響應面法優化香辣藕片生產工藝

肖楚潔，周炎

(南京信息工程大學 科學技術研究院，南京 210044)

藕(NelumbonuciferaGaertn.)，又稱蓮藕、蓮菜、菡萏，屬睡蓮科多年生大型草本水生植物的根莖，目前為我國產銷量最大的水生蔬菜，集營養和藥用于一體[1,2]。蓮藕富含多種營養成分，如糖類、脂肪、纖維素和卵磷脂，還含有少量的生物堿、黃酮類、維生素C、胡蘿卜素和硫胺素等物質及鐵、錳、鈦、磷等礦物元素[3]，具有促進人體腸道健康、補充膳食鐵、止血和收縮血管等功能，是孕婦、白血病患者理想的食品。中醫認為蓮藕全株都可以入藥，具有涼血、散淤以及養胃滋陰的功效[4]。加之易于購買且價格實惠，故廣受消費者喜愛。近年來，各具特色的蓮藕系列產品層出不窮，如藕脯、藕糖蜜膏、蓮藕脆片、藕粉、鹽漬藕、速凍藕和蓮藕膳食纖維等[5-8]。許多學者致力于蓮藕休閑食品的研發，李淑珍[9]采用正交試驗優化了蓮藕蜜餞的加工工藝；王毓寧等[10]采用感官評定的方法，對風味蓮藕 泡菜的加工工藝進行了探討；宋艷玲[11]專門研究過藕夾方便食品的加工及保藏。但目前的研究中，藕片硬化工藝所使用的硬化劑都存在或多或少的缺點，例如乳糖(處理的藕片太甜，存在風味缺陷)、葡萄糖(雖能保脆，但顏色變黑)、氯化鈣(對人體有害，可引起胃腸道刺激或潰瘍)[12,13]。而關于乳酸鈣作藕片硬化劑的研究鮮有報道，本研究在單因素實驗配方的基礎上，采用響應面優化法，探究浸泡時間、硬化劑(乳酸鈣)添加量及硬化溫度對香辣藕片產品硬度和感官評價的影響，以期開發出香辣藕片方便食品，并為新型藕片食品的工業化生產提供一定的研究思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮藕、香辣調味料、鹽、雞精、白砂糖：市售；食用香精、乙基麥芽酚、雞肉鮮香膏：青島魯味香食品添加劑有限公司；香辣香精：上海朗楓香料有限公司；檸檬酸：廣東省陽東縣化工工業公司；硬化劑(乳酸鈣)：天津市科頓生物科技有限公司。

HH4數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；HHT4-YX-280D不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌鍋 北京中西遠大科技有限公司；TA.XT plus食品物性測定儀 上海瑞玢科學儀器有限公司；DZ-400/2ES真空包裝機 華聯機械集團有限公司；HPX-9612MBE恒溫培養箱 上海博訊實業有限公司；LP502B電子天平 上海越平科學儀器有限公司；FA2004電子精密天平 上海精密科學儀器天平廠；BCD-196KF冰箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

清洗→切片→稱量→硬化→沖洗→熱燙→冷卻→調味→真空包裝→滅菌→冷卻→成品。

1.2.2 操作要點

選擇新鮮、無機械傷、無病害、根莖結實粗壯且大小均勻的蓮藕，表皮顏色白嫩略帶黃褐色，沒有明顯黑色斑塊[14]。

用實驗室純水輕輕洗凈藕表皮的泥土等雜質，并用刨刀削去藕的外層表皮，切除藕節。

將去皮后的藕節切成2 cm厚的藕片，將切好的藕片浸泡在水中，防止藕片發生氧化。

稱取30 g藕片，將藕片放在水浴加熱的硬化劑中硬化處理。

將硬化好的藕片在煮沸的水中熱燙1 min后迅速撈出，置于冷水中冷卻。

按照比例配制調味料，進行藕片的調味。

將調好味的藕片以每袋100 g的規格裝入密封袋，抽真空后放入高壓蒸汽滅菌鍋中，120 ℃滅菌18 min，滅菌后冷卻至室溫。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 硬化劑濃度對藕片硬度的影響

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，分別加入濃度為1.0%，1.1%，1.2%，1.3%，1.4%的硬化劑，在硬化溫度為30 ℃的條件下[15]，硬化2 h，根據感官評價選擇合適的硬化劑濃度。

1.2.3.2 硬化溫度對藕片硬度的影響

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，加入硬化劑的濃度為1.1%，分別在20，30，40，50，60 ℃的條件下硬化2 h，根據感官評價選擇合適的硬化溫度。

