南極磷蝦保鮮劑工藝參數的優化*

遲海，楊峰，2，楊憲時，李學英

1(中國水產科學研究院東海水產研究所，上海，200090)2(上海理工大學醫療器械與食品學院，上海，200093)

南極磷蝦潛在資源量豐富，營養價值高［1－3］，隨著世界人口增長和糧食缺乏問題的日益嚴峻，開發和利用南極磷蝦成為滿足人類緩解糧食危機的有效途徑。然而南極磷蝦腐敗機理特殊，死后迅速自溶，內源蛋白酶被認為是影響南極磷蝦品質變化的主要原因［4－5］。快速、低溫、高效地將捕撈后的南極磷蝦進行保鮮處理，將對南極磷蝦貯藏、運輸和加工利用起一定作用。因此，優化南極磷蝦保鮮加工工藝參數對南極磷蝦品質保持十分必要。本實驗模擬南極磷蝦船上捕撈后加工過程，在篩選和優化保鮮劑研究的基礎上，結合工廠化生產條件，以保鮮劑濃度、浸泡時間和浸泡溫度為考察因素，采用響應面法優化并確定南極磷蝦加工工藝參數，并在特定貯藏溫度(2℃)條件下對工藝參數條件進行驗證，旨在對南極磷蝦工廠化生產及南極磷蝦加工利用提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 原料與保鮮劑

南極磷蝦，由我國“南極海洋生物資源開發利用項目組”于2012年1月南極FAO 48.2區捕撈，船上－23℃凍結后－18℃凍藏于2012年4月運抵實驗室，將樣品貯藏在－80℃條件下備用。4-乙基間苯二酚(4-HR)、山梨糖醇、混合磷酸鹽，購于上海聯合食品添加劑有限公司。

1.2 實驗試劑與儀器

Sanyo MIR153型高精度培養箱(日本三洋公司)，721型分光光度計(上海菁華科技儀器有限公司)，TMS-Pro質構儀(美國Food Technology Corporation公司);S560便攜式色差儀型(美國 Microptix Corporation公司);Olympus CX41顯微鏡(日本Olympus公司);202型手搖式切片機(上海醫械專機廠)。

1.3 樣品處理和試驗設計

將南極磷蝦按文獻［6］方法進行解凍，取完整無黑頭的南極磷蝦浸泡在不同濃度的復合保鮮劑中(4-HR:山梨糖醇:混合磷酸鹽質量比為0.1∶15∶7)，試驗設計見表1，并按因素水平設計對南極磷蝦進行浸泡。空白組選擇相同預冷卻溫度的蒸餾水進行浸泡。

表1 Box-Behnken試驗設計因素與水平取值Table 1 Factors and levels in Box-Behnken design

1.4 貯藏實驗

將經保鮮劑浸泡處理后的南極磷蝦取出進行感官評分。同時，將取出后的南極磷蝦密封后置于(2±0.2)℃條件下進行貯藏，以感官拒絕時中止貯藏實驗，記錄貯藏時間。綜合評分按公式(1)和(2)進行計算，從而優化及確定南極磷蝦保鮮劑工藝參數。

1.5 測定方法

1.5.1 感官評分

選擇8名經感官訓練的感官測評人員根據文獻［4］方法，采用當場打分的方式，以南極磷蝦色澤、氣味、彈性和體表為評價指標，評分規則見表2。滿分為20分，10分以下為感官拒絕。

表2 南極磷蝦感官評分標準Table 2 Criterion for evaluation on sensory characteristics of Antarctic krill

1.5.2 質構測定

運用TMS-Pro型質構儀，采用TPA模式對試樣進行硬度、內聚力、彈性、咀嚼性等物性指標測定，參數設定:P/5柱形探頭，測試速度為正向50 mm/min，反向30 mm/min，應變量為50%，負載單元為10 000 N，同時采用燕尾剪切探頭對試樣進行剪切試驗。

1.5.3 色澤及顏色測定

運用色差儀對樣品肌肉組織進行測定。同時運用便攜式色差儀對南極磷蝦肌肉RGB值進行測定，其中，R表示紅，G表示綠，B表示藍。

1.5.4 肌肉組織切片制備

隨機選取無黑頭、組織無損傷的南極磷蝦，平均體長為5.0～6.5 cm。取出驗證組和空白組南極磷蝦肌肉并固定于Bouin氏液里，固定15 min，進行乙醇梯度洗脫，石蠟包埋，5 ～7 μm連續切片，HE染色，實驗結果置于Olympus雙目顯微鏡下(10×10)觀察并拍照。

2 結果與分析

2.1 響應面實驗結果及分析

根據 Box-Benhken 模型設計及原理［7－8］，以保鮮劑濃度、浸泡時間及浸泡溫度為因素，進行實驗設計，實驗設計及結果如表3所示。利用Design Expert 8.0.6.0對實驗結果進行回歸分析及方差分析，擬合得到回歸方程為:綜合得分=26.128+0.131 25A+0.467 5B+0.446 25C－1.077 5AB－0.795AC－0.007 5BC －0.961 5A2－1.434B2－1.921 5C2。

表3 響應面實驗設計及實驗結果Table 3 Design matrix and experiment results of response surface method

表4 回歸方程的方差分析結果Table 4 Results of analysis of variance on the established regression model

