響應(yīng)面法優(yōu)化微波-超聲波聯(lián)用改善低鹽羅非魚糜凝膠的特性

葉月華，劉曉艷,2,3*，白衛(wèi)東,2,3，趙文紅,2,3，王鳳嬌

1(仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院，廣東 廣州，510225)2(廣東省嶺南特色食品科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州，510225)3(現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新研究院，廣東 廣州，510225)4(廣州酒家集團(tuán)利口福食品有限公司，廣東 番禺，511442)

享有“白肉三文魚”美譽(yù)的羅非魚，是我國(guó)重要的大宗淡水魚資源，其不僅肉質(zhì)鮮嫩、價(jià)格親民，而且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富[1]。目前，羅非魚對(duì)外銷售主要以冷凍全魚或魚片形式，但將其加工為多樣化的魚糜制品可以促使淡水魚產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化[2]。作為水產(chǎn)品加工程度較高的魚糜制品，具有烹飪簡(jiǎn)便、細(xì)嫩味美、耐貯藏、低脂高蛋白等優(yōu)點(diǎn)，頗為適合當(dāng)今消費(fèi)者的需求[3]。在制作傳統(tǒng)魚糜制品過(guò)程中，通常需要添加 2%～3%的NaCl，但NaCl攝入量過(guò)高可能會(huì)誘發(fā)高血壓、動(dòng)脈硬化、心血管疾病等健康問(wèn)題，開發(fā)低鹽魚糜制品是大勢(shì)所趨[4]。然而，在低鹽條件下魚糜中的鹽溶性肌原纖維蛋白無(wú)法充分溶出以發(fā)生交聯(lián)作用，導(dǎo)致低鹽魚糜產(chǎn)品易產(chǎn)生凝膠強(qiáng)度低、持水性低、口感不佳等品質(zhì)問(wèn)題[5]。因此，提高低鹽魚糜凝膠品質(zhì)是目前亟待解決的必要問(wèn)題。

由于絕大多數(shù)淡水魚比海水魚更易發(fā)生凝膠劣化現(xiàn)象，導(dǎo)致深加工產(chǎn)品種類少，附加值低[6]。近幾年，不少研究通過(guò)開拓并優(yōu)化不同物理場(chǎng)加工工藝(如微波、超聲波、超高壓、高密度CO2等技術(shù))來(lái)改善淡水魚魚糜的凝膠特性[7]。朱玉安等[8]通過(guò)比較蒸制、煮制及微波3種不同加熱方式對(duì)鰱魚魚糜凝膠性質(zhì)的影響后發(fā)現(xiàn)微波加熱表現(xiàn)最佳，能使蛋白網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)更加致密有序；葉川[9]利用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化微波加熱制備低鹽白鰱魚糜(微波功率12.5 W/g，微波時(shí)間70 s，加鹽量1.25%)，此條件下得到的凝膠強(qiáng)度(264.60 g·cm)、持水性(69.31%)及白度(78.36)均高于傳統(tǒng)水浴加熱制備的低鹽白鰱魚糜凝膠指標(biāo)；閆虹等[10]通過(guò)分析傳統(tǒng)水浴加熱、單獨(dú)微波加熱和水浴微波聯(lián)用對(duì)白鰱魚糜凝膠特性的影響，發(fā)現(xiàn)水浴微波聯(lián)用加熱制備的魚糜凝膠特性表現(xiàn)最優(yōu)；李斌等[11]采用超聲波輔助鰱魚糜凝膠化階段，并且與對(duì)照組相比后發(fā)現(xiàn)在0.49～0.85 W/cm2聲功率強(qiáng)度內(nèi)能夠有效改善鰱魚糜的凝膠性質(zhì)。但關(guān)于利用微波-超聲波聯(lián)用這一復(fù)合物理場(chǎng)加工技術(shù)輔助制備低鹽羅非魚魚糜熱誘導(dǎo)凝膠的研究卻罕見報(bào)道。