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，加入硬化劑的濃度為1.1%，在硬化溫度30 ℃的條件下，分別硬化1，1.5，2，2.5，3 h，根據感官評價選擇合適的浸泡時間。

1.2.3.4 料液比對藕片硬度的影響

取5份100 g藕片，將料液比分別設置成1∶1.5，1∶3，1∶4.5，1∶6，1∶7.5，加入濃度1.1%的硬化劑，在硬化溫度30 ℃條件下硬化2 h，根據感官評價選擇最適料液比。

1.2.4 響應曲面工藝設計配比

根據單因素實驗發現，硬化劑濃度、硬化溫度、浸泡時間這3個因素對藕片的硬度影響最為明顯，故以這3個因素為自變因素，以硬度(Y)為考察指標，設計響應曲面實驗，見表1。

1.3 測定方法

1.3.1 感官評價

在成品當天進行香辣藕片的感官評價，參考張文君等[16]、張建輝等[17]的評價方法。由10名感官評價人員組成評價小組，其中男女比例相等。針對實驗目的、感官評價的標準和要求(GB/T 16291.1-2012)對評價小組進行適當的培訓[18]。樣品隨機編號，采用百分制，品評人員需要獨立客觀地對香辣藕片的特性給出分值(色澤30%、質地40%、形態20%、風味10%)，計算結果取平均值，感官評價標準見表2。

他們和肥鴨一般，嘴里發響擺動著身子，沒有理她走過去了！他們走了許久許久，她仍沒起來，以后她哭著，木桶揚翻在那里，小包袱從木桶滾出。她重新走起時，身影在地面越瘦越長起來，和細線似的。

表2 香辣藕片感官評定標準Table 2 Sensory evaluation standard of spicy sliced lotus root

1.3.2 質構測定

質構是表示食品組織結構的重要品質指標，通過對質構特性的分析，可以清晰地量化食品的組織形態變化[19]。挑選大小一致、厚度均勻的藕片6～10片作為測試對象，平放于測試臺中央，參考王遠等[20]的研究，選用探頭為P/5N的平底圓柱形探頭，測試參數設置：操作模式為TPA模式，測前速度2 mm/s，測試速度0.5 mm/s，下壓距離5 mm，測后速度2 mm/s，測量樣品的硬度，每個樣品重復測定6次，結果取平均值。

1.3.3 數據處理

實驗數據使用軟件IBM SPSS Statistics 21.0進行統計分析，采用軟件Origin 7.5及Design-Expert 8.0進行制圖和數據分析。質構測定重復6次，其他實驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 硬化劑濃度對香辣藕片品質的影響

圖1 硬化劑濃度對香辣藕片品質的影響Fig.1 The influence of hardener concentration on quality of spicy sliced lotus root

由圖1可知，保持其他條件不變的情況下，硬化劑的濃度升高，藕片的硬度先增大，達到最大值后呈下降趨勢，但下降程度不大；當硬化劑濃度為1.1%時，藕片的硬度最大，為658.57 gf；當濃度繼續升高時，藕片的硬度變化較小，綜合感官評分圖可以看出，硬化劑濃度在1.1%時，感官評分最高，為88.23分；但硬化劑濃度繼續升高至1.4%時，感官評分逐漸下降。由此可知，當硬化劑濃度增大到一定程度時，硬化效果不再發生明顯變化。因此，硬化劑的濃度為1.1%時，硬度測量值和感官評定值都達到最佳，而且成本低。

2.1.2 硬化溫度對香辣藕片品質的影響

圖2 硬化溫度對香辣藕片品質的影響Fig.2 The influence of hardening temperature on quality of spicy sliced lotus root

由圖2可知，隨著硬化溫度的升高，香辣藕片的硬度呈現先上升后緩慢下降的趨勢，而感官評分呈先增后降的趨勢。當硬化溫度為30 ℃時，香辣藕片的硬度最大，為632.97 gf，此時感官評分也最高，為82.71分；硬化溫度在20～30 ℃這一階段時，感官評分變化大，藕片由軟變脆，口感變化明顯；在30 ℃之后，隨著硬化溫度的升高，硬度減小，感官評分呈下降趨勢，但在品嘗時口感上的變化不是很明顯，并且會降低生產效率。

2.1.3 浸泡時間對香辣藕片品質的影響

圖3 浸泡時間對香辣藕片品質的影響Fig.3 The influence of soaking time on quality of spicy sliced lotus root

由圖3可知，當浸泡時間為2 h時，藕片的硬度最大；當浸泡時間大于2 h后，隨著浸泡時間的增加，藕片硬度呈現下降趨勢，但2 h后的硬度變化較小，結合感官評分圖可以看出，浸泡時間對感官影響較大，在2 h之前，感官評分上升趨勢變化明顯，能夠明顯感覺到藕片硬度的變化，2 h后感官評分變化趨勢減緩。隨著浸泡時間的增加，硬度減小，口感變差，且消耗的生產時間多，影響生產效率。

