響應(yīng)面法優(yōu)化云南泡小米辣發(fā)酵條件

柏 旭

(曲靖師范學(xué)院 生物資源與食品工程學(xué)院，云南 曲靖 655011)

小米辣(Capsicumfrutescens)是亞熱帶喜溫作物，是半馴化小果型辣椒品種，果實(shí)呈短圓錐形、短指形或米粒形，青熟果果皮淡黃色、綠色或黑色，果皮光滑或微皺，辣味濃郁[1]。其味道香濃、營養(yǎng)豐富，多作為食材調(diào)味。云南省是全國小米辣主要種植地區(qū)之一，建水、版納、文山、河口等地的小米辣產(chǎn)品不斷出口到韓國、日本、新加坡等東南亞國家及墨西哥，加工產(chǎn)品趨向于多樣化[2-4]。云南小米辣產(chǎn)業(yè)還停留在原料型、菜用型階段，發(fā)展受到一定制約[5]。

以新鮮小米辣為原料，經(jīng)過選料、剪把、清洗、燙漂處理、冷卻、瀝干、保脆護(hù)色處理、裝壇、加入湯汁、封口、發(fā)酵等工藝制成的泡椒蔬菜制品，因其在保持原有的色、香、味、形的基礎(chǔ)上具有獨(dú)特風(fēng)味而深受消費(fèi)者喜愛[6]。泡小米辣主要用作菜肴烹調(diào)、配菜的佐料、辛辣副食品的調(diào)料，近年來成為泡椒鳳爪、泡椒花生、方便面等許多即食方便食品的特色配料[7]。

本文采用模糊數(shù)學(xué)法處理不同發(fā)酵條件下泡小米辣的感官評(píng)定結(jié)果，確定小米辣發(fā)酵成熟的初步條件。并在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面法對(duì)小米辣發(fā)酵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)泡小米辣發(fā)酵條件，為泡小米辣的開發(fā)研制提供了理論參考[8-12]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小米辣、食鹽、白砂糖：市購。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 泡小米辣制作工藝流程

選料→剪把→清洗→燙漂處理→冷卻、瀝干→裝壇→加入湯汁→封口→發(fā)酵。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

小米辣經(jīng)原料處理(選料、去雜、剪把、清洗)、燙漂、冷卻、瀝干、裝壇后按照設(shè)定條件加入湯汁，做好封口處理后于室溫下自然發(fā)酵1～2個(gè)月。考察燙漂溫度(55，65，75，85，95 ℃)、燙漂時(shí)間(10，15，20，25，30 min)對(duì)小米辣褐變程度的影響，從而確定最佳燙漂條件，考察食鹽添加量(6%、8%、10%、12%、14%)、糖添加量(2%、4%、6%、8%、10%)、D-異抗壞血酸(0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%)對(duì)泡小米辣感官品質(zhì)的影響。以感官評(píng)分作為指標(biāo)對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行探索。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以感官評(píng)分、亞硝酸鹽含量、pH、總酸(以乳酸計(jì))含量、總氨基氮含量為考察指標(biāo)，以綜合指標(biāo)為響應(yīng)值來設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，對(duì)食鹽添加量、糖添加量、D-異抗壞血酸鈉添加量進(jìn)行優(yōu)化。最終結(jié)合感官評(píng)分、亞硝酸鹽含量、pH值、總酸(以乳酸計(jì))含量、總氨基氮含量考察泡小米辣的質(zhì)量及安全性。采用排隊(duì)評(píng)分法對(duì)每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[13,14]。

1.2.4 褐變度的測(cè)定

用不繡鋼刀將燙漂處理后的小米辣切碎，稱取樣品10 g，加入100 mL蒸餾水，超聲提取30 min后過濾，濾液于25 ℃保溫5 min，在最大吸收波長410 nm處測(cè)吸光值(Amax)，以吸光值(Amax)表示褐變度，Amax值越小表示褐變程度越低，燙漂效果越好[15]。

1.2.5 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

挑選10人(5男5女)組成感官評(píng)定小組，對(duì)泡小米辣的色澤、風(fēng)味、脆度、口感4個(gè)參考指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 小米辣感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of Capsicum frutescens

1.2.6 理化指標(biāo)的測(cè)定

用分光光度計(jì)法測(cè)定并計(jì)算亞硝酸鹽的含量[16]，采用pH計(jì)測(cè)定成品的pH值，采用直接滴定法測(cè)定總酸(以乳酸計(jì))含量[17]，采用甲醛滴定-電位滴定法測(cè)定泡小米辣中總氨基氮的含量[18]。

