響應面法優(yōu)化山葵葉柄調(diào)味菜防腐工藝

林燕如，盧云浩，何強

（四川大學輕紡與食品學院，成都 610065）

響應面法優(yōu)化山葵葉柄調(diào)味菜防腐工藝

林燕如，盧云浩，何強*

（四川大學輕紡與食品學院，成都 610065）

為優(yōu)化山葵葉柄調(diào)味菜的防腐殺菌工藝，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇殺菌溫度（℃）、殺菌時間（min）、p H值以及山梨酸鉀添加量（%）為自變量，利用Box-Behnken設(shè)計方法進行四因素三水平試驗設(shè)計。以層次分析法（AHP）整合感官評價指標和微生物指標所得綜合分數(shù)為響應值，進行響應面分析。試驗結(jié)果表明：影響山葵葉柄調(diào)味菜防腐殺菌工藝的因素按主次順序排列為殺菌溫度＞p H＞山梨酸鉀＞殺菌時間。最終確定最佳殺菌防腐工藝條件為：殺菌時間18.23 min，殺菌溫度77.54℃，p H 5.34，山梨酸鉀0.06%。在此條件下，得到綜合分數(shù)8.84。實驗聯(lián)合巴氏殺菌及防腐劑使用，在食用安全的前提下保證產(chǎn)品食用感官。

響應面分析；山葵；層次分析法；殺菌；防腐

山葵（Wasabia japonica）又名山崳菜，為十字花科山葵屬植物，由于其經(jīng)濟價值高，近年來國內(nèi)大面積種植。但現(xiàn)階段對于山葵的開發(fā)利用僅限于山葵的根莖，使得大量的山葵葉柄廢棄物產(chǎn)生。為了提高山葵莖葉的利用率，減少資源浪費，固使用山葵葉柄為原料開發(fā)一款即食型調(diào)味菜。

在諸多影響食品安全的因素中，產(chǎn)品包裝后的殺菌防腐為最重要的環(huán)節(jié)之一［1］。目前用于加工即食型性調(diào)味菜的殺菌防腐方式有巴氏殺菌、超高壓殺菌、微波殺菌、防腐劑殺菌以及多種殺菌方式聯(lián)合使用等，其中巴氏殺菌最適于工業(yè)化運用。對于本產(chǎn)品而言，殺菌溫度過高影響產(chǎn)品口感，而殺菌溫度過低不能有效地殺滅微生物，達到食用安全的標準。為了確保山葵葉柄調(diào)味菜在安全食用的前提下提升食用口感，本試驗采用巴氏殺菌聯(lián)合防腐劑殺菌的方法，結(jié)合層次分析法整合感官評價指標及微生物指標，通過響應面法的實驗設(shè)計優(yōu)化，提供最佳的山葵葉柄調(diào)味菜的工藝參數(shù)，為產(chǎn)品的工業(yè)化提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山葵葉柄：當?shù)兀ǔ啥迹┺r(nóng)業(yè)公司提供；山梨酸鉀、檸檬酸：均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

H H-B11.500-BY電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海躍進醫(yī)療器械有限公司。

1.3 試驗方法

工藝流程：原料選擇→清洗→腌制→分切→脫鹽→漂燙→護色保脆→調(diào)配→包裝→殺菌→成品。

1.4 評價體系的建立

層次分析法（AHP）是將與決策有關(guān)的元素進行定性和定量分析的比測方法［2］?？稍诟饕蛩亻g進行比較和計算，得出不同方案的權(quán)重，為最佳方案提供選擇的依據(jù)，對于感官、微生物評價構(gòu)建矩陣中B，C為不同的指標，評價者需要對兩兩指標間的相對重要程度做出對比和比值判斷［3－5］。為了使各主次關(guān)系由模糊化轉(zhuǎn)為量化，固引入重要性標度含義表。

對于綜合指標的5個部分及C1外觀、C2色澤、C3組織結(jié)構(gòu)、C4滋味氣味以及C5菌落總數(shù)。根據(jù)表1、表2的標度和評價人意見填寫矩陣B，并計算特征向量及標準化，得到各指標權(quán)重值Wi，計算出對應最大特征值λmax，以便進行一致性檢驗［6］。矩陣：

一致性檢驗值為0.0720＜0.10（合格），

根據(jù)上述計算方法，山葵葉柄調(diào)味菜綜合評判的5個指標權(quán)重Wi分別為：外觀0.037、色澤0.0682、組織結(jié)構(gòu)0.1402、滋味氣味0.2753、菌落總數(shù)0.4793。將各指標分數(shù)分別與對應Wi相乘后得綜合分數(shù)。

