響應面法對烤鰻加工工藝的分段優(yōu)化

祁 立 波, 霍 麗 多, 傅 寶 尚, 姜 鵬 飛,黃 旭 輝, 張 玉 瑩, 薛 佳, 秦 磊

( 1.大連工業(yè)大學 食品學院， 遼寧 大連 116034；2.大連工業(yè)大學 國家海洋食品工程技術研究中心， 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

星鰻(Astrocongermyriaster)，屬硬骨魚綱，是海水魚類中食用價值較高的魚類之一，主要分布于北太平洋西部，我國常見于南海及東海區(qū)域。星鰻營養(yǎng)價值很高，被稱為“水中人參”[1]。鰻魚肉含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白和人體必需的氨基酸，且含有豐富的“好”脂肪，其中所含的磷脂是腦細胞中不可缺少的營養(yǎng)素，DHA、EPA的含量均比其他海鮮、肉類高，可預防心血管疾病[2]。

我國鰻魚產(chǎn)品以活鰻和烤鰻為主，鮮、冷鰻和凍鰻為輔[3]。近年來，為滿足人們對食品逐漸增高的要求，對鰻魚產(chǎn)品如烤鰻魚、鰻魚干、煙熏鰻魚以及凍星鰻、調(diào)味鰻魚汁等的研究相繼增多。黃巧玲[4]研究了保質(zhì)期較長的鰻肉干；敖蕓皎[5]、潘峰[6]分別研制了鰻魚調(diào)味鹵汁和鰻魚肉復合海鮮醬，豐富了鰻魚產(chǎn)品。目前市場上也有多種烤鰻魚產(chǎn)品，胡陽等[7]研制了熏制鰻魚。但傳統(tǒng)的烤鰻魚均存在產(chǎn)品形態(tài)不完整、營養(yǎng)價值低且口感風味差等問題。為賦予烤鰻魚獨特風味并提高嫩度，本試驗探討了烤鰻魚的加工工藝，以期能夠指導生產(chǎn)營養(yǎng)價值高、風味濃郁且嫩度高的烤鰻魚即食產(chǎn)品，為傳統(tǒng)烤鰻魚的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論技術支持。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

冷凍鰻魚，山東美佳集團有限公司，-30 ℃冷凍運至實驗室。

TA XT Plus質(zhì)構儀，英國Stable Micro System公司；Ultra Scan Pro測色儀，美國Hunter Lab公司；Rational萬能烤箱，瑞仙貿(mào)易(上海)有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 原料預處理

規(guī)格為2 cm×2 cm×2 cm的鰻魚片經(jīng)料液腌制60 min后，經(jīng)蒸制100 ℃、7 min，烤制200 ℃、4 min，真空包裝后得到即食烤鰻魚。

1.2.2 指標檢測

1.2.2.1 失重率

鰻魚在蒸制前用濾紙吸干表面水分，迅速稱量其質(zhì)量，蒸制冷卻后同樣用濾紙吸干表面水分，再次稱重，計算失重率。

失重率=(m0-m′0)/m0×100%

式中：m0為腌制樣品加熱前的質(zhì)量，m′0為腌制樣品加熱后的質(zhì)量。

1.2.2.2 失水率

鰻魚碾磨均勻，參照GB 5009.3—2016分別測定蒸制前后的含水量，計算失水率。

失水率=(m1-m′1)/m1×100%

式中：m1為腌制樣品加熱前的含水量，m′1為腌制樣品加熱后的含水量。

1.2.2.3 色 度

用測色儀測定L*、a*、b*(CIE)3個指標。L*表示明度，黑色為0，白色為100；a*表示紅綠色差，+a*表示紅色，-a*表示綠色；b*表示黃藍色差，+b*表示黃色，-b*表示藍色。

1.2.2.4 嫩 度

用物性測試儀測定鰻魚嫩度，探頭型號為HDB/BS，剪切速度為1 mm/s，由計算機軟件完成數(shù)據(jù)采集。

1.2.2.5 感官評分

由10名食品專業(yè)學生組成感官評定小組，從色澤、形態(tài)、氣味、味道、口感5個方面評價產(chǎn)品，每項各20分，具體評價標準見表1。

表1 烤鰻魚感官評定

1.3 單因素試驗

選擇對烤鰻魚加工工藝影響顯著的4個因素，即蒸制溫度、蒸制時間、烤制溫度、烤制時間為自變量，優(yōu)化烤鰻魚加工工藝。

1.3.1 蒸制溫度和蒸制時間的影響

以解凍鰻魚片為原料，腌制后在蒸制時間7 min、烤制溫度200 ℃、烤制時間4 min，蒸制溫度分別為80、90、100、110、120 ℃條件下；或在蒸制溫度100 ℃、烤制溫度200 ℃、烤制時間4 min，蒸制時間分別為3、5、7、9、11 min條件下制備烤鰻魚，考察蒸制溫度、時間對烤鰻魚失重率、失水率、嫩度的影響。

