響應面法優化羅非魚復合下腳料魚糜凝膠品質的研究

王文勇，張英慧*， 黃豪德，賴長生

(1.佛山科學技術學院 食品科學與工程學院，廣東 佛山 528231;2.佛山市禪城區糧油檢測中心，廣東 佛山 528231)

響應面法優化羅非魚復合下腳料魚糜凝膠品質的研究

王文勇1，張英慧1*， 黃豪德1，賴長生2

(1.佛山科學技術學院 食品科學與工程學院，廣東 佛山 528231;2.佛山市禪城區糧油檢測中心，廣東 佛山 528231)

采用響應面法對羅非魚下腳料復合魚糜進行凝膠品質優化。以凝膠強度為主要評價指標，先進行單因素篩選出對復合下腳料魚糜凝膠影響因素大的原料，然后進行響應面分析。響應面分析結果：復合魚糜用量180 g、TG酶0.78 g、乙酰化二淀粉磷酸酯20 g、冰水40 g、卡拉膠0.4 g時，該魚糜的凝膠強度預測值達到674.74 g/cm，實際凝膠強度達到661.53 g/cm，模型預測精度為98%。

羅非魚；復合下腳料魚糜；響應面優化；凝膠品質

羅非魚(Oreochromisniloticus)是原產非洲的暖水魚類，養殖產業產量日益增長，但與這種高速增長相對的是羅非魚深加工行業的滯后性，羅非魚產品單一，主要產品是羅非魚片，但魚片僅占整魚的32%左右，在魚片的加工過程中，羅非魚還會產生大量的下腳料，其中魚鱗占4%，深去皮魚皮占6.67%，羅非魚片修整碎肉占4%，羅非魚下巴占8.53%，骨架占11.13%，內臟占9.2%。

這些下腳料富含魚肉蛋白質、不飽和脂肪酸、有機鈣等營養成分，處理不當不僅浪費資源，還會造成環境污染，現如今羅非魚加工企業大多把下腳料不加區分地用于加工飼料等低價值產品，對下腳料資源浪費比較嚴重，對蛋白質資源不能充分利用，對于企業而言還不能豐富羅非魚產品品相，高新生物技術應用不足，羅非魚深加工的附加值較低[1]。

響應曲面法是利用多元二次回歸方程解決多變量問題的統計方法[2,3]，目前應用響應曲面法最多的是資源活性物質的提取分離[4-6]，現有文獻中針對復合下腳料魚糜及通過響應面優化凝膠性質的文章尚未有報道。本文先將羅非魚下腳料進行魚糜制備，針對碎肉魚糜與骨架魚糜各自凝膠特性，將性質較差的骨架魚糜與性質較好的碎肉魚糜通過一定比例進行復合，并通過響應面法優化復合下腳料魚糜的凝膠品質，為羅非魚的下腳料利用提供思路及參考。

1 材料與方法

1.1 材料

羅非魚(市售)、玉米淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯、乙酰化雙淀粉己二酸酯、醋酸酯淀粉(蘭德淀粉科技)、卡拉膠、魔芋膠、黃原膠、刺槐豆膠、海藻酸鈉、可得然膠、結冷膠、羅望子膠(北連生物科技)、大豆分離蛋白、轉谷氨酰胺酶(東圣食品)。

1.2 主要儀器設備

BL-3200H電子天平 日本島津儀器設備公司；CT3-10000 Brookfield質構儀 美國Brookfield公司；HH-8水浴鍋 常州澳華儀器有限公司；電磁爐 美的集團股份有限公司；WSB-2C熒光白度儀 宜興偉鑫儀器有限公司；食物調理機 德國博朗(Braun)公司；多功能食物調理機；采肉機、精濾機、離心機。

