響應曲面法優化草魚肉冷殺菌工藝

王滿生，劉永樂*，王發祥，李向紅，王建輝，俞 健

(長沙理工大學食品與生物工程系，湖南 長沙 410114)

響應曲面法優化草魚肉冷殺菌工藝

王滿生，劉永樂*，王發祥，李向紅，王建輝，俞 健

(長沙理工大學食品與生物工程系，湖南 長沙 410114)

以微生物菌落總數和減菌率為評價指標，采用單因素試驗結合Box-Behnken法，研究ClO2質量濃度、H2O2質量濃度及浸泡處理時間對草魚肉冷殺菌效果的影響。通過響應曲面分析，草魚肉減菌預處理工藝最優條件為ClO2質量濃度157mg/L、H2O2質量濃度1.1g/L、浸泡處理時間6.4min，在此條件下草魚肉經處理后細菌總數由1.36×105CFU/g降為1.50×104CFU/g，減菌率高達89.01%。

草魚；冷殺菌；減菌；響應曲面法

草魚(Ctenopharyngodon idellus)又名鯇魚，屬于鯉形目、鯉科、草魚屬。作為我國“四大家魚”之一，不僅食品品質很好，而且銷售價格適中，深受消費者歡迎。其養殖產量、消費量和產值均居淡水魚之首位，2006年草魚總產量為396.34萬噸，占全國淡水產品總量的16.5%[1]。草魚肉肉質細嫩、營養豐富，具有水分含量高、pH值接近中性，組織蛋白酶作用旺盛、體表黏液多等特點，而且魚體內攜帶有大量細菌，在貯藏、運輸、加工處理及銷售過程中極易腐敗變質，從而導致資源浪費和環境污染[2-4]。因此，開展草魚的保鮮研究具有重要的現實意義和應用價值。

淡水魚肉的腐敗變質一般是內源酶和微生物共同作用的結果，而微生物生長繁殖直接引入臭味物質和外源酶作用，在很大程度上起著主導腐敗變質的作用[5]。目前，有關淡水魚的保鮮研究很多[6-9]，特別是各類化學、生物保鮮劑的研究層出不窮，雖然都有一定的保鮮效果，但真正運用“柵欄”效應理論的不多。多靶柵欄技術是近年來在肉類研究中應用較成功的一種保鮮技術，其中通過冷殺菌工藝降低原料的初始微生物數是一個重要的柵欄效應[10]。本研究通過響應曲面法優化草魚肉的冷殺菌減菌工藝，為草魚肉保鮮提供一種新的高效減菌預處理方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮草魚，購自當地市場，每尾約1.5kg。

穩態ClO2(10%±0.8%) 濰坊華實藥業有限公司；30% H2O2(食品級) 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 微生物總數測定

采用GB 4789.2—2010《食品衛生微生物學檢驗：菌落總數測定》[11]方法進行測定。

式中：Y為減菌率/%；V為空白處理的魚塊微生物菌落總數/(CFU/g)；V1為殺菌液浸泡處理的魚塊微生物菌落總數/(CFU/g)。

1.2.2 原料魚塊制作方法

新鮮草魚在4℃水中暫養1～2h，放血后去頭、鱗和內臟，預冷水清洗干凈后剔除魚骨，分割成大小為2.0cm×3.0cm×1.5cm魚肉塊(約25g)，備用。

1.2.3 ClO2質量濃度單因素試驗

取上述魚肉塊5塊，分別于4倍體積預冷(4℃)的50、100、150、200、250mg/L ClO2殺菌液中浸泡5min后，取出置于滅菌干燥的4層紗布之上，并立即用紗布將魚肉輕輕裹住約1min，然后分別進行細菌總數測定，同時以不做任何處理的魚塊作為減菌實驗的對照，計算減菌率。

1.2.4 H2O2質量濃度單因素試驗

取上述魚肉塊5塊，分別于4倍體積預冷(4℃)的0.50、1.00、1.50、2.00、2.50g/L H2O2殺菌液中浸泡5min，取出瀝干(方法同1.2.3節)，然后分別進行細菌總數測定，同時以不做任何處理的魚塊作為減菌實驗的對照，計算減菌率。

