響應(yīng)面法優(yōu)化棕櫚油基花椒調(diào)味油的生產(chǎn)工藝及其貯藏穩(wěn)定性研究

彭彰智，彭超，潘軍輝*，胡明明,3，張國文

(1.昆明學(xué)院，昆明 650201；2.南昌大學(xué)食品學(xué)院，南昌 330047；3.大馬棕櫚油技術(shù)研發(fā)(上海)有限公司/MPOB，上海 201108)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)系蕓香科花椒屬植物，可分為青花椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb. et Zucc.)和紅花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)兩大類，主要分布于我國的西北及西南各省[1-2]?；ń肥俏覈鴤鹘y(tǒng)的食用香辛料，它不僅給菜品帶來麻香風(fēng)味，而且可去除各種肉類本身帶有的腥氣，此外，還可以促進(jìn)人體唾液分泌，增加食欲[3-4]?；ń氛{(diào)味油是指以花椒為主要原料，用有機(jī)溶劑萃取、超臨界CO2萃取等方法制得的花椒油樹脂與適量食用油混合或者直接用食用油浸泡花椒所制成的具有麻味與香味的調(diào)味油[5]?；ń氛{(diào)味油因具有香味物質(zhì)不易揮發(fā)、使用方便及儲存時間長等優(yōu)點(diǎn)深受消費(fèi)者歡迎[6-7]。目前，花椒調(diào)味油在加工時通常采用菜籽油或大豆油等植物油浸提法[8-9]。然而，大豆油由于加工原料為轉(zhuǎn)基因大豆而受到很多消費(fèi)者的質(zhì)疑和非議；菜籽油的價格相對較高，增加了生產(chǎn)成本，且含有對人體健康不利的芥子酸。此外，大豆油、菜籽油等植物油因?yàn)椴伙柡椭舅岷扛?，長時間儲存容易氧化酸敗，對花椒調(diào)味油的風(fēng)味影響較大[10]。

棕櫚油是一種熱帶木本植物油，是世界上產(chǎn)量最大的植物油。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年棕櫚油全球年產(chǎn)量高達(dá)7439萬噸[11]。棕櫚油是從棕櫚果肉中榨取出來的純天然油脂，含有均衡的飽和與不飽和脂肪酸，且含有豐富的類胡蘿卜素和維生素E(尤其是生育三烯酚)，不含膽固醇。棕櫚油因具有不易氧化、價格低廉等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于餐飲、食品及油脂加工等行業(yè)[12]。本研究以棕櫚油代替菜籽油為基礎(chǔ)油生產(chǎn)花椒調(diào)味油，通過響應(yīng)面法對花椒調(diào)味油的生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，并對其貯藏穩(wěn)定性進(jìn)行研究，旨在獲得最佳的工藝參數(shù)，為降低工廠生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

棕櫚油：由天津龍威糧油工業(yè)有限公司提供；市售一級菜籽油：益海嘉里食品有限公司；干花椒：購于四川九龍縣農(nóng)貿(mào)市場。

油炸鍋 浙江瑞安市食品機(jī)械總廠；DFT-200高速中藥粉碎機(jī) 溫州市大德中藥機(jī)械有限公司；BSA224S型電子天平 賽多利斯(上海)貿(mào)易有限公司；DK-S12恒溫水浴鍋、DGG-9240AD型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 棕櫚油基花椒調(diào)味油的生產(chǎn)工藝

