響應(yīng)面法優(yōu)化高鹽腌長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝

段紅梅，王丹丹，王順余，江宇峰，洪豆，阿麗雅，吳淑清，*，王曉紅，*

（1.長(zhǎng)春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130022；2.浙江李子園食品股份有限公司，浙江金華321031）

長(zhǎng)白楤木（Aralia continentalis Kitagwa），藥名東北土當(dāng)歸，又名草本刺嫩芽、土當(dāng)歸、牛尾大活等，與藥王人參同屬五加科宿根草本植物[1]。長(zhǎng)白楤木富含8 種三萜皂苷，其中1 種具有較強(qiáng)的降糖活性；貝殼烯酸、貝殼杉醇酸、海松酸等二萜類成分具有鎮(zhèn)靜作用；2 種有機(jī)酸具有抗炎活性；黃酮類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化活性[2-6]。具有祛風(fēng)除濕、活血、解毒等功效。主風(fēng)寒濕痹；腰膝酸痛、頭痛、齒痛；跌打傷痛、癰腫。春季嫩芽可食用，每100 g 長(zhǎng)白楤木嫩芽中含蛋白質(zhì)700 mg、糖類 3 000 mg、維生素 500 mg、灰分 400 mg、鈣 9 mg、磷24 mg、鐵 0.1 mg、鈉 1 mg、鉀 200 mg，并且至少含有17 種氨基酸，其中包括5 種必需氨基酸[7-9]。嫩芽具有很好的食味和獨(dú)特的清香，介于刺老芽和香椿芽之間，可以說是具有兩個(gè)名菜之長(zhǎng)的長(zhǎng)白山新野菜，而食用口感勝于刺老芽，具有濃厚的香椿、刺老鴉、芹菜、松子的混合香味，食后余香令人難忘。因此，長(zhǎng)白楤木屬于一種藥食同源的植物[10]。

通過前期對(duì)長(zhǎng)白楤木根莖的利用進(jìn)行了多方面研究[11-13]，目前對(duì)其嫩芽的保存技術(shù)進(jìn)行探索。傳統(tǒng)高鹽腌制是主要保存方法之一，但含鹽量高達(dá)12%～18 %[14]，制品不僅口感太咸，而且長(zhǎng)期食用高鹽食品會(huì)增加心腦血管疾病的發(fā)病率[15]。因此，低鹽食品近年來已成為研究熱點(diǎn)，其中高鹽腌制菜品如何脫鹽已成為食品加工業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[16]。本實(shí)驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化高鹽腌長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽的工藝條件，以感官評(píng)分和含鹽量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，使其達(dá)到適宜含鹽量水平，并獲得較好的腌制品感官質(zhì)量，建立脫鹽工藝的數(shù)學(xué)模型，為開發(fā)更多低鹽腌制品提供理論依據(jù)，同時(shí)也提高了長(zhǎng)白楤木嫩芽產(chǎn)品的附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮長(zhǎng)白楤木嫩芽：長(zhǎng)春大學(xué)園林學(xué)院；加碘食鹽：市購(gòu)；硝酸銀：鄭州通捷化工產(chǎn)品有限公司；鉻酸鉀：濟(jì)南匯豐達(dá)化工有限公司；氫氧化鈉、酚酞、乙醇（均為分析純）：北京化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市江南儀器廠；FA-N 電子精密天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽的制備

挑選嫩綠、粗細(xì)均勻的的長(zhǎng)白楤木嫩芽→除去雜質(zhì)→清水洗凈→脫水瀝干→將長(zhǎng)白楤木嫩芽切分成約10 cm 長(zhǎng)度→加入一定量的食鹽（直至飽和）→攪拌均勻→置于容器室溫（23±2）℃下貯藏1 月～2 月。

1.3.2 高鹽腌長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝流程

腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽（含鹽量為12.841%）→挑選、除去雜質(zhì)→按液料比配比→恒溫水浴→指標(biāo)測(cè)定

1.3.3 感官評(píng)定

將長(zhǎng)白楤木嫩芽通過不同脫鹽條件處理后，采用感官評(píng)價(jià)方法，以10 位經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的食品專業(yè)人員，從樣品色澤、滋味、質(zhì)地、香氣等指標(biāo)進(jìn)行打分，滿分為100 分，腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of pickling Aralia continentalis Kitagwa

1.3.4 食含鹽量的測(cè)定

根據(jù)GB/T 12457-2008《食品中氯化鈉的測(cè)定》，采用直接滴定法測(cè)定高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽中的含鹽量。

