響應面法優化熟醬穩定性工藝條件

高雅文，李鴻梅*，鄭鴻雁，史軍花

（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

黃豆醬又名豆醬、黃醬和大豆醬，我國北方地區稱為大醬[1-3]。黃豆醬營養價值高，富含蛋白質、脂肪、維生素、鈣、磷、鐵等[4-5]，烹飪時不僅能增加菜品的營養價值，而且蛋白質在微生物的作用下生成氨基酸[6-7]，使菜品呈現出好的色澤和味道，同時還有開胃助食的功效[8]。隨著人們生活水平的不斷提高，特別是隨著豆醬保健功能的不斷開發，人們對豆醬的品質和風味也提出了更高要求[9-10]。通過添加油脂、加熱黃豆醬制成的熟醬深受大眾喜愛。熟醬是一種多相不穩定體系，在貯藏過程中，熟醬易出現油醬分離、沉淀等現象，影響熟醬的品質。通常當固形物小顆粒密度大于油滴密度時，油滴上浮，小顆粒沉降，就會出現分層現象[11]。因此，熟醬所面臨的核心問題之一就是產品是否具有良好的穩定性，以保證產品好的貨架期。

乳化劑在食品行業中廣泛應用，在原料混合、融合等加工過程中起乳化、分散、潤滑和穩定作用，可提高食品品質和穩定性[12-14]。大豆磷脂、蔗糖酯和單甘酯等乳化劑可以提高固-液二相的親和力，防止小顆粒形成大顆粒而沉降[15-17]。故添加合適的乳化劑對熟醬的穩定性作用很大。

目前，黃豆醬中微生物的多樣性、理化指標、風味成分等已有較多研究。唐筱揚[18]、田甜[19]和魏環宇[20]等對黃豆醬中的總酸、氨基酸態氮、NaCl、還原糖、粗蛋白、水分和總游離氨基酸含量等理化指標進行檢測，并與感官品質之間進行相關性分析、主成分分析及聚類分析；武俊瑞[21]、Li Qing[22]及Kim[23]等通過聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳指紋圖譜技術分析豆醬發酵過程中微生物群落動態變化，并對酵母菌、乳酸菌等進行分離、篩選和鑒定；喬鑫[24]、趙建新[25]、Li Xiyang[26]等對豆醬中揮發性風味物質進行分析鑒定。但熟醬穩定性的研究鮮見報道。

本研究利用乳化劑的各種性能，首先比較油溶解乳化劑和水溶解乳化劑2 種乳化劑溶解方式對熟醬穩定性的影響，然后考察6 種不同乳化劑對熟醬穩定性的影響，并從中選取3 個效果最好的乳化劑做響應面試驗，得到最好的復合乳化劑后，研究油脂添加量對熟醬穩定性的影響，為提高熟黃豆醬的穩定性、延長其貨架期提供實驗數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃豆醬為實驗室制備，大豆油、單甘酯、卡拉膠、黃原膠、大豆磷脂、蔗糖酯、羧甲基纖維素鈉均為食品級。

1.2 儀器與設備

離心機 上海發亭科學儀器廠；電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；電子秤 上海佑科儀器儀表有限公司；水浴鍋 金壇市科析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

油（或水）+乳化劑→水浴鍋80 ℃加熱溶解→（油+乳化劑+醬）倒入鍋中→炒制→成品→離心→測上層液質量

1.3.2 乳化劑溶解方式

1.3.2.1 油溶解乳化劑

稱取25 g油6 份，分別加入單甘酯0.3 g、蔗糖酯0.3 g、卡拉膠0.4 g、黃原膠0.4 g、大豆磷脂0.6 g、羧甲基纖維素鈉0.5 g，在80 ℃水浴鍋中加熱至乳化劑完全溶解。稱取100 g黃豆醬6 份與混入不同乳化劑的油分別加到鍋中，120 ℃加熱5 min得到熟黃豆醬。成品在3 000 r/min條件下離心5 min，測量并記錄其上層液質量。

1.3.2.2 水溶解乳化劑

稱取4 g水6 份，加入乳化劑溶解，步驟同1.3.2.1節，乳化劑完全溶解后，分別與100 g醬和25 g油混合，在120 ℃條件下加熱5 min得到熟黃豆醬。成品在3 000 r/min條件下離心5 min，測量并記錄其上層液質量。

1.3.3 乳化劑選擇優化

1.3.3.1 乳化劑對熟醬穩定性影響的單因素試驗

稱取黃豆醬100 g、油脂25 g，分別方油脂中加入占黃豆醬一定比例的各乳化劑進行單因素試驗。各因素水平如下：單甘酯、蔗糖酯0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，卡拉膠、黃原膠0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，大豆磷脂0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%，羧甲基纖維素鈉0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%。

1.3.3.2 響應面試驗

根據單因素對熟醬穩定性影響的研究結果，選出3 種對熟醬穩定性效果好的乳化劑，為單甘酯、大豆磷脂、羧甲基纖維素鈉。根據Box-Behnken試驗設計原理，以油脂析出率為響應值進行響應面試驗，因素水平見表1。