準(zhǔn)確稱取已除雜質(zhì)的干花椒100 g，用粉碎機(jī)粉碎后過篩，然后按一定料液比稱取植物油，加熱至所需要的浸提溫度，再將粉碎好的花椒粉末倒入加熱好的植物油，不時翻炒，浸提一定的時間，過濾，冷卻至室溫，即得花椒調(diào)味油。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)主要研究不同熔點(diǎn)的棕櫚油、棕櫚油的用量、花椒粉碎粒度、熬制溫度、熬制時間和料液比對花椒調(diào)味油感官評分的影響。固定花椒粉碎粒度20目，料液比1∶10，熬制時間10 min，熬制溫度80 ℃，考察不同熔點(diǎn)(5，18，24，42 ℃)的棕櫚油對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響；固定花椒粉碎粒度20目，料液比1∶10，熬制時間10 min，熬制溫度80 ℃，考察5 ℃棕櫚油占調(diào)配油(棕櫚油和菜籽油的調(diào)和油)中的比例(0%、20%、40%、60%、80%、100%)對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響；固定以100%的5 ℃棕櫚油熬制花椒調(diào)味油，料液比1∶10，熬制時間10 min，熬制溫度80 ℃，考察花椒不同粉碎粒度(未粉碎、20，40，60，80，100目)對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響；固定花椒粉碎粒度60目，以100%的5 ℃棕櫚油熬制花椒調(diào)味油，料液比1∶10，熬制時間10 min，考察不同熬制溫度(60，70，80，90，100，110 ℃)對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響；固定花椒粉碎粒度60目，以100%的5 ℃棕櫚油熬制花椒調(diào)味油，料液比1∶10，熬制溫度90 ℃，考察不同熬制時間(10，20，30，40，50，60 min)對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響；固定花椒粉碎粒度60目，以100%的5 ℃棕櫚油熬制花椒調(diào)味油，熬制時間20 min，熬制溫度90 ℃，考察不同料液比(1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12)對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響。

1.2.3 響應(yīng)面分析

根據(jù)Box-Benhnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[13]，結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取料液比、花椒粉碎粒度和熬制溫度3個對花椒調(diào)味油感官評分影響顯著的因素，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法進(jìn)一步優(yōu)化花椒調(diào)味油的生產(chǎn)工藝。

1.2.4 花椒調(diào)味油加速貯藏穩(wěn)定性的測定

將制備好的花椒調(diào)味油成品進(jìn)行加速貯藏穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。以市售花椒調(diào)味油樣品A(菜籽油基花椒油)和B(菜籽油基花椒油)為對照，將花椒油調(diào)味油成品置于40 ℃恒溫烘箱中貯藏90 d，每隔15 d取樣測定酸價及過氧化值，并對其進(jìn)行感官評價。

1.2.5 指標(biāo)測定1.2.5.1 酸價的測定

參照GB 5009.229-2016[14]中的“冷溶劑指示劑滴定法”。

1.2.5.2 過氧化值的測定

參照GB 5009.227-2016[15]中的“滴定法”。

1.2.6 感官評定

感官評價參考張鳳芳[16]的方法。由20位專業(yè)人員組成品評小組對制作的花椒調(diào)味油進(jìn)行感官評價，評定的內(nèi)容為花椒調(diào)味油的香氣、色澤和口感，三者權(quán)重分別為0.5，0.2，0.3，最后得到樣品的綜合感官評分，具體感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 花椒調(diào)味油的感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The sensory evaluation criteria of Zanthoxylum flavoring oil

1.2.7 數(shù)據(jù)分析

采用IBM SPSS Statistics 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。所有實(shí)驗(yàn)做3次平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用Design-Expert 8.05b軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析。

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 不同熔點(diǎn)的棕櫚油對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，不同熔點(diǎn)的棕櫚油對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響不同，隨著棕櫚油熔點(diǎn)的升高，花椒調(diào)味油的感官評分反而降低。這可能是因?yàn)樽貦坝捅旧淼奈锢硖匦裕呷埸c(diǎn)的棕櫚油在低溫下會逐漸產(chǎn)生結(jié)晶，出現(xiàn)發(fā)蒙或凝固的現(xiàn)象，且棕櫚油的熔點(diǎn)越高，這種現(xiàn)象越明顯，越能影響花椒調(diào)味油的色澤，考慮到冬天環(huán)境較低，故選擇5 ℃棕櫚油進(jìn)行后續(xù)研究。

圖1 不同棕櫚油熔點(diǎn)對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of palm oil with different melting points on sensory score of Zanthoxylum flavoring oil

2.1.2 5 ℃棕櫚油與菜籽油不同復(fù)配比對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，5 ℃棕櫚油與菜籽油的復(fù)配中，隨著5 ℃棕櫚油比例的增加，花椒調(diào)味油的感官評分先略為增加而后逐漸降低，但是并沒有顯著性差異(P>0.05)，考慮到生產(chǎn)成本，故選擇100% 5 ℃棕櫚油進(jìn)行后續(xù)研究。

