丁 利，楊賢慶，馬海霞，李來好，陳勝軍，郝淑賢，戚 勃

（1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點實驗室，

國家水產(chǎn)品加工技術研發(fā)中心，廣東廣州 510300；

2.上海海洋大學食品學院，上海 201306）

響應面法優(yōu)化草魚魚糜制品加工工藝

丁 利1，2，楊賢慶1，*，馬海霞1，2，李來好1，陳勝軍1，郝淑賢1，戚 勃1

（1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品加工重點實驗室，

國家水產(chǎn)品加工技術研發(fā)中心，廣東廣州 510300；

2.上海海洋大學食品學院，上海 201306）

利用響應面分析法對草魚魚糜制品加工工藝的條件進行優(yōu)化。首先采用Plackett-Burman設計對影響魚糜制品凝膠強度的7個因素進行評價，篩選出具有顯著影響的3個因素：漂洗時間、超聲波時間和斬拌時間，再用最陡爬坡路徑逼近3個因素的最大響應區(qū)域，最后采用Box-Behnken實驗設計對顯著因素進行優(yōu)化，得出最佳漂洗時間、超聲波時間和斬拌時間分別為：15、43、15min。優(yōu)化工藝條件后，草魚魚糜制品凝膠強度提高至1308.67g·cm-1，是未優(yōu)化前的1.46倍。

草魚魚糜制品，凝膠強度，Plackett-Burman試驗設計，響應面法

魚糜制品具有營養(yǎng)價值高，脂肪含量低等特點[1-3]。目前魚糜的生產(chǎn)原料多為海水魚，淡水魚在魚糜方面的應用較少，而且多數(shù)淡水魚肉的凝膠性能比海水魚差，因此有必要優(yōu)化魚糜制品加工工藝以提高其凝膠性能。凝膠特性作為魚糜制品最重要的功能特性[4]，凝膠強度的大小是衡量魚糜制品質(zhì)量好壞的重要指標。在魚糜制品加工工藝中，漂洗和斬拌是影響魚糜制品凝膠強度的極其重要的環(huán)節(jié)[5-6]。漂洗時間、漂洗次數(shù)和漂洗溫度的選擇均影響魚糜制品的凝膠強度[7-11]，通過漂洗可以除去魚糜中部分水溶性蛋白質(zhì)，從而提高魚糜中鹽溶性蛋白的相對含量，進而提高魚肉蛋白質(zhì)的凝膠形成能力[12]。合適的斬拌時間可提高魚糜制品的凝膠強度[13]，斬拌溫度要保持在合適的范圍內(nèi)，因為溫度過高不利于魚糜凝膠化的形成[14]。魚肉細胞破碎的程度可影響魚糜中鹽溶性蛋白的溶出速率，進而影響魚糜制品的凝膠強度。有研究發(fā)現(xiàn)超聲波對一些動植物細胞的微觀結構都有破碎作用[15-17]，也有研究表明超聲波處理可提高大豆分離蛋白的凝膠強度[18]，但將超聲波處理用于魚糜制品加工過程中的報道較少。草魚作為淡水養(yǎng)殖魚類在我國產(chǎn)量很大[19]，但關于草魚魚糜制品的相關加工工藝的研究還較少見諸報道[20-21]。草魚具有含脂少、生長快、肉質(zhì)好的特點，為了充分利用我國的草魚資源，提高草魚的附加值，將其精深加工成魚糜制品是一種很好的途徑。本實驗以草魚為魚糜制品加工原料，目標在于優(yōu)化草魚魚糜制品所采用的加工條件，為生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的草魚魚糜制品提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活草魚（重量＞1000g/條） 購于廣州市水產(chǎn)市場；食鹽 市購；特級魔芋精粉（食品級） 湖北強森魔芋科技有限公司；蛋清蛋白粉（食品級） 浙江省長興艾格生物制品有限公司。

QTS-25型質(zhì)構儀 美國Brookfield公司；SZ-5型斬拌機 廣州旭眾食品機械有限公司；FW 100型高速勻漿組織搗碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；HR2006型飛利浦攪拌機 飛利浦有限公司；HH-2型孔數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；FA1104N型電子分析天平 上海民橋精密科學儀器有限公司；FMP400AS型制冰機 美國格蘭特有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 草魚魚糜制品凝膠制備 鮮活草魚→預處理→冰水洗凈→去皮切塊→采肉→漂洗去腥→脫水→斬拌（加入輔料）→灌腸→加熱凝膠化→冰水中冷卻→4℃保存24h。