1.3.2 烤制溫度和烤制時間的影響

以解凍鰻魚片為原料，腌制后在蒸制溫度100 ℃、蒸制時間7 min、烤制時間4 min，烤制溫度分別為180、190、200、210、220 ℃條件下；或在蒸制溫度100 ℃、蒸制時間7 min、烤制溫度200 ℃，烤制時間分別為2、3、4、5、6 min條件下制備烤鰻魚，考察烤制溫度、時間對烤鰻魚感官評分、嫩度、色度的影響。

1.4 響應面試驗

1.4.1 響應面法優(yōu)化蒸制溫度和時間

在單因素試驗的基礎上，選定蒸制溫度、蒸制時間為自變量，以蒸制溫度90、100、110 ℃，蒸制時間5、7、9 min為自變量水平，并以失重率、失水率、嫩度為響應值，根據(jù)中心組合設計模型(central composite design， CCD)的設計原理[8]，應用Design-Expert 8.0.6軟件進行響應面分析與優(yōu)化試驗，確定烤鰻魚蒸制工藝的最佳參數(shù)。

1.4.2 響應面法優(yōu)化烤制溫度和時間

在單因素試驗的基礎上，選定烤制溫度、烤制時間為自變量，以烤制溫度190、200、210 ℃、蒸制時間3、4、5 min為自變量水平，并以感官評分、嫩度、色度為響應值，根據(jù)中心組合設計模型的設計原理，應用Design-Expert 8.0.6軟件進行響應面分析與優(yōu)化試驗，確定烤鰻魚烤制工藝的最佳參數(shù)。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 蒸制溫度的影響

失重率是指樣品在蒸制前后質(zhì)量的變化率，失水率是指樣品在蒸制前后水分含量的變化率[9]。由圖1可知，失重率和失水率隨蒸制溫度升高而增加，且失重率大于失水率，這是由于魚肉在蒸制過程中，汁液流失不僅包括水，還有蛋白質(zhì)和脂類等物質(zhì)[10]。當蒸制溫度為100 ℃時，失重率、失水率分別降至22.61%、18.17%；當高于100 ℃時，在肌纖維和膠原纖維不同程度地拉伸和伸縮作用下，使肌肉中的水分、變性的蛋白質(zhì)和脂肪不斷流出，從而使質(zhì)量損失加重，失重率、失水率增加[11-12]。隨蒸制溫度的升高，烤鰻魚肌肉嫩度變化趨勢明顯，但均在1 300～2 300 g，當蒸制溫度為100 ℃時，嫩度達到最大。有研究表明，肌原纖維蛋白和結締組織蛋白是影響魚肉制品嫩度最重要的兩個因素，在熱加工過中，魚肉肌肉收縮，纖維變短，膠原蛋白溶解，進而引起嫩度變化[13-15]。

(a) 失重率和失水率

(b) 嫩度

2.1.2 蒸制時間的影響

由圖2可知，隨蒸制時間延長，失重率和失水率總體呈上升趨勢，嫩度呈下降趨勢。當蒸制時間為7 min時，失重率22.61%，此后質(zhì)量損失增大；當蒸制時間為5 min時，失水率最低，為16.56%；在7～9 min時，失水率略微下降，可能是由于膠原蛋白在長時間蒸制下變?yōu)榭扇苡谒拿髂z，持水力加強，失水率降低[16]；當蒸制時間為3 min時，嫩度最大。因此，初步確立烤鰻魚的預熟化工藝參數(shù)為蒸制溫度80～100 ℃，蒸制時間5～9 min。