因此，本實(shí)驗(yàn)以冷凍羅非魚片為原料，研究了微波功率、超聲功率和處理時(shí)間3個(gè)因素對(duì)羅非魚魚糜凝膠特性的影響，并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析方法，以凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，對(duì)低鹽羅非魚魚糜熱誘導(dǎo)凝膠的微波-超聲波復(fù)合物理場(chǎng)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)通過(guò)生物掃描電鏡對(duì)比分析了不同加熱方式處理?xiàng)l件下羅非魚魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)。旨在為微波-超聲波聯(lián)用處理技術(shù)在淡水魚魚糜加工方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)，以期為綠色新能源低鈉鹽淡水魚魚糜制品的開發(fā)提供更多有價(jià)值的參考及新的思路，為提升魚糜制品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提供新途徑，推動(dòng)淡水魚糜產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍羅非魚片，廣東省茂名鴻業(yè)水產(chǎn)有限公司；NaCl為食品級(jí)，廣東省鹽業(yè)集團(tuán)有限公司；2.5%戊二醛固定液，福州韋伯康生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波微波組合反應(yīng)系統(tǒng)，南京先歐儀器制造有限公司；陶瓷模具(直徑9 cm×高度5 cm)，廣州雪諾陶瓷有限公司；TMS-Pilot質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)FTC儀器有限公司；CR-400色差儀，中國(guó)柯尼卡美能達(dá)投資有限公司；HITACHI Regulus 8100 生物掃描電子顯微鏡，北京日立高新技術(shù)公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 傳統(tǒng)普通魚糜凝膠和傳統(tǒng)低鹽魚糜凝膠的制備

樣品制備主要參照陳燕婷等[12]的方法，略作修改：將存放于-20 ℃的冷凍羅非魚片置于4 ℃冰箱中半解凍12 h，后采取1次清水2次鹽水對(duì)魚片進(jìn)行漂洗，切成約30 mm×30 mm×30 mm的方塊。先用食品調(diào)理機(jī)將魚糜以20 000 r/min空斬90 s；鹽斬中分別添加2.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同)和1.5% NaCl，以23 000 r/min鹽斬120 s后分別得到傳統(tǒng)普通魚糜凝膠和傳統(tǒng)低鹽魚糜凝膠；整個(gè)斬拌過(guò)程加入70 mL的冰水調(diào)節(jié)水分含量至75%左右，并且使魚糜的溫度控制在10 ℃以下。最后將斬拌均勻的魚糜倒入直徑9 cm×高度5 cm的陶瓷模具中，用聚乙烯保鮮膜封口并套上耐高溫密封袋。采用傳統(tǒng)水浴鍋二段式加熱方式(40 ℃ 60 min，90 ℃ 30 min)處理，加熱后的凝膠樣品取出后立即放入4 ℃冰箱冷藏過(guò)夜，待測(cè)相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2 單一微波和單一超聲波處理低鹽魚糜凝膠的制備

將完成斬拌的低鹽(1.5% NaCl)魚糜放入40 ℃水浴鍋中進(jìn)行一段加熱30 min，而后利用微波加熱(620 W，8 min，90 ℃；根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化數(shù)據(jù)而定)代替?zhèn)鹘y(tǒng)水浴二段式加熱的第二段(保溫模式)，整個(gè)過(guò)程使用冰袋控制溫度，之后取出樣品得到微波單一物理場(chǎng)輔助低鹽魚糜熱誘導(dǎo)凝膠，立即放入4 ℃冰箱冷藏過(guò)夜，待測(cè)相關(guān)指標(biāo)；

將完成斬拌的低鹽(1.5% NaCl)魚糜放入40 ℃水浴鍋中進(jìn)行一段加熱30 min，二段加熱置于90 ℃水浴中保溫30 min，并輔以超聲波處理(330 W；根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化數(shù)據(jù)而定)，整個(gè)過(guò)程使用冰袋控制溫度，之后取出樣品得到超聲波單一物理場(chǎng)輔助低鹽魚糜熱誘導(dǎo)凝膠，立即放入4 ℃冰箱冷藏過(guò)夜，待測(cè)相關(guān)指標(biāo)。