1.3 試驗方法

1.3.1 加工工藝

碎肉/骨架→收集清洗→采肉→漂洗→脫水→配料→擂潰→成型→定型→水煮。

1.3.2 操作要點

清洗：收集碎肉及骨架下腳料，分別于5 ℃左右清水中清洗干凈，洗后原料溫度控制在10 ℃以下，瀝干水備用；

采肉：將處理后的碎肉及骨架分別在采肉機上采肉2次，將2遍所得魚糜合并，進入精濾機精濾1次，去除骨刺及雜質，分別可得到采肉精濾完成的碎肉魚糜及骨架魚糜；

漂洗[7]：2種魚糜分別漂洗，漂洗水溫控制在10 ℃以下，漂洗時間2～3 min，魚糜∶水約為1∶4，漂洗2～3次；

脫水：用離心機將2種魚糜進行離心脫水，脫水至水含量為80%～82%；

擂潰：按最佳配方將魚糜與其他配料混合擂潰至魚糜充分成漿出膠，并保證碎冰全部打化；

成型水煮：按最佳的溫度時間進行定型水煮后撈出瀝干。

1.3.3 產品質構特性的測定

將魚糕切分為邊長2 cm的立方體，放涼至室溫，采用CT3-10000 Brookfield質構儀測定樣品的硬度及形變量，進而測得：凝膠強度(g/cm)=硬度(g)/形變量(cm)。

測試條件：探頭型號TA50，夾具TA-RT-KIT；測試參數：觸發點負荷5 g，測試速度1.00 mm/s。

1.3.4 產品白度值的測定

將魚糜凝膠樣品在40 ℃靜置24 h后，切成0.5 cm的薄片，采用WSB-2C可讀數自動熒光白度儀進行白度測定，測定數值越高，白度值越好。

1.3.5 產品持水性的測定

采用重物擠壓濾紙吸收法，將魚糕切成厚度為5 mm的薄片夾在2層濾紙中間，然后對該魚糕薄片施加5 kg重量并維持2 min，稱量魚糕薄片擠壓前后的質量變化作為持水性的參照數值，擠壓出的水分越多，說明持水性能越差[8]。

持水力(%)=(擠壓后魚糕薄片質量/擠壓前魚糕薄片質量)×100。

1.3.6 產品的感官評分項目及標準

將魚糜凝膠切成1 cm厚樣品，由10位專業從事食品研發的人員進行盲測，對產品的色澤、滋味氣味、組織狀態、彈性進行加權法計算總分，色澤的加權系數為0.2，滋味氣味的加權系數為0.2，組織狀態的加權系數為0.2，彈性的加權系數為0.4，總分計算公式為：總評分=∑XiYi(i=1，2，3......n；X為評定指標，Y為權重)。

2 研究內容、試驗結果與分析

2.1 主要原輔料添加對魚糕凝膠特性的影響

以下試驗研究均以基本配方為基準做相應變化，基本配方：復合魚糜(經預試驗確定碎肉魚糜∶骨架魚糜為7∶3)180 g、冰50 g、木薯原淀粉15 g、鹽9 g、水溶性白胡椒粉0.6 g、味精1 g、I+G 0.1 g。

2.1.1 淀粉種類及添加量對產品品質的影響

按確定的復合魚糜重量為180 g的基礎上，其他因素不變，添加各15 g的玉米淀粉、木薯淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯、乙酰化雙淀粉己二酸酯、醋酸酯淀粉測定其對復合魚糜凝膠強度和白度值的影響，篩選出對此復合魚糜最優的淀粉種類，結果見圖1。

圖1 淀粉種類對產品品質的影響Fig.1 Effect of starch types on product quality

由圖1可知，不同種類的淀粉和變性淀粉均可不同程度地提高復合魚糜的凝膠強度，提高凝膠強度最明顯的是乙酰化二淀粉磷酸酯，白度均有不同程度的提高。這說明變性淀粉對復合魚糜凝膠強度的改善效果優于普通淀粉，這與劉海梅等[9]的研究結果相一致，而變性淀粉對復合魚糜凝膠效果提升幅度優于普通淀粉的可能原因是變性淀粉因變性方式的不同，導致其固有性質的不同，淀粉因變性導致其粘度、膨脹勢和支鏈基團的改變，而膨脹勢和支鏈淀粉的含量越高對于凝膠性能的改善效果就越好[10-12]。