表1 響應面試驗設計因素與水平Table 1 Code and level of independent variables used for Box-Behnken design

1.3.4 油脂添加量對熟醬穩定性的影響

稱取最優復合乳化劑并加入一定量油脂中進行試驗。油脂添加量分別為占黃豆醬（100 g）比例的10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%。

1.3.5 檢測方法

1.3.5.1 油脂析出率

熟醬置于離心機中，在3 000 r/min的條件下離心5 min，測量并記錄其上層液質量，按下式計算油脂析出率：

1.3.5.2 感官評價

油脂析出率結合感官評價考察油脂添加量對熟醬穩定性的影響。由10 位食品專業人員組成鑒評小組，評價前，對鑒評小組人員多次進行熟醬品質特性描述的一致認定與培訓。按規定的評分標準對產品的感官品質進行綜合評價（表2），滿分為100 分，取其平均值為最終結果。

表2 感官評定標準Table 2 Criteria for sensory evaluation

1.4 數據處理

數據處理及圖表繪制使用Microsoft Excel 2010和Design-Expert 8.0.6，顯著性分析使用SPSS19.0。

2 結果與分析

2.1 乳化劑溶解方式對熟醬穩定性的影響

圖1 乳化劑不同溶解方式對熟醬穩定性的影響Fig. 1 Effect of different emulsifiers on the stability of cooked Dajiang

根據圖1可知，當采用油溶解乳化劑的方式時，熟醬離心后的油脂析出率較小，油醬分層程度小，熟醬穩定性好；采用水溶解乳化劑的方式時，熟醬離心后的油脂析出率大，油醬出現明顯分層，熟醬穩定性差。因此，選擇油溶解乳化劑的方式制熟醬。

2.2 乳化劑單因素試驗結果

乳化劑的作用是降低熟醬體系中油脂、固形物顆粒成分的表面張力，使各相在均勻分散后相互間的排斥力減小，達到乳化穩定的狀態[27-28]。同時乳化劑作為一種表面活性劑能與蛋白反應，引起蛋白質解離成亞單位單個肽鏈，而且乳化劑的脂肪族側鏈與蛋白質內部的非極性基團相互作用，蛋白質表面的極性基團與水分子作用，乳化劑在蛋白質分子上大量束縛，大大增加了復合物的溶解性，提高產品穩定性[29-31]。

圖2 各因素對熟醬穩定性的影響Fig. 2 Effect of addition amount of each emulsifier on the stability of cooked Dajiang

由圖2可知，隨著單甘酯添加量不斷增多，熟醬離心后油脂析出率逐漸減小，當添加量為0.4%、0.5%時，油脂析出率分別為3.663%、3.66%，變化幅度不大，油醬分層程度最低。說明單甘酯在一定添加范圍內，隨著添加量的增多對熟醬的乳化作用逐漸增大，當單甘酯添加量大于0.4%時，乳化作用增加的不明顯。因此，選取占黃豆醬比例0.2%、0.3%、0.4%的單甘酯進行響應面試驗。

隨著卡拉膠添加量不斷增多，熟醬離心后油脂析出率逐漸減小后趨于平穩，最小值為6.81%，其次為6.88%和6.89%。說明卡拉膠在一定添加范圍內，隨著添加量的增大對熟醬的乳化作用逐漸增大，當卡拉膠添加量大于0.4%時，乳化作用增加不明顯，油醬分層程度最低。卡拉膠與單甘酯、大豆磷脂和羧甲基纖維素鈉比較，對熟醬穩定性影響效果稍差，所以，不選擇做響應面試驗。

隨著黃原膠添加量不斷增多，熟醬離心后的油脂析出率逐漸減小后趨于平穩，最小值為5.88%。說明黃原膠在一定添加范圍內，隨著添加量的增多對熟醬的乳化作用逐漸增大，當黃原膠添加量大于0.4%時，乳化作用趨于平緩，油醬分層程度最低。黃原膠與單甘酯、大豆磷脂和羧甲基纖維素鈉比較，對熟醬穩定性影響效果稍差，所以，不選擇做響應面試驗。

隨著大豆磷脂添加量不斷增多，熟醬離心后的油脂析出率逐漸減小，當添加量大于0.7%時，變化幅度不大，最小值為4.9%，其次為4.91%。說明大豆磷脂在一定添加范圍內，隨著添加量的增多對熟醬的乳化作用逐漸增大，當大豆磷脂添加量大于0.7%時，乳化作用趨于平穩，油醬分層程度最低。因此，選取占黃豆醬比例0.5%、0.6%、0.7%的大豆磷脂進行響應面試驗。

隨著羧甲基纖維素鈉添加量不斷增多，熟醬離心后的油脂析出率逐漸減小，當添加量大于0.6%時，變化幅度不大，最小值為4.1%。說明羧甲基纖維素鈉在一定添加范圍內，隨著添加量的增多對熟醬的乳化作用逐漸增大后趨于平緩，當羧甲基纖維素鈉添加量大于0.6%時，油醬分層程度最低。因此，選取占黃豆醬比例0.4%、0.5%、0.6%的羧甲基纖維素鈉進行響應面試驗。