1.2.2 工藝操作要點

1.2.2.1 預處理 除去魚鱗、魚頭、魚尾、內(nèi)臟和內(nèi)膜等，冰水清洗干凈后使魚肉溫度迅速降到10℃以下。1.2.2.2 漂洗去腥 魚肉用冷水漂洗，魚肉和冷水的體積比為1∶（5～10），鹽水質(zhì)量濃度為2.5g/L，進行緩慢勻速的攪拌，靜置3min，傾去表面漂洗液，重復3次。

1.2.2.3 斬拌 先空擂3m in，再加鹽斬拌10m in，然后加入輔料（魔芋精粉0.6%，蛋清蛋白粉4%），按實驗設計進行斬拌，斬拌過程中，加冰使溫度控制在0～ 10℃。

1.2.2.4 加熱凝膠化（二段法） 先放入40℃水浴鍋中加熱30m in，再放入90℃水浴鍋加熱20m in，取出后立即將其放入冰水中冷卻10min，再將其置于4℃冰箱中，放置24h備用。

1.2.3 魚糜凝膠強度的測定 將制備好的魚糜從冰箱中取出，室溫放置，使魚糜溫度平衡至室溫，將樣品切成2cm×2cm×3cm的長方塊，將橫斷面的中心位于質(zhì)構儀探頭的正下方。用質(zhì)構儀測定草魚魚糜凝膠的破斷強度（g）和凹陷深度（mm），其中破斷強度反映了魚糜凝膠的硬度，凹陷度反映了魚糜凝膠的彈性。魚糜凝膠的凝膠強度（g·cm）為兩者的乘積[22]。測試條件：選用壓力模式，測定選用直徑為11mm的球形探頭，測試速度60mm/min，下壓距離為15mm，測試力4.5g。所有測量均重復5次。

1.3 實驗設計

1.3.1 Plackett-Burman實驗設計 Plackett-Burman實驗方法主要針對因子數(shù)較多，通過比較各個因子兩水平的差異與整體的差異來確定因子的顯著性?？梢源_定具有顯著影響的因子，從而達到篩選的目的。影響魚糜制品凝膠強度的可能因素有漂洗時間（X1）、漂洗溫度（X2）、漂洗次數(shù)（X4）、超聲波時間（X5）、斬拌加鹽量（X7）、斬拌時間（X9）、斬拌溫度（X10）。對這7個因素，選用N=12的Plackett-Burman實驗設計篩選出顯著影響因素，另外選擇3個虛擬變量用來估計實驗誤差。實驗選取的各因素水平取值見表1。

1.3.2 最陡爬坡實驗 由Plackett-Burman實驗結果得到各顯著因素的效應值，根據(jù)各效應值的大小確定最陡爬坡實驗的步長和爬坡方向，以經(jīng)濟、快速地逼近最佳值區(qū)域。魚糜制品凝膠強度最大的實驗點，即為下一步響應面分析法的中心點。

表1 Plackett-Burman試驗設計及編碼水平Table 1 Factors and levels of Plackett-Burman design

1.3.3 響應面分析實驗方法 逼近最大響應區(qū)域后，采用Box-Behnken實驗設計法對影響凝膠強度的顯著因素進行優(yōu)化。通過3因素3水平的17次實驗，其中析因點12個，零點為5個，零點實驗進行5次用來估計誤差。由實驗結果擬合回歸多項式方程，以得到使魚糜制品凝膠強度最大的加工工藝條件。Box-Behnken實驗編碼水平見表2。

表2 Box-Behnken實驗因素與水平Table 2 Factors and levels of Box-Behnken design

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Minitab 15.0軟件和Design-Expert 8.05軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 Plackett-Burman實驗設計結果及分析

