響應(yīng)面法優(yōu)化高鹽腌長白楤木嫩芽脫鹽工藝

段紅梅，王丹丹，王順余，江宇峰，洪豆，阿麗雅，吳淑清，*，王曉紅，*

（1.長春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春130022；2.浙江李子園食品股份有限公司，浙江金華321031）

長白楤木（Aralia continentalis Kitagwa），藥名東北土當(dāng)歸，又名草本刺嫩芽、土當(dāng)歸、牛尾大活等，與藥王人參同屬五加科宿根草本植物[1]。長白楤木富含8 種三萜皂苷，其中1 種具有較強的降糖活性；貝殼烯酸、貝殼杉醇酸、海松酸等二萜類成分具有鎮(zhèn)靜作用；2 種有機酸具有抗炎活性；黃酮類物質(zhì)具有較強的抗氧化活性[2-6]。具有祛風(fēng)除濕、活血、解毒等功效。主風(fēng)寒濕痹；腰膝酸痛、頭痛、齒痛；跌打傷痛、癰腫。春季嫩芽可食用，每100 g 長白楤木嫩芽中含蛋白質(zhì)700 mg、糖類 3 000 mg、維生素 500 mg、灰分 400 mg、鈣 9 mg、磷24 mg、鐵 0.1 mg、鈉 1 mg、鉀 200 mg，并且至少含有17 種氨基酸，其中包括5 種必需氨基酸[7-9]。嫩芽具有很好的食味和獨特的清香，介于刺老芽和香椿芽之間，可以說是具有兩個名菜之長的長白山新野菜，而食用口感勝于刺老芽，具有濃厚的香椿、刺老鴉、芹菜、松子的混合香味，食后余香令人難忘。因此，長白楤木屬于一種藥食同源的植物[10]。

通過前期對長白楤木根莖的利用進行了多方面研究[11-13]，目前對其嫩芽的保存技術(shù)進行探索。傳統(tǒng)高鹽腌制是主要保存方法之一，但含鹽量高達12%～18 %[14]，制品不僅口感太咸，而且長期食用高鹽食品會增加心腦血管疾病的發(fā)病率[15]。因此，低鹽食品近年來已成為研究熱點，其中高鹽腌制菜品如何脫鹽已成為食品加工業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[16]。本實驗采用單因素試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化高鹽腌長白楤木嫩芽脫鹽的工藝條件，以感官評分和含鹽量作為評價指標(biāo)，使其達到適宜含鹽量水平，并獲得較好的腌制品感官質(zhì)量，建立脫鹽工藝的數(shù)學(xué)模型，為開發(fā)更多低鹽腌制品提供理論依據(jù)，同時也提高了長白楤木嫩芽產(chǎn)品的附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮長白楤木嫩芽：長春大學(xué)園林學(xué)院；加碘食鹽：市購；硝酸銀：鄭州通捷化工產(chǎn)品有限公司；鉻酸鉀：濟南匯豐達化工有限公司；氫氧化鈉、酚酞、乙醇（均為分析純）：北京化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市江南儀器廠；FA-N 電子精密天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 高鹽腌制長白楤木嫩芽的制備

挑選嫩綠、粗細(xì)均勻的的長白楤木嫩芽→除去雜質(zhì)→清水洗凈→脫水瀝干→將長白楤木嫩芽切分成約10 cm 長度→加入一定量的食鹽（直至飽和）→攪拌均勻→置于容器室溫（23±2）℃下貯藏1 月～2 月。

1.3.2 高鹽腌長白楤木嫩芽脫鹽工藝流程

腌制長白楤木嫩芽（含鹽量為12.841%）→挑選、除去雜質(zhì)→按液料比配比→恒溫水浴→指標(biāo)測定

1.3.3 感官評定

將長白楤木嫩芽通過不同脫鹽條件處理后，采用感官評價方法，以10 位經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的食品專業(yè)人員，從樣品色澤、滋味、質(zhì)地、香氣等指標(biāo)進行打分，滿分為100 分，腌制長白楤木嫩芽的感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 腌制長白楤木嫩芽感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of pickling Aralia continentalis Kitagwa