隨著蔗糖酯添加量不斷增多，熟醬離心后的油脂析出率逐漸減小，當添加量大于0.4%時，油脂析出率變化不明顯，最小值為8.16%，其次為8.19%。說明蔗糖酯在一定添加范圍內，隨著添加量的增多對熟醬的乳化作用逐漸增大后趨于平緩，當蔗糖酯添加量大于0.4%時，油醬分層程度最低。與單甘酯、大豆磷脂和羧甲基纖維素鈉比較，對熟醬穩定性影響效果稍差，所以，不選擇蔗糖酯做響應面試驗。

2.3 響應面試驗結果

2.3.1 響應面試驗設計與結果

對表3所得數據進行分析整理，得油脂析出率（Y）二次回歸方程為：

由表4可知，對油脂析出率回歸模型進行分析，該二次多項式回歸模型P＜0.01，具有差異顯著性，不同處理間的差異存在顯著性；失擬項P＝0.859 4＞0.05，不顯著。模型的調整確定系數R2Adj為0.997 5，一次項A、B、C，二次項AB、BC、A2、B2、C2差異極顯著（P＜0.01）。表明該模型的擬合度良好，二次回歸模型能夠擬合真實的試驗結果，可以用該模型對熟醬穩定性進行分析與預測。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Box-Behnken design in terms of coded values with response variable

表4 方差分析結果Table 4 Analysis of variance

2.3.2 各因素間交互作用的影響

圖3 單甘酯、大豆磷脂、羧甲基纖維素鈉添加量交互作用對熟醬穩定性影響的等高線及響應面圖Fig. 3 Contour and response surface plots showing the interactive effects of monoglycerides, soy phospholipids and sodium carboxymethyl cellulose on the stability of cooked Dajiang

由圖3得知，單甘酯、大豆磷脂和羧甲基纖維素鈉對熟醬穩定性的影響不是簡單的線性關系，具有交互作用。由Design-Expert軟件分析得到：響應值最小時，對應的最佳條件為單甘酯0.39%、大豆磷脂0.62%、羧甲基纖維素鈉0.52%，離心后油脂析出率為2.733 67%。為方便實際操作，對實驗條件進行簡化，選取單甘酯0.4%、大豆磷脂0.6%、羧甲基纖維素鈉0.5%做驗證實驗，離心后油脂析出率為2.72%，與理論值基本相符，因此以離心后油脂析出率為檢測指標，響應面法優化影響熟醬穩定性的這3 種乳化劑的用量是可行的。

2.4 油脂添加量對熟醬穩定性的影響

圖4 油脂添加量對熟醬穩定性的影響Fig. 4 Effect of different amounts of oil on stability of cooked Dajiang

由圖4可知，隨著油脂添加量不斷增多，熟醬離心后的油脂析出率先緩慢增大，最小值為0.053%，到油脂添加量為25%后迅速增大。說明油脂在一定添加量范圍內，乳化劑可以很好地將油脂和醬乳化，穩定性好。當油脂添加量為25%時，再繼續增加油脂添加量，油脂析出率明顯增加，油醬明顯分層，穩定性差。油脂添加量低于25%時，感官評定熟醬光澤度差，油脂香氣差，醬體組織干燥。當添加量為25%時，感官評定熟醬有鮮亮的光澤，醬香和油香濃郁協調，組織狀態穩定，油醬無明顯分層，故選擇油脂添加量為25%。

2.5 對比實驗結果

稱取黃豆醬100 g、油脂25 g溶解最優復合乳化劑（單甘酯0.4%、大豆磷脂0.6%、羧甲基纖維素鈉0.5%），與黃豆醬100 g、油脂25 g、未加乳化劑進行對比實驗。

表5 對比實驗結果Table 5 Separation rates of oil from cooked Dajiang with and without the optimized emulsifier combination

表5結果表明，添加最優復合乳化劑的熟醬和未添加乳化劑的熟醬油脂析出率具有極顯著差異（P＜0.01），添加最優復合乳化劑的熟醬油脂析出率與未添加乳化劑的熟醬油脂析出率相比減少86.9%，說明復合乳化劑能夠很好地解決熟醬析油的問題，提高熟醬穩定性。

3 結 論

乳化效果最好的復合乳化劑及添加量為單甘酯0.4%、大豆磷脂0.6%、羧甲基纖維素鈉0.5%。同時，油脂添加量為25%，且采用油溶解乳化劑的方式，油與醬的分層程度最低，此時熟醬達到最佳狀態，為金黃色，有一定光澤，醬香和油香濃郁協調，組織狀態均勻細致，無明顯油醬分層。添加最優復合乳化劑的熟醬和未添加乳化劑的熟醬油脂析出率的對比實驗表明：復合乳化劑能夠很好地解決熟醬油醬分層的問題，提高熟醬穩定性。本研究為延長熟醬產品貨架期提供數據支持。