基于質構品質降維分析法優化番茄皮渣魚丸加工工藝

薛山

摘 要：將番茄皮渣加入魚糜中，研發一款新型魚丸產品。采用主成分提取法，基于質構指標降維模型，得到魚丸質構綜合得分（Y）方程為Y=（0.336X1+0.346X2+0.339X3）/95.952，其中X1為彈性，X2為咀嚼性，X3為硬度。首先分別考察食鹽、水分、料酒、淀粉、番茄皮渣添加量對魚丸質構綜合得分的影響，然后選擇對試驗結果影響較大的3 個因素水分添加量、淀粉添加量和番茄皮渣添加量進行響應曲面優化試驗，確定番茄皮渣魚丸的最佳配比為食鹽添加量2%、水分添加量20%、料酒添加量10%、淀粉添加量21%、番茄皮渣添加量5%，此時魚丸的質構綜合得分最高，魚丸彈性、硬度適中，咀嚼性好，蒸煮損失率為（2.56±0.11）%，凝膠持水力為（95.43±0.13）%，顯著優于未添加番茄皮渣組（P<0.05）。

關鍵詞：番茄皮渣;魚丸;質構;降維分析;工藝優化

Abstract： In this study， a new type of fish meatballs was developed from minced fish meat added with tomato pomace. The overall texture quality （Y） of fish meatballs was evaluated according to the following equation as determined by principal component extraction and dimension reduction analysis： Y = （0.336X1 + 0.346X2 + 0.339X3）/95.952， where X1， X2 and X3 represent elasticity， chewiness and hardness， respectively. Firstly， the effect of the amounts of salt， water， cooking wine， starch and tomato pomace on the overall texture quality of fish meatballs was investigated. Then the amounts of water， starch and tomato pomace， which were found to be the factors with a significant influence on the overall texture quality， were optimized by response surface methodology. The optimum combination obtained was salt 2%， water 20%， cooking wine 10%， starch 21%， and tomato pomace 5%. The optimized formulation produced fish meatballs with the highest overall texture score; the product had moderate elasticity and hardness and good chewiness， and its cooking loss and water-holding capacity were （2.56 ± 0.11）% and （95.43 ± 0.13）%， respectively， significantly better than those of the control without added tomato pomace （P < 0.05）.

Keywords： tomato pomace; fish meatballs; texture; dimension reduction analysis; process optimization

魚丸是我國東南沿海地區傳統魚糜制品，不僅美味營養，而且食用便捷，深受消費者喜愛[1]。我國是水產大國，草魚資源十分豐富，草魚在淡水養殖魚類中產量最高[2-3]。近年來，以草魚魚糜為主原料加工的淡水魚丸類產品發展迅猛，不僅有效緩解了海洋漁業資源日趨枯竭的困境，也大大降低了加工成本[4]。但是，魚肉中富含優質蛋白質、多不飽和脂肪酸等營養組分，導致其保鮮期受限[5]，加之后期加熱會使魚肉中蛋白質的三級結構和四級結構被破壞，形成的凝膠網狀結構較為松散，導致凝膠強度和持水性下降，影響魚丸的品質[6]。因此，如何通過優化產品生產工藝有效保障食品安全，提升產品品質是亟待解決的問題。

番茄皮渣是番茄加工后的副產物，約占番茄果實質量的3%～8%[7]，富含膳食纖維、VE、VC、類胡蘿卜素、多酚等抗氧化活性物質，具有廣闊的開發潛力[8-10]。目前，諸多研究已表明，植物性膳食纖維具有顯著的抗氧化活性和多種生物學功效[11-12]，這是由于植物性膳食纖維中結合有黃酮類、酚酸、縮合單寧及番茄紅素等天然抗氧化成分[13-14]。研究證實，包括圣女果皮渣[15]在內的多種果蔬都是天然抗氧化膳食纖維的優質來源，富含番茄紅素、維生素、礦物質等強生物活性物質[16-18]，且能夠一定程度改善產品質構品質[19-20]，在食品保鮮與功能食品研發等領域具有重要的研究價值和市場前景[21]。本研究將番茄皮渣添加至草魚魚糜，基于質構指標的降維分析法，優化魚丸的制作工藝，以期為魚丸產品的研發提供創新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮草魚、食鹽、料酒、玉米淀粉、白砂糖、五香粉、生姜、味精均購于漳州市新華都超市;番茄皮渣粉末（水分含量小于5%）由企業提供。

五水合硫酸銅、氫氧化鈉、濃硫酸、鹽酸、乙醚、次甲基藍、甲基紅、硫酸鉀、蒽酮（均為分析純）?西隴化工股份有限公司;食品級α-淀粉酶（酶活力20 000 U/g） 河南亞統食品原料有限公司。

