響應(yīng)面法優(yōu)化海帶蘋果凍干休閑食品加工工藝的研究

王江賀，傅寶尚，趙保民，朱太海，啟航*

（1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116034；3.江蘇派樂滋食品有限公司，江蘇 徐州 221116）

海帶，又名江白菜，屬海藻類中的褐藻門昆布科[1]。2019年，我國海帶產(chǎn)量為162.40萬噸，占世界海帶產(chǎn)量的20%左右[2]。海帶是一種營養(yǎng)十分豐富的海洋性蔬菜，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、膳食纖維、脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)、碘等多種營養(yǎng)成分。迄今為止已發(fā)現(xiàn)的海帶生物活性物質(zhì)有海帶多糖、酸性聚糖類物質(zhì)、巖藻半乳多糖硫酸酯、昆布氨酸、半乳糖醛酸、牛磺酸、大葉藻素、雙歧因子等，還含有銅、硒、錳、鋅、硼、磷、鉀等多種微量元素。海帶不僅是一種經(jīng)濟的食用藻類，而且具有豐富的藥用價值，具有預(yù)防甲狀腺腫、降血糖、防輻射、抗氧化等功效。因此，海帶有“長壽菜”、“海上之蔬”的美譽[3]。

真空冷凍干燥技術(shù)作為一種先進高效的食品加工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)[4-5]。在一些發(fā)達國家中，凍干食品已發(fā)展成工業(yè)化、自動化的程度。在這些國家的方便食品消費結(jié)構(gòu)中，營養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的凍干食品占比普遍在50%以上，在日常生活中的普及度高[6]。凍干食品能最大程度地保留食品的營養(yǎng)成分，具備便于攜帶、易加工食用等特點。隨著人民生活水平的提高，生活節(jié)奏的加快及選擇的多元化，凍干食品日漸走進消費者的生活[7-8]。

由于凍干食品品質(zhì)在加工與貯藏過程中經(jīng)常出現(xiàn)口感綿軟的問題，影響產(chǎn)品品質(zhì)，無法為消費者帶來酥脆質(zhì)地和愉悅口感[9-10]。本研究以海帶與蘋果為原料，采用真空冷凍干燥加工工藝，開發(fā)海帶蘋果凍干休閑食品。通過不同單因素及響應(yīng)面試驗，提高海帶蘋果凍干休閑食品的酥脆度，并對成品進行感官、理化及微生物指標(biāo)測定，更好地發(fā)揮海帶的營養(yǎng)保健功能，同時提高海帶的商業(yè)價值，拓寬海帶的應(yīng)用范圍，實現(xiàn)更好的經(jīng)濟效益與社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海帶：產(chǎn)自福建省晉江市；紅富士蘋果：產(chǎn)自山東煙臺；低聚果糖（食品級）：浙江安詳生物科技有限公司；檸檬酸（食品級）：河南萬邦實業(yè)有限公司；間苯三酚（色譜級）、巖藻黃質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品（色譜級）：Sigma-aldrich（上海）貿(mào)易有限公司；甲醇（色譜純）：斯百全化學(xué)有限公司；平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基：青島高科園海博生物技術(shù)有限公司；其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

物性測定儀（TA.XT Plus型）：英國Stable Micro System公司；真空冷凍干燥機（LG-1.0型）：沈陽航天新陽速凍設(shè)備制造有限公司；高效液相色譜儀（SPD-20A型）：日本島津公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE-201D型）：上海亞榮生化儀器廠；顆粒分析篩（200目）：新鄉(xiāng)市同心機械有限責(zé)任公司。

1.3 加工工藝流程

1）海帶的預(yù)處理：干海帶→清洗除雜→脫腥[11]→蒸煮→打漿→備用。

2）蘋果的預(yù)處理：新鮮蘋果→清洗去雜→切塊→預(yù)煮→備用。

3）海帶蘋果凍干休閑食品：海帶漿+蘋果塊→混合配料→打漿→注模→擺盤→速凍→真空冷凍干燥→復(fù)烘→脫模→包裝→成品。

1.4 單因素試驗

根據(jù)預(yù)試驗確定了海帶蘋果凍干休閑食品的基礎(chǔ)配方，在基礎(chǔ)配方（海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比1∶1、低聚果糖添加量0.25%、復(fù)烘溫度60℃、復(fù)烘時間5 h）條件下，以脆度值為指標(biāo)，分別研究不同海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比（1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1）、低聚果糖添加量（0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%）、復(fù)烘溫度（50、60、70、80、90 ℃）、復(fù)烘時間（3、4、5、6、7 h）對海帶蘋果凍干產(chǎn)品脆度值的影響。