1.5 測定方法

1.5.1 山葵葉柄調(diào)味菜感官的評測

由有食品專業(yè)背景的8個人組成感官評定小組，感官評分標準見表1。

1.5.2 山葵葉柄調(diào)味菜微生物的評測

殺菌防腐處理后，放置于37℃保溫箱培養(yǎng)，按照GB 4789.2－2010測定菌落總數(shù)。參考DB 32／T 175－2008設(shè)計，見表2。由預實驗可知15天后菌落總數(shù)達到最大值，再無增加，所以選定第15天測定微生物指標。

表2 微生物評分評價標準Table 2 Microorganism evaluation criteria

1.6 單因素試驗

分別以不同的殺菌溫度（℃）、殺菌時間（min）、p H值以及山梨酸鉀添加量（%）為單因素，考察各單因素對綜合分數(shù)的影響。

1.7 響應面法試驗設(shè)計

在單因素實驗基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計方案，確定殺菌溫度（℃）、殺菌時間（min）、p H值以及山梨酸鉀添加量（%）自變量，分別用A，B，C，D來表示，并以＋1，0，－1分別代表變量水平。以方程xi＝（Xi－X0）／ΔX對自變量進行編碼，ΔX為變量變化步長。由單因素試驗可知，各單因素對應的0變量水平分別為時間15 min（變量5 min），溫度75℃（變量5℃），p H 5.0（變量0.5），山梨酸鉀0.08%（變量0.02%），運用Design Expert 8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進行分析，得出最佳殺菌防腐工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗及其分析

2.1.1 各單因素對綜合分數(shù)的影響

圖1 各單因素對綜合分數(shù)p的影響Fig.1 Effect of each factor on the composite score

在固定殺菌時間15 min、p H 5.0、山梨酸鉀添加量0.08%的條件下，考察殺菌溫度對綜合分數(shù)的影響，見圖1。溫度對綜合分數(shù)的影響顯著，隨著殺菌溫度的升高，綜合分數(shù)先上升后略微下降。殺菌溫度過低導致微生物殺滅不完全，山葵葉柄調(diào)味菜有異味，而殺菌溫度過高影響山葵葉柄調(diào)味菜口感，所以75℃為最適宜殺菌溫度。

在固定殺菌溫度75℃、p H 5.0、山梨酸鉀添加量0.08%的條件下，考察殺菌時間對綜合分數(shù)的影響，見圖1。隨著殺菌時間的增長，綜合分數(shù)先升高，15 min后平緩下降。殺菌時間過長會引起山葵葉柄調(diào)味菜中水分析出，造成油水分離的現(xiàn)象，影響食用感官與口感，與吳丹等［7］的研究結(jié)果一致，所以15 min為最適殺菌時間。

在固定殺菌溫度75℃、殺菌時間15 min、山梨酸鉀添加量0.08%的條件下，考察p H對綜合分數(shù)的影響，見圖1。p H對綜合分數(shù)影響顯著，隨著p H的升高，綜合分數(shù)呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，在p H 5.0時達到最高綜合分數(shù)。由于大多數(shù)與食品相關(guān)的微生物的適宜p H范圍為5～8，通過酸化調(diào)節(jié)p H能有效地抑制微生物的生長［8，9］。但是p H過低使得口感酸澀，影響產(chǎn)品食用，所以p H 5.0為最適值。

在固定殺菌溫度75℃、殺菌時間15 min、p H 5.0的條件下，考察山梨酸鉀添加量對綜合分數(shù)的影響，見圖1。依據(jù)GB 2760－2014標準，梯度設(shè)置山梨酸鉀的添加量。隨著用量的提升，綜合分數(shù)呈上升趨勢，0.06%之后上升緩慢。山梨酸鉀為親脂性的有機酸，可降低細胞內(nèi)環(huán)境p H，影響蛋白質(zhì)合成等相關(guān)功能，從而起到抑制微生物生長的作用［10］。由圖1可知，山梨酸鉀添加量為0.08%時綜合分數(shù)趨于穩(wěn)定，故選擇0.08%為較優(yōu)值。

2.2 響應面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 回歸模型的建立及顯著性檢驗

由Design Expert 8.0.6統(tǒng)計分析軟件分析試驗，包括29個試驗方案，其中24個為析因點試驗，在A，B，C，D 4個因素構(gòu)成的三維頂點區(qū)間取值試驗。5個為零點試驗及中心試驗，對其重復5次用于估算誤差。對試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，獲得綜合分數(shù)對自變量殺菌時間A、殺菌溫度B、p H C、山梨酸鉀D的二次回歸方程如下：

綜合分數(shù)＝8.62＋0.019A＋0.4B＋0.17C－0.042D＋0.021AB－0.072AC－0.039AD＋0.14BC＋0.039BD－0.04CD－0.015A2－0.46B2－0.18C2＋0.002881D2。