1.2.5 浸泡時間單因素試驗

取上述魚肉塊5塊，浸泡于4倍體積預冷(4℃)的質量濃度150mg/L的ClO2殺菌液中，分別在3、6、9、12、15min時取出，瀝干(方法同1.2.3節)，然后分別進行細菌總數測定，同時以不做任何處理的魚塊作為減菌試驗的對照，計算減菌率。

1.2.6 響應面法優化殺菌工藝

在單因素試驗的基礎上，根據Design-Expert 7.1.3軟件中的Box-Benhnken試驗設計原理[12]，以減菌率為響應值，選取ClO2質量濃度、H2O2質量濃度、處理時間3個因素，設計3因素3水平試驗，共有15個試驗點，其中12個為分析因子，3個為零點以估計誤差。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 ClO2質量濃度的選擇

由圖1可見，隨著ClO2質量濃度增加，魚肉殘菌總數逐漸減少，殺菌率逐漸增加，當ClO2質量濃度大于150mg/L后，殺菌率增加減緩，曲線趨于平坦；而且由于ClO2的質量濃度過高時會對魚肉有較明顯的漂白效果[13]，從而影響感官品質。綜合考慮成本、減菌效果和產品品質，選擇ClO2質量濃度150mg/L。

圖1 ClO2質量濃度對草魚肉減菌效果的影響Fig.1 Effect of ClO2concentration on bacterial reduction

2.1.2 H2O2質量濃度的選擇

圖2 H2O2質量濃度對草魚肉減菌效果的影響Fig.2 Effect of H2O2 concentration on bacterial reduction

由圖2可見，H2O2質量濃度越高，魚肉的殘菌總數越少，減菌效果越好，H2O2質量濃度為1.0g/L時減菌率達到71.73%；當H2O2質量濃度大于1.0g/L后，對魚肉減菌效果的增加不明顯，這可能是因為H2O2溶液質量濃度越高，其溶液中H2O2的真實質量濃度會有所下降[14]，故選擇H2O2質量濃度1.0g/L。

2.1.3 浸泡時間的選擇

圖3 浸泡時間對草魚肉減菌效果的影響Fig.3 Effect of ClO2soaking time on bacterial reduction

由圖3可知，在處理時間6min內，魚肉殘菌數迅速降低、減菌率增加明顯，但隨著處理時間繼續延長，對魚肉減菌效果無明顯影響，但魚肉顏色可見明顯漂白。因此，選擇浸泡時間6min比較合適。

2.2 響應曲面法優化殺菌工藝

2.2.1 響應曲面試驗

表1 殺菌工藝Box-Behnken試驗設計及結果Table 1 Experimental design and results for response surface analysis

圖4 各兩因素交互作用對減菌率影響的響應面圖Fig.4 Response surface charts showing the interactive effects of ClO2concentration, H2O2concentration and soaking time on bacteria deduction

利用Design-expert軟件對試驗結果進行二次多元回歸擬合[15]，回歸方程為：Y＝89.49＋4.08A＋4.71B＋3.50C-4.64AB-2.44AC-1.58BC-10.77A2-13.22B2-6.18C2，方差分析顯示該回歸方程的P值為0.0068(＜0.05)，表明模型顯著；而失擬項不顯著(P＝0.1369＞0.05)，說明回歸方程的擬合程度很好，不存在模型擬合不足的現象，因此該響應面能夠較真實地反映試驗結果。

根據回歸方程做出等高線圖及響應曲面圖(圖4)，從圖4可以直觀看出各因素及其交互作用對響應值的影響，而且回歸模型存在最大值。此外，圖4的響應曲面都比較陡峭，說明ClO2質量濃度、H2O2質量濃度、浸泡時間3個因素對減菌率的影響比較顯著；綜合圖4中3個響應曲面圖，可以看出減菌率在ClO2質量濃度150～175mg/L、H2O2質量濃度1.0～1.25g/L、處理時間在5.9～6.7min范圍內具有較大響應值。

2.2.2 最優工藝條件確定及驗證實驗

為了進一步確定最佳取值點，回歸方程求一階偏導，并令其等于0，整理得到如下方程組：

對方程組進行求解，得到：A＝0.1322、B＝0.1399、C＝0.2391。將編碼值換算為實際值，即ClO2質量濃度157mg/L、H2O2質量濃度1.1g/L、浸泡處理時間6.4min，此條件下預測的減菌率為90.51%。在此優化條件下進行3次驗證實驗，測得的減菌率的均值為89.01%，與理論預測值90.51%的相對誤差較小，說明用該回歸方程來分析和預測減菌預處理效果理想。