1.3.3 復(fù)合物理場(chǎng)處理低鹽魚糜凝膠的制備

將完成斬拌的低鹽(1.5% NaCl)魚糜放入40 ℃水浴鍋中進(jìn)行一段加熱30 min，而后再放入微波-超聲波組合反應(yīng)釜中90 ℃保溫代替?zhèn)鹘y(tǒng)水浴二段式加熱的第二段(保溫模式)處理8 min，整個(gè)過(guò)程使用冰袋控制溫度，分別設(shè)置微波功率、超聲功率、處理時(shí)間等參數(shù)，之后取出樣品得到復(fù)合物理場(chǎng)輔助低鹽魚糜熱誘導(dǎo)凝膠，立即放入4 ℃冰箱冷藏過(guò)夜，待測(cè)相關(guān)指標(biāo)。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

添加1.5%的NaCl進(jìn)行斬拌，先放入40 ℃水浴鍋中進(jìn)行一段加熱30 min，再進(jìn)行微波-超聲波保溫處理，其中溫度設(shè)為90 ℃，分別進(jìn)行微波功率、超聲功率和處理時(shí)間3個(gè)單因素的選擇。其中，微波功率的選擇試驗(yàn)條件：超聲功率300 W，微波功率分別設(shè)為400、500、600、700、800 W，處理時(shí)間為7 min。超聲功率的選擇試驗(yàn)條件：微波功率設(shè)為600 W， 超聲波功率分別設(shè)為100、200、300、400、500 W， 處理時(shí)間為7 min。處理時(shí)間的選擇試驗(yàn)條件：微波功率為600 W，超聲波功率為300 W，處理時(shí)間分別設(shè)為3、5、7、9、11 min。處理完后，取出的樣品冰水冷卻后放4 ℃冰箱保存。

1.3.5 凝膠強(qiáng)度和質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

參考YU等[13]和PETCHARAT等[14]的方法略作修改：取出4 ℃的魚糜凝膠樣品置于室溫下平衡30 min， 將其切成1 cm×1 cm×1 cm正方體，利用FTC質(zhì)構(gòu)儀對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度和質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。凝膠強(qiáng)度測(cè)定條件：選用12.7 mm柱形探頭，檢測(cè)速度為60 mm/min，穿刺距離為4 mm，觸發(fā)力0.075 N，每組樣品平行測(cè)定3次。質(zhì)構(gòu)測(cè)定條件：選用75 mm圓盤探頭，壓縮形變?yōu)?0%，檢測(cè)速度為60 mm/min，觸發(fā)力為0.075 N，探頭回升到樣品表面上的高度20 mm， 力量感應(yīng)元量程50 N；使用全質(zhì)構(gòu)分析程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與分析，獲得硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性等參數(shù)。每組樣品平行測(cè)定3次。

1.3.6 魚糜凝膠持水性的測(cè)定

參考WANG等[15]的方法略作修改：將凝膠樣品切成0.6 cm×1 cm×4 cm左右的薄片，準(zhǔn)確稱重(W1)后置于3層濾紙中間，用濾紙包好后裝入50 mL離心管中，5 ℃、6 000 r/min下離心10 min。離心結(jié)束后立即對(duì)樣品進(jìn)行稱量(W2)。每組樣品平行測(cè)定3次，計(jì)算如公式(1)所示：

(1)

1.3.7 魚糜凝膠白度的測(cè)定

參考MI等[16]的方法略作修改：切取厚度為5 mm 的魚糜凝膠薄片，采用色差儀分別測(cè)定魚糜凝膠的L*值、a*值、b*值，測(cè)試前預(yù)熱15 min，用校正板進(jìn)行校正，之后鏡頭垂直于薄片上，壓緊，勿漏光，按下攝像按鈕，待屏幕上顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄下相應(yīng)數(shù)據(jù)，每組樣品平行測(cè)定3次,根據(jù)公式(2)計(jì)算白度(whiteness，W):