2.1.4 料液比對香辣藕片品質的影響

圖4 料液比對香辣藕片品質的影響Fig.4 The influence of solid-liquid ratio on quality of spicy sliced lotus root

由圖4可知，料液比改變時，藕片硬度以及感官評分基本不變，綜上可以推斷得出料液比不是影響硬度的主要因素，因此在后續實驗中不作為變量考慮。

2.2 響應面優化藕片工藝

2.2.1 響應面設計與結果

分析單因素實驗結果可知，藕片的硬度和藕片的整體感官評價關聯很大，硬度最大時感官評價均最高，故采用Box-Behnken中心組合實驗設計成3因素3水平方式，A表示預處理時的硬化溫度，B表示浸泡時間，C表示硬化劑的濃度，以香辣藕片硬度(Y)為考察指標,確定最佳工藝條件，實驗結果見表3。

表3 Box-Behnken 設計方案及結果Table 3 Design and results of Box-Behnken

續 表

2.2.2 回歸方程與方差分析

應用Design-Expert 8.0對表3中的實驗數據進行多元回歸分析，可以得出各因素與因變量之間的多元回歸方程：

Y=656.07+39.41A+74.56B+144.19C-14.18AB-0.37AC-24.43BC-141.91A2-95.25B2-131.04C2。

對該模型進行方差分析以及顯著性檢驗，見表4。

表4 回歸方程顯著性檢驗與方差分析Table 4 Significance test and variance analysis of regression equation

注：“*”表示差異顯著(P<0.05)；“**”表示差異極顯著(P<0.01)。

2.2.3 響應面交互作用分析

由響應面圖可直觀地看出各因素對藕片硬度影響的整體趨勢，而等高線排列的密集程度則表明2個因素變化對硬度的影響程度[23]。3個因素之間的交互作用對藕片硬度的影響見圖5。3個圖像中，圖5(c)的響應面坡度最陡峭，等高線最為密集且呈橢圓形，說明當硬化溫度為30 ℃時，隨著時間的增加，硬度呈緩慢上升趨勢，而在硬化劑濃度增加的過程中，硬度上升趨勢快，因此硬化劑濃度的影響較為明顯。圖5中響應面最平緩的是(b)，說明當浸泡時間為2 h時，硬化溫度和硬化劑濃度的相互作用對藕片硬度的影響較小。總體來看，3個響應面坡度均較平緩，說明雖然硬化劑濃度和浸泡時間的交互作用對藕片硬度影響最大，但作用不顯著，這與表4的回歸分析結果吻合。

圖5 各因素交互作用對硬度的響應面圖Fig.5 The response surface figures of hardness affected by two-factor interaction

2.2.4 最佳工藝及驗證實驗

對回歸方程偏導求解，可得出香辣藕片的最佳工藝條件：硬化溫度為31.23 ℃，浸泡時間為2.16 h，硬化劑濃度為1.15%。根據實際操作情況修正為：硬化溫度31 ℃，硬化劑濃度1.1%，浸泡時間2 h，符合國家標準[24]。在此條件下進行3次驗證實驗，得到香辣藕片的硬度為701.36，與預測值707.78基本一致，相對誤差為0.91%，而感官評分此時達到92.60分。綜上，說明所得模型與實際情況擬合程度較好，能夠反映硬化溫度、浸泡時間和產品硬度以及感官評分之間的關系，可采用該模型對香辣藕片的品質進行預測。

3 結論

本研究主要通過單因素實驗和響應面法對香辣藕片的制作工藝進行優化。先通過單因素實驗得出了3個因素對硬度的影響，在此基礎上，對浸泡時間、硬化溫度、硬化劑濃度進行3因素3水平的響應面優化實驗，最終得出的優化條件為：硬化溫度31 ℃，硬化劑濃度1.1%，浸泡時間2 h。在加工過程中，以100 g藕片計，具體配方為：香辣王4 g，鹽1.6 g，雞精1 g，糖2 g，味特鮮0.1 g，乙基麥芽酚0.5 g，香辣香精0.5 g，雞香膏0.2 g，蔬菜防腐劑檸檬酸0.02 g，真空包裝時抽氣時間設定為10 s，滅菌條件設置為120 ℃，滅菌18 min。通過驗證實驗，產品脆度提高至701.36，感官評價高達92.60，產品品質明顯提高，可見本研究構建的模型擬合良好，對其生產加工具有較強的指導意義。