以魚糜制品的凝膠強度作為響應值，進行Plackett-Burman實驗設計，表3為實驗設計結果。對表3的各個實驗結果進行回歸分析，結果見表4。

從表4可以看出，漂洗時間對凝膠強度的影響最為顯著（p=0.012），超聲波時間（p=0.021）和斬拌時間（p=0.027）對凝膠強度影響顯著，其他因素對凝膠強度影響的顯著性依次為：漂洗溫度＞斬拌溫度＞斬拌加鹽量＞漂洗次數(shù)。其中，7個因素中，除了漂洗次數(shù)和斬拌加鹽量表現(xiàn)為負效應外，其余因素表現(xiàn)為正效應。模型的復相關系數(shù)為R2=0.9998，說明有很好的模擬相關性。

2.2 最陡爬坡實驗結果

由表4可知，漂洗時間、超聲波時間和斬拌時間均有顯著正效應，所以3個因素的爬坡方向均為遞增方向。漂洗時間、超聲波時間和斬拌時間的步長依次取2、3、3。最陡爬坡試驗設計及結果見表5。由表5可知，最大凝膠強度區(qū)在第3次實驗附近，因此確定第3次實驗的條件為響應面實驗水平的中心點。

表3 Plackett-Burman實驗設計結果Table 3 Plackett-Burman design and the strength of surimi product

表4 Plackett-Burman實驗設計結果顯著性分析Table4 Resultsof regression analysisofPlackett-Burman design

表5 最陡爬坡實驗設計及結果Table 5 Steepestascent design and experimental results

2.3 Box-Behnken響應面分析實驗結果

2.3.1 Box-Behnken實驗設計及結果分析 Box-Behnken實驗結果見表6。依據(jù)Design-Expert 8.05軟件，采用Box-Behnken實驗建立數(shù)學模型，以漂洗時間（X1）、超聲波時間（X5）和斬拌時間（X9）為自變量，以+1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平。

以草魚魚糜制品凝膠強度為響應值，用Design-Expert 8.05軟件對實驗結果進行多元回歸分析，所得的主要分析結果見表7。由方差分析可知，模型回歸的顯著性和可靠性極高（p＝0.0002＜0.01）；失擬項不顯著（p＝0.1894＞0.1），失擬項反映的是實驗數(shù)據(jù)與回歸模型不相符的情況，因此選擇此模型是合適的。同時，X5和X9的平方項以及X1X5、X5X9項均對響應值有極顯著性影響，X1的平方項具有顯著性影響，X1X9交互項作用影響不顯著。由此可見，各影響因子對響應值的影響不是簡單的線性關系。模型的復相關系數(shù)R2為0.9663，說明模型擬合程度較好，校正后的R2Adj為0.9229，即表明模型可以解釋92.29%的草魚魚糜制品凝膠強度的變化，進一步說明了此回歸模型的可信度較高。因此，可用該模型方程對魚糜制品的凝膠強度進行分析和預測。

表6 Box-Benhnken實驗設計與試驗結果Table 6 Box-Benhnken design and experimental results

表7 試驗模型的ANOVA分析結果Table 7 Variance analysis（ANOVA）for the fitted quadratic regressionmodel

2.3.2 響應面分析直觀圖 結合回歸模型方程利用Design-Expert軟件繪出響應面立體分析圖，如圖1～圖3所示。先將第3個變量保持在編碼的0水平，每個響應面分別代表2個獨立變量之間的相互作用。由響應面圖可以看出：漂洗時間、超聲波時間和斬拌時間兩兩因素之間的相互作用都比較明顯。隨著超聲波時間的增加凝膠強度逐漸增加，當漂洗時間超過16m in后，凝膠強度開始降低（見圖1、圖2）；圖3表明隨著漂洗時間和斬拌時間的增加，凝膠強度先增加后降低，兩者相互作用顯著。

圖1 漂洗時間和超聲波時間對凝膠強度影響的響應面圖Fig.1 Response surface graph ofwashing time and the times of ultrasonic treatmenton the gel strength of surimi

圖2 漂洗時間和斬拌時間對凝膠強度影響的響應面圖Fig.2 Response surface graph ofwashing time and chopping time on the gel strength of surimi

圖3 超聲波時間和斬拌時間對凝膠強度影響的響應面圖Fig.3 Response surface graph of the timesofultrasonic treatment and chopping time on the gel strength of surimi

