響應曲面法優化粉蒸魚的加工工藝

戴陽軍，莊俊茹，楊軍，謝小軍，韓曜平

（常熟理工學院生物與食品工程學院，江蘇常熟215500）

我國的淡水養殖量位居世界前列，2009年淡水養殖產量為2216 萬t，2010年淡水養殖產量為2346萬t，淡水產品的加工產量2009年的為147 萬t，2010年為427 萬t[1]，整體加工產量滯后于淡水魚的養殖產量。由于淡水魚本身的骨刺細小而且不易去除，帶有土腥味等缺點[2]嚴重影響了淡水魚類深加工的發展。市售粉蒸類產品中主要以“粉蒸肉”、“粉蒸鴨”、“粉蒸排骨”為多見，粉蒸魚卻為鮮見。草魚（Grass carp）屬鯉形目鯉科雅羅魚亞科草魚屬。為我國四大家魚之一，含有豐富的不飽和脂肪酸，對血液循環有利，是心血管病人的良好食物。產量頗豐富，但由于養殖品的捕撈上市季節比較集中，且大部分以鮮活原料形式供應市場，深加工產品較少[3]。本實驗選用草魚為主要實驗原料，用去腥液去除腥味，以高溫、高壓成熟的方法使魚刺骨酥軟，用響應曲面法探討微波粉蒸魚的最佳加工工藝條件，以期為粉蒸魚工業化生產提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原輔料

鮮活草魚，粉蒸料[4]，蠔油，白砂糖，食鹽，味精，蔥粉，姜粉，黃酒（均有常熟金唐市水產品有限公司提供），去腥劑（常熟理工學院生物食品與工程學院自制），均符合國家食品衛生標準。

1.1.2 儀器與設備

DZ-400/2ES 真空包裝機：華聯機械集團有限公司；LP502B 電子天平：上海越平科學儀器有限公司；BD/C-230 白雪冷柜：白雪電器；C21-ST2106 電磁爐：TF-200 真空滾揉機、TF（QX）-3 魚肉切片機：肇慶市天發機械有限公司；IRINOX—MF25.1 型商用速凍冷柜：北京太陽河商貿有限公司；YXQ-LS-100A 立式壓力蒸汽滅菌鍋：北京佳源興業科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

草魚肉切片→去腥處理→滾揉→成熟→冷凍→真空包裝→成品

魚肉切成3×4×1 cm 厚片[5]，去腥液對魚片去腥處理并洗滌干凈，將鹽、蠔油、白糖、蔥粉、姜粉、料酒、粉蒸料等投入滾揉機，抽真空至0.08 MPa，低速滾揉，轉速3 r/min～5 r/min；連續滾揉20 min 后出機，出機溫度6 ℃，滾揉好的魚片表面均勻地裹上一層粉料粉，用手輕輕抖動基本不會掉落[6]。人壓力蒸汽鍋中熟制，進入速凍冷柜中快速冷凍至-18 ℃[7]，裝袋，真空包裝，進入冷庫凍藏。

1.2.2 單因素試驗

經過多次反復試驗，原輔料設定在草魚片100 g、去腥劑10 g、白砂糖1 g、味精0.06 g、蔥粉0.03 g、姜粉0.06 g、蠔油4 g 的情況下，對粉蒸魚的鹽量、水添加量、壓力鍋的溫度、加熱時間的工藝參數進行優化[8]。

1.2.2.1 用鹽量對粉蒸魚品質的影響

每次試驗選擇水20 g，加熱時間20 min，壓力鍋溫度120 ℃，分別加鹽0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g。分析粉蒸魚的品質情況。

1.2.2.2 水量對粉蒸魚品質的影響

每次試驗選擇鹽0.3 g，加熱時間20 min，壓力鍋溫度120 ℃。分別加水5、10、15、20、25、30、35 g，分析粉蒸魚的品質情況。

1.2.2.3 加熱時間對粉蒸魚品質的影響

每次試驗選擇鹽0.3 g，水20 g，壓力鍋溫度120 ℃。分別加熱10、15、20、25、30、35、40 min。分析粉蒸魚的品質情況。

1.2.2.4 加熱溫度對粉蒸魚品質的影響

每次試驗選擇鹽0.3 g，水20 g，加熱時間20 min。分 別 設 定 壓 力 鍋 溫 度105、110、115、120、125、130、135 ℃。分析粉蒸魚的品質情況。

