響應面優化即食羅非魚魚皮水發增重率

佘文海，劉書成，董 浩，梁珀釧

（1.廣州祿仕食品有限公司，廣東廣州510820；2.廣東海洋大學食品科技學院，廣東湛江524088；

3.仲愷農業工程學院輕工食品學院，廣東廣州510225；4.廣東省水產資源產業化工程技術研究中心，廣東 廣州510820）

羅非魚（Tilapia），俗稱非洲鯽魚，原產于非洲，有600多種，目前被養殖的有15種。羅非魚食性廣泛，大多為植物性為主的雜食性，比較貪食，攝食量大，生長迅速。因羅非魚具有肉質細嫩、骨刺少、略有甜味等特點，頗受歐美消費者青睞，目前已被聯合國糧農組織列為六大主食之一[1]。羅非魚有著優良的適應能力及強大的繁殖力。最早的時候從越南引進我國內地[2]。現在更是世界水產業重點培養的淡水養殖魚類，且被譽為未來動物性蛋白質的主要來源之一[3]。

羅非魚是我國主要的養殖種類之一，由于其肉質鮮美、骨刺少，深受國內外消費者的歡迎。廣東省具有得天獨厚的羅非魚養殖條件，隨著養殖技術的成熟，養殖、加工出口量與日俱增，其中以羅非魚片加工為主。然而，羅非魚加工魚片后，剩余廢棄物的利用價值不高，特別是羅非魚皮占整條魚質量的5%～6%。內含水分（70.04%）、蛋白質（25.40%）、脂肪（1.77%）、鈣、磷、鐵等多種礦物質和維生素，以及大量的膠原蛋白（約占魚的10%），具有營養價值高、成本低的特點，有很好的市場研發前景[4-5]。

目前，羅非魚魚皮的加工主要分為2個方面，一方面作為制作魚皮明膠的原料，另一方面直接經過熱處理，再加上調味制作成為即食羅非魚皮。但因為即食羅非魚魚皮的制作工藝簡單，市場上流通主要以小作坊加工為主，其生產安全可靠性難以保證。又因其價格極其低廉。因此，對工廠制作的產品沖擊較大，因此需要最大程度地優化羅非魚魚皮的整體出成率，以提高相對競爭優勢。

水發環節增重率是影響即食羅非魚魚皮的最為關鍵的一環，在已有的研究中，周婉君等人[6]對新鮮羅非魚魚皮在水發環節進行了正交試驗，得出了相應的最佳水發工藝，水發率達到232%。劉暢[7]研究了堿處理條件的優化，并以羅非魚的感官評分作為指標值進行評價。姜慧燕[8]研究了泡椒魚皮的加工工藝要點。

工廠連續化生產魚皮，是建立在冷凍原料的基礎上。前者的研究主要建立在新鮮羅非魚魚皮的基礎上，經過冷凍的魚皮其性質已發生改變。周婉君等人[6]在其研究的內容對水發環節緊制作了正交試驗，并未采用更細致的方法描述水發環節的機制。劉暢[7]在其研究中采用的是干制魚皮，方法采用響應面優化法，響應的主要指標是以感官評價作為響應值，未有以出成率作為關注點。

結合以上內容，研究的創新點主要是采用了冷凍羅非魚魚皮這一常規原料；對于水發環節優化響應值采用增重率，并探究制作即食魚皮的水發環節的動力方程，以期為實際的生產制作提供理論參考和方法指導。

1 材料與方法

1.1 原料

冷凍羅非魚魚皮，廣州祿仕食品有限公司提供；食品級燒堿（NaOH），濱化集團股份有限公司提供。

1.2 儀器設備

PL-L型電子秤。

1.3 工藝流程

冷凍羅非魚魚皮→解凍→清洗→瀝水→水發→瀝干→稱質量。

1.4 計算方法

式中：Y——增重率，%；

M1——水發前的魚皮質量，g；

M2——水發后的魚皮質量，g。

1.5 試驗方法

1.5.1 單因素試驗

依據不同的浸泡時間（1～3 h），水溫度（10～30℃），燒堿質量分數（0.2%～1.0%）進行試驗。

單因素與水平設計見表1。

表1 單因素與水平設計

1.5.2 響應面優化試驗設計

根據單因素試驗結果，以3個因素作為主要因素，以增重率作為響應值，采用響應面Box-behnken的試驗設計方法，對魚皮增重工藝試驗結果進行參數優化。

試驗設計的因素與水平設計見表2。

表2 試驗設計的因素與水平設計

1.6 數據分析方法

基礎數據分析采用WPS Office，數據分析采用Design Expert軟件并采取Box-behnken的試驗設計。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 浸泡時間對增重率的影響

浸泡時間對魚皮增重率的影響見圖1。

圖1 浸泡時間對魚皮增重率的影響

由圖1可見，隨著浸泡時間的變化魚皮的增重效果不同，1.0～2.5 h為逐步增加的狀態，2.5～3.0 h時趨于緩和。說明隨著時間的增加，堿與魚皮細胞的作用效果加強，使到魚皮細胞被破壞程度變高，吸收水分的能力加強，又因為魚皮細胞的持水能力有限，所以增重率不會一直增加。因此，選擇時間2.2，2.5，2.8 h這3個水平作為優化的參數。

