響應面法優化速食海鮮羹的加工工藝

陳 博,耿麗晶,黃 鶴,王 冠,周 圍

(錦州醫科大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121001)

響應面法優化速食海鮮羹的加工工藝

陳 博,耿麗晶*,黃 鶴,王 冠,周 圍

(錦州醫科大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121001)

目的:優化速食海鮮羹加工工藝,選取最優復合膠參數。方法:以渤海對蝦仁為原料,選擇k-卡拉膠、魔芋膠為復配膠凝劑,經過熬制、殺菌、冷卻等工藝制作速食海鮮羹;以凝膠強度結合感官評分為雙響應值作為評價指標,在復配膠比例、膠總量、熬膠溫度、NaCl添加量四個單因素實驗的基礎上,利用Design-Expert 8.0進行四因素三水平的響應面設計,建立數學模型,優化工藝條件。結果:速食海鮮羹的最佳工藝條件為k-卡拉膠∶魔芋膠(g∶g)=4∶1,復配膠添加量1.0%,熬膠溫度75 ℃,NaCl添加量為0.5%,得到凝膠強度為2.38 kgf/cm2,感官評分達到94.3分,接近于模型預測值2.49 kgf/cm2和95.8分,驗證性實驗與預測值基本相符,即該條件下海鮮羹的口感較好,最易于消費者接受。結論:速食海鮮羹優化數學模型建立成功,對實際生產有一定參考意義。

海鮮羹,卡拉膠,魔芋膠,響應面法優化

水產品營養豐富、風味鮮美,是優質蛋白來源,且脂肪含量很低。目前我國水產品主要以生鮮銷售為主[1],由于保鮮措施不當,很容易腐敗變質[2],為此本實驗考慮以羹的形式保持水產品的新鮮度的同時,擴增新型食品[3]。羹是指用蒸煮等方法做成的糊狀、凍狀食物[4]。海鮮羹類食品作為一種既傳統又營養豐富的佳肴,被廣大消費者喜愛[5]。為了滿足消費者對海鮮羹類食品的需求,同時適應快節奏的現代都市生活,開發一種可速食性海鮮羹制品很有可行性。渤海對蝦即渤海所產對蝦,又稱中國對蝦,以體碩鮮嫩、營養豐富而蜚聲中外,但目前鮮食市場無法消化大量的渤海對蝦。因此,本實驗以錦州當地渤海對蝦為原料,胡蘿卜、黃瓜、玉米為輔料,添加k-卡拉膠、魔芋膠,經熬制,殺菌,冷卻后得到速食海鮮羹成品,為新型海鮮羹類產品實際生產提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

渤海對蝦 錦州市水產批發市場;胡蘿卜、黃瓜、玉米粒、食鹽 錦州新瑪特超市;k-卡拉膠(KC,食品級)、魔芋膠粉(KGM,食品級) 河南正興食品添加劑有限公司;硫酸、硫酸鉀、硫酸銅、硼酸、氫氧化鈉、甲基紅指示劑、乙醇、石油醚、高氯酸、鹽酸、丙酮、冰乙酸、重鉻酸鉀、三羥甲基氨基甲烷、α淀粉酶、以上試劑均為分析純。

FA2004N型電子天平 上海精密科學儀器有限公司;SG-305多功能粉碎機 北京維欣儀奧科技發展有限公司;巴氏滅菌機 濟南永延機械有限公司;電熱恒溫鼓風干燥箱 上海恒科技有限公司;TAXA質構儀 北京微訊超技儀器有限公司;恒溫培養箱 常州冠軍儀器制造有限公司;半自動凱氏定氮儀 上海洪紀儀器設備有限公司;索氏提取器 上海洪紀儀器設備有限公司

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 調配復配膠(k卡拉膠∶魔芋膠)→加水攪拌→熬膠→過濾→加入原輔料→加食鹽→灌裝→密封→巴氏滅菌→冷卻至室溫→成品(4 ℃貯藏)。

