紅湯火鍋底料參數優化設計

黃靜，羅吉慶，羅丹，鄧楷，龍錦鵬

(1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 宜賓 644000；2.四川食品發酵工業研究院，成都 611130)

火鍋是一種以鍋為容器加熱燒開湯或水來涮煮食物的烹飪方式[1,2]。由于涮煮的食物材料來源十分廣泛，包括各種肉類、蔬菜、海鮮、菌菇和粉條等，豐富多彩的食材來源使得火鍋流行不受限制，各個季節各個地方不同種族文化的人都可以匯聚在一起品嘗火鍋。按照不同的口味，人們可以選擇不同的調料，但最重要的還是火鍋底料的選擇。

根據鍋底料不同，有傳統的麻辣型、紅湯型、清油等火鍋類型[3-5]。近年來，火鍋呈現了多元化，不同的配方、用量不同工藝有差別，所產出的火鍋底料的質量也有較大的差別，無論在工藝還是配方上的改進，新型的火鍋越來越迎合大眾喜好。利用材料的新穎性、功能性，無渣型雞汁復合調味料清油火鍋、棕櫚油復合火鍋、茶香火鍋、香椿火鍋等為火鍋新配方發展提供了思路和新型的發展方式[6-9]；在工藝上，火鍋底料對各關鍵步驟如炒制溫度、時間和香辛料參數進行修改調整，其中有對火鍋底料單因素控制的研究，如溫度、加熱的面積、壓力和顆粒度等單因素試驗進行感官評價[10,11]，從而控制產品質量。本試驗以感官評價為基準，以色澤、香氣、滋味、形狀和湯渾濁度為各項評價的標準，通過主成分的分析，比較主成分和各項指標的系數得分，計算并利用綜合評分來建立炒制溫度、炒制時間、香辛料的用量、顆粒度和攪拌速度5因素5水平的響應面。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

郫縣豆瓣1500 g、干辣椒250 g、生姜100 g、大蒜200 g、大蔥300 g、冰糖150 g、醪糟汁500 g、香辛料(八角∶三奈∶桂皮∶小茴∶草果∶紫草∶香葉∶香草∶公丁香為20∶10∶10∶10∶5∶5∶0.2∶2∶1)。

1.2 試驗儀器

恒溫鼓風干燥箱、SPX-150B智能型生化培養箱 上海瑯軒實驗設備有限公司；JD500-3電子天平 沈陽龍騰電子有限公司；變頻智能電磁爐 東莞市麥席森電子有限公司。

1.3 紅湯火鍋底料工藝流程

1.4 工藝說明

1.4.1 菜油煉熟

將1500 g菜油倒入預熱后的炒鍋中，待其加熱到120 ℃油溫。

1.4.2 熬化

將1000 g牛油切成小塊狀，倒入油鍋中，待其溶解。

1.4.3 爆香

油鍋升至140 ℃，依次倒入辣椒、豆瓣醬、蔥、姜和大蒜，待其辣椒表皮通透，香味濃郁。

1.4.4 小火炒制

將油鍋溫度調至試驗需要的溫度80～120 ℃，向鍋中添加0.20%～1.00%顆粒度為5～25目的香辛料，調節攪拌速度為5～25 r/min，直至設定時間為60～80 min。

1.4.5 熬制

炒制完成后，加入3.50%醪糟、4.50%糖熬制。

1.4.6 冷卻分裝

將炒制好的火鍋底料用長方體模具盛裝，冷卻到室溫后放置在冷柜中，待其成型后真空包裝，放置在30 ℃，75% RH恒溫培養箱中，3 d后進行感官評價。

1.5 感官評定

3 d后將火鍋底料做好編碼，21人組成的感官評價組于風味品評室內對火鍋底料進行包括形狀、香氣、色澤、滋味和渾濁度的全項評價。即將火鍋底料去包裝后，先觀察其形態和油層情況，觀其顏色，聞其香味，開水煮沸后的香味和渾濁度，并進行味道的檢測評分法，相應的評價標準見表1。

1.6 評價標準

本試驗的火鍋底料的感官評價參考DBS61/0009-2016，并做修改，見表1。

表1 紅湯火鍋底料評價標準Table 1 Evaluation standard of red soup hotpot condiment

1.7 試驗方法

通過查閱文獻資料，確定炒制溫度、炒制時間、攪拌速度、香辛料顆粒度和用量是影響火鍋底料的關鍵因素，控制該因素的相應水平。本試驗按照不同的工藝條件，根據表1感官評價標準對每次試驗結果的形態、色澤、香味、渾濁度和滋味分別進行評價，利用SPSS對這5項指標進行主成分分析，建立了5項指標對總體評價的貢獻率，即最后利用綜合指標對火鍋底料進行評價，根據Box-Benhnken中心組合試驗設計，以紅湯火鍋的綜合評價T為響應值建立5因素5水平的響應面試驗，通過分析該響應面對紅湯火鍋底料進行炒制工藝參數的優化。試驗因素水平表見表2。

表2 響應面試驗因素水平表Table 2 The factors and levels of response surface test

1.8 綜合指標評價方法

1.9 數據處理

試驗項目Y1～Y5的評價值取整數，其他的數據保留兩位小數，結果都用平均值表示。用SPSS 24.0對試驗結果進行主成分分析并結合Excel的方法對相關數據進行計算，用Box-Benhnken的方法建立5因素5水平的響應面。