表4是回歸方程的方差分析結果。如表4所示，回歸模型的相關系數為R2=0.913 0，這說明回歸方程因變量和自變量之間線性關系顯著。在因素選擇水平范圍內，二次項B2和C2對工藝效果的影響顯著，交互作用不顯著。對南極磷蝦復配保鮮劑工藝建立的回歸模型效果顯著(P＜0.05)，實驗數據與模型不相符情況不顯著(P＞0.05)，這表明方程對實驗的擬合效果好，模型選擇正確，實驗方法可靠。

2.2 響應面分析及最佳工藝參數確定

圖1～圖3是通過模型方程所做的相應面和等高線。浸泡溫度對南極磷蝦復配保鮮劑工藝作用效果起顯著作用，其次是浸泡時間，這與方差分析的結果一致。通過Design Expert 8.0.6分析得模型最佳工藝:A= －0.10，B=0.22，C=0.14，即保鮮劑濃度為21.80 g/L，浸泡溫度為 6.1℃，浸泡時間 6.56 min。在此條件下進行3次驗證實驗，綜合評分平均分為26.85，這與理論值基本相符。

圖1 保鮮劑濃度與浸泡時間對綜合得分影響的響應面及等高線Fig.1 Response surface and contour of effects of concentration of preservative and soaking period on comprehsive score

圖2 浸泡溫度與浸泡時間對綜合得分影響的響應面及等高線Fig.2 Response surface and contour of effects of soaking temperature and period on comprehensive score

圖3 保鮮劑濃度與浸泡溫度對綜合得分影響的響應面及等高線Fig.3 Response surface and contour of effects of concentration of preservative and soaking temperature on comprehensive score

2.3 最佳工藝條件驗證

通常情況下，保鮮劑效果被認為是與濃度呈相關性的。然而高濃度保鮮劑對感官評分產生一定影響，特別是4-HR濃度對南極磷蝦的顏色和氣味的影響顯著。同時，南極磷蝦品質變化與腐敗性質較其他海捕蝦有區別。因此，采用貯藏時間和感官評分作為保鮮劑效果綜合評定指標是有一定的意義的。

為了進一步考察回歸模型的實用性和真實性。采用實驗最佳工藝條件，即將南極磷蝦在濃度為21.8 g/L保鮮劑條件下，以6.1℃條件下浸泡6.56 min，撈出瀝干，以質構、色澤及肌肉組織切片為指標，對南極磷蝦復配保鮮劑工藝條件進行驗證。表5是最佳工藝條件下南極磷蝦質構結果。如表5所示，驗證組南極磷蝦的硬度、彈性和剪切力均較空白組高。由于質構指標可以正確反映出食品品質［9］。通過對質構指標的測定，說明復配保鮮劑工藝條件對南極磷蝦品質有一定的保證。

表5 最佳工藝條件下南極磷蝦質構結果Table 5 Texture analysis results of Antarctic krill under optimal technology

根據格拉斯曼定律，人的視覺對的感知主要取決于紅(R)、綠(G)、藍(B)這3種顏色，通過對顏色的認知，并加以圖像化、數字化的信息表現出來，這樣可以直觀地分析食品的色澤和品質［10］。表6是最佳工藝條件下南極磷蝦的色澤結果。如表6所示，驗證組與空白組RGB值相差不大，經計算機圖像處理后發現驗證組顏色較空白組鮮艷，呈粉紅色，這可能與4-HR的添加有一定原因。但經感官評定小組感官評分后，驗證組評分較空白組高。同時，經色差儀對南極磷蝦L*、a*和b*測定發現，驗證組指標均高于空白組，這說明驗證組感官更容易被接受。

表6 最佳工藝條件下南極磷蝦色澤結果Table 6 Results of Color of Antarctic krill under optimal technology

圖4是南極磷蝦肌肉組織切片顯微鏡觀察結果。其中圖4中的A和a圖分別為空白組和驗證組的南極磷蝦橫切圖;圖4中的B、C和b、c分別代表空白組和驗證組的南極磷蝦縱切圖。如圖4所示，空白組的橫切圖肌肉組織結構較驗證組松散，肌肉纖維結構出現斷裂，局部出現組織不完整情況，然而驗證組南極磷蝦橫切圖肌肉組織結構緊密，肌肉纖維清晰、緊密，結構完整;空白組縱切圖肌肉組織較驗證組差別不顯著，但肌肉紋理仍較驗證組模糊，局部組織結構不完整。這說明復配保鮮劑和工藝條件均對南極磷蝦品質保持有一定作用。

圖4 南極磷蝦肌肉組織切片顯微鏡觀察結果注:A，B，C組為空白組;a，b，c組為驗證組;A和a為橫切，其他為縱切Fig.4 Observation results of muscle slices of Antarctic krill under microscope Note:A，B and C represent control group，while a，b and c represent testing group，A and a represent trans-section，the rest represent vertical section

3 結論

采用響應面方法，模擬工廠化生產，對南極磷蝦復配保鮮劑的工藝參數進行優化。通過實驗優化，得出南極磷蝦復配保鮮劑工藝參數條件為，保鮮劑濃度21.80 g/L，浸泡溫度6.1℃，浸泡時間6.56 min。在此條件下，實際綜合得分最高，實際測量結果與理論值接近，這說明回歸模型選擇正確，方法可靠。同時，通過質構、色差和組織切片對回歸模型的真實性和實用性進行驗證，結果顯示驗證組測定結果好于空白組，具有一定的研究和推廣價值。

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