在確定所選淀粉種類為乙酰化二淀粉磷酸酯的基礎上，其他因素不變，做淀粉添加量對凝膠品質的影響，按確定的復合魚糜重量為180 g的基礎上，添加0,5,10,15,20,25,30,35,40 g的梯度試驗，測定其凝膠強度、白度值和感官評分，結果見圖2。

圖2 乙酰化二淀粉磷酸酯添加量對產品品質的影響Fig.2 Effect of acetylated distarch phosphate additive amount on product quality

由圖2可知,隨著乙酰化二淀粉磷酸酯添加量的提高，凝膠強度呈上升趨勢，感官評分是先上升后下降，而白度值亦是先上升后下降，但白度值的變化程度較小。隨著添加量提升，凝膠強度隨著增強，可能是因為在加熱過程中，較多添加量的產品具有較多的淀粉分子吸水溶脹，形成相對更完善的淀粉凝膠體系，使得魚糜制品中存在較為完整的鹽溶性蛋白-淀粉分子-水的混合凝膠體系，因而提高了產品的凝膠強度[13]。白度值先增高后降低可能是因為在較低添加量時色澤較白的淀粉提高了白度值相對較低的復合魚糜的白度，隨著添加量的提高，較多的淀粉分子不能充分吸水膨脹，因此白度值會有小幅度回落。合適的淀粉添加量會賦予產品更好的口感，所以適量的淀粉添加可提升產品感官評分，而隨著淀粉添加量的增多，產品本身會具有較重的粉感，因而會降低感官評分。綜上所述，在復合魚糜為180 g的基礎上，添加15 g的乙酰化二淀粉磷酸酯較為合適。

2.1.2 親水性膠體種類及添加量對產品品質的影響

按確定的復合魚糜重量為180 g的基礎上，其他因素不變，分別添加0.2 g卡拉膠、瓜爾豆膠、海藻酸鈉、刺槐豆膠、黃原膠、可得然膠、羅望子膠、魔芋膠、結冷膠測定其對復合魚糜凝膠強度和白度值的影響，篩選出對此復合魚糜最優的膠體種類，結果見圖3。

圖3 親水膠體種類對產品品質的影響Fig.3 Effect of hydrophilic colloid types on product quality

由圖3可知，卡拉膠、瓜爾豆膠、海藻酸鈉、刺槐豆膠、黃原膠、可得然膠、羅望子膠、魔芋膠、結冷膠均能不同程度提高復合魚糜的凝膠強度，其中以卡拉膠的增強效果最佳，其他膠體相較于卡拉膠，對復合魚糜凝膠強度增強的效果較弱，這可能與卡拉膠本身成膠性能比較好有關。不同的膠體對于復合魚糜的白度增強有一定效果，膠體之間差別不大，這可能與膠體本身為白色晶體有關。

在確定所選親水膠體種類為卡拉膠的基礎上，其他因素不變，做卡拉膠添加量對凝膠品質的影響，按確定的復合魚糜重量為180 g的基礎上，添加0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 g的梯度試驗，測定其凝膠強度、持水性和白度值，結果見圖4。

圖4 卡拉膠添加量對產品品質的影響Fig.4 Effect of carrageenan additive amount on product quality

由圖4可知，隨著卡拉膠添加量的增加，凝膠強度、白度值及持水性均呈上升趨勢，白度值的變化程度較小。卡拉膠本身具有較好的凝膠能力，當添加量增加時，其凝膠形成就更為充分，因此凝膠強度隨著卡拉膠添加量的增加而提高。卡拉膠凝膠網絡形成越充分、緊密，其持水能力亦隨著提高。在圖4中，3項指標在卡拉膠添加量為0.4 g時均趨于平緩，考慮成本，確定復合魚糜重量為180 g的基礎上，卡拉膠添加0.4 g較為合適。

2.1.3 冰水添加量對產品品質的影響

按確定的復合魚糜重量為180 g的基礎上，其他因素不變，分別添加0,10,20,30,40,50,60,70,80 g冰水制得魚糕樣品，測定其對復合魚糜凝膠強度、感官評分和白度值的影響，結果見圖5。

