味和組織狀態(tài)。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2 所示。

表2 鳳尾魚片的感官評(píng)分細(xì)則Table 2 Sensory score rule of the anchovy fillets

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 用鹽量對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響 如圖1 顯示，當(dāng)添加2.5%精鹽時(shí)感官評(píng)分最高，故選擇2.5%的精鹽添加量。

圖1 鹽量對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響Fig.1 The influence of spiced anchovies quality by adding different amount of salt

2.1.2 不同配方比例的調(diào)味料對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響 由圖2 可以看出，糖漿、五香粉、胡椒粉、土豆淀粉、白糖、蔥姜粉、花椒隨其百分含量的增加，其感官評(píng)分都呈現(xiàn)先升后降，當(dāng)五香粉、胡椒粉、白糖用量為5%，糖漿、土豆淀粉用量為10%，蔥姜粉0.2%，花椒2%時(shí)，其感官綜合指標(biāo)處于最優(yōu)，感官分值最高。

圖2 不同配方比例的調(diào)味料對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響Fig.2 The influence of spiced anchovies quality by the different favoring formula

2.1.3 不同真空調(diào)味時(shí)間對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響 由圖3 可以看出，當(dāng)真空調(diào)味時(shí)間在20min 時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高。

圖3 不同真空調(diào)味時(shí)間對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響Fig.3 The influence of spiced anchovies quality by different vacuum flavoring time

2.1.4 微波功率對(duì)五香食鳳尾魚品質(zhì)的影響 如圖4 顯示，在微波功率3kW 的條件下，五香鳳尾魚口感和色澤均達(dá)到最佳狀態(tài)。

圖4 微波功率對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響Fig.4 The influence of spiced anchovies quality by different microwave power

2.1.5 熟化時(shí)間對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響 如圖5顯示，在熟化時(shí)間為12min 時(shí)感官評(píng)分最高，且五香鳳尾魚軟硬適中，咀嚼有勁道;8、10min 熟化時(shí)間偏少，水分未完全去除;16min 熟化時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致魚體水分散失過度而口感變差。

圖5 熟化時(shí)間對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響Fig.5 The influence of spiced anchovies quality by different microwave heating time

2.1.6 熟化密度對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響 如圖6顯示，在熟化密度為120g/dm2條件下，鳳尾魚片軟硬適中，咀嚼性較好;80、100g/dm2的熟化密度偏小，導(dǎo)致吸收的微波能量過多，鳳尾魚體太干;140、160g/dm2的熟化密度偏大，單位質(zhì)量的鳳尾魚體吸收微波的能量偏少，導(dǎo)致魚片硬度不夠。

圖6 熟化密度對(duì)五香鳳尾魚品質(zhì)的影響Fig.6 The influence of spiced anchovies quality by different microwave heating density

2.2 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析［17-18］

2.2.1 二次模型方程的建立 經(jīng)過Design-Expert 的數(shù)據(jù)處理，建立響應(yīng)曲面回歸模型，并進(jìn)而尋求最優(yōu)化響應(yīng)因子水平。經(jīng)整理，所得鳳尾魚片的硬度和感官評(píng)分的響應(yīng)值如表3 所示，方差分析見表4。

從表4 可知，Y1模型上的F 值大小判斷三因素對(duì)響應(yīng)值的影響為:一次項(xiàng)＞二次項(xiàng)＞交互項(xiàng)，由p值的大小可判斷一次項(xiàng)極顯著;根據(jù)Y2模型上F 值大小，判斷三因素對(duì)響應(yīng)值的影響為:二次項(xiàng)＞一次項(xiàng)＞交互項(xiàng)，p 值的大小可看出二次項(xiàng)極顯著，交互項(xiàng)的影響極弱。由回歸p 值看出，Y1模型顯著，Y2模型極顯著，用Y1、Y2模型代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析是可行的。Y1、Y2模型的回歸方程分別是:

2.2.2 各因素之間的相互作用 用Design- Expert.8.05軟件做出響應(yīng)曲面圖，結(jié)果如圖7～圖8。

表3 Box-Behnken 設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Box-Behnken design scheme and test results

表4 回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表Table 4 Regression coefficient significance test table

由圖7 可知，當(dāng)鳳尾魚的熟化密度為120g/dm2時(shí)，響應(yīng)面坡度較平，而時(shí)間的上升過程，硬度變化不大，功率增大的過程中，硬度變化明顯，因此功率的影響較為明顯，其交互作用明顯;當(dāng)熟化時(shí)間為10min 時(shí)，響應(yīng)面坡度較陡，而密度的上升過程，硬度先變大后變小，功率增大的過程中，硬度先變大后緩慢減小，因此密度的影響較為明顯，其交互作用不明顯;當(dāng)熟化功率為3kW 時(shí)，響應(yīng)面坡度較平，而時(shí)間的上升過程，硬度變化不大，密度增大的過程中，硬度先增大后減小，因此密度的影響較為明顯，其交互作用不明顯。

由圖8 可知，當(dāng)熟化密度為120g/dm2時(shí)，響應(yīng)面坡度較平，而時(shí)間的上升過程，感官評(píng)分變化不大，功率增大的過程中，感官評(píng)分先增大后減小，因此功率的影響較為明顯，其交互作用不明顯;當(dāng)熟化時(shí)間為10min 時(shí)，響應(yīng)面坡度較平，而密度的上升過程，感官評(píng)分先增大后減小，功率增大的過程中，感官評(píng)分先增大后減小，其交互作用不明顯;當(dāng)熟化功率為3kW 時(shí)，響應(yīng)面坡度較平，而密度的上升過程，感官評(píng)分先增大后減小，時(shí)間增大的過程中，感官評(píng)分先增大后緩慢減小，其交互作用不明顯。