1.3.4 食含鹽量的測定

根據(jù)GB/T 12457-2008《食品中氯化鈉的測定》，采用直接滴定法測定高鹽腌制長白楤木嫩芽中的含鹽量。

1.3.5 單因素試驗優(yōu)化脫鹽工藝

考察料液比、脫鹽時間、脫鹽溫度及換水次數(shù)對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果的影響，單因素試驗見表2。

1.3.6 脫鹽工藝條件的響應(yīng)面試驗設(shè)計

根據(jù)Box-Behnken 的設(shè)計原理，以感官評價和含鹽量為響應(yīng)值，選擇液料比、脫鹽時間、脫鹽溫度及換水次數(shù)為影響因素，進行響應(yīng)面試驗，試驗因素水平見表3。

表2 脫鹽工藝條件單因素試驗因素及水平表Table 2 Single factor test factors and level table of desalting process conditions

表3 脫鹽工藝條件響應(yīng)面試驗因素及水平表Table 3 Desalination process conditions response surface test factors and level table

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用MicrosoftExcel 2003 軟件進行分析，采用Design Expert 8.0.6 軟件進行響應(yīng)面試驗數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 不同液料比對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比分別為 1 ∶1、2 ∶1、3 ∶1、4 ∶1、5 ∶1（mL/g），將高鹽腌制的長白楤木嫩芽置于30 ℃恒溫水浴鍋中脫鹽20 min，期間換水次數(shù)2 次，并測定含鹽量，試驗結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同液料比對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of different water ratio on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

由圖1 可知，隨著液料比的增加，含鹽量呈逐漸下降趨勢，液料比為 1 ∶1（mL/g）～3 ∶1（mL/g）時，含鹽量由9.359 %降至5.233 %，此階段含鹽量下降較明顯。當(dāng)液料比達到4 ∶1（mL/g）時，含鹽量的減少量趨于緩慢，由于在剛脫鹽時增大用水量可以促進長白楤木嫩芽的脫鹽速度，而當(dāng)液料比達到3 ∶1（mL/g）時，長白楤木嫩芽內(nèi)的食鹽向外擴散的速度基本保持不變，達到平衡。而液料比在 1 ∶1（mL/g）～5 ∶1（mL/g）時，感官評分首先呈上升趨勢，之后逐漸下降，當(dāng)液料比達到3 ∶1（mL/g）時，脫鹽后的長白楤木嫩芽含鹽量適度，風(fēng)味物質(zhì)保持良好，感官評分達到88.7 分。由于液料比太大時，會導(dǎo)致長白楤木嫩芽中風(fēng)味物質(zhì)的損失。因此，選擇液料比為 3 ∶1（mL/g）。

2.1.2 不同脫鹽時間對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比 3 ∶1（mL/g），將腌制長白楤木嫩芽分別置于 30 ℃恒溫水浴鍋中脫鹽 10、15、20、25、30 min，換水漂洗2 次，并進行測定其含鹽量，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同脫鹽時間對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of different desalting time on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

由圖2 可知，隨著脫鹽時間的延長，高鹽腌制長白楤木嫩芽的脫鹽效果呈下降趨勢，當(dāng)脫鹽時間在10 min～25 min 時，含鹽量由10.768%下降至4.927%，此時脫鹽效果較顯著，之后脫鹽效果減慢，趨于平緩。主要由于脫鹽剛開始時長白楤木嫩芽與用水量之間的鹽度差較大，離子交換速度較快[17]。而感官評分隨著脫鹽時間的增大，先逐漸升高后呈下降趨勢，當(dāng)脫鹽時間為20 min 時，感官評分達到最高為90.4 分，此時長白楤木嫩芽的咸度適中，口感較好，當(dāng)脫鹽時間超過20 min 時，由于脫鹽時間增大，導(dǎo)致風(fēng)味物質(zhì)有所流失，感官評分由最高90.4 分降到71.6 分。因此，選擇脫鹽時間為20 min。

2.1.3 不同脫鹽溫度對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比 3 ∶1（mL/g），將高鹽腌制的長白楤木嫩芽分別置于 10、20、30、40、50 ℃恒溫水浴鍋中脫鹽20 min，換水次數(shù)2 次，并進行測定含鹽量，試驗結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，脫鹽效果隨著脫鹽溫度的增加含鹽量呈逐漸遞減趨勢。在脫鹽溫度＜40 ℃時，含鹽量由9.077%迅速下降至5.495%。當(dāng)脫鹽溫度超過40 ℃時，含鹽量變換趨于平緩。由于脫鹽溫度逐漸升高，長白楤木嫩芽滲透性在增加，從而使溶液濃度和溶質(zhì)濃度基本達到一致。而感官評分隨著脫鹽溫度先逐漸增加，在脫鹽溫度為30 ℃時，咸度適中，口感最佳，感官評分達到最高為88.1 分，之后感官評分逐漸下降。因此，選擇脫鹽溫度為30 ℃。