1.3.5 單因素試驗(yàn)優(yōu)化脫鹽工藝

考察料液比、脫鹽時(shí)間、脫鹽溫度及換水次數(shù)對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果的影響，單因素試驗(yàn)見表2。

1.3.6 脫鹽工藝條件的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Box-Behnken 的設(shè)計(jì)原理，以感官評(píng)價(jià)和含鹽量為響應(yīng)值，選擇液料比、脫鹽時(shí)間、脫鹽溫度及換水次數(shù)為影響因素，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平見表3。

表2 脫鹽工藝條件單因素試驗(yàn)因素及水平表Table 2 Single factor test factors and level table of desalting process conditions

表3 脫鹽工藝條件響應(yīng)面試驗(yàn)因素及水平表Table 3 Desalination process conditions response surface test factors and level table

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用MicrosoftExcel 2003 軟件進(jìn)行分析，采用Design Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 不同液料比對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比分別為 1 ∶1、2 ∶1、3 ∶1、4 ∶1、5 ∶1（mL/g），將高鹽腌制的長(zhǎng)白楤木嫩芽置于30 ℃恒溫水浴鍋中脫鹽20 min，期間換水次數(shù)2 次，并測(cè)定含鹽量，試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同液料比對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of different water ratio on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

由圖1 可知，隨著液料比的增加，含鹽量呈逐漸下降趨勢(shì)，液料比為 1 ∶1（mL/g）～3 ∶1（mL/g）時(shí)，含鹽量由9.359 %降至5.233 %，此階段含鹽量下降較明顯。當(dāng)液料比達(dá)到4 ∶1（mL/g）時(shí)，含鹽量的減少量趨于緩慢，由于在剛脫鹽時(shí)增大用水量可以促進(jìn)長(zhǎng)白楤木嫩芽的脫鹽速度，而當(dāng)液料比達(dá)到3 ∶1（mL/g）時(shí)，長(zhǎng)白楤木嫩芽?jī)?nèi)的食鹽向外擴(kuò)散的速度基本保持不變，達(dá)到平衡。而液料比在 1 ∶1（mL/g）～5 ∶1（mL/g）時(shí)，感官評(píng)分首先呈上升趨勢(shì)，之后逐漸下降，當(dāng)液料比達(dá)到3 ∶1（mL/g）時(shí)，脫鹽后的長(zhǎng)白楤木嫩芽含鹽量適度，風(fēng)味物質(zhì)保持良好，感官評(píng)分達(dá)到88.7 分。由于液料比太大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)白楤木嫩芽中風(fēng)味物質(zhì)的損失。因此，選擇液料比為 3 ∶1（mL/g）。

2.1.2 不同脫鹽時(shí)間對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比 3 ∶1（mL/g），將腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽分別置于 30 ℃恒溫水浴鍋中脫鹽 10、15、20、25、30 min，換水漂洗2 次，并進(jìn)行測(cè)定其含鹽量，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同脫鹽時(shí)間對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of different desalting time on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

由圖2 可知，隨著脫鹽時(shí)間的延長(zhǎng)，高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽的脫鹽效果呈下降趨勢(shì)，當(dāng)脫鹽時(shí)間在10 min～25 min 時(shí)，含鹽量由10.768%下降至4.927%，此時(shí)脫鹽效果較顯著，之后脫鹽效果減慢，趨于平緩。主要由于脫鹽剛開始時(shí)長(zhǎng)白楤木嫩芽與用水量之間的鹽度差較大，離子交換速度較快[17]。而感官評(píng)分隨著脫鹽時(shí)間的增大，先逐漸升高后呈下降趨勢(shì)，當(dāng)脫鹽時(shí)間為20 min 時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高為90.4 分，此時(shí)長(zhǎng)白楤木嫩芽的咸度適中，口感較好，當(dāng)脫鹽時(shí)間超過20 min 時(shí)，由于脫鹽時(shí)間增大，導(dǎo)致風(fēng)味物質(zhì)有所流失，感官評(píng)分由最高90.4 分降到71.6 分。因此，選擇脫鹽時(shí)間為20 min。