1.2 儀器與設備

SHZ-D（Ⅲ）真空泵 河南省予華儀器有限公司;RE-52AA旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;UV5100B紫外-可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;CT3-10K質構儀 美國博勒飛公司;HH-2數顯電子恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司;DHG-9030A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 番茄皮渣魚丸的制作

番茄皮渣魚丸的制作參考周陽等[22]的方法，并略微修改。將原料魚肉進行前處理，去除魚骨、魚刺和魚肥膘，魚肉漂洗3 次（先用清水漂洗2 次，再用0.15 g/100 mL鹽水漂洗1 次，每次3 min），瀝干脫水后進行擂潰破碎，按比例加入調味料、番茄皮渣粉末（過60 目篩）、淀粉和適量水充分混勻，制得直徑約3 cm的魚丸，最后置于沸水中熟制，冷卻至室溫得到成品（圖1）。

1.3.2 質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）測定

TPA是通過用柱形探頭2 次下壓樣品模擬咀嚼情形，測定每個樣品的硬度、彈性和咀嚼性。測試條件：直徑50 mm鋁制柱形探頭（P/50），壓縮比70%，測前、測后及測試速率均為1 mm/s[20]。

1.3.3 單因素試驗設計

1.3.3.1 食鹽添加量對魚丸質構的影響

固定玉米淀粉添加量15%、料酒添加量10%、水分添加量22%、番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察食鹽添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%（以魚肉質量計，下同）對魚丸質構的影響。

1.3.3.2 玉米淀粉添加量對魚丸質構的影響

固定食鹽添加量2%、料酒添加量10%、水分添加量22%、番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察玉米淀粉添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%對魚丸質構的影響。

1.3.3.3 料酒添加量對魚丸質構的影響

固定食鹽添加量2%、玉米淀粉添加量20%、水分添加量22%，番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察料酒添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%對魚丸質構的影響。

1.3.3.4 水分添加量對魚丸質構的影響

固定食鹽添加量2%、玉米淀粉添加量20%、料酒添加量10%、番茄皮渣添加量2%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察水分添加量分別為12%、17%、22%、27%、32%對魚丸質構的影響。

1.3.3.5 番茄皮渣添加量對魚丸質構的影響

固定食鹽添加量2%、玉米淀粉添加量20%、料酒添加量10%、水分添加量22%、姜1%、五香粉1%、味精1%、糖1%，考察番茄皮渣添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%對魚丸質構的影響。

1.3.3.6 質構綜合得分

通過測定產品硬度、彈性和咀嚼性3 個質構指標，采用降維分析法對3 個指標進行加權計算，從而得到質構的綜合得分。

1.3.4 響應面優化試驗設計

根據單因素試驗結果，使用Design-Expert軟件，選擇對實驗影響較大的水分添加量、玉米淀粉添加量、番茄皮渣添加量為試驗因素，以魚丸質構綜合得分為響應值，設計3因素3水平響應面試驗，響應面試驗因素與水平如表1所示。

1.3.5 蒸煮損失率測定

參考Aleksandra等[23]的方法，略微修改。稱取100 g樣品（m1），用保鮮膜包裹，置于80 ℃恒溫水浴鍋煮制30 min后，流水冷卻30 min后稱質量（m2），蒸煮損失率按式（1）計算。

1.3.6 凝膠持水力測定

參考涂曉琴[24]的方法。將約100 g樣品（m1）用雙層濾紙包裹，放入100 mL離心管中，4 ℃、8 000 r/min離心10 min;取出離心后樣品稱質量（m2）。凝膠持水力按式（2）計算。

1.4 數據處理

所有數據均采用3 次平行實驗的平均值，各組數據用平均值±標準差表示。用SPSS 22.0軟件進行顯著性分析（P<0.05為差異顯著），并建立模型，采用降維分析法提取主成分公因子，對產品進行質構綜合得分評定;采用Design-Expert V8.0.6.1軟件中的多元線性回歸方程擬合分析進行響應面分析。

2 結果與分析

2.1 食鹽添加量對魚丸質構綜合得分的影響

2.1.1 食鹽添加量對魚丸彈性、咀嚼性和硬度的影響諸多研究顯示，在魚丸擂潰時加入食鹽可以使鹽溶性蛋白充分溶出形成溶膠，提高魚丸凝膠強度[19，25]。

由表2可知，隨著食鹽添加量增加，魚丸味道變咸，彈性增大、結構更緊密、口感更細膩，但是達到一定食鹽添加量時會嚴重影響魚丸的口感[4]，魚丸咀嚼性與硬度均呈現先升高后降低再升高的趨勢，但未見規律性變化。總體來說，食鹽的添加對魚丸質構有顯著影響（P<0.05），故嘗試采用該指標建立降維模型，以評價魚丸質構的綜合分值。

KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）檢驗統計量是用于比較變量間簡單相關系數和偏相關系數的指標，主要應用于多元統計的因子分析。KMO統計量取值為0～1。Bartlett球形檢驗用于檢驗相關陣中各變量間的相關性，是否為單位陣即檢驗各個變量是否各自獨立。KMO檢驗和Bartlett球形檢驗用于判斷變量是否適用因子分析法，故因子分析前首先進行KMO檢驗和Bartlett球形檢驗。KMO統計量越接近于1，變量間的相關性越強，偏相關性越弱，因子分析的效果越好，反之則分析效果越差。一般KMO統計量>0.5時，就認為可以做因子分析[26]。由表3可知，因子檢驗的KMO值為0.59（大于統計學Kaiser給出的標準0.5），故魚丸質構綜合指標模型適合做因子分析。

2.1.2.2 解釋總方差

采用SPSS 22.0軟件，運用主成分分析法提取特征值大于1的因子。由圖2可知，該特征值曲線只有1 個因子的特征值大于1。經過方差最大化正交旋轉后1 個因子（建立質構綜合指標，指降維分析中一個虛擬的因子，不特定指彈性、咀嚼性或硬度）的累計方差貢獻率達到95.95%，即所提取的1 個因子反映原來3 個指標95.95%的信息，具體如表4所示。

2.1.3 根據提取公因子計算質構綜合得分

通過因子旋轉的方法，使每個變量僅在1 個公共因子上有較大載荷，而在其余公共因子上的載荷比較小，這樣就突出了每個公共因子與其載荷較大的變量的聯系，該公共因子的含義也就能通過這些載荷較大的變量做出合理解釋。根據旋轉后的載荷矩陣得到綜合得分（Y）的計算公式如下：Y=（0.336X1+0.346X2+0.339X3）/95.952，其中X1代表彈性，X2代表咀嚼性，X3代表硬度。

由圖3可知，食鹽添加量對魚丸質構綜合得分的影響并不顯著，魚丸綜合分值在食鹽添加量2%和5%時有最大值，4%時取得最小值。為了節省成本，采用2%食鹽添加量。

2.2 淀粉添加量對魚丸質構綜合得分的影響

淀粉是一種常見的用于改善魚糜凝膠強度的低成本添加劑[27]，在魚丸制作過程中添加淀粉可以促使魚糜制品形成致密的微孔結構，從而增加其凝膠強度、彈性和持水性，并且產品具有更好的組織形態[28-30]。

由圖4可知，魚丸的質構綜合得分隨著淀粉添加量的增加先上升后下降，質構綜合得分最高時淀粉添加量為20%，當淀粉添加量大于20%時，魚丸質構綜合得分逐漸下降，硬度較大、彈性較差、不易咀嚼，當淀粉添加量小于20%時，魚丸成型較難，并且彈性低、咀嚼性也較差。

2.3 料酒添加量對魚丸質構綜合得分的影響

由圖5可知，當料酒添加量為10%時，魚丸質構綜合得分最高。料酒作為一種重要的調味品，已廣泛應用于多種肉類制品[31-33]。張金暉等[33]研究多種預腌制配料對大麻哈魚肉品質的影響，其中當料酒添加量為8%時魚肉品質最佳，與本研究結果基本一致。

2.4 水分添加量對魚丸質構綜合得分的影響

水是魚丸的重要成分之一，能夠改變魚丸的物性和流變性，其存在狀態直接影響魚丸質構特性和穩定性[34-35]。由表7可知，水分添加量對魚丸彈性、咀嚼性和硬度影響顯著（P<0.05）。

由圖6可知，隨著水分添加量的增加，魚丸質構綜合得分大體呈先上升后下降的趨勢，當水分添加量為22%時，魚丸質構綜合得分達到最大。不同魚丸的持水性不同，而持水性對質構特性影響最大，水分含量過高，則產品的感官和質構品質會下降，通過配方或工藝提高魚丸的持水性或降低水分含量可以增強魚丸制品的質構穩定性[35]。

2.5 番茄皮渣添加量對魚丸質構綜合得分的影響

由圖7可知，魚丸質構綜合得分隨著番茄皮渣添加量的增加先上升后下降，當番茄皮渣添加量為5%時，魚丸質構綜合得分最高。

近年來，植物源膳食纖維已成為魚糜類制品添加物的研究熱點，如竹筍膳食纖維[36]、蘋果膳食纖維[37]、菊粉[38-40]、魔芋多糖[38-40]、海藻膳食纖維[19]等，而有關添加番茄皮渣膳食纖維的報道較為少見。番茄皮渣是農副產品加工的廢棄物，其作為抗氧化膳食纖維源物料添加至魚糜中，不僅實現了廢棄物的綜合利用，也能夠提升魚糜產品的品質。

