響應(yīng)面法優(yōu)化低鹽麻辣火鍋底料配方工藝研究

孫甜甜，趙鐳，鐘葵，史波林，汪厚銀，劉龍云，田師一

(1.中國標準化研究院農(nóng)業(yè)食品標準化研究所，北京 102200；2.浙江工商大學食品與生物工程學院，杭州 310016)

近年來，隨著人們生活水平的日益提高，越來越多的人們開始關(guān)注更健康的生活方式。據(jù)統(tǒng)計，高血壓已成為目前全球死亡和致殘的主要原因之一，每年約有1070萬人死于與高血壓相關(guān)的疾病，高鹽攝入是導(dǎo)致高血壓患者的主要原因之一，減少鹽的攝入有助于控制血壓并降低相關(guān)并發(fā)病的發(fā)生[1]。研究顯示，中國成年人自2019年起，在過去40年間平均每天食鹽攝入量在10 g以上，超過世界衛(wèi)生組織推薦量的2倍[2]。中國發(fā)布的《國務(wù)院關(guān)于實施健康中國行動的意見》中，明確提出鼓勵全社會參與減鹽。

目前減鹽產(chǎn)品的研發(fā)主要從三個方面進行：低鈉鹽(salt substitutes，其他礦物鹽)、風味增強劑(salt enhancers，氨基酸、肽、有機酸及芳香族化合物)以及咸味肽，通常混合起來進行使用[3]，目前研究表明，許多氨基酸和小肽被認為具有咸味增強作用，精氨酸與天冬氨酸共同使用被認為在咸味增強方面具有顯著作用[4]，同時酸味也被證實有效。因此，通過添加具有增咸功效的食品成分來提高食品咸度的思路也被更多應(yīng)用到減鹽策略中。

麻辣火鍋為川渝地區(qū)特有的飲食，因其麻辣鮮香的特有風味而廣受好評。但是縱觀市場上各種不同品牌火鍋底料，含鹽量在660～9479 mg/100 g之間，經(jīng)常食用高鹽產(chǎn)品不利于身體健康。考慮到食品中鹽的一個關(guān)鍵方面是通過改變感官特性來最大限度地提高口感[5]，突然改變加工食品的含鹽量可能會降低消費者的接受程度[6]，有研究表明，加工食品中鹽的減少高達50%是可以實現(xiàn)的，且不會對消費者的接受度產(chǎn)生負面影響[7]。

因此，本文在滿足不過多改變麻辣火鍋原有風味的基礎(chǔ)上，通過單因素試驗得到辣味、麻味及鮮味對咸味強度的影響情況，結(jié)合響應(yīng)面方法對實驗室低鹽麻辣火鍋底料進行配方設(shè)計，得到一款最優(yōu)配方，并檢測其穩(wěn)定性，達到對底料減鹽不減咸的目的。

1 材料與方法

1.1 材料

郫縣豆瓣醬、牛油、干辣椒、小米辣、豆豉、蔥姜蒜、香葉、五香粉、冰糖、白酒、酒釀、味精：購自超市；小顆?；ń?產(chǎn)自山東萊蕪)：產(chǎn)地直供；辣椒油樹脂(食品級)：購自成都珪一食品開發(fā)股份有限公司；花椒油樹脂(食品級)：購自仲景食品股份有限公司。

1.2 設(shè)備

JK-30H06九陽(Joyoung)3 L五檔調(diào)溫電煮鍋；家用漏勺等實驗室常備容器；搗碎器：尚動三刀片；C21-RH2144美的電磁爐。

1.3 低鹽麻辣火鍋底料基礎(chǔ)配方

低鹽麻辣火鍋底料配方及用量見表1。

表1 麻辣火鍋底料配方(以411 g總重為例)Table 1 The formula of spicy hotpot seasonings (taking 411 g total weight as an example)