圖5 冰水添加量對產品品質的影響 Fig.5 Effect of ice water additive amount on product quality

由圖5可知，冰水添加量對復合魚糜的凝膠強度總體具有降低的作用，主要是因為隨著水分的提高，產品的整體硬度下降，所以凝膠強度隨著下降，但在添加量為50 g時，凝膠強度有一個小幅度的回升，可能是在該添加量下，復合魚糜的形變量提高較多，故而總體凝膠強度在50 g的冰水添加量時有所增強。隨著冰水添加量的增加，白度值改善明顯，這主要與冰水本身是無色透明的物質有關。感官評分則隨著冰水添加量的增加而呈先升高后降低的趨勢，主要是添加過多或過少產品的適口性均較低導致。綜上，冰水添加量在其他因素不變時添加50 g較合適。

2.1.4 TG酶添加量對產品品質的影響

按確定的復合魚糜重量為180 g的基礎上，其他因素不變，分別添加酶活力為120 U/g的TG酶0,0.3,0.6,0.9,1.2 g制得魚糕樣品，測定其凝膠強度和感官評分，結果見圖6。

圖6 TG酶添加量對產品品質的影響Fig.6 Effect of TG enzyme additive amount on product quality

由圖6可知，隨著TG酶用量的提高，復合魚糜的凝膠強度和感官評分都在0.3～0.6 g階段有較大程度的提升，之后則趨于平緩。TG酶能夠較大程度地提升魚糜制品的凝膠強度及由此帶來的感官評分的提升，主要是因為轉谷氨酰胺酶催化谷氨酸Gln殘基γ-羧基酰胺基與賴氨酸Lys殘基ε-氨基發生交聯作用，在蛋白質分子間產生ε-(γ-Glu)-Lys的架橋粘結作用，形成蛋白質交叉結構，從而增強魚糜蛋白質凝膠體的凝膠強度[14]，這與Ramirez,Ni等[15,16]的研究結果相一致。由圖6可知，TG酶添加量超過0.6 g后，其對復合魚糜凝膠強度的改善就變得極為有限，綜合成本及作用效果，確定復合魚糜重量為180 g的基礎上，外源性TG酶添加0.6 g較為合適。

2.2 響應面優化幾種輔料的最佳用量

將上述確定的幾種對結果影響顯著的輔料進行Box-Behnken中心組合的四因素三水平試驗設計，采用凝膠強度作為衡量指標，研究幾種輔料對魚糕凝膠強度的交互作用及回歸模型。

2.2.1 試驗設計方案及結果

由上述單因素試驗確定對產品品質影響較大的幾個因子，轉谷氨酰胺酶(A)、乙酰化二淀粉磷酸酯(B)、冰水(C)、卡拉膠(D)，做響應曲面優化設計，試驗方案及結果見表1和表2。

表1 Box-Behnken試驗因素水平編碼Table 1 Factors and levels coding of Box-Behnken experiment g

表2 Box-Behnken試驗方案及結果Table 2 Scheme and results of Box-Behnken design

續 表

2.2.2 模型的建立及顯著性檢驗

采用Design-Expert 8.0對所得數據進行回歸擬合，得到凝膠強度R對轉谷氨酰胺酶(A)、乙酰化二淀粉磷酸酯(B)、冰水(C)、卡拉膠(D)的模型：

R=+563.18+27.19A+7.79B-46.08C+20.90D-14.48AB-18.65AC+12.05AD-21.63BC-15.88BD+9.93CD-35.91A2+12.59B2+5.28C2+10.00D2。

對上述試驗結果進行擬合的二次模型進行方差分析，結果見表3。

表3 回歸模型的方差分析Table 3 Analysis of variance for regression model

注：0.01

由表3可知，模型的F值為26.13，Prob(P)<0.0001,達到極顯著水平，失擬項Prob(P)為0.3739，不顯著，R2=0.9631，調整后R2=0.9263，說明該方程模型噪音少，擬合效果良好，能夠很好地表明凝膠強度與各因子之間添加量的關系。一次項A，C，D與二次項BC，A2達到極顯著水平，二次項AB，AC，BD，B2達到顯著水平，說明它們對響應值影響大。