圖2 棕櫚油的比例對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of proportion of palm oil on sensory score of Zanthoxylum flavoring oil

2.1.3 花椒不同粉碎粒度對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，花椒調(diào)味油的感官評分隨著花椒粉碎粒度的增加而逐漸提高，并在花椒粉碎粒度達(dá)到60目時達(dá)到最高，此后當(dāng)增加花椒粉碎粒度時，花椒調(diào)味油的感官評分又明顯下降。這可能是由于花椒未粉碎時，植物油中溶出的花椒麻味與香味物質(zhì)較少，隨著花椒粉碎粒度的增加，花椒中風(fēng)味物質(zhì)的溶出速率增加，但花椒粉碎粒度超過60目后，在花椒調(diào)味油熬制過程中，花椒組織因粉碎過細(xì)容易在短時間內(nèi)出現(xiàn)煎炸過度，導(dǎo)致焦化的現(xiàn)象，從而使花椒的感官評分明顯下降[17]。因此，花椒的粉碎粒度以60目左右為宜。

圖3 花椒粉碎粒度對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of grinding particle size of Zanthoxylum powder on sensory score of Zanthoxylum flavoring oil

2.1.4 不同熬制溫度對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響

由圖4可知，隨著熬制溫度的提高，花椒調(diào)味油的感官評分逐漸升高，并在熬制溫度為90 ℃時達(dá)到最高，之后隨著熬制溫度的升高反而下降。這可能是由于提高熬制溫度會使花椒中的麻味和香味物質(zhì)的溶解度增加及傳質(zhì)速率加快，從而有利于提高花椒調(diào)味油的氣味和口感，但熬制溫度超過90 ℃后，隨著熬制溫度升高，花椒調(diào)味油的感官評分反而降低，這可能是由于花椒風(fēng)味物質(zhì)不穩(wěn)定，高溫下容易發(fā)生分解與揮發(fā)，使得風(fēng)味物質(zhì)含量降低，進(jìn)而影響花椒調(diào)味油的氣味和口感評分。因此，熬制溫度以90 ℃左右為宜。

圖4 熬制溫度對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of boiling temperature on sensory score of Zanthoxylum flavoring oil

2.1.5 不同熬制時間對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響

由圖5可知，隨著熬制時間的延長，花椒調(diào)味油的感官評分先明顯提高，當(dāng)熬制時間超過20 min后花椒調(diào)味油的感官評分提高幅度下降，而超過30 min后，花椒調(diào)味油的感官評分趨于平緩。這可能是由于熬制時間太短時，花椒的麻味和香味物質(zhì)不能充分溶出，而熬制時間過長時，花椒的風(fēng)味物質(zhì)又容易揮發(fā)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，熬制10 min和20 min時對花椒調(diào)味油的感官評分存在顯著性差異(P<0.05)，而熬制20 min和30 min時對花椒調(diào)味油的感官評分差異不顯著(P>0.05)，因此選擇熬制時間為20 min左右。

圖5 熬制時間對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of boiling time on sensory score of Zanthoxylum flavoring oil

2.1.6 不同料液比對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響

由圖6可知，當(dāng)料液比為1∶2時，花椒調(diào)味油的感官評分較低，隨著料液比的增加，花椒粉末和植物油的接觸面積逐漸增大，并在料液比為1∶8時達(dá)到最大，之后繼續(xù)增加料液比，花椒調(diào)味油的感官評分增加趨勢不明顯，反而略有降低，此外，過量的料液比還會導(dǎo)致生產(chǎn)時能耗和成本的增加，因此選擇料液比為1∶8左右。

圖6 料液比對花椒調(diào)味油感官品質(zhì)的影響Fig.6 Effect of the ratio of solid to liquid on sensory score of Zanthoxylum flavoring oil

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用Design-Expert 8.05b軟件設(shè)計(jì)組合，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對花椒油的口感和風(fēng)味影響較大的3個因素(料液比、花椒粉碎粒度和熬制溫度)作為主要的考察因子，以花椒調(diào)味油的感官評分為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，響應(yīng)面設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見表2和表3。

表2 實(shí)驗(yàn)因素水平及編碼Table 2 The factors and levels of response surface experiment

表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 The experimental results of response surface design