1.4 工藝流程

本試驗低鹽麻辣火鍋炒制工藝流程圖見圖1。

圖1 低鹽麻辣火鍋底料炒制流程圖Fig.1 Flow chart of frying of low-salt spicy hotpot seasonings

1.5 操作要點

糍粑辣椒的制備：將干辣椒置于沸水中煮制3～5 min撈出[8]，與小米辣按照4∶3配比，搗碎后制成糍粑辣椒。

火鍋底料含鹽量的控制：不額外添加食用鹽，添加豆瓣醬含量為80 g/400 g，豆豉含量為3 g/400 g。

炒制溫度：采用電磁爐及配備炒鍋炒制，控制火鍋底料全程炒制功率在300～600 W之間，溫度在37.5～75 ℃之間。

1.6 低鹽麻辣火鍋底料配方優(yōu)化

檢測結(jié)果表明，本研究中低鹽麻辣火鍋底料基礎(chǔ)配方含鹽量為(1278±0.5) mg/100 g。該鹽分主要由配方中豆瓣醬及豆豉2種物料提供。其中，豆瓣醬含鹽量為8000 mg/100 g，豆豉含鹽量為1455 mg/15 g。以該底料作為麻辣火鍋基礎(chǔ)配方，再通過改變辣味、麻味及鮮味物質(zhì)含量，分析其咸味強度的影響，調(diào)整基礎(chǔ)配方中的咸味強度，從而得到低鹽麻辣火鍋底料。

1.6.1 單因素試驗

在實驗室炒制的基礎(chǔ)配方情況下，添加0.5，1，2，3，4 mL辣椒油樹脂，探究辣味對咸味強度的影響；在實驗室炒制的基礎(chǔ)配方情況下，添加0.5，1，2，3，4 mL花椒油樹脂，探究麻味對咸味強度的影響；在實驗室炒制的基礎(chǔ)配方情況下，添加1，2，3，4，5 g味精，探究鮮味對咸味強度的影響。

1.6.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，以辣味物質(zhì)添加量、麻味物質(zhì)添加量及鮮味物質(zhì)添加量為變量，根據(jù)Design Expert 8.0.6軟件中的Box-Behnken模型，以咸味強度和喜好度結(jié)果為響應(yīng)值，進行三因素三水平響應(yīng)面試驗設(shè)計，得到最佳工藝配比。試驗因素與水平設(shè)計結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗因素與水平Table 2 The factors and levels of response surface test

1.6.3 驗證試驗

對所得到的最優(yōu)配方進行驗證試驗，采用gLMS標度對底料的咸度進行評價，同時用九點喜好標度對底料的喜好程度進行打分。將最優(yōu)配方數(shù)據(jù)與系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)對比，觀察最優(yōu)配方的穩(wěn)定性。

1.6.4 咸度及喜好度感官評價方法

gLMS(generalized labeled magnitude scale)標度是一個帶有標簽的尺度(見圖2)，其頂端是用“任何類型的最強烈的能想象到的感覺”標注最大值，用來進行有效的跨群體比較[9]。九點喜好標度是食品行業(yè)進行食品接受性測試最常用的方法，它由Jones等制定，在測量產(chǎn)品喜好度方面最有效，同時對偏愛度進行排序也非常有效[10]。

圖2 gLMS標度示意圖Fig.2 gLMS scale diagram

通過日常培訓(xùn)篩選對麻辣火鍋有一定熟悉度的評價員參加試驗，要求其在品嘗試驗之前避免飲食刺激性食物，同時身體狀態(tài)保證處于一個正常的水平。排除包括高血壓、孕婦、糖尿病患者等人群[11]。鑒于直接品嘗火鍋底料容易引起評價員反感，因此選擇寬粉作為中間樣品，在感官評價時，對寬粉大火涮煮5 min后，帶湯提供給評價員，要求評價員通過寬粉品嘗火鍋底料咸度及喜好度。

咸度采用gLMS標度作為評價方法，喜好度采用九點喜好標度。本研究由于gLMS量表使用具有一定復(fù)雜性，正式試驗之前需要對評價員培訓(xùn)gLMS標度使用方法，九點喜好打分準則見表3。

表3 九點喜好標度打分準則Table 3 Nine point preference scale scoring criteria

1.6.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

運用IBM SPSS Statistics 23.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

辣味、麻味和鮮味是麻辣火鍋中的主要味道組成。使7位對麻辣火鍋有一定熟悉度且經(jīng)過培訓(xùn)的評價員對不同單因素影響下火鍋底料的咸味強度使用gLMS標度進行評價，喜好度使用九點喜好進行評價。之后對得分進行單因素方差分析，三者的P值均小于P<0.01，說明5個組件至少有4組存在顯著性差異[12]，即不同辣味、麻味及鮮味物質(zhì)添加量均對火鍋底料的咸度及喜好度有影響，由圖3中a可知，火鍋底料的咸度及喜好度在辣味物質(zhì)添加量達到2 mL為最高，隨著添加量的增加，咸度及喜好度均出現(xiàn)下降的趨勢，當辣味物質(zhì)添加量達到3 mL時，喜好度下降明顯，因此選擇辣味物質(zhì)添加量在1～3 mL時進行下一步試驗。