2.1.2 浸泡溫度對魚皮增重率的影響

浸泡溫度對魚皮增重率的影響見圖2。

圖2 浸泡溫度對魚皮增重率的影響

由圖2可見，隨著浸泡溫度的變化魚皮的增重效果不同，在10～20℃是逐步增加的狀態，在20～30℃趨于緩和。由此說明，溫度的升高提升了水分子的擴散速率，也促使了蛋白膠原分子鏈接鍵斷開，增加了間隙，提高了魚皮細胞的吸水速率，增重率在20～30℃比15～20℃要高。因為水分子進入魚皮的通道數目有限，所以在20℃后趨于平緩。因此，選擇22，25，28℃這3個水平作為優化的參數。

2.1.3 燒堿質量分數對增重率的影響

燒堿質量分數對魚皮增重率的影響見圖3。

圖3 燒堿質量分數對魚皮增重率的影響

由圖3可見，隨著浸泡燒堿質量分數的變化魚皮的增重效果不同，在0.2%～0.6%是逐步增加的狀態，在0.6%～1.0%趨于緩和或下降。這是因為隨著堿質量分數的增加，堿通過水解、皂化等作用破壞羅非魚皮細胞內的蛋白，使之分解，增大了魚皮細胞間隙，與水分子形成水化層，增加魚皮的持水能力[9]。但該能力隨著堿質量分數增加到0.6%后趨于極值，與劉暢的研究結果相同。因此，選擇0.5%，0.6%，0.7%這3個水平堿質量分數作為優化的參數。

2.2 響應面分析法對魚皮增重工藝的優化

2.2.1 Box-behnken的試驗設計結果

在單因素試驗的基礎上，采取Box-behnken的試驗設計，設計三因素三水平試驗，以確定魚皮增重的最佳工藝。

響應面優化試驗的方案及結果見表3。

表3 響應面優化試驗的方案及結果

利用軟件對相應值各個因素進行回歸擬合，得到回歸方程為：

方差分析中失擬項未有F值，模型中F值為85.35，說明回歸方程是顯著的（p＜0.000 1），相關系數R2=0.991 0，說明魚皮增重的因素有99.10%是來源于所選變量，即浸泡溫度、浸泡時間、燒堿質量分數。因此，回歸方程對試驗的擬合情況好，試驗誤差小，可以較好地描述因素與響應面之間的真實關系，可以利用該回歸方程代替試驗真實點對試驗結果進行分析。

回歸分析結果見表4。

表4 回歸分析結果

2.2.2 響應面曲線圖

根據回歸方程，采用Design Expert軟件作出各因素對魚皮增重影響的響應面圖，其中等高線的形狀可以反映出交互效應的強弱大小，等高線圓形表示兩因素交互作用不顯著，橢圓表示兩因素交互作用顯著。從圖中的曲面形狀可以看出影響因素的顯著水平，曲面較陡說明影響顯著，曲面較平緩說明影響不顯著。

各因素對魚皮增重率的影響見圖4。

由圖4可見，X1（浸泡時間）和X3（燒堿質量分數），X2（浸泡溫度）和X3（燒堿質量分數）的曲面較陡，說明這2個因素對魚皮增重率的交互影響較為顯著；而X1和X2的曲面較平緩，說明2個因素對其響應值的影響較小。

圖4 各因素對魚皮增重率的影響

其中，X1和X3交互作用對魚皮增重的影響響應圖顯示，當浸泡溫度為25℃時，浸泡時間和燒堿質量分數有顯著的交互作用，2個因素均沿坡面先上升后趨于平緩再下降。且燒堿質量分數坡面較陡，說明燒堿質量分數的顯著性要更為強。這是因為燒堿對膠原蛋白分子的破壞，增加了水分的吸收速率，產生的效果更明顯。在燒堿質量分數0.50%～0.55%呈明顯上升趨勢，當燒堿質量分數高于0.60%時，魚皮增重率降低，這是因為魚皮的分子被破壞過度，持水能力下降的表現。

其中，X2和X3交互作用對魚皮增重的影響響應圖顯示，也是可以看出X3的影響因素更為明顯。魚皮吸水膨脹與魚皮中的膠原在經過酸或堿處理以后，膠原分子間、肽鏈間離子交聯鍵和氫鍵會受到破壞，使膠原結構松散，膠原吸收大量的水分而膨脹現象有關[9-10]。

試驗與周婉君等人[6]的研究結果有所不同，其結果是影響水發的因素X1＞X2＞X3，這是可能是因為兩者采用的原料不同，還有采用的優化方法不同，試驗探究的是在接近最優點比較小范圍的因素探究。試驗與劉暢[7]的研究結果有相似之處，其結果是X1和X2的曲線較陡，說明這2個因素對魚皮的感官評分響應較為顯著；而堿處理時間和溫度的曲線相對平緩，說明其對2個響應值的影響較小。感官口感與增重率可能存在一定的關聯，如明膠蛋白分子吸水，能夠使產品的飽滿度增加，增重率越高產生的脆性會更好。

2.2.3 工藝參數響應面優化

在選取各因素范圍內，根據回歸模型通過Design Expert軟件分析得出，魚皮增重率的最佳工藝為浸泡時間2.51 h，浸泡溫度25.97℃，燒堿質量分數0.61%。考慮實際的操作便利，將浸泡溫度修正為26.0℃。驗證以上最佳條件，重復試驗3次結果為93.21%±0.03%。與模型預測93.148%基本一致，說明模型方程與實際情況擬合良好。

3 結論

采用響應面分析法建立了羅非魚魚皮增重過程中浸泡時間、浸泡溫度、燒堿質量分數3個影響因素的回歸模型（R2=0.991 0），并對分析模型進行分析試驗。試驗結果表明，響應面法優化羅非魚魚皮增重工藝可行，最佳工藝條件是浸泡時間2.51 h，浸泡溫度26.0℃，燒堿質量分數0.61%，得出增重率為93.21%±0.03%。