2.1.3 烤制溫度的影響

由圖3可知，隨著烤制溫度升高，烤鰻魚感官評分呈先升后降的趨勢；當烤制溫度為200 ℃時，感官評分最高，此時烤鰻魚產(chǎn)品色澤金黃且均勻無雜色和烤焦斑點，香氣濃郁，肉質(zhì)嫩。嫩度隨烤制溫度升高呈先下降后上升的趨勢；當烤制溫度為210 ℃時，嫩度最大；當烤制溫度低于200 ℃時，嫩度較低，可能是因為烤制溫度低，使得傳熱溫差小，短時間內(nèi)難以使魚肉蛋白變性[17]，從而影響烤鰻魚嫩度。由圖3可知，隨烤制溫度的升高，L*變化幅度較大，b*緩慢增加；當烤制溫度為190 ℃時，L*、b*達到最大；而a*不隨溫度升高而變化。

(a) 失重率和失水率

(b) 嫩度

2.1.4 烤制時間的影響

由圖4可知，隨烤制時間延長，烤鰻魚感官評分先增大后降低，嫩度變化明顯；當烤制時間為4 min 時，烤鰻魚感官評分最大；當烤制時間為5 min 時，烤鰻魚嫩度達到最大。隨烤制時間的延長，b*增大，而L*呈先上升后下降的趨勢，其原因可能是隨烤制時間延長，烤鰻魚蛋白質(zhì)變性程度增加，其表面發(fā)生美拉德反應，使烤鰻魚顏色加深；當烤制時間在4 min時，L*、b*較高；而a*不隨時間增加而變化，結合圖3可知，a*不隨烤制溫度或時間增大而變化。綜上，烤制時間或烤制溫度過低，烤鰻魚口感生硬，味道不鮮美，香味不濃郁；烤制時間或烤制溫度過高，易引起烤鰻魚焦化，感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值降低。因此，初步確定烤鰻魚的烤制工藝參數(shù)為烤制溫度190～210 ℃，烤制時間3～5 min。

(a) 感官評分 (b) 嫩度 (c) 色差

(a) 感官評分 (b) 嫩度 (c) 色差

2.2 蒸制工藝的響應面試驗結果

根據(jù)單因素試驗結果，采用響應面法對蒸制工藝條件，即蒸制溫度80、90、100 ℃，蒸制時間5、7、9 min，以蒸制失重率、失水率、嫩度為響應值，進行響應面試驗設計。具體試驗方案與結果見表2。

2.2.1 蒸制工藝響應面分析

通過對失重率、失水率、嫩度的試驗結果進行回歸擬合，得到回歸方程式Y1、Y2、Y3：

Y1=20.83+1.42A-0.32B+0.84AB+

1.22A2+2.04B2

Y2=16.34+0.4A+3.39B-3.27AB-

0.021A2+1.60B2

Y3=2469.88-283.96A-125.35B-

142.84AB+236.26A2-374.24B2

對失重率、失水率、嫩度回歸方程進行方差分析，結果如表3所示。由表3可知，失擬項P>0.05，說明該模型失擬不顯著，與實際結果擬合度較高；且方程總模型顯著，P<0.05，模型相關性好，所以方程能很好地反映蒸制過程中烤鰻魚品質(zhì)與各因素間的關系，因此可用該模型對失重率、失水率、嫩度進行分析與預測。

表2 預熟化工藝的響應面分析方案與結果

表3 蒸制過程中烤鰻魚品質(zhì)參數(shù)的方差分析

2.2.2 最佳蒸制工藝參數(shù)的確定

為更加直觀形象的反映各因素對響應值失重率、失水率、嫩度的影響，利用Design-expert 8.0.6 軟件繪制該模型的三維響應面圖，如圖5所示。由圖5可知，失重率隨蒸制時間的增加而呈現(xiàn)先急劇下降后緩慢增加的趨勢；失水率隨蒸制溫度、蒸制時間的提高而顯著增加；嫩度隨著蒸制時間的延長呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。因此，失水率可作為蒸制條件優(yōu)化的一個顯著指標，且蒸制時間對蒸制條件的影響作用比蒸制溫度顯著。

由單因素試驗結果可知，不同蒸制溫度和時間對鰻魚失重率、失水率以及嫩度都有很大影響，所以蒸制過程中為減少烤鰻魚質(zhì)量損失，并提高其保水力及嫩度，在利用Design-expert 8.0.6軟件對回歸方程求導時，選用3個指標，即以失重率和失水率最小、嫩度最大為優(yōu)化指標，得出最佳蒸制工藝條件：蒸制溫度98.31 ℃、蒸制時間6.13 min，此時失重率21.22%、失水率14.86%、嫩度1 978.60 g。因此，結合實際情況考慮，取蒸制溫度98 ℃、蒸制時間6 min。按此條件進行驗證試驗，平行試驗5次，可得失重率21.65%、失水率16.16%、嫩度1 497.77 g，與預測理論值吻合。因此，該響應面回歸模型對蒸制工藝條件參數(shù)的優(yōu)化可靠。