續(xù) 表

2.2.1 模型的建立

利用Design-Expert 8.05b軟件對表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到料液比(X1)、花椒粉碎粒度(X2)和熬制溫度(X3)與花椒調(diào)味油感官評分(Y)之間的二次多項(xiàng)回歸方程：Y=93.90+0.31X1+0.61X2+0.42X3+0.025X1X2+0.050X2X3-0.56X12-1.41X22-2.29X32。

2.2.2 方差分析

對表3中花椒調(diào)味油感官評分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，分析結(jié)果見表4。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Analysis of variance of regression equation

由表4對所得模型的方差分析及顯著性檢驗(yàn)可知，模型的顯著水平P<0.0001，遠(yuǎn)小于0.01，表明所選用的二次多項(xiàng)模型是極顯著的，該實(shí)驗(yàn)方法是可靠的。該模型的決定系數(shù)R2=0.9983，RAdj2=0.9961，說明此模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好，實(shí)驗(yàn)誤差小，因此可用該回歸方程代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)預(yù)測分析不同條件下花椒調(diào)味油的感官評分。同時，回歸方程各項(xiàng)的方差分析結(jié)果還表明方程中的一次項(xiàng)中X1、X2、X3是極顯著的(P<0.01)，二次項(xiàng)X12、X22、X32的影響都是極顯著的(P<0.01)，交互項(xiàng)X1X3的影響是顯著的(P<0.05)。

2.2.3 響應(yīng)面分析

料液比、花椒粉碎粒度和熬制溫度3個因素兩兩交互作用對花椒調(diào)味油感官評分影響的響應(yīng)曲面圖和等高線圖見圖7～圖9。

圖7 花椒粉碎粒度與料液比的響應(yīng)面和等高線圖Fig.7 Response surface plot and contour plot of the effect of grinding particle size of Zanthoxylum powder and ratio of solid to liquid on the sensory score of product

圖8 熬制溫度與料液比的響應(yīng)面和等高線圖Fig.8 Response surface plot and contour plot of the effect of boiling temperature and ratio of solid to liquid on the sensory score of product

圖9 熬制溫度與花椒粉碎粒度的響應(yīng)面和等高線圖Fig.9 Response surface plot and contour plot of the effect of boiling temperature and grinding particle size of Zanthoxylum powder on the sensory score of product

通過響應(yīng)曲面坡度的陡峭程度及等高線橢圓形狀可以看出因素間交互效應(yīng)的強(qiáng)弱趨勢，響應(yīng)曲面坡度陡峭說明響應(yīng)值對因素變化敏感，反之亦然。同時，橢圓形等高線說明因素間交互作用顯著，而圓形等高線則與之相反[18]。由圖7～圖9可知，相對料液比和花椒粉碎粒度、料液比和熬制溫度交互作用的響應(yīng)面和等高線，花椒粉碎粒度和熬制溫度交互作用的響應(yīng)面更陡峭，等高線更密集，所以花椒粉碎粒度和熬制溫度對花椒調(diào)味油感官評分的影響較大。

2.2.4 確定最優(yōu)條件及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)模型推測出花椒調(diào)味油生產(chǎn)工藝的最優(yōu)條件為：料液比1∶8.54、花椒粉碎粒度55.8目、熬制溫度90.9 ℃，此時模型預(yù)測花椒調(diào)味油感官評分為94.03?？紤]到實(shí)際操作的局限性，經(jīng)修正，優(yōu)化為料液比1∶8.5、花椒粉碎粒度56目、熬制溫度91 ℃。在此修正條件下進(jìn)行了3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。花椒調(diào)味油的感官評分平均值為93.87，3次實(shí)驗(yàn)的相對誤差都在0.53%以內(nèi)，誤差較小，模型可靠。因此，利用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的花椒調(diào)味油生產(chǎn)工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有使用價值。