1.2.7 模糊數(shù)學(xué)法指標(biāo)論域、評(píng)語論域、指標(biāo)權(quán)重域的確定

評(píng)論泡小米辣感官品質(zhì)的4個(gè)指標(biāo)，分別為色澤、風(fēng)味、脆度、口感。每個(gè)指標(biāo)有好、一般、較差、差4個(gè)等級(jí)(標(biāo)度)組成評(píng)語論域，表示為X，則X=(4，3，2，1)，見表2。

表2 泡小米辣感官品質(zhì)等級(jí)及標(biāo)度Table 2 Sensory quality grade and scale of Capsicum frutescens

指標(biāo)權(quán)重域采用用戶調(diào)查的方法，色澤、風(fēng)味、脆度、口感各占25%，則各指標(biāo)的權(quán)重域?yàn)閅=(0.25，0.25，0.25，0.25)。用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)感官評(píng)定的結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，做模糊關(guān)系曲線，并對(duì)曲線圖進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 燙漂條件的確定

圖1 褐變吸光度隨燙漂溫度的變化曲線圖Fig.1 Change curve of browning absorbance with blanching temperature

由圖1可知，當(dāng)燙漂溫度為55 ℃時(shí)，其褐變吸光度最小，此時(shí)小米辣脆性也保持較好。

圖2 褐變吸光度隨燙漂時(shí)間的變化曲線圖Fig.2 Change curve of browning absorbance with blanching time

由圖2可知，小米辣的褐變吸光度隨燙漂時(shí)間的增加不斷減小，即燙漂效果越來越好，但當(dāng)燙漂時(shí)間超過20 min后，其褐變吸光度隨燙漂時(shí)間的增加不斷增大，燙漂效果也隨之降低，因此可以得出燙漂溫度55 ℃、燙漂時(shí)間20 min為最佳燙漂條件。

2.2 食鹽含量的確定

圖3 食鹽添加量評(píng)定結(jié)果歸一化分析圖Fig.3 Normalized analysis diagram of the evaluation results of salt additive amount

由圖3可知，評(píng)分小組對(duì)不同食鹽添加量評(píng)定分析，當(dāng)食鹽添加量為6%和8%時(shí)，對(duì)泡小米辣的感官評(píng)分趨于1分和2分的評(píng)定人員分別占100%和80%，感官品質(zhì)較差；當(dāng)食鹽添加量為10%、12%、14%時(shí)，多數(shù)評(píng)定人員給予泡小米辣較高的評(píng)價(jià)，給予3分和4分的評(píng)定人員均高于80%；當(dāng)食鹽添加量為14%時(shí)，給予3分和4分的評(píng)定人員達(dá)90%；當(dāng)食鹽添加量為10%和14%時(shí)，趨于1分的評(píng)定人員為0。因此，食鹽添加量為10%、12%、14%時(shí)泡小米辣的感官品質(zhì)較佳。

2.3 糖含量的確定

由圖4可知，當(dāng)糖添加量為2%時(shí)，趨于1分和2分的評(píng)定人員占90%，感官品質(zhì)比較差；當(dāng)糖添加量為4%、6%、8%時(shí)均出現(xiàn)峰值，4%和8%時(shí)峰值出現(xiàn)在3分(均為40%)，6%時(shí)峰值出現(xiàn)在3分(占60%)，糖添加量為4%、6%、8%時(shí)趨于4分的評(píng)定人員分別達(dá)10%、10%、30%，感官品質(zhì)均較好。

圖4 糖添加量評(píng)定結(jié)果歸一化分析圖Fig.4 Normalized analysis diagram of the evaluation results of sugar additive amount

2.4 D-異抗壞血酸鈉的確定

圖5 D-異抗壞血酸鈉添加量評(píng)定結(jié)果歸一化分析圖Fig.5 Normalized analysis diagram of the evaluation results of D-sodium erythorbate additive amount