圖3 不同辣味、麻味及鮮味物質(zhì)添加量對火鍋底料咸度及喜好度影響Fig.3 Effects of different amount of spicy, numb-taste and umami substances on salinity and preference of hotpot seasonings

由圖3中b可知，當麻味物質(zhì)添加量達到2 mL時，火鍋底料的咸度及喜好度達到最高值，隨著添加量的增加，咸度水平趨于平緩，而喜好度則在添加量為3 mL時出現(xiàn)明顯下降。因此選擇麻味物質(zhì)添加量在1～3 mL時進行下一步試驗。

由圖3中c可知，當鮮味物質(zhì)添加量達到4 mL時，火鍋底料的咸度及喜好度達到最高，且隨著添加量的增加逐漸趨緩，因此選擇鮮味物質(zhì)添加量在3～5 mL時進行下一步試驗。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，分別以低鹽麻辣火鍋底料的咸度強度值和喜好度感官分值作為響應(yīng)值，建立三因素三水平響應(yīng)面試驗設(shè)計，共包括17組試驗方案。響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果Table 4 Response surface test design scheme and results

利用Design Expert 8.0.6對表4進行多元回歸方程擬合，得到二次多項回歸方程：

Y1(咸度)=15.97+0.16A+0.48B+0.67C-0.8AB+0.11AC+0.1BC-0.32A2-0.85B2-0.45C2。

Y2(喜好度)=6.63+0.29A+0.35B+0.24C-0.31AB+0.40AC-0.032BC-0.64A2-0.27B2-0.66C2。

回歸模型優(yōu)化過程受到具有正效應(yīng)的影響，因子的正效應(yīng)意味著響應(yīng)值在因子水平上升時提高，而因子的負效應(yīng)則意味著因子與響應(yīng)值之間發(fā)生負比例關(guān)系[13]。由方程可知，因子辣味添加量(A)、麻味物質(zhì)添加量(B)和鮮味物質(zhì)添加量(C)對配方的咸度和喜好度均有正效應(yīng)。模型的具體方差分析見表5和表6。

表5 Y1(咸度)方差分析結(jié)果Table 5 The results of variance analysis of Y1 (salinity)

表6 Y2(喜好度)方差分析結(jié)果Table 6 The results of variance analysis of Y2 (degree of preference)

由表5和表6結(jié)果可知，Y1(咸度)試驗回歸模型P值<0.01，結(jié)果影響顯著，表明模型對數(shù)據(jù)有較好的擬合作用，失擬項P=0.3194>0.05，結(jié)果不顯著，可以用該方程代替真實點對試驗結(jié)果進行分析[14]；R2=0.9060說明90.60%以上的變化可由自變量解釋，僅有9.4%的變化不被解釋。辣味物質(zhì)添加量(A)影響不顯著，麻味物質(zhì)添加量(B)和鮮味物質(zhì)添加量(C)對咸度影響顯著。AB影響顯著，說明辣味物質(zhì)添加量和麻味物質(zhì)添加量存在著顯著交互作用，由F值大小可得到影響低鹽麻辣火鍋咸度多少的因素排序為：鮮味物質(zhì)添加量>麻味物質(zhì)添加量>辣味物質(zhì)添加量[15]。

Y2(喜好度)試驗回歸模型P值=0.0039<0.01，結(jié)果影響顯著，表明模型對數(shù)據(jù)有著較好的擬合作用，同時失擬項P=0.9584>0.05，不顯著，R2=0.9226，RAdj2=0.8232，表明預(yù)測值與實際值擬合度較高，模型合理。在喜好度方差分析結(jié)果中，辣味物質(zhì)添加量(A)、麻味物質(zhì)添加量(B)和鮮味物質(zhì)添加量(C)均影響顯著，根據(jù)F值大小，影響低鹽麻辣火鍋喜好度大小的因素排序為：麻味物質(zhì)添加量>辣味物質(zhì)添加量>鮮味物質(zhì)添加量。

2.2.2 響應(yīng)面因素交互作用分析

根據(jù)Design Expert 8.0.6軟件得到的Y1(咸度)、Y2(喜好度)各響應(yīng)面三維曲面及等高線圖見圖4和圖5。

圖4 交互因素對Y1(咸度)的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.4 Response surface diagrams and contour diagrams of interaction factors to Y1 (salinity)

圖5 交互因素對Y2(喜好度)的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.5 Response surface diagrams and contour diagrams of interaction factors to Y2 (degree of preference)

