響應面法優化高壓即食雞湯熬煮工藝

韓輝，賀稚非，胡代芳，張晨曦，李洪軍，李穎玥

(西南大學 食品科學學院，重慶,400716)

熬煮是雞肉中營養物質和滋味物質融入湯汁中的過程，這一過程會對雞肉組織結構造成破壞，使得維生素、礦物質等多種物質溶進湯中，還會造成蛋白質的降解和熱溶解[1]，增加湯中可溶性蛋白的含量。傳統雞湯熬煮需要數小時，不僅費時費力還會造成能源浪費。張穎等[2]通過對常壓熬煮工藝和高壓工藝的對比和最佳熬煮溫度的研究最終確定最佳熬煮工藝為常壓85 ℃熬煮藥膳雞湯4 h。高壓和超高壓處理作為一種新型食品加工技術[3-4]，對肉制品的色澤[5]、嫩度[6-7]、質構和保水性[8-9]等特性都有顯著改善。曾清清等[10]以綜合感官評分和總氮溶出率為評價指標，利用響應面優化出熬煮的雞湯整體口感最好的工藝參數為：骨塊大小 1 cm(沿雞骨脊椎骨徑向切剁的長度)、高壓117 ℃(67 min)、液料比3∶1(mL∶g)。但是過高的溫度會對雞湯中營養成分和風味物質造成破壞或加速其分解和反應[11]，而在一個較低溫度下增加反壓的工藝未見研究和報道。本研究旨在保證雞湯營養和風味的前提下，通過使用反壓式殺菌鍋增加反壓來提高壓力，確定一個高壓、低溫的工藝參數。在此工藝條件下既可以縮短雞湯的熬煮時長，又可以盡可能保留雞湯中營養成分和風味物質的完整性，為即食雞湯省時高效的工業化生產提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

大恒雞，四川省內江金鑫禽畜有限公司；牛血清蛋白(生化試劑)，上海伯奧生物科技有限公司；酒石酸鉀鈉、CuSO4(分析純)，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

R2017-123反壓式殺菌鍋，山東省諸城市豐盛機械廠；722型可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；BSA323S型電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司；DGH-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司；HH-4型數顯示恒溫水浴鍋，金壇市富華儀器有限公司；SB5200DTD型超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；HT113ATC型手持折射儀，艾普計量儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 高壓即食雞湯熬煮工藝流程

新鮮雞肉→切塊(3 cm×3 cm×3 cm)→清洗→沸水預煮2 min→撈出晾干→預炒(1 min)→稱量分裝→加調味劑和水(肉水比1∶2)→裝袋密封(每袋90 g)→高壓鍋熬煮(設定溫度和時間)放置冷卻→指標測定

1.3.2 雞湯感官評分

參考岳馨鈺[12]的方法，挑選6名經過專業培訓的食品相關專業的研究生(3男3女，來自全國不同地區)對雞湯進行感官評價，評定指標包括色澤、浮油、香味和滋味4個方面，具體評分標準見表1。感官評定人員在進行評定前，不宜過餓或過飽及食用刺激性的食物，每次在評定前用溫白水漱口，且評定過程中不得互相交流。每人每個樣品評價 1次，每項指標權重見評分表，最終樣品得分取平均值。

表1 雞湯感官評分表Table 1 Criteria of sensory evaluation of chicken soup

1.3.3 評價指標測定

1.3.3.1 可溶性蛋白

參考李興艷[13]的方法，并作簡單修改。量取雞湯0.5 mL于試管中，加蒸餾水將溶液總體積補充至1 mL，振蕩搖勻，向每個試管中加入4 mL雙縮脲試劑，充分搖勻，在室溫下放置反應30 min后，于540 nm處測定吸光值A。以牛血清白蛋白溶液的濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標繪制標準曲線的回歸方程為y=0.048 3x+0.071 5，R2=0.999 2，單位為mg/mL。

1.3.3.2 可溶性固形物

參考GB/T 10786—2006 罐頭食品的檢驗方法[14](可溶性固形物部分)，采用HT113ATC型手持折射儀進行測定。先用純水對折射儀進行潤洗和校零，吸取雞湯樣品2～3滴，仔細滴于折光棱鏡平面中央后迅速閉合兩棱鏡，待液體均勻充滿視野且無氣泡后立即對準光源進行讀數，即為可溶性固形物百分率。

1.3.4 單因素實驗設計、

研究不同時間(20、30、40、50、60 min)，不同溫度(95、100、105、110、115 ℃)和不同壓力(0.14、0.16、0.18、0.20、0.22 MPa)對高壓即食雞湯感官品質、可溶性固形物和可溶性蛋白含量的影響，每個指標重復測定3次。

