響應(yīng)面法優(yōu)化肉香米飯加工工藝

□ 姚現(xiàn)強 李文斌 李久龍 崔富貴 臨沂金鑼文瑞食品有限公司

《黃帝內(nèi)經(jīng)》中記載“五谷為養(yǎng)、五畜為益、五果為助、五菜為充”的飲食原則，認(rèn)為五谷雜糧才是養(yǎng)生的根本[1]。人類飲食以稻谷為主，稻谷是世界上50%以上人口的使用谷類，主要種植區(qū)域在印度、中國、日本、孟加拉國和東南亞。我國的稻谷種植面積總產(chǎn)量居世界首位，約占世界稻谷總產(chǎn)量的1/3[2]。我國按照水稻的生長期、粒形和粒質(zhì)分為早秈稻谷、晚秈稻谷、粳稻谷、秈糯稻谷和粳糯稻谷共5類[3]。稻米因品種、類型和產(chǎn)地影響，不同稻米之間蛋白質(zhì)含量和氨基酸比例不同，稻谷蛋白質(zhì)含量一般在8.1%～13.7%，大多數(shù)在10%以下，其中香大米含量較高，可達(dá)13.7%、紅秈米較低僅為7.0%[4]。雖然稻米蛋白氨基酸中賴氨酸和蘇氨酸分別是第一、第二限制性氨基酸，但是氨基酸占約蛋白質(zhì)的3.5%，略高于其他谷類。谷類蛋白質(zhì)與其他谷類蛋白質(zhì)相比，其生物價和蛋白質(zhì)功效比值都較高[5]。

因稻谷風(fēng)味單一，經(jīng)過簡單蒸煮使用口感較差，因此稻谷一直配以其他蔬菜食用。稻谷含有的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等生物成分，大都是以復(fù)合顆粒形成簇，直徑能達(dá)到150 μm的復(fù)合顆粒形成簇[6-7]，蒸煮后糯米性黏滯，食用過程不易消化，且不宜一次性食用過多。稻谷經(jīng)過浸泡、瀝干和炒制后，不僅保留了氨基酸、B族維生素等營養(yǎng)成分，而且稻谷經(jīng)過炒制后口感、風(fēng)味性、營養(yǎng)性和衛(wèi)生性深受廣大消費者的喜愛，尤其是產(chǎn)生醛類化合物、含苯化合物、醇類化合物和酸類化合物豐富食物風(fēng)味[8-11]，提升消費者的食欲。五花肉屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，不僅氮基酸全面、數(shù)量多，而且比例恰當(dāng)，接近于人體的蛋白質(zhì)，易消化吸收，五花肉中除了含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，還富含人體健康不可缺少的微量元素銅，富含脂肪和促進(jìn)鐵吸收的半胱氨酸。因五花肉中的脂肪組織部分在炒制過程中易融化且成分發(fā)生變化[12-16]，與稻谷一起蒸煮、加工不僅起到豐富稻谷的營養(yǎng)成分，而且會因脂肪的進(jìn)入稻谷內(nèi)部，抑制淀粉的老化[17]，消除單獨食用五花肉的油膩感，提升稻谷的口感。本文通過響應(yīng)面法優(yōu)化了一種肉香米飯的生產(chǎn)工藝，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

粳糯米，黑龍江五常市沿河米業(yè)有限公司；花生芝麻調(diào)和油，吉林省金香源糧油有限公司；帶皮五花肉，臨沂新程金鑼肉制品集團；紅曲紅色素（色價1 400）；水溶性姜粉，仲景食品股份有限公司；水溶性蔥粉；水溶性五香粉；大蔥。

1.2 儀器和設(shè)備

煤氣灶；壓力鍋，蘇泊爾；JA3-1005電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；30 cm×50 cm×1 cm不銹鋼盤。

1.3 肉香米飯工藝流程

1.4 實驗方法

1.4.1 肉香米飯感官品質(zhì)評定

采用類項標(biāo)度檢驗法中的數(shù)值標(biāo)度法，由10人組成評審小組對蒸煮后的肉香米飯的顏色、形態(tài)、味道、香味和口感進(jìn)行感官評定，各項指標(biāo)滿分20分，總分為100分[11]，具體見表1。