2 結果與分析

本次共有36組試驗，根據綜合評價得分的計算方法求出T值并做出相應的說明，相應的響應面試驗設計及結果見表3。

表3 紅湯火鍋底料響應面試驗結果Table 3 Response surface test results of red soup hotpot condiment

續 表

注：N為試驗號，本次試驗共36次，其中1～26號為本次的響應面試驗，27～36號為中心點試驗；A為炒制時間，單位min，范圍65～80 min，共5個水平，之間間隔5 min；B為炒制溫度，單位℃，范圍80～120 ℃，共5個水平，之間間隔10 ℃；C為攪拌速度，單位r/min，范圍5～25 r/min，共5個水平，之間間隔5 r/min；D為香辛料顆粒度，單位目，范圍5～25目，共5個水平，之間間隔5目；E為香辛料的用量，單位%，范圍0.2%～1.0%，共5個水平，之間間隔0.2%；Y為試驗結果的評分項(百分制)，Y1～Y5分別對應形態、色澤、香味、渾濁度和滋味評分。

2.1 主成分分析

應用SPSS 24.0對試驗結果Y1～Y5進行因子降維，做出主成分分析，見表4。

表4 主成分分析總方差解釋Table 4 Total variance interpretation of PCA

注：提取方法為主成分分析法。

初始特征值大于1的挑選為主成分[12]，表4中有且僅有成分1的特征值4.956>1，因此本次的評價標準只有一個主要成分，確定了上述公式n=1，a～e均為特征值為4.956時對應的系數，見表5。

表5 成分得分系數Table 5 Component coefficient scores

由表5可知，Y1形態的貢獻率為0.200；Y2香味的貢獻率為0.200；Y3色澤的貢獻率為0.200；Y4渾濁度的貢獻率為0.200；Y5滋味的貢獻率為0.200，即各指標的影響程度近似。T作為Y的綜合評價，其中各項的占有比例為20%，即a=b=c=d=e=0.200，通過系數代入，求出T值代入表3。

2.2 模型顯著性檢驗

按照主成分分析的方式計算出所有試驗相應的綜合評價T，并以T為響應值，建立關于炒制溫度、時間、攪拌速度、香辛料顆粒度和用量的模型，對模型的顯著性進行驗證，見表6。回歸現象的擬合度見表7。

表6 紅湯火鍋的炒制工藝的模型顯著性檢驗Table 6 Significance test of the model for the frying process of red soup hot pot

由表6可知A、 B、 A2、 B2、 D2的回歸方差均有顯著性差異(P<0.05)，其中擬合項的P值為0.3095>0.100，沒有顯著差異，即擬合度非常好，在試驗條件下能較好地預測炒制結果。得出擬合的回歸方程：T=-564.13+12.24A+3.47B+1.41C+0.95D+58.16E-0.004182AB-0.004158AC-0.01AD-0.36AE-0.006282BC-0.00342BD-0.031BE+0.005013CD-0.35CE+0.61DE-0.082A2-0.015B2-0.013C2-0.073D2-24.15E2。

表7 回歸方程方差分析Table 7 Variance analysis of regression equation

由表7可知，線性和二次方程式的P值分別為0.0553和0.3095，P值均>0.05，即沒有顯著差異，擬合度較好。

2.3 響應面分析與優化

圖1 炒制溫度與炒制時間對綜合評價T的響應面圖和等高線圖Fig.1 Response surface and contour plots of frying temperature and frying time on comprehensive evaluation T

圖2 香辛料粒度與炒制時間對綜合評價T的響應面圖和等高線圖Fig.2 Response surface and contour plots of spices particle size and frying time on comprehensive evaluation T

圖3 香辛料粒度與炒制溫度對綜合評價T的響應面圖和等高線圖Fig.3 Response surface and contour plots of spices particle size and frying temperature on comprehensive evaluation T

從建立的響應面模型中選取了3個比較有代表性的三維曲面圖，圖1～圖3都是比較光滑的曲面，其對稱性比較好，根據Box-Benhnken推薦的優選方案，當攪拌速度為11.51 r/min，炒制溫度為103.78 ℃，炒制時間為70.79 min，香辛料用量為0.74%和香辛料粒度為17.33目時，最高評分為87.515。

2.4 最優條件驗證

根據響應面的最優工藝參數進行驗證試驗，為了驗證試驗的可操作性，本驗證試驗設置攪拌速度為15 r/min，炒制溫度為100 ℃，炒制時間為70 min，香辛料用量為0.80%，香辛料顆粒度為15目，重復10次試驗，按照表1的評價標準，由21人組成評價小組進行評價，平均結果T=90.781。由此可見，該模型能較好地模擬紅湯火鍋底料的炒制效果。

3 結論

通過對紅湯火鍋底料的進行主成分析，其各項評價標準貢獻率為20%，利用響應面對紅湯火鍋底料的炒制工藝進行優化并進行驗證，當攪拌速度為15 r/min，炒制溫度為100 ℃，炒制時間為70 min，香辛料用量為0.80%，香辛料顆粒度為15目時，綜合評價T=90.781，結果與推薦最優方案的評價結果87.515基本吻合。