1.5 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，以脆度值為響應(yīng)值，采用Design-Expert 8.0.6軟件設(shè)計四因素三水平的響應(yīng)面試驗[12-13]，優(yōu)化各個配方，因素與水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素與水平Table 1 Response surface experimental design factors and level

1.6 指標(biāo)測定

1.6.1 脆度的測定

采用TA.XT Plus型物性測定儀測定海帶蘋果凍干休閑食品的脆度。使用P2探頭，測前速度2 mm/s，測試速度5 mm/s，穿刺距離12 mm，脆度定義為爆裂時的力與爆裂時的時間的比值[14-15]。脆度值越小，酥脆性越好。

式中：F為脆片爆裂時力的大小，g；t為探頭接觸脆片到脆片爆裂時所用的時間，s。

1.6.2 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》中方法測定[16]。

1.6.3 篩下物的測定

參照GB/T 23787—2009《非油炸水果、蔬菜脆片》中方法測定[17]。

1.6.4 海帶多糖的測定

采用苯酚-硫酸法測定[18-20]。以葡萄糖濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線方程為 y＝27.181x-0.000 4，相關(guān)系數(shù) R2＝0.996 3。

1.6.5 巖藻黃質(zhì)的測定

采用高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）[21]測定巖藻黃質(zhì)含量。

1.6.6 褐藻多酚的測定

采用高效液相色譜法測定褐藻多酚含量。

1.6.7 微生物菌落總數(shù)測定

按照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗菌落總數(shù)測定》[22]測定菌落總數(shù)。

1.7 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0、Design-Expert 8.0.6分析處理，Origin 8.6作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各單因素對海帶蘋果凍干休閑食品脆度值的影響

各因素對產(chǎn)品脆度值的影響見圖1。

圖1 各因素對產(chǎn)品脆度值的影響Fig.1 Influence of various factors on product fragility

如圖1A所示，隨海帶漿質(zhì)量占比逐漸增加，脆度值呈先下降后上升的趨勢，當(dāng)海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比為2∶1時，脆度值達到最小。因此，選擇海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比2∶1為宜。如圖1B所示，隨低聚果糖添加量的增加，脆度值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，當(dāng)?shù)途酃翘砑恿繛?.25%時，脆度值達到最小。因此，選擇低聚果糖添加量0.25%為宜。如圖1C所示，隨復(fù)烘溫度的升高，脆度值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，當(dāng)復(fù)烘溫度為60℃時，脆度值達到最小。當(dāng)復(fù)烘溫度繼續(xù)升高，會導(dǎo)致產(chǎn)品表面出現(xiàn)褐變、焦化等現(xiàn)象，脆度值隨之升高。因此，選擇復(fù)烘溫度60℃為宜。如圖1D所示，隨復(fù)烘時間的延長，脆度值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，當(dāng)復(fù)烘時間為5 h時，脆度值達到最小。因此，選擇復(fù)烘時間5 h為宜。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

采用Design-Expert 8.0.6軟件，以海帶漿∶蘋果漿量比、低聚果糖添加量、復(fù)烘時間及復(fù)烘溫度為響應(yīng)變量，以產(chǎn)品脆度值為響應(yīng)值，其試驗結(jié)果如表2、表3所示。

表2 響應(yīng)面試驗結(jié)果Table 2 Response surface test results

表3 回歸模型方差分析Table 3 Regression model analysis of variance

根據(jù)表2得二次多元回歸方程：脆度值=199.44-18.80A+19.68B+20.24C-31.51D+43.14AB+44.78AC+108.14A2+39.59B2+96.06C2+75.33D2。