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原輔料配比 新鮮蝦仁20 g,胡蘿卜1 g,黃瓜1 g,玉米粒1 g[6]。

1.2.2.2 原輔料預處理 挑選重量為每只約20 g左右的鮮活渤海對蝦(蝦眼飽滿完整,蝦頭,蝦腳沒有變黑,外殼稍具硬度,且聞起來沒有腥臭味),去頭剝殼,開背去腸泥,清洗),水煮溫度100 ℃,煮制蝦仁1 min;胡蘿卜、黃瓜、玉米粒切成約2 mm大小后漂燙30 s。

1.2.2.3 制膠 將k-卡拉膠、魔芋膠按照比例混合,加入1.5倍蒸餾水,不斷攪拌至混合均勻,煮沸。

1.2.2.4 過濾 凝膠在煮沸后,由于攪拌產生較多泡沫,選用100目的濾布進行過濾,以去除泡沫及無法溶解的雜質,得到透明、粘稠的膠體,使果凍口感細膩爽口。

1.2.2.5 滅菌 密封后采用巴氏滅菌80 ℃,30 min。

1.2.3 理化指標的測定 水分的測定：GB/T 5009.3-2010;粗蛋白的測定：采用凱氏定氮法GB/T 5009.5-2003;粗脂肪的測定：GB/T 1477.2-2008;膳食纖維的測定：GB 5009.88-2014;菌落總數檢測：GB/T 4798.2-2010。(水產品菌落總數≤5 lg(cfu/g)為一級鮮度,≤5.7 lg(cfu/g)為二級鮮度,菌落總數達到6 lg(cfu/g)為不能食用。)

1.2.4 凝膠強度測定 采用TAXA質構儀[7]測定速食海鮮羹的凝膠強度。參數設置:探頭:P/0.5(直徑0.5英寸的圓柱狀平頭)探頭測試速率1.00 mm/s;測試距離15.00 mm;返回速度:5.00 mm/s;觸發力:5.00 g。試樣高度約40 mm;測試循環次數2次,記錄讀數。

1.2.5 感官評價 采用描述性定量分析(Quantitative Descriptive Analysis,QDA)法進行感官評定[8]。由10 名具備感官評定知識的人員組成感官評定小組,對樣品的風味特征進行評分,感官評分滿分為100分,感官評價標準如表1。

表1 速食海鮮羹感官評分標準Table 1 Standards of sensory score of instant seafood jelly

1.2.6 速食海鮮羹的單因素實驗設計 固定條件為復配膠總量1%、熬膠溫度75 ℃、食鹽添加0.6%,考察不同復配膠比例(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)對凝膠強度、感官評分的影響; 固定條件復配膠比例3∶1、熬膠溫度75 ℃、食鹽添加量0.6%,考察不同復配膠總量(0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、)對凝膠強度、感官評分的影響;固定條件復配膠比例3∶1、復配膠總量1%、食鹽添加量0.6%,考察不同熬膠溫度(55、65、75、85、95 ℃)對凝膠強度、感官評分的影響;固定條件復配膠比例3∶1、復配膠總量1%、熬膠溫度75 ℃,考察不同食鹽添加量(0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%)對凝膠強度、感官評分的影響。

1.2.7 響應面實驗設計 根據Box-Behnken設計原理,在單因素實驗的基礎上,以凝膠強度和感官評分為響應值Y,選擇復配膠比例(k-卡拉膠:魔芋膠)﹑復配膠總量、熬膠溫度、食鹽添加量為四個主要單因素,篩選制作速食海鮮羹的最佳工藝,因素水平表見表2。

表2 響應曲面設計實驗因素和水平表Table 2 Factors and levels of Box-Behnken central composite test for response surface experiment