1.4.2 樣品前處理

1.4.2.1 炒制大米

準(zhǔn)確稱量10.0 kg大米，將炒鍋放置到煤氣灶上加熱，將稱量好的大米加入炒鍋內(nèi)，小火慢慢將大米炒制淺黃色，要求顏色一致，無發(fā)黑、發(fā)焦、發(fā)白等異常顏色，將炒制的大米平鋪到不銹鋼盤（尺寸：30 cm×50 cm），厚度≤1.0 cm，按照上述要求重復(fù)炒制。

1.4.2.2 炒制帶皮五花肉

將準(zhǔn)備好的帶皮五花肉表面雜質(zhì)處理干凈，打開煤氣灶烤制帶皮面，待烤制發(fā)黃時取下，用刀子將最外層黃色處理干凈、炒熟。

1.4.3 單因素實驗

1.4.3.1 紅曲紅添加量對肉香米飯品質(zhì)的影響

分別準(zhǔn)確稱取5份炒制后的大米1 000.0 g，分別添加1 000.0 g炒制后的帶皮五花肉，混合后攪拌均勻備用。稱量5份2 000.0 g水，分別在水中按照總重量（水、炒米和肉重量之和，下同）的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%加入色價為1 400的紅曲紅色素，攪拌至紅曲紅色素完全溶解，分別添加到備好的炒米和帶皮五花肉，蒸煮后對其進(jìn)行感官評價。

1.4.3.2 蒸煮米水比對肉香米飯品質(zhì)的影響

分別準(zhǔn)確稱取5份炒制后的大米1 000.0 g，分別添加1 000.0 g炒制后的帶皮五花肉，混合后攪拌均勻備用。稱量5份水，重量分別為1 000.0、2 000.0、3 000.0、4 000.0 g 和5 000.0 g，分別添加到備好的炒米和帶皮五花肉，蒸煮后對其進(jìn)行感官評價。

表1 肉香米飯感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.4.3.3 米肉比對肉香米飯品質(zhì)的影響

分別準(zhǔn)確稱取5份炒制后的大米1 000.0 g，分別添加 500、1 000、1 500、2 000 g和2 500 g炒制后的帶皮五花肉，混合后攪拌均勻備用。稱量5份2 000.0 g水，分別添加到備好的炒米和帶皮五花肉，蒸煮后對其進(jìn)行感官評價。

1.4.4 響應(yīng)面法對肉香米飯工藝進(jìn)行優(yōu)化綜合單因素實驗結(jié)果

根據(jù)Box—Behnken響應(yīng)面設(shè)計原理，設(shè)計3因素3水平的實驗，實驗因素和水平設(shè)計見表2。

表2 實驗因素水平編碼表

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗各個因子對肉香米飯品質(zhì)的影響

2.1.1 紅曲紅色素添加量對肉香米飯品質(zhì)的影響

由圖1可知，在0.5%～1.5%范圍內(nèi)隨著紅曲紅色素添加量的不斷增加，肉香米飯的感官得分逐漸變高，當(dāng)紅曲紅色素添加量為1.5%時得分最高為92.79分。紅曲紅添加量繼續(xù)增加時，感官得分呈現(xiàn)下降趨勢，但是下降趨勢不明顯，綜合考慮1.5%是肉香米飯最佳紅曲紅添加量。

2.1.2 蒸煮米水比對肉香米飯品質(zhì)的影響

由圖2可知，米水比例在1∶1～1∶2范圍內(nèi)，隨著米水比值減小，肉香米飯的感觀評價得分逐漸變高，米水比例低時口感發(fā)干，產(chǎn)品生硬，當(dāng)米水比由1∶1增加到1∶2時口感逐漸變好，米水比繼續(xù)增加時產(chǎn)品變軟，口感逐漸下降，米水比為1∶2時得分最高為92.67分，綜合考慮1∶2是肉香米飯最佳米水蒸煮比例。

2.1.3 米肉比對肉香米飯品質(zhì)的影響

由圖3可知，在一定范圍內(nèi)隨著米肉比例的增大，肉香米飯的感觀評價得分不斷升高，米肉比例低時米飯不香、口感發(fā)硬，當(dāng)米肉比由1∶0.5增加到1∶1時口感逐漸變好，肉香味和米香味混合后風(fēng)味淳厚、飽滿，引起食欲。帶皮五花肉添加量繼續(xù)增加時米飯變油膩，口感和風(fēng)味逐漸下降，米肉比為1∶1時得分最高為92.19分，綜合考慮1∶1是肉香米飯最佳米肉比例。