W= 100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2

(2)

1.3.8 生物掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)

參考FU等[17]的方法略作修改：切好的樣品用2.5%戊二醛固定過(guò)夜；用 0.1 mol/L，pH 7.0的磷酸緩沖液漂洗樣品3次，經(jīng)梯度乙醇(體積分?jǐn)?shù))脫水：20%，40%，60%，80%，100%(處理3次)，每次10 min； 樣品用CO2臨界點(diǎn)干燥，運(yùn)行臨界點(diǎn)干燥程序：充入液體二氧化碳；液體二氧化碳置換乙醇，20～60 min；升溫升壓達(dá)到二氧化碳臨界點(diǎn)，維持4 min；保持溫度和壓力并緩慢放出CO2，大約持續(xù)30 min；取出樣品并安裝到樣品臺(tái)，用真空離子濺射鍍金，掃描電鏡觀察樣品的形貌圖。

1.3.9 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用Design-Expert 11軟件，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)方案，選取微波功率、超聲功率和處理時(shí)間為考察因素，以凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)原理，采用3因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)，探究微波功率、超聲功率和處理時(shí)間對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響，獲得微波-超聲波制備低鹽羅非魚魚糜的最佳工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗(yàn)均進(jìn)行3次平行，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，采用Origin 2018軟件和Design-Expert 11.0 進(jìn)行作圖和響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析，Duncan多重比較分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠特性的影響

如圖1所示，經(jīng)過(guò)不同微波功率處理后，魚糜凝膠強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，其中600 W樣品的凝膠強(qiáng)度達(dá)最大值(321.1 g·cm)，與其他組間差異顯著(P<0.05)，相比400 W樣品增加了37.46%；700 W和800 W樣品的凝膠強(qiáng)度又有所下降，可見過(guò)高和過(guò)低的微波功率都不適合魚糜凝膠的形成。這表明適當(dāng)?shù)奈⒉üβ视兄诘望}羅非魚魚糜的凝膠強(qiáng)度顯著提高，這是因?yàn)槲⒉訜嵊欣诘鞍踪|(zhì)分子聚集形成較大的顆粒，凝膠結(jié)構(gòu)會(huì)變得更致密，凝膠強(qiáng)度也會(huì)增加[18-20]。

圖1 不同微波功率對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

如圖2所示，隨著微波功率的增加，魚糜的持水能力逐漸增加，其中400 W樣品的持水性是72.56%，且隨著功率的增大，樣品的持水性也得到了顯著增加(P<0.05)；400 W和500 W處理組的樣品差異不顯著(P>0.05)，600 W處理組的持水性達(dá)到最大值為79.79%；當(dāng)繼續(xù)增大功率時(shí)，持水性始終維持在同樣的水平上(P>0.05)。不同微波功率處理對(duì)低鹽魚糜的白度值略有改善，但整體差別不大。隨著功率升高，樣品的白度值也逐漸提高，400 W處理過(guò)的樣品白度值是77.75，600 W樣品的白度值是80.62，顯著提高了3.69%(P<0.05)，并達(dá)到組間峰值；700、800 W處理過(guò)的2組魚糜白度值雖然表現(xiàn)出略微降低的現(xiàn)象，可能是微波功率過(guò)大時(shí)，魚糜凝膠表面的水分揮發(fā)更加迅速，部分水分損失后樣品表皮會(huì)相對(duì)粗糙，從而造成表面的光反射率變小，白度值也變低，但它們相比400 W處理組還是分別增加了1.75%和1.49%，這表明適當(dāng)增加微波功率可明顯提高魚糜的持水性，不會(huì)對(duì)該魚糜的白度值產(chǎn)生不良影響，并且能稍改善該魚糜的白度值[21]。