3 結 論

在單因素試驗基礎上，運用響應面分析法對魚肉減菌預處理工藝進行優化。得到最優工藝條件為：ClO2質量濃度157mg/L、H2O2質量濃度1.1g/L、浸泡處理時間6.4min，在此條件下經處理后細菌總數由1.36×105CFU/g降為1.50×104CFU/g，減菌率可達89.01%。

[1] 龔婷. 生鮮草魚片冰溫氣調保鮮的研究[D]. 武漢: 華中農業大學, 2008.

[2] LONE G, HANS H H. Microbiological spoilage of fish and fish products [J]. Int J Food Microbio, 1996, 33(1): 121-137.

[3] 何國慶. 食品微生物學[M]. 北京: 中國農業大學出版社, 2002: 327-330.

[4] 唐裕芳. 魚肉的腐敗機理及其防腐措施[J]. 肉類工業, 2000(2): 30-32.

[5] ZOGUL Y, ZYURT G, ZOGUL F, et al. Freshness assessment of European eel (Anguilla anguilla) by sensory, chemical and microbiological methods[J]. Food Chem, 2005, 92(4): 745-751.

[6] 龔婷, 熊善柏, 陳加平, 等. 冰溫氣調保鮮草魚片加工過程中的減菌化處理[J]. 華中農業大學學報, 2009, 28(1): 111-115.

[7] CORRY J E L, JAMES S J, PURNELL G, et al. Surface pasteurisation of chicken carcasses using hot water[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 79(3): 913-919.

[8] PURNELL G, MATTICK K, HUMPHREY T. The use of hot wash treatments to reduce the number of pathogenic and spoilage bacteria on raw retail pouhry[J]. Journal of Food Engineering, 2004, 62(1): 29-36.

[9] 田麗麗, 劉仲華, 黃建安, 等. 兒茶素對冷卻肉保鮮的研究進展[J].中國食物與營養, 2007(3): 25-28.

[10] 鄧明. 柵欄技術在冷卻豬肉保鮮中的應用[D]. 武漢: 華中農業大學, 2006.

[11] GB 4789.2—2010 食品衛生微生物學檢驗：菌落總數測定[S].

[12] 張弛. 六西格瑪試驗設計[M]. 廣州: 廣東經濟出版社, 2003: 289-307.

[13] 李杉. 減菌化預處理對鮮羅非魚片質量的影響[J]. 食品科學, 2009, 30(18): 379-384.

[14] 石紅, 郝淑賢, 楊賢慶, 等. 食品級過氧化氫對染菌蝦仁殺菌效果研究[J]. 南方水產, 2006, 2(3): 46-49.

[15] 王靈昭, 鄧家權. 微波法提取雨生紅球藻中蝦青素的工藝研究[J]. 食品研究與開發, 2007, 28(12): 96-100.

Optimization of Cold Sterilization Process of Grass Carp Meat by Response Surface Analysis

WANG Man-sheng，LIU Yong-le*，WANG Fa-xiang，LI Xiang-hong，WANG Jian-hui，YU Jian
(Department of Food and Biological Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

One-factor-at-a-time method in combination with response surface analysis based on Box-Behnken experimental design was employed to understand the effect of ClO2concentration, H2O2concentration and soaking time on cold sterilization of grass carp meat in terms of total bacterial count and reduction rate. The optimal conditions for maximum bacterial reduction rate were soaking in 157 mg/L ClO2-1.1 g/L H2O2 mixed solution for 6.4 min. Under the optimal conditions, the total bacteria count was reduced from 1.36 × 105CFU/g to 1.50 × 104CFU/g and the bacteria reduction was up to 89.01%.

grass carp；cold sterilization；bacterial reduction；response surface analysis

TS201.6；TS207.4

：A

1002-6630(2011)20-0048-04

2011-05-19

科技部科技人員服務企業行動項目(2009GJD20003)；湖南省科技重大專項(2010FJ1007)；

湖南省研究生科研創新項目(CX2011B365)

王滿生(1987—)，男，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。E-mail：wms198704@163.com

*通信作者：劉永樂(1962—)，男，教授，博士，研究方向為大宗農產品加工技術。E-mail：lyle19@163.com