響應面法優(yōu)化南美白對蝦即食蝦滑的加工工藝

喬 敏，步 營，王金廂*，李學鵬，儀淑敏，勵建榮

（渤海大學食品科學與工程學院，國家魚糜及魚糜制品加工技術(shù)研發(fā)分中心，遼寧 錦州 121013）

南美白對蝦（Litopenaeus vannamei）為對蝦科、濱對蝦屬動物，又稱太平洋白蝦、凡納濱對蝦，其生長速度快、適應性高，是我國大宗養(yǎng)殖水產(chǎn)品之一[1]。南美白對蝦也是我國海水養(yǎng)殖對蝦產(chǎn)量最高的品種之一，據(jù)《2022中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》[2]，2021年全國南美白對蝦海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量為127.36 萬t，占我國海水養(yǎng)殖對蝦總產(chǎn)量的81%。南美白對蝦是最重要的國際貿(mào)易漁業(yè)之一，其蛋白含量高、脂肪含量極低，并且富含人體必需的鈣、鐵、鋅、硒等礦質(zhì)元素[3]，因此備受人們喜愛。但目前南美白對蝦除鮮食外，產(chǎn)品加工主要集中在冷凍、干制等方面[4]，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，附加值低[5]，制約了對蝦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此亟待開發(fā)新型蝦類加工產(chǎn)品。

蝦滑是一種典型的蛋白凝膠制品[6]，與魚糜制品相似，其凝膠機理是濃縮的肌原纖維蛋白相互交聯(lián)形成具有一定黏彈特性的凝膠狀三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[7]，因其色澤明亮、入口鮮香、口感彈嫩[8]成為近年來火鍋店、中餐店及家庭消費的主打食材。傳統(tǒng)蝦滑主要是以新鮮蝦肉為原料，經(jīng)采肉、攪打、冷凍保鮮等工藝加工而成，最大限度保持了蝦肉的營養(yǎng)價值[9]。目前市場上流通的蝦滑類產(chǎn)品主要使用南美白對蝦、青蝦及魚糜等材料制作，除了傳統(tǒng)的芝士蝦滑、魚籽蝦滑外，還出現(xiàn)了咸蛋黃蝦滑、奧利奧蝦滑、黑虎蝦滑等品類[10]。但隨著蝦滑的熱銷，品類競爭逐漸白熱化，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，亟待進行產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)。

休閑水產(chǎn)零食是經(jīng)調(diào)味、高溫殺菌、可常溫貯藏的即食水產(chǎn)制品，因其易于攜帶、食用、貯存、營養(yǎng)價值高[11]，適合網(wǎng)絡銷售，且符合年輕人的審美和口味，是現(xiàn)代人喜愛的“網(wǎng)紅”類產(chǎn)品，已成為水產(chǎn)品深加工的重要發(fā)展方向。但截止目前，即食蝦滑產(chǎn)品的研發(fā)尚鮮見報道。鑒于此，本研究以南美白對蝦蝦仁為主要原料研發(fā)即食蝦滑產(chǎn)品，探究不同輔料（金線魚魚糜、木薯醋酸酯淀粉和大豆分離蛋白）添加量對即食蝦滑產(chǎn)品凝膠特性和感官品質(zhì)的影響，并利用響應面法優(yōu)化獲得最佳配方，研發(fā)一款即食、美味的蝦滑制品，以期為南美白對蝦的深加工與新型即食蝦類產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南美白對蝦青蝦仁 廣東泰聯(lián)海洋食品有限公司；金線魚魚糜 青島盛騰海產(chǎn)有限公司；雞蛋白粉 吉林 金翼蛋品有限公司；魔芋粉 石家莊市大燁食品科技有限公司；木薯醋酸酯淀粉、大豆分離蛋白、復合磷酸鹽 浙江一諾生物科技有限公司；玉米磷酸酯雙淀粉 沃佳生物科技有限公司；馬鈴薯淀粉、玉米淀粉、食鹽 市售； 蝦味劑 味菱食品科技有限公司。

1.2 儀器與設備

SY-5小型斬拌機 廣州市善友機械設備有限公司；ZG-TP203松竫高精度電子秤 深圳市光明新區(qū)公明綠園農(nóng)產(chǎn)品有限公司；FY-50A反壓高溫蒸煮鍋 濟南艾德諾儀器有限公司；DZ-400/2S真空包裝機 沈陽市新型包裝食品機械有限公司；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司；Chroma Meter CR 400色差儀 日本Konica-Minolta公司；SORVALL Stratos冷凍高速離心機 美國Themo公司；WK2102電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 即食蝦滑樣品的制備