圖2 不同微波功率對(duì)低鹽羅非魚魚糜持水性和白度的影響

2.2 超聲功率對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠特性的影響

如圖3所示，低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的大小隨著超聲功率的增大呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。超聲功率達(dá)200 W以上可顯著提高樣品的凝膠強(qiáng)度(P<0.05)；在300 W時(shí)，呈現(xiàn)最大值(312.95 g·cm)，比100 W處理組(227.9 g·cm)提高了0.37倍。當(dāng)功率超過(guò)300 W時(shí)，凝膠強(qiáng)度呈降低的趨勢(shì)，但400 W與500 W樣品組間的凝膠強(qiáng)度無(wú)顯著性變化(P>0.05)， 可能是由于超聲功率增加后，機(jī)械效應(yīng)增強(qiáng)熱效應(yīng)使蛋白發(fā)生變性，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，凝膠強(qiáng)度隨之降低。因此，施加適當(dāng)功率的超聲處理才能有效增強(qiáng)魚糜制品的機(jī)械性能。

圖3 不同超聲功率對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

如圖4所示，變化趨勢(shì)和凝膠強(qiáng)度、全質(zhì)構(gòu)分析指標(biāo)相似，隨著超聲功率的增加，持水性先增大而后趨于穩(wěn)定。300 W處理可顯著提高魚糜樣品的持水性(P<0.05)，達(dá)到最大值為89%，相比100 W處理組(85%)提升了4.71%；但隨著功率的增大，持水性略有下降，其中400 W和500 W 2組樣品的持水性變化相對(duì)較小，無(wú)顯著差異(P>0.05)；在凝膠形成過(guò)程中，魚糜肌原纖維蛋白發(fā)生熱變性交聯(lián)，所形成的3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以鎖住水分，提高凝膠持水性。凝膠的白度值隨著超聲功率的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。其中，300 W 處理可顯著提高魚糜的白度(P<0.05)，可達(dá)到79.99，比100 W樣品(78.27)提高了2.20%；400 W與500 W樣品的白度值無(wú)顯著差異(P>0.05)，整體上變化不大，由此說(shuō)明超聲波對(duì)低鹽魚糜白度不會(huì)產(chǎn)生不良效果。這可能是由于凝膠經(jīng)過(guò)超聲處理后持水性得到增強(qiáng)，使其透明度和光澤度也隨之增加。

圖4 不同超聲功率對(duì)低鹽羅非魚魚糜持水性和白度的影響

2.3 處理時(shí)間對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠特性的影響

如圖5所示，當(dāng)加熱時(shí)間從3 min延長(zhǎng)到7 min時(shí)，魚糜凝膠強(qiáng)度逐漸增大且效果較為顯著(P<0.05)，但是隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，魚糜凝膠強(qiáng)度反而有所下降。當(dāng)處理時(shí)間為7 min時(shí)達(dá)到最大值，為335.90 g·cm；微波加熱能促使魚糜凝膠內(nèi)部溫度快速升高，組織蛋白酶快速失活，進(jìn)而達(dá)到魚糜魚糕化溫度區(qū)間(80～90 ℃)。

圖5 不同處理時(shí)間對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

如圖6所示，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，魚糜凝膠的持水性呈先增加而后略有降低的趨勢(shì)，低鹽魚糜持水性逐漸增大，在5～11 min，低鹽魚糜凝膠的持水性雖有略微差異，但整體相差不大；其中7 min處理組的持水性達(dá)到最大值為81.36%，但與9 min處理組差異不顯著(P>0.05)，因此處理時(shí)間在7～9 min較好。在微波-超聲波協(xié)同作用下，隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng)，低鹽魚糜持水性始終比3 min處理組好，這可能是由于加熱時(shí)間越長(zhǎng)，魚糜水分揮發(fā)越多，間接性增大魚糜凝膠的蛋白濃度，促進(jìn)蛋白交聯(lián)程度使凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為致密，從而導(dǎo)致魚糜的持水性增強(qiáng)[22]。