圖3 不同脫鹽溫度對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of different desalting temperatures on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

2.1.4 不同換水次數(shù)對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響

按照液料比分別為 3 ∶1（mL/g），將高鹽腌制的長白楤木嫩芽置于30 ℃恒溫水浴鍋中進行脫鹽20 min，分別換水次數(shù) 0、1、2、3、4 次，并對其測定含鹽量，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同換水次數(shù)對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽效果及品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of different water exchange times on desalting effect and quality of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

由圖4 可知，含鹽量隨著換水次數(shù)的增加而逐漸降低，當(dāng)換水次數(shù)不超過3 次時，含鹽量下降較顯著，由9.957%降至4.776%，而繼續(xù)增加換水次數(shù)，含鹽量下降趨于緩慢，當(dāng)換水次數(shù)達到一定值時，長白楤木嫩芽與用水量之間離子交換速度基本保持不變，進而使長白楤木嫩芽含鹽量下降的速度趨于緩慢。而感官評分隨著換水次數(shù)的增加，先呈增加趨勢，后逐漸減小，當(dāng)換水次數(shù)達到2 次時，此時長白楤木嫩芽品質(zhì)保持良好，感官評分達到最佳。因此，選擇換水次數(shù)為2 次。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果分析與條件優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理，以感官評分和含鹽量為響應(yīng)值，選擇液料比（A）、脫鹽時間（B）、脫鹽溫度（C）、換水次數(shù)（D）為試驗因素，進行響應(yīng)面試驗方案與結(jié)果見表4，感官評價和含鹽量的方差分析分別見表5 和表6。

表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 4 Design and results of response surface test

表5 感官評價的方差分析Table 5 Variance analysis of sensory evaluation

續(xù)表5 感官評價的方差分析Continue table 5 Variance analysis of sensory evaluation

表6 含鹽量的方差分析Table 6 Variance analysis of salt content

采用Design Expert 8.0.6 軟件，對表4 中的數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，結(jié)果顯示，得到長白楤木嫩芽脫鹽工藝中感官評分對液料比（A）、脫鹽時間（B）、脫鹽溫度（C）、換水次數(shù)（D）的回歸模型：

感官評分= 87.98+0.74A+0.67B-1.77C-2.93D-2.33AB-0.62AC-2.68AD-1.65BC-2.68BD-1.57CD-5.09A2-6.38B2-7.48C2-6.89D2。

對回歸模型進行顯著性檢驗，如表5 所示，得出回歸模型高度顯著（P＜0.000 1），而方程失擬項P 值為0.407 7 ＞ 0.05，所以失擬項不顯著，R2=0.920 4=0.840 8，說明該模型與實際擬合度較好，回歸模型的B2、C2、D2對長白楤木嫩芽脫鹽工藝的感官評分影響達到極顯著水平（P＜0.000 1），D、A2對其影響極顯著（P＜0.01），C2、AD、BD 影響顯著（P＜0.05）。由 F 值可得，各因素對長白楤木嫩芽脫鹽工藝感官評分的影響主次因素為：換水次數(shù)（D）＞脫鹽溫度（C）＞液料比（A）＞脫鹽時間（B）。

采用Design Expert 8.0.6 軟件，對表4 中的數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，結(jié)果顯示，得到長白楤木嫩芽脫鹽工藝中含鹽量對液料比（A）、脫鹽時間（B）、脫鹽溫度（C）、換水次數(shù)（D）的回歸模型：