如表 3所示，模型的 F=16.52，P=0.000 1＜0.01，達到極顯著水平，而且該模型的R2=0.942 9，說明該模型與實際試驗擬合較好，符合度為94.29%。失擬性檢驗F=1.72，P=0.3159＞0.05，差異不顯著，表明方程沒有失擬因素存在，回歸方程擬合的較好，可用該模型對海帶蘋果凍干休閑食品脆度值進行分析和預(yù)測。

A、B、C 3個因素對試驗結(jié)果達到顯著差異（P＜0.05）水平，說明一次項A、B、C對海帶蘋果凍干休閑食品的脆度值有顯著影響。

樹木作為人類生產(chǎn)和生產(chǎn)過程中不可缺少的原材料，為我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展做出了巨大的貢獻。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對木材的需求也越來越大。木材供應(yīng)已逐漸進入供需不足的狀態(tài)。我國過度利用林地。許多地方的環(huán)境破壞、沙漠化和沙塵暴頻繁，給我國人民的生活和工作帶來了巨大的障礙。因此，人工造林和恢復(fù)林地的數(shù)量和面積已成為我國環(huán)境保護的重點工程。其中，如何提高人工造林的技術(shù)水平，提高研究所的造林成活率已成為造林產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，但目前，我國人工造林地技術(shù)水平仍處于較低水平。相對落后的狀態(tài)，對森林幼苗的成活率有較大影響。因此，本文將對相關(guān)造林技術(shù)進行分析。為了解決相關(guān)問題，改變我國人工造林的成活率。

D、AB 、AC 、A2、B2、C2、D2對試驗結(jié)果達到差異極顯著（P＜0.01）水平，對海帶蘋果凍干休閑食品的脆度值有極顯著影響。

2.3 響應(yīng)面曲線圖分析

各因素對產(chǎn)品脆度值影響的響應(yīng)面圖見圖2。

圖2 各因素對產(chǎn)品脆度值影響的響應(yīng)面圖Fig.2 The response surface diagram of the influence of each factor on the product fragility value

由圖2可知，低聚果糖添加量與質(zhì)量比以及復(fù)烘溫度與海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比的交互項對產(chǎn)品脆度值的影響顯著，與表3結(jié)論一致。

2.4 最優(yōu)配方的驗證試驗

由響應(yīng)面分析可得最佳工藝條件為海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比2.09∶1、低聚果糖添加量0.233%、復(fù)烘溫度58.554℃、復(fù)烘時間5.155 h。此時模型預(yù)的脆度值為192.808。考慮到實際操作的可行性，將工藝條件調(diào)整為海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比2.1∶1、低聚果糖添加量0.23%、復(fù)烘溫度58.6℃、復(fù)烘時間為5.2 h，進行3次平行試驗。在優(yōu)化條件下，測得脆度值為182.98±5.10，與預(yù)測值結(jié)果擬合度較高，模型效果較好，證實了此工藝參數(shù)具有一定的實用價值。

2.5 產(chǎn)品指標(biāo)檢測

在此最佳工藝條件下，產(chǎn)品水分含量為（4.26±0.25）%、篩下物含量為（0.40±0.03）%、海帶總多糖含量（12.95±0.29）%、褐藻多酚含量（0.91±0.02）%、巖藻黃質(zhì)含量（0.093±0.015）%，菌落總數(shù)為（886.0±20.8）CFU、致病菌未檢出，符合相關(guān)國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本試驗將海帶與蘋果進行混合凍干，開發(fā)海帶蘋果凍干休閑食品。研究了海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比、低聚果糖添加量、復(fù)烘時間以及復(fù)烘溫度4個單因素對產(chǎn)品脆度值的影響，并通過Box-Behnken響應(yīng)面試驗法以最佳脆度值確定海帶蘋果凍干休閑食品的最優(yōu)配方。最優(yōu)配方為海帶漿∶蘋果漿質(zhì)量比2.1∶1、低聚果糖添加量0.23%、復(fù)烘溫度為58.6℃、復(fù)烘時間為5.2 h，按照此配方生產(chǎn)的海帶蘋果凍干休閑食品脆度值最小，酥脆性最好，并與預(yù)測值接近，模型準(zhǔn)確可靠，與試驗擬合良好，且產(chǎn)品營養(yǎng)豐富，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。