由圖4中a～c可知，隨著辣味物質(zhì)、麻味物質(zhì)、鮮味物質(zhì)添加量的增加，咸度逐漸增加到趨于平緩，且麻味物質(zhì)添加量曲面上升幅度最大，說明麻味物質(zhì)添加量對低鹽麻辣火鍋咸度強度影響最大，其次為鮮味物質(zhì)添加量和辣味物質(zhì)添加量。根據(jù)等高線圖可知，AB的相互作用明顯，AC其次，BC的相互作用不明顯。

由圖5中a～c可知，隨著辣味物質(zhì)、麻味物質(zhì)、鮮味物質(zhì)添加量的增加，喜好度分值先上升后下降，由圖5中a可知，當鮮味物質(zhì)添加量一定時，喜好度隨著麻味物質(zhì)添加量的增加而先上升后下降，辣味物質(zhì)添加量的變化趨勢相同，當麻味物質(zhì)、辣味物質(zhì)添加量達到2 mL時，喜好度達到最大。由等高線圖可知，AB、BC的相互作用明顯，而AC的相互作用不明顯。

通過Design Expert 8.0.6軟件以咸度和喜好度得分為響應(yīng)值得到的最優(yōu)條件為：辣味物質(zhì)添加量為2.08 mL，麻味物質(zhì)添加量為2.37 mL，鮮味物質(zhì)添加量為4.36 mL，模型估算咸度為16.2，喜好度為6.7。

2.2.3 驗證試驗2.2.3.1 模型驗證試驗

根據(jù)模型計算的最優(yōu)配方，重復(fù)3次取平均值，做驗證試驗，所得結(jié)果見表7。

表7 驗證試驗結(jié)果Table 7 The results of verification experiment

驗證試驗所得咸度得分和喜好度得分與響應(yīng)面模型設(shè)計相對誤差較小，因此可以判定通過響應(yīng)面程序得到的最優(yōu)配比真實可用。

2.2.3.2 模型感官試驗驗證

為了比對模型得到的低鹽麻辣火鍋底料在添加辣味物質(zhì)、麻味物質(zhì)和鮮味物質(zhì)之后辣度、麻度、咸度及鮮度的變化，同時考慮其現(xiàn)實意義，因此選擇兩款市售火鍋底料A，B作為比較對象，考察三者麻、辣、咸、鮮的強度。選擇7名經(jīng)過培訓(xùn)的、對麻辣火鍋底料有一定熟悉程度的評價員運用gLMS標度對市售底料A，B，C(低鹽麻辣火鍋底料)進行感官評價，要求分別對二者的辣度、麻度、咸度及鮮度打分，結(jié)果見圖6。

圖6 低鹽麻辣火鍋底料同市售火鍋底料各強度打分對比Fig.6 The comparison of strength scores of low-saltspicy hotpot seasonings with the hotpotseasonings in the market

對三者含鹽量進行測定并比對，得到三者含鹽量為：A=(4467±0.7) mg/100 g，B=(5211±0.6) mg/100 g，C=(1278±0.5)mg/100 g?？梢钥吹?，C同市售兩款底料在感官水平上，咸度與A相似，比B略低，同時在辣度水平上與B相同，麻度居于最高，鮮度三者差距較小。而由三款底料的含鹽量對比可以發(fā)現(xiàn)，C的含鹽量最低。由理化分析與感官分析數(shù)據(jù)對比可知，低鹽麻辣火鍋底料實現(xiàn)了減鹽不減咸的目標。

3 結(jié)論

隨著越來越多的人開始了解高鹽所帶來的風險，重視飲食健康，食品減鹽將越來越被重視，麻辣火鍋作為一款備受歡迎的食品，在加工時降低其含鹽量非常重要。

本文借助風味調(diào)節(jié)的方式，運用單因素方法，明確了辣味、麻味和鮮味都起到了一定增咸作用，在此研究基礎(chǔ)上，以咸度和喜好度為響應(yīng)值，用響應(yīng)面法設(shè)計得到了一款低鹽麻辣火鍋的最優(yōu)配方：辣味物質(zhì)添加量為2.08 mL，麻味物質(zhì)添加量為2.37 mL，鮮味物質(zhì)添加量為4.36 g，之后對該配方進行驗證試驗。在與市售火鍋底料的對比中，低鹽麻辣火鍋底料的咸度分值與市售類似，而經(jīng)檢測，含鹽量屬于較低的水平，同時模型喜好度為6.7分，因此可以得出結(jié)論：本款底料既達到了減鹽不減咸的目標，同時也被評價員所接受，這為低鹽火鍋市場的產(chǎn)品開發(fā)提供了新的思路。