2.1.3 不同脫鹽溫度對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比 3 ∶1（mL/g），將高鹽腌制的長(zhǎng)白楤木嫩芽分別置于 10、20、30、40、50 ℃恒溫水浴鍋中脫鹽20 min，換水次數(shù)2 次，并進(jìn)行測(cè)定含鹽量，試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，脫鹽效果隨著脫鹽溫度的增加含鹽量呈逐漸遞減趨勢(shì)。在脫鹽溫度＜40 ℃時(shí)，含鹽量由9.077%迅速下降至5.495%。當(dāng)脫鹽溫度超過40 ℃時(shí)，含鹽量變換趨于平緩。由于脫鹽溫度逐漸升高，長(zhǎng)白楤木嫩芽滲透性在增加，從而使溶液濃度和溶質(zhì)濃度基本達(dá)到一致。而感官評(píng)分隨著脫鹽溫度先逐漸增加，在脫鹽溫度為30 ℃時(shí)，咸度適中，口感最佳，感官評(píng)分達(dá)到最高為88.1 分，之后感官評(píng)分逐漸下降。因此，選擇脫鹽溫度為30 ℃。

圖3 不同脫鹽溫度對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of different desalting temperatures on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

2.1.4 不同換水次數(shù)對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比分別為 3 ∶1（mL/g），將高鹽腌制的長(zhǎng)白楤木嫩芽置于30 ℃恒溫水浴鍋中進(jìn)行脫鹽20 min，分別換水次數(shù) 0、1、2、3、4 次，并對(duì)其測(cè)定含鹽量，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同換水次數(shù)對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of different water exchange times on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

由圖4 可知，含鹽量隨著換水次數(shù)的增加而逐漸降低，當(dāng)換水次數(shù)不超過3 次時(shí)，含鹽量下降較顯著，由9.957%降至4.776%，而繼續(xù)增加換水次數(shù)，含鹽量下降趨于緩慢，當(dāng)換水次數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，長(zhǎng)白楤木嫩芽與用水量之間離子交換速度基本保持不變，進(jìn)而使長(zhǎng)白楤木嫩芽含鹽量下降的速度趨于緩慢。而感官評(píng)分隨著換水次數(shù)的增加，先呈增加趨勢(shì)，后逐漸減小，當(dāng)換水次數(shù)達(dá)到2 次時(shí)，此時(shí)長(zhǎng)白楤木嫩芽品質(zhì)保持良好，感官評(píng)分達(dá)到最佳。因此，選擇換水次數(shù)為2 次。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析與條件優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以感官評(píng)分和含鹽量為響應(yīng)值，選擇液料比（A）、脫鹽時(shí)間（B）、脫鹽溫度（C）、換水次數(shù)（D）為試驗(yàn)因素，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)方案與結(jié)果見表4，感官評(píng)價(jià)和含鹽量的方差分析分別見表5 和表6。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 4 Design and results of response surface test

表5 感官評(píng)價(jià)的方差分析Table 5 Variance analysis of sensory evaluation

續(xù)表5 感官評(píng)價(jià)的方差分析Continue table 5 Variance analysis of sensory evaluation

表6 含鹽量的方差分析Table 6 Variance analysis of salt content

采用Design Expert 8.0.6 軟件，對(duì)表4 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合，結(jié)果顯示，得到長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝中感官評(píng)分對(duì)液料比（A）、脫鹽時(shí)間（B）、脫鹽溫度（C）、換水次數(shù)（D）的回歸模型：

感官評(píng)分= 87.98+0.74A+0.67B-1.77C-2.93D-2.33AB-0.62AC-2.68AD-1.65BC-2.68BD-1.57CD-5.09A2-6.38B2-7.48C2-6.89D2。

對(duì)回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，如表5 所示，得出回歸模型高度顯著（P＜0.000 1），而方程失擬項(xiàng)P 值為0.407 7 ＞ 0.05，所以失擬項(xiàng)不顯著，R2=0.920 4=0.840 8，說明該模型與實(shí)際擬合度較好，回歸模型的B2、C2、D2對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝的感官評(píng)分影響達(dá)到極顯著水平（P＜0.000 1），D、A2對(duì)其影響極顯著（P＜0.01），C2、AD、BD 影響顯著（P＜0.05）。由 F 值可得，各因素對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝感官評(píng)分的影響主次因素為：換水次數(shù)（D）＞脫鹽溫度（C）＞液料比（A）＞脫鹽時(shí)間（B）。

采用Design Expert 8.0.6 軟件，對(duì)表4 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合，結(jié)果顯示，得到長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝中含鹽量對(duì)液料比（A）、脫鹽時(shí)間（B）、脫鹽溫度（C）、換水次數(shù)（D）的回歸模型：