2.2.3 響應面分析及優化

使用Design-Expert 8.0做出響應曲面圖，見圖7～圖12。

圖7 TG酶與乙酰化二淀粉磷酸酯對凝膠強度影響的響應曲面Fig.7 Response surface for the gel strength under different TG enzymes and acetylated distarch phosphate content

圖8 TG酶與冰水對凝膠強度影響的響應曲面Fig.8 Response surface for the gel strength under different TG enzymes and ice water content

圖9 TG酶與卡拉膠對凝膠強度影響的響應曲面Fig.9 Response surface for the gel strength under different TG enzymes and carrageenan content

圖10 乙酰化二淀粉磷酸酯與冰水對凝膠強度影響的響應曲面Fig.10 Response surface for the gel strength under different acetylated distarch phosphate and ice water content

圖11 乙酰化二淀粉磷酸酯與卡拉膠對凝膠強度影響的響應曲面Fig.11 Response surface for the gel strength under different acetylated distarch phosphate and carrageenan content

圖12 冰水與卡拉膠對凝膠強度影響的響應曲面Fig.12 Response surface for the gel strength under different ice water and carrageenan content

由圖7～圖12可知，曲面圖在上，等值線圖在下，曲線越陡峭表明對響應值的影響越大，且由等高線形狀及表3中P值可知，BC因素交互作用對凝膠強度的影響極顯著；AB,AC,BD因素交互作用對凝膠強度的影響顯著；AD因素交互作用對凝膠強度的影響不顯著。由此可知，所選因素對響應值的影響強度次序為A(TG酶)>D(卡拉膠)>C(冰水)>B(乙酰化二淀粉磷酸酯)。為確定最佳響應值的因素水平，通過Optimization Numerical Solutions求最優解為：180 g復合魚糜用量的基礎上，TG酶0.78 g、乙酰化二淀粉磷酸酯20 g、冰水40 g、卡拉膠0.4 g時，該產品的凝膠強度預測值達到674.74 g/cm。采用上述優化后配方進行驗證試驗，通過TPA 3次重復測定，得到優化后的產品配方的實際凝膠強度達到661.53 g/cm，與預測的674.74 g/cm較為接近，預測精度為98.0%，證明所得數學模型的準確性，具有一定的實用價值。

3 結論與討論

將魚糜制品加工中常用原輔料用于羅非魚復合下腳料魚糜凝膠品質提升中，進行原輔料單因素篩選，其中TG酶、卡拉膠、冰水、變性木薯淀粉對凝膠強度、白度值及感官評分具有較大的正向影響作用。利用單因素試驗確定對產品品質影響較大的幾個因子[轉谷氨酰胺酶(A)、乙酰化二淀粉磷酸酯(B)、冰水(C)、卡拉膠(D)]進行Box-Behnken響應面優化，優化后影響強度次序為A(TG酶)>D(卡拉膠)>C(冰水)>B(乙酰化二淀粉磷酸酯)。為確定最佳響應值的因素水平，通過Optimization Numerical Solutions求最優解為：180 g復合魚糜用量的基礎上，TG酶0.78 g、乙酰化二淀粉磷酸酯20 g、冰水40 g、卡拉膠0.4 g時，該產品的凝膠強度預測值達到674.74 g/cm。驗證試驗中，所得實際凝膠強度達到661.53 g/cm，與預測的674.74 g/cm較為接近，預測精度為98.0%，說明回歸方程有效，模型與實際情況基本吻合，因此響應面法優化的魚糜凝膠增強配料是有效的。

[1]朱華平,盧邁新,黃樟翰,等.我國羅非魚加工的現狀、產業化發展的優勢和提高出口競爭力的措施[J].水產科技,2009(5):11-14.

[2]Muthukumar V, Rajesh N, Venkatasamy R,et al.Mathematical modeling for radial overcut on electrical discharge machining of incoloy 800 by response surface methodology[J]. Procedia Materials Science,2014(6):1674-1682.