1.2.3 響應曲面設計工藝配比

本工藝實驗采用Minitab 15 統計軟件進行設計與分析。采用中心組合一半設計，選取鹽、水量、加熱溫度、加熱時間4 個影響因素，在單因素試驗結果的基礎上，采用四因素三水平的響應曲面設計方法，選擇“基于距離的最優性選擇”，優化設計中點的個數為31。其中4 個因素分別用x1，x2，x3，x4，表示，并以+1，0，-1，分別代表變量的水平，按方程Xi=（Xi-X0）/ΔX對自變量進行編碼。式中：Xi為變量的編碼值；ΔX為變量的變化步長；以感官評分為響應值。對模型進行方差分析，得出最佳的工藝參數。試驗設計因素編碼及水平見表1。

1.3 感官評價

選取20 名經過食品感官培訓人員，進行感官評價[9-10]。從粉蒸魚的粉粒適口度、魚鮮味、魚刺骨酥軟程度、魚肉組織形態[11]方面進行綜合打分，按照粉粒適口度、魚鮮味、魚刺骨酥軟程度、魚肉組織形態對消費者影響的權重不同，設定不同的分值，采用100 分法評定，粉粒適口度占20%、魚鮮味占30%、魚刺骨酥軟程度占20%、魚肉組織形態占30%。具體評分標準見表2。

表2 粉蒸魚的感官評價標準Table 2 The sensory evaluation criteria of powder steamed fish

2 結果與分析

2.1 鹽量對粉蒸魚品質的影響

鹽量對粉蒸魚品質的影響，見圖1。

圖1 不同鹽量對粉蒸魚的口感影響Fig.1 The influence of the powder steamed fish taste by adding different amount of salt

由圖1 可知，鹽量在0.7 g 時，感官評分最低，鹽量在0.3 g 感官評分最高。鹽量達到最佳值0.3 g 后，隨著鹽量的增加，感官評定分值逐漸降低。這個主要是咸味和鮮味的相互作用[12]，恰當的鹽量能夠充分體現食品的鮮美滋味。

2.2 水量對粉蒸魚產品品質影響

水量對粉蒸魚產品品質影響，見圖2。

圖2 不同水量對粉蒸魚品質的影響Fig.2 The influence of the powder steamed fish quality by adding different amount of water

由圖2 可知，水量在15 g 時感官評分最高，水分不足導致粉料不能受熱充分糊化，口感堅硬；達到最佳值后隨著水分的逐漸增加，質感越來越差，魚片易碎，在實驗中水分到達35 g 時分值最低。

2.3 加熱時間對粉蒸魚品質的影響

加熱時間對粉蒸魚品質的影響，見圖3。可知。在加熱時間為35 min 時，感官評分值最低，因為此時粉蒸魚的外觀質感較爛。在加熱時間為20 min 時，感官評分最高，此時魚刺已經充分酥軟，而且魚肉未呈現爛糊的質感。

2.4 加熱溫度對粉蒸魚品質的影響

加熱溫度對粉蒸魚品質的影響，見圖4。

圖3 不同加熱時間對粉蒸魚口感的影響Fig.3 The influence of the powder steamed fish taste by the different heating time

圖4 不同加熱溫度對粉蒸魚品質的影響Fig.4 The influence of the powder steamed fish quality by the different heating temperature

由圖4 可知，在溫度從105 ℃升到120 ℃的過程中，隨著溫度的升高，感官評分逐漸增大，到達120 ℃時達到最佳效果，從120 ℃升到135 ℃的過程中，隨著溫度的升高，魚肉質逐漸變爛糊狀，感官評分逐漸降低。

2.5 響應曲面設計試驗結果分析

2.5.1 二次模型方程的建立[13]

通過Minitab 15 的數據處理，建立響應曲面回歸模型，并進而尋求最優化響應因子水平。經整理，所得粉蒸魚的感官評分結果如表2 所示。其中Intercept 為常數項：x1，x2，x3和x4為一次項；x1x1，x2x2，x3x3，x4x4為平方項；x1x2，x1x3，x1x4，x2x3，x2x4，x3x4為交叉項。