1.3 數據處理

實驗結果數據重復3次,以平均值±標準偏差(Mean values±S.D.)表示,應用Excel 軟件進行作圖處理,Design-Expert 8軟件進行方差分析[9],建立回歸方程。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果與分析

k-卡拉膠是一種多糖提取于紅藻中[10],其脆性以及彈性、析水性較差,魔芋膠本身黏度較差,但是k-卡拉膠與魔芋膠復配后,可以改善這些缺點[11]。然而,復配膠的比例對速食海鮮羹的品質影響較大。圖1表明,在復配膠中,隨著k-卡拉膠的比重逐漸增大時,凝膠強度越來越大,可能是由于多糖分子間相互作用[12]。在4∶1時,復配膠的凝膠強度最大，結合感官評分可以看出,增加k-卡拉膠的比重,感官評分逐漸上升,產品風味品質升高。但由于在4∶1與5∶1之間增加上升幅度較為平緩,但考慮到生產成本,本實驗中擬定復配膠比例為4∶1。

圖1 復配膠比例對感官評分和凝膠強度的影響Fig.1 Influences of glue proportion on the sensory score and gel strength of instant seafood jelly

圖2表明,隨著復配膠添加量的增大,在1.0%之前,樣品的凝膠強度隨其用量的增加而線性增大,隨后增大的幅度漸趨平穩。這可能是由于膠體分子的增多,分子間交聯作用增強。因而使分子間相互作用增強[13]。但是當膠體質量增大時,凝膠強度趨于平衡,這是因為分子鏈之間側基的空間位阻作用增大。在1.0%時感官評分也達到最大值,在硬度、脆性、彈性和入口溶化性方面均較好。因此,確定1.0%為復配膠的最適添加量。

圖2 復配膠總量對感官評分和凝膠強度的影響Fig.2 Influences of total glue on the sensory score and gel strength of instant seafood jelly

圖3表明,隨著熬膠溫度的升高,在55～75 ℃時凝膠強度呈線性升高,這是因為在低溫環境下,膠體分子內部沒有完全呈卷曲結構,雙螺旋結構較少。在75～95 ℃,當溫度升高時,分子內部結構被破壞,因此凝膠強度降低;在圖3中感官評分可以看出,在85 ℃保持平穩,這是因為溫度過高,會發生焦糖化反應,凝膠變硬,凝膠持水性變差[14]。因此,熬膠的最適溫度是85 ℃。

圖3 熬膠溫度對感官評分和凝膠強度的影響Fig.3 Influences of glue temperature on the sensory score and gel strength of instant seafood jelly

圖4表明,隨著食鹽用量的增大,凝膠強度值逐漸增加,這是由于Na+可提高復配膠體凝膠強度。但是,在達到0.6%時凝膠強度達到最大,隨后,凝膠強度逐漸下降。這是由于陽離子過多的環境下,陽離子與凝膠結合,導致膠體老化[15];感官評分同樣先上升后下降,由于食鹽的添加,可以增加黏度,還可以使蝦肉鮮味更加凸顯。但是鹽度過高,由于味道過咸,使人的味覺器官感到不愉快,且造成蝦肉的脫水,蝦肉口感較硬,味感也因此變差。因此,本實驗選擇食鹽添加量為0.6%。

圖4 食鹽添加量對感官評分和凝膠強度的影響Fig.4 Influences of salt content on the sensory score and gel strength of instant seafood jelly

2.2 響應面優化結果分析

2.2.1 數學模型的建立和數據分析 根據單因素實驗結果,由Design-Expert8.0.6統計分析軟件設計出的速食海鮮羹工藝的實驗方案及實驗結果如表3。

表3 響應面實驗設計結果Table 3 Results of response surface design experiment

表4 方差分析結果(凝膠強度為響應值)Table 4 ANOVE of regression analysis(gel strength as response value)