[3]Bezerra M A, Santelli R E, Oliveira E P, et al. Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry[J].Talanta,2008,76(5):965-977.

[4]Bi W, Tian M, Row K H, et al. Evaluation of alcohol-based deep eutectic solvent in extraction and determination of flavonoids with response surface methodology optimization[J]. Journal of Chromatography A,2013,41(2):22-30.

[5]胡衛成,新風,沈婷,等.響應面試驗優化蓮蓬殼總黃酮超聲提取條件及其抗氧化活性[J].食品科學,2015,36(24):51-56.

[6]Wang X, Wu Y, Chen G, et al. Optimisation of ultrasound assisted extraction of phenolic compounds fromSparganiirhizomawith response surface methodology[J].Ultrasonics Sonochemistry,2013,20(3):846-854.

[7]齊鳳生.漂洗工藝對魚糜質量的影響[J].河北漁業,2002(3):9-10.

[8]山澤正勝.デソブ ソ粒の膨潤性と か ま ぽぃに封す ゐ彈力補強效果の關系[J].日本水產學會志,1991,57(5):971-975.

[9]劉海梅,劉茹.變性淀粉對魚糜制品凝膠特性的影響[J].華中農業大學學報,2007,26(1):116-119.

[10]Kim J M,Lee C M.Effect of starch on textural properties of surimi gel[J].J Food Science,1987,52(3):722-725.

[11]Hong Y,Park J W.Effects of starch properties and thermal-processing conditions on surimi-starch gels[J].Lebensm-Wiss u Technol,1998,31:344-353.

[12]Gipsy T M,Gustavo V, Novas B C.Color and textural parameters of pressurized and heat-treated surimi gels as affected by potato starch and egg white[J].Food Research International,2004,34:767-775.

[13]徐輝.谷氨酰胺轉氨酶對秘魯魷魚肌原纖維蛋白凝膠特性的影響[D].杭州:浙江工商大學,2007.

[14]添田孝彥,渡井口清一郎，酒井智子.水産タ ン ハ ク質の新しぃ利用法——ト ラ ン ス ゲ ル タ ミ ナヽゃの機能性と利用[J].食品工業,1994,37(8):26-31.

[15]Ramirez J A, Rodriguez-Sosa R,Morales O G, et al.Surimi gels from striped mullet (Mugilcephalus) employing microbial transglutaminase[J].Food Chemistry,2000,70:443-491.

[16]Ni S W,Nozawa H,Seki N.Effect of pH on the gelation of walleye pollack surimi and carp actomyosin pastes[J].Fisheries Science,2001,67:920-927.

Study on Optimization of Minced Tilapia Composite Scraps Gel Quality by Response Surface Methodology

WANG Wen-yong1， ZHANG Ying-hui1*， HUANG Hao-de1, LAI Chang-sheng2

(1.College of Food Science and Engineering, Foshan University, Foshan 528231,China;2.Testing Center of Food and Oil of Foshan Chancheng District, Foshan 528231,China)

The gel quality optimization of tilapia byproduct surimi is adopted based on response surface method. Use gel strength as the main index, the single factor is used to screen out the raw material with large influence on compound minced tilapia scraps and the response surface analysis is adopted. Response surface analysis results show that composite surimi dosage of 180 g, TG enzyme of 0.78 g, acetylated distarch phosphate of 20 g, ice water of 40 g, carrageenan of 0.4 g, the predicted value of gel strength reaches 674.74 g/cm, the actual value of gel strength reaches 661.53 g/cm, the prediction accuracy of the model is 98%.

tilapia；minced tilapia composite scraps；response surface analysis；gel quality

2017-03-02 *通訊作者

2016年研究生自由探索基金項目；“廣東省聯合培養研究生示范基地——佛山市禪城區糧油檢測中心”建設項目

王文勇(1990-)，男，碩士，研究方向：食品營養檢測與加工技術； 張英慧(1974-)，女，副教授，博士，研究方向：食品營養與安全。

TS201.2

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.09.009

1000-9973(2017)09-0040-07