基于響應面分析的沙蟹汁制備工藝優化及其風味研究

段志霞，宋潔，趙娜

(1.濟源職業技術學院，河南 濟源 459000；2.華東理工大學，上海 200237)

沙蟹汁風味獨特、味道鮮美，以沙蟹為原材料搗碎后進行自然發酵而成。微生物發酵法是一種常用的食品風味改善方法，利用微生物的分解功能，將食品中具有腥味的小分子進行分解轉化，形成無腥味的物質，在微生物分解發酵過程中，能夠產生獨特的香味，從而達到改善食品風味的目的。植物乳桿菌是一種發酵微生物，能夠積極促進肉類風味物質的形成，魯氏酵母菌是一種發酵食品增香型菌株，在食品發酵過程中能夠產生大量的糖類物質，提高食品的香氣[1-2]。本文以沙蟹為原材料，在傳統發酵工藝基礎上添加植物乳桿菌和魯氏酵母菌混合物，以感官評分為指標，采用單因素試驗與響應面分析法相結合的方式對沙蟹汁制備工藝進行優化，并對沙蟹汁的風味物質成分進行檢測，為沙蟹汁的工業化風味改良提供了理論依據。

1 沙蟹汁樣品制備與試驗分析方法

稱取洗凈的沙蟹1 kg，加入200 g生姜末和300 g食鹽，攪拌均勻后加入500 L殺菌后的純凈水，在8000 r/min轉速下均質3 min[3]。調整均質處理后的混合溶液的pH值，加入發酵罐中，并加入發酵劑進行發酵。發酵完成后在4500 r/min轉速下離心15 min，取上清液放置于-20 ℃條件下備用[4]。

沙蟹汁發酵工藝單因素試驗過程中，設定植物乳桿菌和魯氏酵母菌的混合比例為0∶3、1∶3、2∶3、1∶1、3∶2、3∶1、3∶0.5，發酵時間為11，13，15，17，19，21，25 d，發酵溫度為18，20，22，25，27，30，33 ℃，發酵劑接種量為1%、2%、3%、5%、7%、8%、9%，發酵過程初始pH值為6，6.5，7，7.5，8，8.5，9。

對沙蟹汁品質進行感官評價時，挑選10名感官評價人員分別從沙蟹汁的色澤、香氣、滋味以及組織形態4個角度，按照表1的感官評價標準進行評分，取10位評價人員的評分均值作為最終的評分值[5-7]。評價前將沙蟹汁樣品放置于50 ℃水浴鍋中進行恒溫加熱，并分別裝入不同的容器中，評價時隨機抽取樣品進行評價。

表1 沙蟹汁感官評價標準Table 1 The sensory evaluation standard for Ocypode juice

游離氨基酸含量測定時，取1 g沙蟹汁，加入濃度為50 g/L的磺基水楊酸溶液3 mL，混合后靜置1 h，在9000 r/min轉速下離心15 min，取上清液在0.22 μm濾膜上進行過濾，最后使用氨基酸分析儀進行測定[8]。

鮮甜味氨基酸含量測定時，取5 g沙蟹汁，加入25 mL殺菌后的純凈水，在10000 r/min轉速下均質10 min，均質后，在7000 r/min轉速下離心10 min，取上清液在0.22 μm濾膜上進行過濾，最后使用高效液相色譜儀進行測定[9]。

呈味核苷酸含量測定時，取5 g沙蟹汁，加入濃度為0.05 g/mL的高氯酸溶液30 mL，在10000 r/min轉速下均質10 min，均質后，在7000 r/min轉速下離心10 min，離心完成后取沉淀物，加入濃度為0.05 g/mL的高氯酸溶液10 mL，按照上述均質和離心處理條件再次進行提取[10]。取上述兩次過程的上清液，使用濃度為5 mol/L的KOH溶液將pH調節為6.75，并使用殺菌后的純凈水定容至50 mL，在0.22 μm濾膜上進行過濾，最后使用高效液相色譜儀進行測定。

2 單因素試驗結果分析

本文以沙蟹汁感官品質綜合評分為指標，分別對植物乳桿菌與魯氏酵母菌混合比例、發酵時間、發酵劑接種量、發酵溫度以及發酵環境初始pH值5個單因素進行試驗，試驗完成后進行感官品質綜合評價[11]。單因素試驗感官綜合評價結果見圖1。

圖1 沙蟹汁單因素試驗感官綜合評價結果Fig.1 The comprehensive sensory evaluation results of Ocypode juice by single factor test

