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        響應(yīng)面法對烤鰻加工工藝的分段優(yōu)化

        2018-09-29 07:00:08波,多,尚,飛,黃輝,瑩,佳,
        關(guān)鍵詞:烤制鰻魚嫩度

        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(xué) 食品學(xué)院, 遼寧 大連 116034;2.大連工業(yè)大學(xué) 國家海洋食品工程技術(shù)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(xì)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(yù)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(fù)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(fēng)味差等問題。為賦予烤鰻魚獨(dú)特風(fēng)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(dǎo)生產(chǎn)營養(yǎng)價值高、風(fēng)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(shù)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(tuán)有限公司,-30 ℃冷凍運(yùn)至實驗室。

        TA XT Plus質(zhì)構(gòu)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(yù)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(biāo)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(biāo)。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(lán)色差,+b*表示黃色,-b*表示藍(lán)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(jī)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)面試驗

        1.4.1 響應(yīng)面法優(yōu)化蒸制溫度和時間

        在單因素試驗的基礎(chǔ)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(yīng)值,根據(jù)中心組合設(shè)計模型(central composite design, CCD)的設(shè)計原理[8],應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)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(yīng)面法優(yōu)化烤制溫度和時間

        在單因素試驗的基礎(chǔ)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(yīng)值,根據(jù)中心組合設(shè)計模型的設(shè)計原理,應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)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(jié)果與討論

        2.1 單因素試驗結(jié)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(dāng)蒸制溫度為100 ℃時,失重率、失水率分別降至22.61%、18.17%;當(dāng)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(dāng)蒸制溫度為100 ℃時,嫩度達(dá)到最大。有研究表明,肌原纖維蛋白和結(jié)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(jìn)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(dāng)蒸制時間為7 min時,失重率22.61%,此后質(zhì)量損失增大;當(dāng)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(qiáng),失水率降低[16];當(dāng)蒸制時間為3 min時,嫩度最大。因此,初步確立烤鰻魚的預(yù)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(dāng)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(diǎn),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(dāng)烤制溫度為210 ℃時,嫩度最大;當(dāng)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(dāng)烤制溫度為190 ℃時,L*、b*達(dá)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(dāng)烤制時間為4 min 時,烤鰻魚感官評分最大;當(dāng)烤制時間為5 min 時,烤鰻魚嫩度達(dá)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(yīng),使烤鰻魚顏色加深;當(dāng)烤制時間在4 min時,L*、b*較高;而a*不隨時間增加而變化,結(jié)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(yīng)面試驗結(jié)果

        根據(jù)單因素試驗結(jié)果,采用響應(yīng)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(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計。具體試驗方案與結(jié)果見表2。

        2.2.1 蒸制工藝響應(yīng)面分析

        通過對失重率、失水率、嫩度的試驗結(jié)果進(jìn)行回歸擬合,得到回歸方程式Y(jié)1、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(jìn)行方差分析,結(jié)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(jié)果擬合度較高;且方程總模型顯著,P<0.05,模型相關(guān)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(guān)系,因此可用該模型對失重率、失水率、嫩度進(jìn)行分析與預(yù)測。

        表2 預(yù)熟化工藝的響應(yīng)面分析方案與結(jié)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(yīng)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(yīng)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(biāo),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(jié)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(dǎo)時,選用3個指標(biāo),即以失重率和失水率最小、嫩度最大為優(yōu)化指標(biāo),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(jié)合實際情況考慮,取蒸制溫度98 ℃、蒸制時間6 min。按此條件進(jìn)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(yù)測理論值吻合。因此,該響應(yīng)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(yīng)面試驗結(jié)果

        根據(jù)單因素試驗結(jié)果,采用響應(yīng)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(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面試驗方案的設(shè)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(jié)果見表4。

        2.3.1 烤制工藝響應(yīng)面分析

        通過對感官評分、嫩度、L*、b*的試驗結(jié)果進(jìn)行回歸擬合,得到回歸方程式Y(jié)4、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(jìn)行方差分析,結(jié)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(jié)果擬合度較高;且方程總模型顯著,P<0.05,模型相關(guān)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(guān)系,因此可用該模型對烤制過程中烤鰻魚品質(zhì)進(jìn)行分析與預(yù)測。

        表4 烤制工藝的響應(yīng)面分析方案與結(jié)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(yīng)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(yīng)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(biāo),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(jié)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(dǎo)時,選用4個指標(biāo),即以感官評分、嫩度、L*、b*最大為優(yōu)化指標(biāo),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(jié)合實際情況考慮,取烤制溫度200 ℃、蒸制時間4 min。按此條件進(jìn)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(yù)測理論值吻合。因此,該響應(yīng)面回歸模型對烤制工藝條件參數(shù)的優(yōu)化可靠。

        3 結(jié) 論

        利用各項理化指標(biāo)進(jìn)行烤鰻魚關(guān)鍵加工工藝的研究,在單因素試驗的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面分析優(yōu)化法對鰻魚加工工藝進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,并對回歸方程進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)。

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