所得回歸模擬方程的方差分析見表3。

表3 回歸分析結(jié)果Table 3 Regression analysis results

由表3可知，P模型＜0.01，表明模型極顯著；綜合分數(shù)失擬項P＝0.166，表明失擬不顯著，所選二次回歸模型適當。該回歸模型的總決定系數(shù)R2＝0.9515，調(diào)整決定系數(shù)RAdj2＝0.9031，說明該模型的擬合程度較好，模型成立。由表3可知，山葵葉柄調(diào)味菜殺菌防腐工藝的參數(shù)中，影響綜合分數(shù)的因素按主次順序排列：殺菌溫度＞p H＞山梨酸鉀＞殺菌時間。對回歸系數(shù)顯著性檢驗，模擬一次項A（殺菌溫度），B（p H）（P＜0.01）差異極顯著，表明殺菌溫度和p H對綜合分數(shù)影響顯著。

2.2.2 響應面分析

山葵葉柄調(diào)味菜殺菌防腐工藝中，殺菌溫度、殺菌時間、p H、山梨酸鉀4個因素之間交互作用對綜合分數(shù)的影響見圖2。

圖2 兩因素交互作用對綜合分數(shù)影響的響應面圖Fig.2 Response surface plots of the effects of two factors interaction on the composite score

由圖2中A可知，隨著p H和殺菌時間同時增大，綜合分數(shù)呈先增大后降低的趨勢，兩因素對綜合分數(shù)的影響相當。由圖2中B可知，p H和殺菌溫度對綜合分數(shù)的影響明顯，呈拋物線形狀，即隨著p H和殺菌溫度的同時增大，綜合分數(shù)呈先增大后降低的趨勢。由圖2中C可知，p H對綜合分數(shù)影響大于殺菌溫度，隨著p H增大，綜合分數(shù)呈先上升后下降的趨勢。剩余三組兩兩因素間交互作用不明顯。

2.2.3 模型的檢驗

通過軟件分析得到山葵葉柄調(diào)味菜殺菌防腐工藝最佳工藝參數(shù)為殺菌時間18.23 min，殺菌溫度77.54℃，p H 5.34，山梨酸鉀0.06%，在此條件下綜合分數(shù)為8.84。為檢驗實驗的可靠性，選取殺菌時間18 min，溫度77.5℃，p H 5.3，山梨酸鉀0.06%進行3次平行實驗，得到綜合分數(shù)8.76，與模型預測基本一致，說明該模型能較好地模擬山葵葉柄調(diào)味菜的防腐殺菌工藝，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

3 結(jié)論

本研究采用巴氏殺菌聯(lián)合防腐劑殺菌的工藝，對山葵葉柄調(diào)味菜進行殺菌防腐處理，該工藝能在保證食品食用安全的基礎(chǔ)上，最大程度保持產(chǎn)品的可口風味和食用感官。

為進一步優(yōu)化殺菌防腐工藝，本試驗考察殺菌時間、殺菌溫度、p H、山梨酸鉀4個因素對產(chǎn)品綜合分數(shù)的影響。為使感官評測與微生物指標得以統(tǒng)一，故引入層次分析法（AHP）整合兩個指標，得到具有科學性、可量化性的綜合分數(shù)指標。通過單因素試驗及響應面試驗設(shè)計，影響山葵葉柄調(diào)味菜防腐殺菌的工藝因素按主次順序排列為殺菌溫度＞p H＞山梨酸鉀＞殺菌時間。最終確定最佳殺菌防腐工藝條件為：殺菌時間18.23 min，殺菌溫度77.54℃，p H 5.34，山梨酸鉀0.06%。在此最佳條件下，得到綜合分數(shù)8.84，該模型可指導實際生產(chǎn)。

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Optimization of the Sterilization Process ofWasabia japonicaPetiole Seasoning by Response Surface Methodology

LIN Yan-ru，LU Yun-hao，HE Qiang*
（College of Light Industry，Textile and Food Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

In order to optimize the sterilization and preservation process ofWasabia japonicapetiole seasoning，on the basis of single factor test，select sterilization temperature（℃），sterilization time（min），p H value and additive amount of potassium sorbate（%）as the independent variables，Box-Behnken design method is used to design the four-factor three-level experiment.The composite score of the integrated sensory evaluation index and microorganism index is analyzed by analytic hierarchy process（AHP）.The experimental results show that the factors that affect the sterilization and preservation process ofWasabia japonicapetiole seasoning are arranged in the order of sterilization temperature＞p H value＞potassium sorbate＞sterilization time.The optimum composite score is 8.84 when sterilization time is 18.23 min，sterilization temperature is 77.54℃，p H value is 5.34 and potassium sorbate is 0.06%.This experiment is combined with pasteurization and preservative，and it ensures the product consumption sense while eating safety.

response surface analysis；Wasabia japonica；analytic hierarchy process（AHP）；sterilization；preservation

TS264.9

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.004

1000-9973（2017）10-0015-05

2017－04－15 *通訊作者

林燕如（1990－），女，四川成都人，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。