含鹽量= 4.31-0.21A-0.17B-0.087C-0.50D+0.94AB-0.68AC-1.80AD-1.40BC+1.39BD+0.45CD+1.28A2+2.16B2+1.44C2+1.04D2。

對回歸模型進行顯著性檢驗，如表6 所示，可以看出回歸模型高度顯著（P＜0.000 1），而方程失擬項P 值為 0.068 1＞0.05，說明失擬項不顯著，R2=0.908 7，R2Adj=0.817 4，說明該模型與實際擬合度較好，回歸模型的B2對長白楤木嫩芽脫鹽工藝的含鹽量影響達到高度顯著水平（P＜0.000 1），AD、BC、BD、A2、C2、D2對其影響極顯著（P＜0.01），D、AB 影響顯著（P＜0.05）。由 F 值可得，各因素對長白楤木嫩芽脫鹽工藝含鹽量的影響主次因素為：換水次數(shù)（D）＞液料比（A）＞脫鹽時間（B）＞脫鹽溫度（C）。

2.2.2 響應(yīng)面各因素交互作用分析

各因素交互作用對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽后感官評分和含鹽量的曲面圖分別如圖5、圖6 所示。

圖5 各因素交互作用對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽后感官評分的曲面圖Fig.5 The 3-D surface plot of sensory evaluation after desalinization of high-salted pickled Aralia continentalis Kitagwa

圖6 各因素交互作用對高鹽腌制長白楤木嫩芽脫鹽后含鹽量的曲面圖Fig.6 The 3-D surface plot of salt content after desalting of highsalted pickled Aralia continentalis Kitagwa

響應(yīng)面圖的曲面坡度越陡峭、等高線越密集且呈橢圓形，說明兩因素之間交互作用越大。由圖5、圖6可以看出，等高線圖都呈現(xiàn)橢圓形，且由表4 的方差分析表可知，AD、BD 偏回歸系數(shù)差異顯著（P＜0.05），說明液料比與換水次數(shù)、脫鹽時間與換水次數(shù)兩兩之間的交互作用對長白楤木嫩芽脫鹽工藝感官評分的影響較大。由表5 的方差分析可知，AD、BC、BD 偏回歸系數(shù)差異較顯著（P＜0.01），AB 的偏回歸系數(shù)差異顯著（P＜0.05）說明液料比與換水次數(shù)、脫鹽時間與脫鹽溫度、脫鹽時間與換水次數(shù)兩兩之間的交互作用對長白楤木嫩芽脫鹽工藝的含鹽量影響較大，液料比與脫鹽時間兩兩之間的交互作用對長白楤木嫩芽脫鹽工藝的含鹽量影響次之。

以含鹽量和感官評分為評價指標(biāo)，分析得出響應(yīng)面法優(yōu)化高鹽長白楤木嫩芽脫鹽的最佳工藝條件為：液料比 2.85 ∶1（mL/g）、脫鹽時間 18.75 min、脫鹽溫度32.8 ℃、換水次數(shù)2 次，此時感官評分為88.7 分，含鹽量為4.005%。與未經(jīng)脫鹽的長白楤木嫩芽相比，含鹽量由12.841%降低至4.005%，含鹽量下降明顯，且在最佳工藝條件下生產(chǎn)的長白楤木嫩芽色澤呈鮮綠色，質(zhì)地嫩脆，具長白楤木嫩芽特有的濃郁清香味。

2.3 驗證試驗

為了檢驗響應(yīng)面法所得結(jié)果的可靠性，對上述響應(yīng)面分析求得的最佳取值條件進行脫鹽效果的驗證試驗，為了操作方便，條件設(shè)定為液料比3 ∶1（mL/g）、脫鹽時間20 min、脫鹽溫度30 ℃、換水次數(shù)2 次，經(jīng)過三次平行試驗，實際測得感官評分為88.3 分，含鹽量為4.027%，與預(yù)測值相近，說明試驗優(yōu)化得到的技術(shù)參數(shù)是可靠穩(wěn)定的。

3 結(jié)論

本試驗對長白楤木嫩芽的脫鹽工藝進行研究，通過單因素和響應(yīng)面試驗確定了長白楤木嫩芽最佳脫鹽工藝的條件為：液料比3 ∶1（mL/g）、脫鹽時間20 min、脫鹽溫度30 ℃、換水次數(shù)2 次。在此最佳脫鹽工藝條件下，脫鹽后的長白楤木嫩芽含鹽量4.027%，感官評分為88.3 分，且長白楤木嫩芽色澤呈鮮綠色，質(zhì)地嫩脆，且具有長白楤木嫩芽獨特的濃郁香味，感官質(zhì)量最佳。