1.3.5 響應面實驗設計

根據單因素試驗結果，選取最優試驗點和前后2個水平，以感官評分為主要指標，可溶性蛋白、可溶性固形物含量為輔助指標[15]，利用Design-Expert 8.0.6中Box-Behnken實驗設計原理進行3因素3水平響應面設計。總共17個試驗組，試驗因素和水平見表2。

表2 Box-Behnken設計因素水平表Table 2 Variables and levels used in Box-Behnken design

1.4 數據處理

采用SPSS 19.0進行方差分析和顯著性檢驗，試驗數據采用平均值±標準差的形式給出。利用Design-Expert 8.0.6軟件進行試驗設計和多元線性回歸分析程序擬合回歸曲線。用Origin 2017作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 時間對高壓即食雞湯感官評分、可溶性固形物及可溶性蛋白含量的影響

由圖1可知，在熬煮溫度和壓力固定的情況下，隨著熬煮時間的延長，感官評分先升高后降低，在20～30 min顯著升高(p<0.05)，在30～50 min升高不顯著(p>0.05)，在50 min時達到最大值，隨后開始降低。可溶性蛋白和可溶性固形物含量都是呈現逐漸增加的趨勢，可溶性蛋白含量在20～30 min增加不顯著，但在30～60 min顯著增加。可溶性固形物含量在20～30 min時呈現極顯著地增加(p<0.01)，在30～40 min和50～60 min內變化不顯著。雞湯熬煮初期，在高溫和高壓的環境下，雞肉組織結構由緊密變得松散，各種成分不斷溶出，包括從肌纖維細胞中溶出的少量脂肪、肌漿蛋白以及由熱溶性膠原蛋白形成的“明膠”溶出物[16]。隨著熬煮繼續，雞湯中營養成分和滋味、風味物質的種類和數量也不斷增加，雞湯感官在50 min時達到最佳。但是繼續加熱會對呈味物質產生破壞，比如引起蛋白質過度降解和過量美拉德反應，導致其感官品質下降[11]。可溶性蛋白含量在60 min內持續增加可能的原因是整體高溫高壓環境對蛋白質高級結構造成極大的破壞，更有利于可溶性蛋白的溶出[17]。

圖1 時間對高壓即食雞湯感官評分、可溶性固形物及可溶性蛋白含量的影響Fig.1 Effects of time on sensory score, soluble solids and soluble protein contents of high-pressure instantchicken soup

2.1.2 溫度對高壓即食雞湯感官評分、可溶性固形物及可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，在熬煮壓力和時間固定的情況下，隨著熬煮溫度的升高，感官評分先升高后降低，在95～105 ℃顯著升高(p<0.05)，在110 ℃達到峰值，隨后顯著下降。在95～110 ℃時段，熬煮溫度的升高一方面加速雞肉蛋白質降解成小分子肽和游離氨基酸，同時促進氨基酸和糖類之間的美拉德反應和硫胺素的熱降解幫助雞湯風味的形成，另一方面溫度升高加快脂肪的氧化形成獨特脂類芳香味進一步完善雞湯的風味和滋味[18]。當溫度進一步升高時，高溫環境會對游離氨基酸和其他風味物質造成嚴重破壞，導致其含量減少、風味下降。當溫度高于105 ℃時，雞肉的組織結構和蛋白質結構造成比較嚴重的破壞，膠原蛋白降解隨肌纖維細胞中的其他汁液一起滲出。同時，原來交聯程度不高的熱不溶性膠原蛋白分子間和分子內的二硫鍵等簡單共價鍵因溫度的升高而受到破壞，失去螺旋結構不斷溶解[19]，所以可溶性蛋白和可溶性固形物在105～115 ℃時段迅速增加(p<0.05)。與張小強[20]研究結果一致。

2.1.3 壓力對高壓即食雞湯感官評分、可溶性固形物及可溶性蛋白含量的影響

由圖3可知，當熬煮時間和溫度固定時，隨著熬煮壓力的增加，感官評分和可溶性蛋白都是先上升后下降，而可溶性固形物呈現上升趨勢。壓力的增加會對雞肉整體組織結構和蛋白質的高級結構造成嚴重破壞，壓力越大破壞性越大。組織結構的破壞導致雞肉中含氮化合物[21]、糖類、維生素和礦物質等固形物溶解到湯中，可溶性固形物含量增加，壓力越大溶出的固形物含量也就越多。蛋白質尤其是難溶的大分子肌原纖維蛋白和肌漿蛋白結構破壞后，溶解度增大，使得湯中可溶性蛋白含量增大。隨后可溶性蛋白含量的顯著性減少可能的原因是，壓力進一步增大也會造成蛋白質變性[19]，同時加強蛋白質表面的疏水相互作用使其相互交聯形成凝膠。另外，高壓環境可能還會促進美拉德反應消耗氨基酸，進一步加速蛋白質的降解。