圖7 各因素對(duì)鳳尾魚片硬度影響的響應(yīng)曲面圖Fig.7 Graphs of factors on the anchovy fillets hardness

由方差分析結(jié)果(p ＜0.05 為顯著項(xiàng))顯示Y1和Y2滿足顯著性要求。

用Design-Expert 軟件對(duì)感官評(píng)分和硬度同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，目標(biāo)、望目、上限、權(quán)重、重要性如表5 所示。當(dāng)x1= 3.05，x2= 12.00，x3= 119.91 時(shí)，可得硬度1570.35g、感官評(píng)分93.248 的最佳條件。

結(jié)合實(shí)際操作條件，最終優(yōu)化的微波熟化工藝參數(shù)為:微波功率為3kW，熟化時(shí)間為12min，熟化密度120g/dm2。再采用該最佳工藝條件進(jìn)行剪切及感官實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，平行3 次實(shí)驗(yàn)取平均值，得到硬度為1538.45g、感官評(píng)分為94.5 分，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符，硬度誤差為2.03%，感官評(píng)分誤差為1.24%。說明優(yōu)化后的回歸方程Y1、Y2模型可以用于實(shí)踐。

3 結(jié)論

本研究以單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以五香鳳尾魚的品質(zhì)感官評(píng)分和硬度為響應(yīng)值，以微波熟化功率、熟化時(shí)間、熟化密度為影響因素進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)該模型進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)，優(yōu)化了內(nèi)在因素水平，探討了各因素間的交互作用分析，并且根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，得出最佳工藝條件:精鹽2.5%，雞精1%，五香粉5%，胡椒粉5%，土豆淀粉10%，白糖5%，糖漿10%，蔥姜粉0.2%，黃酒3%、微波功率3kW，真空調(diào)味時(shí)間20min、花椒粉2%、熟化時(shí)間12min、熟化密度120g/dm2。在該實(shí)驗(yàn)條件下，五香鳳尾魚的品質(zhì)感官評(píng)分為94.5 分，硬度為1538.45g。該研究對(duì)于淡水魚制品微波熟化的研發(fā)提供參考，具有一定的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用前景。

表5 響應(yīng)值優(yōu)化設(shè)置Table 5 Response value optimizer settings

圖8 各因素對(duì)鳳尾魚感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖Fig.8 Graphs of various factors on anchovy sensory score

［1］楊巧莉.中國(guó)鱭屬魚類進(jìn)化關(guān)系及刀鱭、鳳鱭的分子系統(tǒng)地理學(xué)研究［D］.青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2012.

［2］危貴茂，徐靈.食品在加工過程中形成的有害化合物的污染及預(yù)防［J］.肉類工業(yè)，2009(10):42-45.

［3］金華麗，谷克仁.油炸食品安全性分析及危害預(yù)防［J］.中國(guó)油脂，2010 (9):74-77.

［4］徐琦.水產(chǎn)品加熱過程中12 種雜環(huán)胺類化合物的變化規(guī)律研究［D］.青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2012.

［5］陳穗，何松.HACCP 在廣東鳳尾魚罐頭生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工:學(xué)刊，2008(11):78-80.

［6］姚勇芳，梁雪平，莫慧平，等.鳳尾魚軟罐頭加工工藝設(shè)計(jì)［J］.肉類工業(yè)，2003(11):7-8.

［7］岑琦瓊，張燕平，戴志遠(yuǎn)，等.水產(chǎn)品加工干燥技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.食品研究與開發(fā)，2011(11):156-160.

［8］Jianlong Wang，Wei Wan. Optimization of fermentative hydrogen production process using genetic algorithm based on neural network and response surface methodology［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2009 (34):255-261.

［9］Dianhui Luo.Optimization of total polysaccharide extraction from Dioscorea nipponica Makino using response surface methodology and uniform design［J］.Carbohydrate Polymers，2012(90):284-288.

［10］Iqbal A A，Khan A A.Modeling and Analysis of MRR，EWR and Surface Roughness in EDM Milling through Response Surface Methodology［J］.American Journal of Engineering and Applied Sciences，2010(3):611-619.

［11］劉晶晶，周紅笛，王雪鋒，等.響應(yīng)面法優(yōu)化調(diào)味魚干片的加工工藝［J］.食品工業(yè)，2011(1):78-81.

［12］孫彩玲，田紀(jì)春，張永祥.TPA 質(zhì)構(gòu)分析模式在食品研究中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007(1):2-8.

［13］張愛霞，生慶海.食品感官評(píng)定的要素組成分析［J］.中國(guó)乳品工業(yè)，2006(12):51-53.

［14］王振斌，王世清，馬曉珂.模糊綜合評(píng)判在食品感官評(píng)定中的應(yīng)用［J］.萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002 (1):41-43.

［15］Takahashi T，Kawano A，Ogoshi H.Viscoelastic Behavior and Sensory Evaluation of Thickening Sol-Style Foods Prepared with the Use of Thickening Agents Made of Mixed Starch -Guar Gum［J］.Nihon Reoroji Gakkaishi，2005(33):87-92.

［16］McNeill L，Bernard K，MacLeod M G.Food intake，growth rate，food conversion and food choice in broilers fed on diets high in rapeseed meal and pea meal，with observations on sensory evaluation of the resulting poultry meat［J］. British poultry science，2004(45):519-523.

［17］Baogang Zhang，Jing Zhang，Qi Yang，et al.Investigation and optimization of the novel UASB – MFC integrated system for sulfate removal and bioelectricity generation using the response surface methodology (RSM)［J］.Bioresource Technology，2012(124):1-7.

［18］王金璽，包振偉，劉笑，等.響應(yīng)曲面法優(yōu)化平菇多糖提取工藝［J］.中國(guó)釀造，2013(4):108-112.