注：**為極顯著,p≤0.01;*為顯著,p≤0.05;不標記為不顯著,p>0.05。

2.2.2 回歸方程擬合及方差分析 利用 Design Expert 統計軟件對實驗數據進行回歸擬合,得到凝膠強度、感官評分分別與四因素之間二次多項回歸模型。凝膠強度(Y1)=2.40+0.18A+0.35B+0.13C+0.15D+0.18AB+0.043AC+0.045AD-0.12BC+0.032BD+0.058CD-0.30A2-0.35B2-0.17C2-0.19D2;感官評分(Y2)=95.00+2.18A+1.19B-1.77C+2.08D+0.82AB-2.38AC+2.55AD-3.25BC-1.05BD+4.30CD-4.47A2-1.46B2-5.64C2-2.47D2。對模型進行方差分析,方程中各項系數絕對值的大小直接反映各因素對響應值的影響程度[16-18]。由方程的一次項系數可以得出,影響海鮮羹凝膠強度和感官評分的因素的主次順序均為:復配膠總量>復配膠比例>食鹽添加量>熬膠溫度。

表4和表5分別是以凝膠強度和感官評分為響應值的回歸分析結果?；貧w方差分析顯著性驗證表明,兩種模型回歸都顯著(p<0.0001),失擬項都不顯著。由表4可知,影響海鮮羹工藝優化的四個因素對凝膠強度結果的回歸項達到極顯著水平(p<0.01)。該回歸方程的擬合優度是97.12%(R2=0.9712),說明該模型與實驗擬合較好,自變量與響應值之間線性關系顯著,因此可用于海鮮羹優化實驗的理論推測。根據F值的大小,得出這四個因素對凝膠強度的影響為:B>A>D>C,即在海鮮羹優化條件中復配膠總量>復配膠比例>食鹽添加量>熬膠溫度,結果與回歸方程結果一致。一次項和二次項影響均顯著(p<0.05),交互項只有AB、BC達到顯著水平,其中交互項AB極顯著(p<0.01)、交互項BC顯著(p<0.05),剩余交互項影響均不顯著(p>0.05)。失擬項p=0.0995>0.05(不顯著),說明回歸方程與實際情況較好的吻合,實驗誤差小,確定模型選擇正確。

表5 方差分析結果(感官評分為響應值)Table 5 ANOVE of regression analysis(sensory score as response value)

注：**為極顯著,p≤0.01;*為顯著,p≤0.05;不標記為不顯著,p>0.05。

由表5可知,速食海鮮羹感官評分方差分析可以看出,該模型是極顯著的(p<0.01)。失擬項p=0.1689>0.05,差異不顯著。說明實驗誤差主要來源是隨機誤差,未知因素對實驗結果干擾較小?；貧w方程的擬合優度是97.65%(R2=0.9765),說明該模型與實驗擬合較好,可以用于海鮮羹優化實驗的理論推測?；貧w方程中各變量對其響應值影響的顯著性可以通過F值判斷,F值越大,說明影響就越大;反之,F值越小,說明影響就越小。因此獲得影響次序為A(復配膠比例)>D(食鹽添加量)>C(熬膠溫度)>B(復配膠總量)。

2.2.3 響應面分析圖 如圖5可以直觀看出兩兩因素交互作用對凝膠強度的影響。響應面圖形狀可以反映出兩兩因素交互作用的強弱[19-26]。如圖5(A、D)可以看到響應面圖形狀陡峭,表示兩因素交互作用顯著,與方差分析結果一致。由5A圖可知,隨著復配膠比例和復配膠總量的增加,凝膠強度變化趨勢均為先增加后減少。由5D可以得出,隨著復配膠總量與熬膠溫度的增加,凝膠強度呈上升趨勢,說明這兩個因素交互作用較顯著。并且可以看出,熬膠溫度比復配膠總量對凝膠強度的影響小。由圖5(B、C、F)可知,隨著兩交互因素的增加,凝膠強度逐漸平緩上升,交互作用較弱,這與方差分析結果一致。由圖5E可以看出,隨著復配膠總量和食鹽添加量的增加,凝膠強度分別為線性升高和保持穩定,與單因素相比,可以確定這兩個因素相互作用不顯著。