2.3.3 最佳添加量的確定及驗證試驗 借助Design-Expert 8.05軟件中的回歸擬合，各試驗因子對響應值Y的影響可用回歸方程表示為：Y＝1304.12＋5.93X1-7.66X5＋7.58X9-84.88X12-186.70X52-230.66X92-191.72X1X5＋6.40X1X9-215.04X5X9。

此方程X12、X52、X92的系數(shù)均為負值，則方程的拋物線開口向下，因而有極大值點。在獲得二次回歸模型方程之后，利用Design-Expert 8.05軟件對回歸模型進行典型性分析，根據(jù)軟件中的Optim ization分析得出優(yōu)化結果。經(jīng)優(yōu)化后，為使魚糜制品凝膠強度達到最大，最佳工藝條件X1＝1，X5＝-0.035，X9＝-1，經(jīng)過換算得到各因素對應的實際水平分別為：漂洗時間X1＝16min、超聲波時間X5＝42.89min、斬拌時間X9＝15m in?？紤]到實際情況的可操作性，將條件修正為漂洗時間15min、超聲波時間43min、斬拌時間15min，此時魚糜凝膠強度的理論最大值為1318.14g·cm。

根據(jù)優(yōu)化后的添加量，分別進行5組驗證性試驗，取其平均值。在此條件下，測得魚糜制品凝膠強度為1308.67g·cm，與理論值相比誤差小于1%。該結果表明，響應面法優(yōu)化草魚魚糜制品加工工藝是可行且有效的。

3 結論

由Plackett-Burman實驗篩選出3個顯著因素為漂洗時間、超聲波時間和斬拌時間，然后通過最陡爬坡實驗確定響應面設計的中心點。最后，采用Box-Behnken實驗進行響應面設計并對實驗結果的二次回歸模型進行了預測，確定了草魚魚糜制品加工工藝的最佳條件：漂洗時間15m in、漂洗溫度15℃、漂洗次數(shù)2次、超聲波時間43m in、斬拌加鹽量2.4%、斬拌時間15m in、斬拌溫度11℃，此時草魚魚糜制品的凝膠強度理論值為1318.14g·cm。在此條件下對預測結果進行驗證實驗，測得魚糜制品凝膠強度為1308.67g·cm，與優(yōu)化前896.35g·cm相比，草魚魚糜制品的凝膠強度提高了1.46倍。驗證結果與理論預測值相近，說明該回歸模型可用于優(yōu)化草魚魚糜制品加工工藝。

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Optim ization of grass carp surim i-based products processing by response surface method

DING Li1，2，YANG Xian-qing1，*，MA Hai-xia1，2，LILai-hao1，CHEN Sheng-jun1，HAO Shu-xian1，QIBo1
（1.South China Sea FisheriesResearch Institute，Chinese AcademyofFishery Sciences，Key Lab ofAquatic ProductProcessing，Ministry of Agriculture，National R＆D Center for Aquatic Product Processing，Guangzhou 510300，China；
2.College of Food Science and Technology，ShanghaiOcean University，Shanghai201306，China）

Response surface analysis was used to op tim ize the conditions in g rass carp surim i-based p roducts p rocessing.First，Plackett-Burman design was adop ted to screen out three important factors affecting the gel strengh of grass carp surim i-based p roducts：washing time，the time of ultrasonic treatmen and chopping time. Then steepestascent path was adop ted to app roach the op timal region，and last the Box-Behnken design and response surface analysis were used to determ ine the op timal levels of the main factors.As a result，the op timal cond itions were analyzed as：washing time of 15m in，the time of ultrasonic treatmen of 43m in，chopping time 15m in.Under op timal cond itions，the gel strengh of g rass carp surim i-based p roduc ts was 1308.67g·cm-1，which was as 1.46 times as that under the originalp rocessing.

g rass carp surim i-based p roducts﹔gelstreng th﹔Plackett-Burman design﹔response surface analysis

TS254.4

B

1002-0306（2012）22-0260-05

2012－08－31 *通訊聯(lián)系人

丁利（1986－），男，碩士，研究方向：水產(chǎn)品加工與貯藏。

國家十二五科技支撐計劃項目（2012BAD28B06）；廣東省科技計劃重點項目（2011A020102005）；廣東省教育部產(chǎn)學研結合項目（2009B090300157）。