(a) 失重率 (b) 失水率 (c) 嫰度

2.3 烤制工藝的響應面試驗結果

根據(jù)單因素試驗結果，采用響應面法對烤制工藝條件，即烤制溫度190、200、210 ℃，烤制時間3、4、5 min，以感官評分、嫩度、L*、b*為響應值，進行響應面試驗方案的設計。因a*對烤鰻魚色澤影響不大，故只研究L*和b*對烤鰻魚色澤的影響。具體試驗方案與結果見表4。

2.3.1 烤制工藝響應面分析

通過對感官評分、嫩度、L*、b*的試驗結果進行回歸擬合，得到回歸方程式Y4、Y5、Y6、Y7：

Y4=82.4-1.36A-10.16B-10.5AB-

18.51A2-9.26B2

Y5=3 130.62+18.36A+105.72B+

11.07AB-781.18A2-24.33B2

Y6=52.31+0.94A+0.21B-2.32AB+

6.07A2-3.23B2

Y7=22.65-0.7A+2.14B+0.47AB-

3.49A2-2.21B2

對感官評分、嫩度、L*、b*回歸方程進行方差分析，結果如表5所示。由表5可知，失擬項P>0.05，說明該模型失擬不顯著，與實際結果擬合度較高；且方程總模型顯著，P<0.05，模型相關性好，方程能很好地反映感官評分、嫩度、L*、b*與各因素間的關系，因此可用該模型對烤制過程中烤鰻魚品質(zhì)進行分析與預測。

表4 烤制工藝的響應面分析方案與結果

2.3.2 最佳烤制工藝參數(shù)的確定

為更加直觀形象的反映各因素對響應值感官評分、嫩度、L*、b*的影響，利用Design-expert 8.0.6 軟件繪制該模型的三維響應面圖，如圖6所示。由圖6可知，感官評分隨烤制溫度、烤制時間的增加呈現(xiàn)緩慢先升后降的趨勢；L*、嫩度隨著烤制時間的延長影響較小，而L*隨烤制溫度的升高呈現(xiàn)先降后升的趨勢；b*隨烤制溫度、烤制時間的增加而呈現(xiàn)急劇上升后下降的趨勢。因此，感官評分、b*可作為烤制條件優(yōu)化的兩個顯著指標，且烤制溫度對烤制條件的影響作用比烤制時間的影響顯著。

表5 烤制過程中烤鰻魚品質(zhì)參數(shù)的方差分析

(a) 感官評價 (b) 嫩度

(c) L* (d) b*

由單因素試驗結果可知，不同烤制溫度和時間對鰻魚感官評分、嫩度以及色度都有很大影響，所以烤制加工中，為了使鰻魚有更佳的色澤以及更高的感官評分，并提高其嫩度，在利用Design-expert 8.0.6軟件對回歸方程求導時，選用4個指標，即以感官評分、嫩度、L*、b*最大為優(yōu)化指標，得出最佳烤制工藝條件：烤制溫度208.27 ℃、烤制時間3.83 min，此時感官評分71.53、嫩度2 591.97 g、L*=57.42、b*=19.19。結合實際情況考慮，取烤制溫度200 ℃、蒸制時間4 min。按此條件進行驗證試驗，平行試驗5次，可得感官評分75、嫩度2 896.74 g、L*=53.91、b*=22.16，與預測理論值吻合。因此，該響應面回歸模型對烤制工藝條件參數(shù)的優(yōu)化可靠。

3 結 論

利用各項理化指標進行烤鰻魚關鍵加工工藝的研究，在單因素試驗的基礎上，采用響應面分析優(yōu)化法對鰻魚加工工藝進行參數(shù)優(yōu)化，并對回歸方程進行方差分析，得出最佳工藝參數(shù)：蒸制溫度98.31 ℃、蒸制時間6.13 min、烤制溫度208.27 ℃、烤制時間3.83 min。為適應實際的工業(yè)化生產(chǎn)條件，將烤鰻魚的加工工藝參數(shù)調(diào)整為蒸制溫度98 ℃、蒸制時間6 min、烤制溫度200 ℃、烤制時間4 min，并通過驗證試驗，說明響應面回歸模型可靠，可為烤鰻魚工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導。