由圖6所示,根據響應面彎曲程度分析得出,圖6(B、D、F)響應面圖較為陡峭,說明兩兩相互作用較顯著,其中圖6F最為顯著,感官評分剛開始隨著兩因素的增加而增加,當感官評分達到極值后,逐漸減小。由圖6C可以看出,在復配膠比例較低時,感官評分隨著食鹽添加量的升高而增大。食鹽添加量增加能彌補復配膠的比例過低時對感官評分的影響。但食鹽添加量較高時,感官評分逐漸降低。由圖6E所示曲面圖較為平緩,因此這兩個因素交互作用較弱,作用不顯著。

圖5 各兩因素交互影響凝膠強度的響應面圖Fig.5 The interaction of two factors on the gel strength

圖6 各兩因素交互影響感官評分的響應面圖Fig.6 Response surface plots of two factors interaction on the sensory score

表6 熟蝦仁與速食海鮮羹營養成分對比(%)Table 6 Per 100 g product nutrition ingredient(%)

2.2.4 優化配方參數和驗證模型 通過Box-Behnken實驗得到結果,綜合考慮感官評分和凝膠強度,并結合實際情況,確定模型優化得到的速食海鮮羹最佳工藝條件為:復配膠比例(k-卡拉膠∶魔芋膠)為4∶1,復配膠總量為1.0%,熬膠溫度75 ℃,食鹽添加量為0.5%。采用此工藝進行三次平行驗證實驗,實驗得到凝膠強度2.38 kgf/cm2,感官評分94.3分,與預測值2.49 kgf/cm2、95.8分基本相符,可以證明響應面法優化速食海鮮羹的工藝具有可行性。

2.3 營養指標

按照以上實驗方法,以本品同等煮制條件下的水煮熟蝦仁為對照,測得速食海鮮羹的基本營養成分見下表。100 ℃煮制1 min的熟蝦仁與速食海鮮羹的營養成分見表6。

2.4 微生物指標

本實驗測得速食海鮮羹的菌落總數為2 lg cfu/g,符合食品安全衛生標準。

3 結論

通過建立多項數學模型,確定最佳的速食海鮮羹工藝條件為:復配膠比例(k-卡拉膠∶魔芋膠)為4∶1,復配膠總量為1.0%,熬膠溫度75 ℃,食鹽添加量為0.5%,并在此工藝條件下得到的速食海鮮羹凝膠強度2.38 kgf/cm2,感官評分94.3分,實際值與理論值誤差在5%內,表明所建速食海鮮羹數學模型建立成功,對實際生產有指導意義。

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Optimization process of the instant seafood Jelly through response surface method

CHEN Bo,GENG Li-jing*,HUANG He,WANG Guan,ZHOU Wei

(School of food science and engineering Liaoning Medical University,Jinzhou 121001,China)

Objective To optimize the processing technology of instant seafood jelly. The optimum compound parameters were selected. Method The Bohai prawn and konjac gum and konjac gum were used as raw materials,and the instant seafood jelly was prepared by the process of brewing,sterilization and cooling. The gel value was combined with the sensory score as the double response value based on the four factors of compound ratio,the total amount of glue,the total amount of gelatin,the temperature of boiled glue;and the four-factor experiment,the design of four-factor and three-level response surface was designed by using Design-Expert 8.0,and the mathematical model was established. Result The optimum technological conditions were as follows:k-ka gum∶konjac gum(g∶g)=4∶1,1.0% of compound rubber,75 ℃ of boiled rubber,0.5% of NaCl,The gel score was 2.38 kgf/cm2and the sensory score was 94.3 points,which was close to the predicted values of 2.49 kgf/cm2and 95.8. The validation test was consistent with the predicted value. Conclusion The rapid optimization of mathematical model of quick food seafood is of great significance to practical production.

Seafood jelly;k-carrageenan;konjac gum;the response surface experiment

2017-12-02

陳博(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：食品營養與安全，E-mail：datongtong0617@163.com。

*通訊作者:耿麗晶(1981-)，女，博士，教授，研究方向：食品營養與安全方向，碩士研究生導師，E-mail：gengli777@126.com。

國家自熱科學基金(81401189)。

TS254.1

B

1002-0306(2017)15-0218-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.041