由圖1中a可知，植物乳桿菌與魯氏酵母菌不同混合比例對沙蟹汁的感官評分產生較大的影響，混合比例為3∶2時，沙蟹汁的感官綜合評分最高，達到7分。經綜合分析，選擇植物乳桿菌與魯氏酵母菌混合比例為3∶2。由圖1中b可知，隨著發酵時間的延長，沙蟹汁的感官綜合評分逐漸升高，當發酵時間為17 d時，感官綜合評分最高，達到7.8分，發酵17 d后，沙蟹汁的感官綜合評分逐漸降低，主要原因是發酵后期產生次級菌種代謝產物，對沙蟹汁的風味產生劣化影響[12]，因此選擇沙蟹汁發酵最佳時間為17 d。由圖1中c可知，隨著發酵劑接種量的增加，沙蟹汁感官綜合評分先上升后下降，當接種量為5%時，感官綜合評分達到最大值7.5分，因此選擇發酵劑最佳接種量為5%。由圖1中d可知，當發酵溫度低于25 ℃時，沙蟹汁的感官綜合評分隨著溫度的上升而上升，當溫度高于25 ℃時，隨著發酵溫度的上升，沙蟹汁的感官綜合評分逐漸下降，因此選擇25 ℃為最佳發酵溫度[13]。由圖1中e可知，隨著發酵環境中pH值的增加，沙蟹汁的感官綜合評分先上升后下降，當pH值為7.5時，感官綜合評分最高，為7分，微生物在最佳環境pH值下代謝速率最高，當環境pH值高于或者低于該值時，菌種代謝速率均會降低，因此選擇沙蟹汁的最佳發酵環境pH值為7.5。

3 響應面優化沙蟹汁制備工藝

根據單因素試驗結果，固定發酵過程中植物乳桿菌與魯氏酵母菌混合比例為3∶2，發酵環境pH值為7.5，設定發酵溫度、發酵時間以及發酵過程菌種接種量3個因素為自變量，以感官綜合評分為響應值，采用響應面分析法對沙蟹汁最佳生產工藝條件進行優化[14]。響應面分析試驗因素水平設計方案見表2。

表2 響應面分析試驗因素水平設計方案Table 2 Design scheme of factors and levels of response surface analysis test

沙蟹汁響應面試驗結果見表3。利用Design Expert對試驗結果進行回歸擬合，并對試驗數據進行方差分析，當P<0.05時表示差異顯著，當P<0.01時表示差異極顯著，去除不顯著項得到沙蟹汁響應面分析回歸方程[15]：Y=7.28+0.24A+0.24B-0.2AC-0.83A2-0.77B2-0.27C2。

表3 沙蟹汁響應面分析試驗結果Table 3 The response surface analysis experimental results of Ocypode juice

為檢驗沙蟹汁響應面試驗回歸方程的有效性，對回歸方程進行方差分析[16]。沙蟹汁響應面試驗回歸方程方差分析結果見表4。

表4 沙蟹汁響應面試驗回歸方程方差分析結果Table 4 Analysis of variance of regression equation of response surface test for Ocypode juice

續 表

由表4可知，響應面回歸方程模型顯著，回歸方程模型失擬項不顯著，試驗值與預測值之間具有較好的相關性，模型擬合度高，能夠用于對沙蟹汁生產工藝進行優化，生產工藝參數發酵溫度和發酵時間對沙蟹汁的感官綜合評價貢獻率影響最大，發酵劑接種量對沙蟹汁的感官綜合評價貢獻率影響最小。

根據響應面分析試驗結果，確定沙蟹汁最佳發酵生產工藝條件為植物乳桿菌與魯氏酵母菌混合比例3∶2，發酵環境初始pH值7.5，發酵時間17 d，發酵環境溫度25 ℃，發酵劑接種量5%，經3次平行試驗，對所得沙蟹汁進行感官評價，感官評分分別為7.26，7.36，7.33分，與響應面試驗所得沙蟹汁綜合評價偏差為2%，由此說明該預測回歸模型能夠較好地對沙蟹汁發酵生產工藝參數進行優化。

4 沙蟹汁風味物質成分理化檢測分析

游離氨基酸是沙蟹汁的主要呈鮮物質，同時也是判斷沙蟹汁品質的重要指標。呈味核苷酸也是沙蟹汁的重要呈鮮物質，對沙蟹汁的口感和風味產生明顯影響。按照上述理化測定方法對沙蟹汁中游離氨基酸含量、鮮甜味氨基酸含量以及呈味核苷酸含量進行理化檢測。沙蟹汁游離氨基酸含量、鮮甜味氨基酸含量以及呈味核苷酸含量檢測結果見表5。

表5 沙蟹汁游離氨基酸含量、鮮甜味氨基酸以及呈味核苷酸含量檢測結果Table 5 Detection results of free amino acid content, umami and sweet amino acid content and flavor nucleotide content in Ocypode juice mg/100 g

由表5可知，游離氨基酸總量達到1548 mg/100 g，其中鮮味氨基酸含量為607.9 mg/100 g；鮮甜味氨基酸總量達到665.1 mg/100 g，其中乙酸含量為223.7 mg/100 g，乳酸含量為221.3 mg/100 g；呈味核苷酸總量達到219.4 mg/100 g，其中黃嘌呤含量為83.3 mg/100 g。

5 結論

本文基于響應面分析法對沙蟹汁生產工藝配方進行優化，添加植物乳桿菌與魯氏酵母菌，對所得生產工藝配方進行試驗驗證，驗證完成后以沙蟹汁感官品質綜合評價為目標。感官品質綜合評價結果表明，本文所研究方法為沙蟹汁的規模化生產和風味品質改良提供了理論基礎，促進了沙蟹汁的市場推廣。