圖6 不同處理時(shí)間對(duì)低鹽羅非魚魚糜持水性和白度的影響

低鹽羅非魚魚糜的白度隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，呈先上升后略微下降的趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間達(dá)到7 min時(shí)，白度值顯著增大(P<0.05)，比3 min處理組(76.12)提升了6%?？紤]到微波加熱的情況下，魚糜凝膠的水分迅速揮發(fā)，當(dāng)加熱時(shí)間超過(guò)7 min時(shí)，會(huì)造成部分水分散失，導(dǎo)致樣品表面亮度會(huì)降低，因而白度也隨之下降。加熱9 min和11 min樣品的水分含量可能已相對(duì)較穩(wěn)定，彼此的白度值相差不大。通過(guò)綜合分析處理時(shí)間對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠特性的影響，選擇最佳的處理時(shí)間為7 min，可有效節(jié)約實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)間成本。

2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化低鹽羅非魚魚糜的微波-超聲波處理工藝

2.4.1 響應(yīng)面模型建立及回歸方差分析

綜合分析單因素試驗(yàn)結(jié)果后，微波功率選取500、600、700 W，超聲功率選取200、300、400 W，時(shí)間處理選取5、7、9 min，以凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，采用Box Behnken法進(jìn)行試驗(yàn)因素設(shè)計(jì)，試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用Design-Expert對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到復(fù)合物理場(chǎng)加工低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的二次回歸方程：

表2 Box-Behnken 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

R1=395.97+53.28A+51.89B+6.31C-4.18AB+4.35AC-0.615 0BC-64.31A2-44.91B2-28.82C2

表3 凝膠強(qiáng)度回歸模型方差分析

2.4.2 響應(yīng)面各因素交互作用分析

為更直觀地了解各因素交互情況下對(duì)各指標(biāo)的影響情況，根據(jù)回歸模型方差分析所得數(shù)據(jù)得出相應(yīng)的響應(yīng)面交互圖，探究3因素對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的交互影響，同時(shí)，等高線圖可以很直觀地反映2因素間交互的顯著程度，等高線圖圓形表示不具有顯著交互作用，橢圓形表示具有顯著交互作用。

由圖7的3D響應(yīng)曲面可以看出，隨著微波功率、超聲功率和處理時(shí)間3個(gè)因素增大，低鹽羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，與單因素試驗(yàn)結(jié)果一致，在設(shè)定的自變量范圍內(nèi)均存在響應(yīng)曲面最高點(diǎn)，說(shuō)明因素之間的影響是顯著的。當(dāng)其他因素恒定，在一定的范圍內(nèi)，隨著微波功率的升高和處理時(shí)間的提高，魚糜的凝膠強(qiáng)度增加幅度最大，二者的曲線相對(duì)較陡，微波功率與超聲功率影響次之，從圖7-a、 圖7-b的等高線圖來(lái)看，橢圓效果相對(duì)明顯，而超聲功率和處理時(shí)間的交互作用對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響較小，表現(xiàn)為其曲面相對(duì)平緩，等高線圖趨近圓形。

2.4.3 優(yōu)化工藝的確定和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

運(yùn)用Design-Expert 11軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析優(yōu)化，得出微波-超聲波處理低鹽羅非魚魚糜的理論最優(yōu)工藝條件為微波功率619.193 W、超聲功率328.127 W、 處理時(shí)間7.813 min，由此預(yù)測(cè)出低鹽羅非魚魚糜的凝膠強(qiáng)度為412.723 g·cm。根據(jù)實(shí)際可操作性，將其修正為：微波功率620 W、超聲功率330 W、處理時(shí)間8 min。在修正的優(yōu)化條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，取平均值后得到的凝膠強(qiáng)度為(403.30±5.91)g·cm，與預(yù)測(cè)值比較接近，表明響應(yīng)面法對(duì)微波-超聲波處理工藝條件進(jìn)行的優(yōu)化是穩(wěn)定可行的，對(duì)實(shí)踐具有一定指導(dǎo)意義。響應(yīng)面試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果具體見表4。