含鹽量= 4.31-0.21A-0.17B-0.087C-0.50D+0.94AB-0.68AC-1.80AD-1.40BC+1.39BD+0.45CD+1.28A2+2.16B2+1.44C2+1.04D2。

對(duì)回歸模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，如表6 所示，可以看出回歸模型高度顯著（P＜0.000 1），而方程失擬項(xiàng)P 值為 0.068 1＞0.05，說明失擬項(xiàng)不顯著，R2=0.908 7，R2Adj=0.817 4，說明該模型與實(shí)際擬合度較好，回歸模型的B2對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝的含鹽量影響達(dá)到高度顯著水平（P＜0.000 1），AD、BC、BD、A2、C2、D2對(duì)其影響極顯著（P＜0.01），D、AB 影響顯著（P＜0.05）。由 F 值可得，各因素對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝含鹽量的影響主次因素為：換水次數(shù)（D）＞液料比（A）＞脫鹽時(shí)間（B）＞脫鹽溫度（C）。

2.2.2 響應(yīng)面各因素交互作用分析

各因素交互作用對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽后感官評(píng)分和含鹽量的曲面圖分別如圖5、圖6 所示。

圖5 各因素交互作用對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽后感官評(píng)分的曲面圖Fig.5 The 3-D surface plot of sensory evaluation after desalinization of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

圖6 各因素交互作用對(duì)高鹽腌制長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽后含鹽量的曲面圖Fig.6 The 3-D surface plot of salt content after desalting of highsalted pickled Aralia continentalis Kitagwa

響應(yīng)面圖的曲面坡度越陡峭、等高線越密集且呈橢圓形，說明兩因素之間交互作用越大。由圖5、圖6可以看出，等高線圖都呈現(xiàn)橢圓形，且由表4 的方差分析表可知，AD、BD 偏回歸系數(shù)差異顯著（P＜0.05），說明液料比與換水次數(shù)、脫鹽時(shí)間與換水次數(shù)兩兩之間的交互作用對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝感官評(píng)分的影響較大。由表5 的方差分析可知，AD、BC、BD 偏回歸系數(shù)差異較顯著（P＜0.01），AB 的偏回歸系數(shù)差異顯著（P＜0.05）說明液料比與換水次數(shù)、脫鹽時(shí)間與脫鹽溫度、脫鹽時(shí)間與換水次數(shù)兩兩之間的交互作用對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝的含鹽量影響較大，液料比與脫鹽時(shí)間兩兩之間的交互作用對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽工藝的含鹽量影響次之。

以含鹽量和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析得出響應(yīng)面法優(yōu)化高鹽長(zhǎng)白楤木嫩芽脫鹽的最佳工藝條件為：液料比 2.85 ∶1（mL/g）、脫鹽時(shí)間 18.75 min、脫鹽溫度32.8 ℃、換水次數(shù)2 次，此時(shí)感官評(píng)分為88.7 分，含鹽量為4.005%。與未經(jīng)脫鹽的長(zhǎng)白楤木嫩芽相比，含鹽量由12.841%降低至4.005%，含鹽量下降明顯，且在最佳工藝條件下生產(chǎn)的長(zhǎng)白楤木嫩芽色澤呈鮮綠色，質(zhì)地嫩脆，具長(zhǎng)白楤木嫩芽特有的濃郁清香味。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了檢驗(yàn)響應(yīng)面法所得結(jié)果的可靠性，對(duì)上述響應(yīng)面分析求得的最佳取值條件進(jìn)行脫鹽效果的驗(yàn)證試驗(yàn)，為了操作方便，條件設(shè)定為液料比3 ∶1（mL/g）、脫鹽時(shí)間20 min、脫鹽溫度30 ℃、換水次數(shù)2 次，經(jīng)過三次平行試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得感官評(píng)分為88.3 分，含鹽量為4.027%，與預(yù)測(cè)值相近，說明試驗(yàn)優(yōu)化得到的技術(shù)參數(shù)是可靠穩(wěn)定的。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)長(zhǎng)白楤木嫩芽的脫鹽工藝進(jìn)行研究，通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)確定了長(zhǎng)白楤木嫩芽最佳脫鹽工藝的條件為：液料比3 ∶1（mL/g）、脫鹽時(shí)間20 min、脫鹽溫度30 ℃、換水次數(shù)2 次。在此最佳脫鹽工藝條件下，脫鹽后的長(zhǎng)白楤木嫩芽含鹽量4.027%，感官評(píng)分為88.3 分，且長(zhǎng)白楤木嫩芽色澤呈鮮綠色，質(zhì)地嫩脆，且具有長(zhǎng)白楤木嫩芽獨(dú)特的濃郁香味，感官質(zhì)量最佳。