2.6 響應面試驗分析

2.6.1 響應面試驗結果及方差分析

由表10可知，因素A（水分添加量）對魚丸質構綜合得分影響極顯著（P<0.01），因素B（淀粉添加量）影響顯著（P<0.05），而因素C（番茄皮渣添加量）影響不顯著，此外，AB交互作用顯著（P<0.05），B2極顯著（P<0.01），C2顯著（P<0.05），其他交互作用不顯著。以魚丸質構綜合得分為響應值，模型P值小于0.01，說明回歸方程模型極顯著，并且該模型失擬項在0.05水平上不顯著，表明試驗結果和數學模型有良好的擬合性，可以用其預測試驗結果。

2.6.2 因素交互作用分析

水分添加量、淀粉添加量、番茄皮渣添加量對魚丸質構綜合得分交互作用的等高線圖可以很好地體現各因素交互作用對響應值的影響。

由圖8可知，曲面坡度較陡，說明淀粉添加量和水分添加量影響魚丸質構綜合得分的相互作用顯著。淀粉添加量為17%～23%時，魚丸質構綜合得分隨著淀粉添加量的增加先增大后減小，其中21%時為最高點，魚丸質構綜合得分在水分添加量20%～25%時有下降趨勢，但下降比較緩慢。

由圖9可知，曲面坡度較緩，說明番茄皮渣和水分添加量的交互作用不顯著，這和表10的分析結果一致。當番茄皮渣添加量為4%～6%時，魚丸質構綜合得分先增大后減小，其中當番茄皮渣添加量為5%時，魚丸質構綜合得分最高，當水分添加量為20%～25%時，魚丸質構綜合得分呈下降趨勢，變化緩慢，其中水分添加量20%時魚丸質構綜合得分最大。

由圖10可知，曲面坡度較緩，說明番茄皮渣和淀粉添加量的交互作用不顯著，這和表10的分析結果一致。當番茄皮渣添加量為4%～6%時，魚丸質構綜合得分先增大后減小，其中當番茄皮渣添加量為5%時，魚丸質構綜合得分最大，淀粉添加量為17%～23%時，魚丸質構綜合得分隨著淀粉添加量的增加先增大后減小。

2.6.3 最優組合確定和驗證

經過Design Expert V8.0.6.1軟件優化，得到最優組合為水分添加量20%、淀粉添加量21%、番茄皮渣添加量5%，在此組合下預測魚丸質構綜合得分為0.309，實際測定結果為0.308±0.007，與預測值差異不顯著，說明該模型能較好地預測魚丸的質構綜合分值。

2.7 魚丸蒸煮損失率及凝膠持水力

由表11可知，添加番茄皮渣的魚丸蒸煮損失率約為2.56%，較之未添加番茄皮渣的魚丸產品顯著降低（P<0.05），這是由于在加熱蒸煮過程中，氫鍵相互作用逐漸減弱，魚肉中水分不易被結合而損失，添加的番茄皮渣（主要是膳食纖維組分）會結合一部分自由水，從而一定程度上保持魚糜組織的完整性[19]。該結果與涂曉琴[24]、Fatimah[41]等的研究具有一致性。

凝膠持水力表示產品保持水分的能力，也被稱為水合作用，不僅與產品風味密切相關，也影響產品的口感、顏色及其他指標[42]。蛋白質與多糖的結合能夠顯著改善蛋白質的物理和化學性質，如熱穩定性、乳化性、凝膠性和抗氧化特性[43]，增強魚肉蛋白質的強度和韌性，從而增強魚丸的凝膠強度[22]。添加番茄皮渣魚丸的凝膠持水力較空白對照組顯著提高（P<0.05），推測在魚丸熟制的熱加工過程中，番茄皮渣起到了穩定蛋白的作用[44]，也可能是由于多糖之間、蛋白質與多糖之間亦可發生絡合凝聚，且淀粉的加入能夠有效加密魚丸蛋白凝膠的網狀結構[29-30]，與Kim[45]、王珍[46]等的研究結論一致。

3 結 論

基于質構指標降維分析，得到魚丸質構綜合得分（Y）的計算公式為Y=（0.336X1+0.346X2+0.339X3）/95.952，

其中X1代表彈性，X2代表咀嚼性，X3代表硬度。分別考察食鹽、水分、料酒、淀粉、番茄皮渣添加量對魚丸質構綜合得分的影響，進一步通過響應面優化試驗得到水分、淀粉、番茄皮渣最佳配比為水分添加量20%、淀粉添加量21%、番茄皮渣添加量5%，產品外表光滑，彈性、咀嚼性和硬度適中，蒸熟損失率減少，凝膠持水力增強。此外，從理論上分析產品的營養及耐貯性也將得以提升，這也將是后續驗證研究的方向。

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