表4 試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

2.5 微觀結(jié)構(gòu)觀察及對(duì)比分析

由圖8可以看出，傳統(tǒng)2.5% NaCl處理組、傳統(tǒng)1.5% NaCl處理組、微波+1.5% NaCl處理組、超聲波+1.5% NaCl處理組及微超聯(lián)用+1.5% NaCl處理組的羅非魚魚糜結(jié)構(gòu)在5 000倍掃描電子顯微鏡觀察下有顯著不同。在傳統(tǒng)熱誘導(dǎo)魚糜處理組中，添加2.5% NaCl比添加1.5% NaCl的魚糜凝膠結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，孔洞較小，交聯(lián)程度較好，但仍存在局部呈現(xiàn)不均勻的團(tuán)簇、聚集狀，表面不夠均勻、有序和平整。而分別經(jīng)過(guò)微波和超聲波處理的低鹽羅非魚魚糜凝膠空間結(jié)構(gòu)均比前者有明顯的改善，凝膠網(wǎng)絡(luò)中的孔洞數(shù)量和團(tuán)簇狀物顯著減少，結(jié)構(gòu)較為均勻，交聯(lián)更加致密。微超聯(lián)用處理組的低鹽魚糜凝膠不僅表面非常平整、光滑，孔隙高度均勻、微小，且其3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的致密程度和分布程度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他組。這種微觀結(jié)構(gòu)極有利于牢牢地鎖住更多的游離水，減少水分等物質(zhì)的流失，從而有效改善了魚糜凝膠的凝膠強(qiáng)度、持水性、白度和全質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)。

a-傳統(tǒng)2.5%NaCl；b-傳統(tǒng)1.5%NaCl；c-微波+1.5%NaCl；d-超聲波+1.5%NaCl；e-微超聯(lián)用+1.5%NaCl

由此說(shuō)明，微波-超聲波復(fù)合物理場(chǎng)處理可以增強(qiáng)淡水魚魚糜凝膠基質(zhì)密度和消除一些孔洞，形成光滑、連續(xù)、均勻的凝膠，能夠在一定程度上改善低鹽羅非魚魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，這也驗(yàn)證了前文中基礎(chǔ)指標(biāo)測(cè)定的結(jié)果。這可能是由于復(fù)合物理場(chǎng)能夠誘導(dǎo)羅非魚魚糜蛋白質(zhì)發(fā)生有利于聚合形成立體凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的均勻變性[23-24]，使凝膠內(nèi)部更趨向于形成均勻平整的3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)考察微波功率、超聲功率及處理時(shí)間3個(gè)因素對(duì)低鹽羅非魚魚糜凝膠性質(zhì)的影響，得到微波-超聲聯(lián)用處理對(duì)低鹽羅非魚魚糜的最優(yōu)工藝條件為微波功率620 W、超聲功率330 W、處理時(shí)間8 min，在此條件下，魚糜凝膠強(qiáng)度為(403.30±5.91) g·cm，與模型預(yù)測(cè)值吻合率達(dá)到97.72%。

采用響應(yīng)曲面法進(jìn)行二次回歸擬合, 所得模型P<0.001, 表明該模型影響高度顯著；3個(gè)影響因素與響應(yīng)目標(biāo)值R1之間存在交互作用的影響, 其影響程度分別為：微波功率>超聲功率>處理時(shí)間。

通過(guò)對(duì)不同加熱方式處理羅非魚魚糜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：微波-超聲波處理組的魚糜凝膠結(jié)構(gòu)交聯(lián)程度最高，孔洞微細(xì)，表面平整光滑，是有效提升低鹽羅非魚魚糜質(zhì)構(gòu)特性的重要研究手段。

本研究提供了一種綠色高效加工低鹽淡水魚魚糜的方法，能夠充分改善新能源低鈉鹽羅非魚魚糜品質(zhì)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低鹽羅非魚魚糜制品工業(yè)化生產(chǎn)提供了一定的參考價(jià)值及數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)也可為后期機(jī)制的深入研究奠定基礎(chǔ)。