用Minitab 15 軟件，通過表2 中粉蒸魚品質感官評分實驗數據進行多元回歸擬合，獲得粉蒸魚品質感官評分對編碼自變量鹽、水、時間和溫度的二次多項回歸方程：

表2 Box-Behnken 設計方案及試驗結果Table 2 Box-Behnken design matrix and extraction results of polysaccharide

方程相關系數R2=91.53%，其中溫度和時間的影響顯著（p＜0.01），并做出響應曲面圖，響應曲面圖見圖5～10。

當鹽為0.3 g，水為15 g 時，時間與溫度對感官評分的影響見圖5。由圖5 可知，時間的延長、溫度的升高，感官評分是一個逐漸升高而后降低的過程，而且響應面顯示坡度較陡，表明時間和溫度交互作用極顯著。

當鹽為0.3 g，時間為20 min 時，水與溫度對感官評分的影響見圖6。由圖6 可知，響應面坡度較陡，而水的上升過程，感官評分變化不大，溫度增大的過程中，感官評分先增大后降低，因此溫度的影響較為明顯，其交互作用不明顯。

當鹽為0.3 g，溫度為120 ℃時，水與時間對感官評分的影響見圖7。

由圖7 可知，響應面坡度較陡，而水的上升過程，感官評分先增大后降低，時間增大的過程中，感官評分先增大后降低，因此時間的影響較為明顯，其有一定的交互作用。

當水為15 g，時間為20 min 時，鹽與溫度對感官評分的影響見圖8。

由圖8 可知，響應面坡度較陡，而鹽的上升過程，感官評分變化不大，時間增大的過程中，感官評分先增大后降低，乘拋物線狀，因此溫度的影響較為明顯，其交互作用不明顯。

當水為15 g，溫度為120 ℃時，鹽與時間對感官評分的影響見圖9。

由圖9 可知，響應面坡度較陡，而鹽的上升過程，感官評分變化不大，時間增大的過程中，感官評分先增大后降低，，因此溫度的影響較為明顯，其交互作用不明顯。

當時間為20 min，溫度為120 ℃時，鹽與水對感官評分的影響見圖10。

由圖10 可知，響應面坡度較陡，而鹽的上升過程，感官評分先增大后急劇下降，水增大的過程中，感官評分先增大后下降，其有一定的交互作用。

2.5.2 最優化生產工藝的確定及驗證

經Minitab 15 響應優化器對感官評分同時進行優化。目標、望目、上線、權重、重要性如表3 所示，當X1=0.29，X2=15.5，X3=19.4，X4=120.3 時，可得感官評分94的最佳條件。

表3 響應值優化器設置Table 3 Response value optimizer settings

由于生產實踐過程中，受壓力蒸汽滅菌鍋溫度設定的限制，溫度設定為120 ℃時最接近最佳溫度值。最終確定最佳工藝條件為：草魚片100 g、去腥劑10 g、白砂糖1 g、味精0.06 g、蔥粉0.03 g、姜粉0.06 g、蠔油4 g、鹽0.29 g、水15.5 g、溫度120 ℃、時間19.4 min。再采用該最佳工藝條件進行感官實驗驗證，平行3 次實驗取平均值，得到感官評分為93.5 分，與試驗數據基本相符，說明回歸方程可以用于實踐。

3 結論

本研究以單因素試驗為基礎，以粉蒸魚的品質感官評分為響應值，以鹽量、水量、加熱溫度、加熱時間為影響因素進行響應面設計，通利用統計學方法對該模型進行了顯著性檢驗，優化了內在因素水平，探討了各因素間的交互作用分析，并且根據生產實際情況，得出最佳工藝條件：草魚片100 g、去腥劑10 g、白砂糖1 g、味精0.06 g、蔥粉0.03 g、姜粉0.06 g、蠔油4 g、鹽0.29 g、水15.5 g、溫度120 ℃、時間19.4 min。在該實驗條件下，粉蒸魚的品質感官評分為93.5 分。該研究對于微波冷凍料理淡水魚制品的研發提供參考，具有一定的理論價值和實際應用前景。

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