2.2 響應面法優化高壓即食雞湯的熬煮工藝

2.2.1 響應面試驗結果分析

表3為響應面優化高壓即食雞湯的熬煮工藝試驗結果。

2.2.2 以感官評分為響應值的響應面分析結果

2.2.2.1 回歸方程的建立與方差分析

運用Design-Expert 8.0.6軟件對表3中感官評分的數據進行統計分析后進行多元回歸擬合，得到二次回歸方程：

Y1=-395.589 25+1.050 00A+5.578 95B+739.812 5C-(2.000 00E-003)AB-0.075 000AC-3.075 00BC-(7.877 50E-003)A2-0.022 210B2-1 050.625 00C2

(1)

式中：Y1，感官評分；A，時間；B，溫度；C，壓力。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果Table 3 The design matrix and results of Box-Behnken experiments

在響應面方差分析中，相關系數(R2) 反映驗證模型的擬合度[22]，失擬項反映某個水平上模型選擇的正確性[23]，變異系數(CV)反映模型的置信度[24]，其值越低則說明實驗的可靠性越高。方差分析結果如表4所示，可知，模型極顯著(p<0.000 1<0.01)，失擬項不顯著(p=0.071 5>0.05)，說明模型相關性好、擬合度高，其他因素對試驗結果干擾小。回歸系數R2=0.985 0，表明感官評分的實際值與預測值之間具有較好的擬合相關性，可以很好地反映出高壓即食雞湯感官評分與時間、溫度和壓力的關系；信噪比=19.074>4，說明該回歸方程的可信度很高；變異系數為1.66%，說明試驗重現性好，可靠性高。因此，以感官評分為響應值所建立的高壓即食雞湯的熬煮工藝模型是合理的，適合對雞湯的工藝參數進行優化和對感官評分結果進行預測。通過方差分析結果可發現：A、C、BC、A2、B2、C2均呈極顯著影響(p<0.01)，B呈顯著影響(p<0.05)。說明時間、溫度和壓力對高壓即食雞湯的感官評分都有一定的影響。

表4 感官評分方差分析表Table 4 Variance analysis of sensory score

注：p值<0.05 表明模型或各因素影響顯著，以“*”表示；p值<0.01 表明模型或因素影響極顯著，以“**”表示。下同。

2.2.2.2 各因素交互作用分析

由于時間和溫度與時間和壓力交互作用均不顯著，所以只對溫度和壓力的交互作用進行分析。圖4顯示時間位于中心水平時，溫度和壓力交互作用對感官評分結果的影響，溫度和壓力交互作用對感官評分結果的交互作用影響顯著。

圖4 溫度與壓力交互影響感官評分的曲面圖和等高線圖Fig.4 The surface and contour map of interaction influence of temperature and pressure on sensory score

2.2.3 以可溶性固形物為響應值的響應面分析結果

2.2.3.1 回歸方程的建立與方差分析

運用Design-Expert 8.0.6軟件對表3中可溶性固形物的數據進行統計分析，得到二次回歸擬合方程：

Y2=-159.627 50+0.142 50A+2.034 75B+421.562 50C-(2.250 00E-003)AB+0.312 50AC-1.750 00BC+(6.750 00E-004)A2-(6.800 00E-003)B2-612.500 00C2

(2)

式中：Y2,可溶性固形物；A,時間；B,溫度；C,壓力。

方差分析結果如表5所示，可知，模型極顯著(p=0.000 1<0.01)，失擬項不顯著(p=0.357 8>0.05)，說明模型相關性好、擬合度高，其他因素對試驗結果干擾小。回歸系數R2=0.971 4，表明可溶性固形物的實際值與預測值之間具有較好的擬合相關性，可以很好地反映出高壓即食雞湯可溶性固形物與時間、溫度和壓力的關系；信噪比=18.495>4，說明該回歸方程的可信度很高；變異系數為3.71%，說明試驗重現性好，可靠性高。因此，以可溶性固形物為響應值所建立的高壓即食雞湯的熬煮工藝模型是合理的，適合對雞湯的工藝參數進行優化和對可溶性固形物含量進行預測。通過方差分析結果可發現：A、B、BC、B2、C2均呈極顯著影響(p<0.01)，說明時間、溫度和壓力對高壓即食雞湯的可溶性固形物都有一定的影響。