2.2 響應(yīng)面實驗結(jié)果

從單因素實驗結(jié)果來看，紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比和米肉比對肉香米飯的感官評分值R（滿分為100分）影響差異不大，因此以紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比、米肉比為自變量，以感官評分值R為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化，實驗方案及結(jié)果見表3。

圖1 紅曲紅色素添加量對肉香米飯感官得分的影響

圖2 蒸煮米水比對肉香米飯感官得分的影響

圖3 米肉比對肉香米飯感官得分的影響

表3 Box-Behnken實驗設(shè)計及結(jié)果

通過Design-Expert 8.0.6軟件對表3試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項回歸擬合，獲得感官評分（R）對紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比和米肉比的二次多項式回歸模型為R=92.12-0.82A+1.05B-1.03C-0.62AB-0.42AC+1.12BC-6.87A2-7.55B2-10.94C2。

對該模型進(jìn)行回歸方差分析的顯著性檢驗結(jié)果見表4，由表4可以看出，所構(gòu)模型極顯著（P＜0.001），而失擬項不顯著（P＞0.05），說明該回歸方程擬合程度良好，此模型能很好地說明紅曲紅色素添加量（A）、蒸煮米水比（B）和米肉比（C）與感官評價之間的關(guān)系。此外，方差R2=0.973 2，調(diào)整系數(shù)R2Adj= 0.985 2，可見建立的模型可以解釋響應(yīng)面存在98.52%的可變性，說明該方程具有良好的可信度，預(yù)測值與真實值間的相關(guān)性很高，可以用于肉香米飯的制作。由F值的大小可知，3個因素對肉香米飯感官評價得分的影響程度由大到小依次為B、C、A，其中二次項 A2、B2、C2影響極顯著（P＜0.01），B、C影響顯著（P＜0.05），而交互項A、AB、AC、BC影響不顯著（P＞0.05）。總模型的P值＜0.001呈現(xiàn)極顯著，表明模型與實際情況擬合程度很好，具有較好的代表性，可以用來對試驗結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。

表4 各項回歸的方差分析

由方差分析可以看出各因素之間交互作用對肉香米飯感官評價得分影響的顯著性，而通過回歸方程繪制3D曲面圖及等高線可表達(dá)各試驗變量交互作用對響應(yīng)值的影響大小。3D曲面坡度越陡，等高線越密集，說明交互作用對感官評分響應(yīng)值的影響越大[18]。各因素兩兩交互作用對肉香米飯評分的影響如圖4～6所示。由圖4和圖5可知，3D響應(yīng)曲面坡度最陡峭，而且等高線數(shù)目達(dá)最多，呈現(xiàn)最為密集并呈橢圓形，說明蒸煮米水比與米肉比的交互作用對肉香米飯的感官評分的影響高于其余兩項交互作用，肉香米飯的感官評價分值在一定范圍內(nèi)隨著蒸煮米水比和米肉比的增大而升高。圖6的響應(yīng)曲面較平緩，等高線也較稀疏，說明紅曲紅色素添加量對肉香米飯的感官評價分值影響較小。

通過Design-expert軟件對試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析分析，優(yōu)化肉香米飯生產(chǎn)的最佳工藝條件為：紅曲紅色素添加量為1.69%，蒸煮米水比為1∶2.08，米肉比為0.94，此時肉香米飯感官評分為93.83分。

圖4 紅曲紅色素添加量與米肉比對感官評價得分的影響

圖5 蒸煮米水比與米肉比對感官評價得分的影響

圖6 紅曲紅色素添加量與蒸煮米水比對感官評價得分的影響

3 結(jié)論

本文在單因素實驗的基礎(chǔ)上，將響應(yīng)面法應(yīng)用于優(yōu)化肉香米飯的蒸煮生產(chǎn)工藝。實驗結(jié)果表明，紅曲紅色素添加量及其平方、蒸煮米水比及其平方對肉香米飯的感觀評價得分的影響極顯著，米肉比平方項對肉香米飯感官評價得分的影響顯著。說明紅曲紅色素添加量、蒸煮米水比、米肉比對肉香米飯感官評價得分的影響不是簡單的線性關(guān)系。經(jīng)回歸分析和驗證實驗結(jié)果表明，此方法合理可行。得到肉香米飯蒸煮的最佳條件為：紅曲紅添加量為1.69%，蒸煮米水比為1∶2.08，米肉比為1∶0.94，此時肉香米飯得分為：93.83。