由圖5可知，當(dāng)D-異抗壞血酸鈉添加量為0.01%時(shí)，趨于1分的評(píng)定人員為0，趨于2分的評(píng)定人員為20%，趨于3分和4分的評(píng)定人員均為40%，感官品質(zhì)一般；當(dāng)D-異抗壞血酸鈉添加量為0.03%時(shí)，趨于1分的評(píng)定人員為10%，趨于2分、3分和4分的評(píng)定人員均為30%，感官品質(zhì)尚可；當(dāng)D-異抗壞血酸鈉添加量為0.05%時(shí)，趨于3分和4分的評(píng)定人員達(dá)100%，感官品質(zhì)較好；當(dāng)D-異抗壞血酸鈉添加量為0.07%和0.09%時(shí)，趨于3分和4分的評(píng)定人員均達(dá)90%，感官品質(zhì)也較好。因此，D-異抗壞血酸鈉添加量為0.05%、0.07%、0.09%時(shí)泡小米辣感官品質(zhì)較佳。

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化

2.5.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，根據(jù)Box-Benhnken設(shè)計(jì)原理，采用Design-Expert 8.06進(jìn)行多元回歸分析。利用食鹽添加量、糖添加量、D-異抗壞血酸鈉添加量作為變量，運(yùn)用排隊(duì)評(píng)分法得到綜合指標(biāo)，因素水平表見表3，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4。利用Design-Expert 8.06軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二元多次回歸擬合和方差分析，結(jié)果見表5。分析后得到模型的二元多項(xiàng)回歸方程：Y=22.74-3.76A-0.59B+1.49C-3.20AB-2.18AC+0.07BC-7.96A2+0.011B2-0.26C2。

表3 因素水平表Table 3 The factors and levels table %

表4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值結(jié)果Table 4 Response surface design and response value results

表5 方差分析表Table 5 Variance analysis table

注：P≤0.05表示顯著，P>0.05表示不顯著。

由表5可知，模型的P=0.0002<0.05，所以模型顯著。失擬項(xiàng)的P=0.4326>0.05，所以失擬項(xiàng)不顯著，表示建模成功，可以用以上模型預(yù)測(cè)各因子的添加量。一次項(xiàng)A、B、C對(duì)結(jié)果都不顯著，交互項(xiàng)AB對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著，AC、BC對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不顯著，二次項(xiàng)A2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著，B2、C2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不顯著，說明綜合指標(biāo)與食鹽添加量、糖添加量、D-異抗壞血酸鈉添加量并非線性關(guān)系。因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響順序?yàn)镃>A>B，即D-異抗壞血酸鈉添加量>食鹽添加量>糖添加量。

2.5.2 響應(yīng)面分析

圖6 食鹽添加量和糖添加量交互作用的響應(yīng)面Fig.6 Response surface of interaction between salt additive amount and sugar additive amount

圖7 食鹽添加量和D-異抗壞血酸鈉添加量 交互作用的響應(yīng)面Fig.7 Response surface of salt additive amount and D-sodium ascorbate additive amount

圖8 糖添加量和D-異抗壞血酸鈉添加量 交互作用的響應(yīng)面Fig.8 Response surface of interaction between sugar additive amount and D-sodium ascorbate additive amount

由圖6～圖8可知，食鹽添加量和糖添加量的交互作用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果最顯著，糖添加量和D-異抗壞血酸鈉添加量的交互作用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本沒有影響，表5中BC的P值為0.8635，影響不顯著，響應(yīng)面分析與方差分析結(jié)果一致。

根據(jù)響應(yīng)面法建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行發(fā)酵參數(shù)最優(yōu)化分析，得出最優(yōu)的泡小米辣發(fā)酵條件為食鹽添加量10.85%、糖添加量8%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.09%，綜合指標(biāo)為26.0895。綜合考慮實(shí)驗(yàn)的可操作性，將泡小米辣的發(fā)酵條件修改為：食鹽添加量11%、糖添加量8%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.09%。

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

利用此發(fā)酵條件進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得亞硝酸鹽含量為1.9 mg/kg，總酸含量為1.2 g/100 g，pH為3.85，總氨基氮含量為8.2 mg/kg，感官評(píng)分為90.3，綜合指標(biāo)的均值為26.2，與理論值誤差較小，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用。

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步確定了泡小米辣的發(fā)酵條件，通過響應(yīng)面優(yōu)化得到食鹽添加量11%、糖添加量8%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.09%。

結(jié)果表明：燙漂溫度55 ℃、燙漂時(shí)間20 min、食鹽添加量11%、糖添加量8%、D-異抗壞血酸鈉添加量0.09%，在此條件下得到的泡小米辣口感爽脆、色澤鮮嫩、辣而不燥、辣中帶酸，具有較好的感官品質(zhì)。