表5 可溶性固形物含量方差分析表Table 5 Variance analysis of soluble solid content

2.2.3.2 各因素交互作用分析

由于時間和溫度與時間和壓力交互作用均不顯著，所以只對溫度和壓力的交互作用進行分析。圖5顯示時間位于中心水平時，溫度和壓力交互作用對可溶性固形物含量的影響，溫度和壓力交互作用對可溶性固形物含量的交互作用影響顯著。

2.2.4 以可溶性蛋白為響應值的響應面分析結果

2.2.4.1 回歸方程的建立與方差分析

運用Design-Expert 8.0.6軟件對表3中可溶性蛋白的數據進行統計分析，得到二次回歸擬合方程：

圖5 溫度與壓力交互影響可溶性固形物的曲面圖和等高線圖Fig.5 The surface and contour map of interaction influence of temperature and pressure on soluble solid content

Y3=-366.824 25-1.384 50A+1.201 95B+3 188.437 50C+(2.000 00E-004)AB+5.100 00AC-16.375 00BC+(5.072 50E-003)A2+0.011 590B2-4 100.625 00C2

(3)

式中：Y3,可溶性蛋白；A,時間；B,溫度；C,壓力。

方差分析結果如表6所示，由表6可知，模型極顯著(p=0.005 3<0.01)，失擬項不顯著(p=0.065 5>0.05)，說明模型相關性好、擬合度高，其他因素對試驗結果干擾小。回歸系數R2=0.914 9，表明可溶性蛋白含量的實際值與預測值之間具有較好的擬合相關性，能夠很好地反映出高壓即食雞湯可溶性蛋白與時間、溫度和壓力的關系，信噪比=11.925>4，說明該回歸方程的可信度很高。因此，以可溶性蛋白為響應值所建立的高壓即食雞湯的熬煮工藝模型是合理的，適合對雞湯的工藝參數進行優化和對可溶性蛋白結果進行預測。通過方差分析結果可發現：A、B均呈極顯著影響(p<0.01)，BC、C2呈顯著影響(p<0.05)，說明時間、溫度和壓力對高壓即食雞湯的可溶性蛋白都有一定的影響。

表6 可溶性蛋白含量方差分析表Table 6 Variance analysis of soluble protein content

2.2.4.2 各因素交互作用分析

由于時間和溫度與時間和壓力交互作用均不顯著，所以只對溫度和壓力的交互作用進行分析。圖6顯示時間位于中心水平時，溫度和壓力交互作用對可溶性蛋白結果的影響，溫度和壓力交互作用對可溶性蛋白結果的交互作用顯著。

圖6 溫度與壓力交互影響可溶性蛋白的曲面圖和等高線圖Fig.6 The surface and contour map of interaction influence of temperature and pressure on soluble protein content

2.2.5 高壓即食雞湯響應面最優工藝結果及驗證試驗

感官評價和營養特性是食品獲得消費者認可的重要屬性。對上述3個指標進行綜合考慮，分別賦予感官評分重要度為5，可溶性固形物為2，可溶性蛋白含量為3。經過Design-Expert 8.0.6軟件統計分析，最終得出高壓優化雞湯的最優工藝為時間53.79 min，溫度113.31 ℃，壓力0.19 MPa。考慮到實際生產的可操作性，對其調整如下：時間53 min，溫度113 ℃，壓力為0.19 MPa。為進一步驗證該模型的可靠性，將調整后工藝參數進行試驗，重復3次，得出上述3個指標的實際值如表7所示。

表7 最優工藝下雞湯感官評分、可溶性固形物及可溶性蛋白含量的實際值和預測值Table 7 The actual values and predicted values of thesensory score, soluble solid and soluble protein contentsin the final optimization process

由表7可知，優化出工藝熬煮出的高壓即食雞湯的感官評分、可溶性固形物和可溶性蛋白實際值和理論值較接近，相對誤差均低于5%，說明該優化出的工藝參數實際可靠，可以為高壓即食雞湯的工業化生產提供理論指導。

3 結論

本實驗在單因素試驗的基礎上，通過響應面試驗對高壓即食雞湯的熬煮工藝進行優化，得到的優化工藝參數為熬煮時間53 min、溫度113 ℃、壓力0.19 MPa。在此工藝參數條件下熬煮出的高壓雞湯感官評分、可溶性固形物和可溶性蛋白實際值與理論值的相對誤差均在5%以內，說明該工藝參數具有實用價值，可以為高壓雞湯工業化、標準化、產業化生產提供參考。