表5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of verification test

2.3 花椒調(diào)味油的貯藏穩(wěn)定性

2.3.1 花椒調(diào)味油貯藏時酸價的變化

由圖10可知，在40 ℃加速貯藏過程中，3種花椒調(diào)味油的酸價隨著貯藏時間的延長而逐漸升高，但都低于四川花椒油地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T 493-2005中規(guī)定的4 mg KOH/g，雖然棕櫚油基花椒調(diào)味油的初始酸價略高于其他兩種市售花椒油樣，但是在90 d的貯藏期結(jié)束后，棕櫚油基花椒調(diào)味油的酸價反而略低于市售花椒油樣A，且明顯低于市售花椒油樣B，這可能是由于其他兩種菜籽油基花椒油較棕櫚油基花椒調(diào)味油樣品更容易氧化酸敗所致。

圖10 花椒調(diào)味油樣品在40 ℃，90 d貯藏期內(nèi)酸價的變化Fig.10 The AV changes of Zanthoxylum flavoring oil products during storage at 40 ℃ for 90 days

2.3.2 花椒調(diào)味油貯藏時過氧化值的變化

由圖11可知，在40 ℃加速貯藏過程中，3種花椒調(diào)味油的過氧化值隨著貯藏時間的延長而逐漸升高，在90 d的貯藏期結(jié)束后，棕櫚油基花椒調(diào)味油的過氧化值顯著低于市售花椒油樣A和B(P<0.05)，這可能是由于兩種市售花椒油所用菜籽油較棕櫚油含有更多的不飽和脂肪酸，尤其是多不飽和脂肪酸，更容易發(fā)生氧化反應(yīng)，使過氧化值升高。

圖11 花椒調(diào)味油樣品在40 ℃，90 d貯藏期內(nèi)過氧化值的變化Fig.11 The PV changes of Zanthoxylum flavoring oil products during storage at 40 ℃ for 90 days

2.3.3 花椒調(diào)味油貯藏時感官品質(zhì)的變化

由圖12可知，在40 ℃加速貯藏過程中，3種花椒調(diào)味油的感官評分隨著貯藏時間的延長而逐漸降低，這可能是由于花椒油中主要麻味物質(zhì)為鏈狀多不飽和脂肪酸酰胺類物質(zhì)，其極不穩(wěn)定，室溫即可氧化生成穩(wěn)定的衍生物，導(dǎo)致麻味物質(zhì)減少。3種花椒調(diào)味油貯藏期內(nèi)感官評分的變化規(guī)律同楊瑞麗等[19]的研究結(jié)果一致。此外，棕櫚油基花椒調(diào)味油的初始感官評分和市售花椒油樣A相當(dāng)，明顯高于市售花椒油樣B，在90 d的貯藏期結(jié)束后，棕櫚油基花椒調(diào)味油的感官評分顯著高于市售花椒油樣A和B(P<0.05)，這可能是由于棕櫚油較菜籽油含有更多天然抗氧化劑生育三烯酚[20]，楊瑞麗等研究表明抗氧化劑可減少麻味物質(zhì)的氧化，顯著減少花椒油貯藏過程中麻味物質(zhì)的損失。

圖12 花椒調(diào)味油樣品在40 ℃，90 d貯藏期內(nèi)感官評分的變化Fig.12 The sensory scoring changes of Zanthoxylum flavoring oil products during storage at 40 ℃ for 90 days

3 結(jié)論

本研究以棕櫚油為油基生產(chǎn)花椒調(diào)味油，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上用響應(yīng)面法對花椒調(diào)味油的生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，花椒調(diào)味油的最佳生產(chǎn)工藝條件為：料液比1∶8.5、花椒粉碎粒度56目、熬制溫度91 ℃。對在此條件下生產(chǎn)的花椒調(diào)味油進(jìn)行驗(yàn)證得到的花椒調(diào)味油香氣濃郁，無異味，顏色較深且透明無雜質(zhì)，麻味較強(qiáng)烈，且在口中持續(xù)時間較長，驗(yàn)證得到感官評分為93.87分，與理論值(94.03分)基本吻合。對制得的棕櫚油基花椒調(diào)味油在40 ℃下加速貯藏90 d，貯藏期后，相比市售菜籽油基花椒油，棕櫚油基花椒調(diào)味油酸價及過氧化值更低，麻味物質(zhì)的損失更少，感官評分更高。棕櫚油基花椒調(diào)味油克服了以菜籽油等植物油為油基的花椒調(diào)味油在長期儲存過程中氧化穩(wěn)定性差及易回味的缺點(diǎn)，并在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時降低了工廠生產(chǎn)成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義。