蝦滑制作參考韓靜文[12]的方法，并略作修改。

工藝流程：冷凍南美白對蝦蝦仁＋金線魚魚糜→解凍→空斬→鹽斬→輔料斬→成型→蒸煮→冷卻→真空包裝→滅菌→成品

操作要點：稱取一定量的蝦仁、金線魚魚糜流水解凍，將解凍后的蝦仁和魚糜置于斬拌機中空斬3 min，添加食鹽1%斬拌3 min，依次加入淀粉、雞蛋白粉、魔芋粉和其余輔料，繼續(xù)斬拌10 min，在此過程中少量多次加入飲用水。將制得的蝦滑填充至直徑28 mm塑料腸衣中成型，腸衣兩端用繩子扎緊。放入沸水中煮制10 min，取出用冷水充分冷卻后進行真空包裝，滅菌方式參考陳星[13]的方法，121 ℃滅菌15 min，冷卻后即為成品。

1.3.2 單因素試驗設計

按照蝦滑制備的工藝流程進行即食蝦滑的制作，在預實驗的基礎上確定蝦滑的基本配方為：每100 g蝦仁，蝦肉塊與蝦糜質(zhì)量比3∶2，添加食鹽1%、雞蛋白粉0.3%、魔芋粉3%、金線魚魚糜10%、淀粉4%、大豆分離蛋白0.5%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶0.3%、蝦味劑0.4%、復合磷酸鹽0.3%、飲用水8%。在基本配方的基礎上進行單因素試驗，考察淀粉種類（馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、木薯醋酸酯淀粉、玉米磷酸酯雙淀粉）和添加量（0%、1%、2%、3%、4%）、金線魚魚糜添加量（0%、5%、10%、15%、20%）、大豆分離蛋白添加量（0%、0.5%、1%、1.5%、2%）對蝦滑品質(zhì)的影響，確定添加量范圍。

1.3.3 響應面試驗設計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，通過Design-Expert響應面軟件，選擇金線魚魚糜添加量（A）、木薯醋酸酯淀粉添加量（B）、大豆分離蛋白添加量（C），以蝦滑感官評分和凝膠強度為響應值進行3因素3水平的響應面試驗設計，因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Coded values and corresponding actual values of independent variables used in response surface analysis

1.3.4 凝膠強度的測定

參考Zhang Lili等[14]的方法并略作修改。將即食蝦滑剝?nèi)ツc衣，切成25 mm高的圓柱體，用物性測試儀對樣品進行穿刺實驗。測定參數(shù)：探頭類型P5/s，測前速率1 mm/s，測試速率1.1 mm/s，測后速率10 mm/s，壓縮比50%。穿刺曲線上第1個峰為破斷力，對應的距離為凹陷深度，凝膠強度按式（1）計算。

1.3.5 質(zhì)構(gòu)特性的測定

參考Zhang Huimin等[15]的方法并略作修改。將樣品切成25 mm高的圓柱體，利用物性測試儀在TPA模式下測定樣品的硬度、彈性、咀嚼度。測試參數(shù)如下：探頭類型P/50，測前速率1 mm/s，測試速率1 mm/s，測后速率1 mm/s，壓縮比30%。

1.3.6 持水性的測定

參考Chen Yanting等[16]的方法并略作修改。將樣品切成約5 mm厚的薄片，精確稱質(zhì)量（m1）后置于雙層濾紙中間，放入50 mL離心管底部，5 000 r/min、4 ℃離心15 min，離心結(jié)束后用濾紙吸干表面水分，再次稱質(zhì)量（m2），持水性按式（2）計算。

1.3.7 白度值（W）的測定

參考Yi Shumin等[17]的方法。利用色差儀對樣品進行測定。將樣品切成5 mm厚的薄片，測定其亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*），W按式（3） 計算。

式中：a*為正值表示偏紅，為負值表示偏綠，b*為正值表示偏黃，為負值表示偏藍。

1.3.8 感官評價

由10 名接受過感官評價培訓的食品專業(yè)人員（5男 5女）作為評判員，組成評定小組，參考黃薇等[18]的方法，稍作修改。根據(jù)喜好程度對蝦滑樣品的色澤、風味、滋味、彈性和組織狀態(tài)進行評定。評分標準見表2，樣品各項品質(zhì)指標得分為所有評判員評定結(jié)果的平均值。

表2 即食蝦滑的感官評分標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of instant shrimp paste

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22軟件進行單因素方差分析和Duncan’s多重比較，使用Origin 2018軟件繪圖，使用Design-Expert 8.1統(tǒng)計軟件設計響應面試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 淀粉種類對即食蝦滑品質(zhì)的影響

淀粉是魚糜制品中應用最廣泛的添加劑，具有賦形、保水和增強硬度的作用，還能降低生產(chǎn)成本[19]，延長產(chǎn)品貨架期[20]。由表3可知，與對照組相比，添加不同種類淀粉均顯著提高蝦滑的凝膠強度及感官評分 （P＜0.05）。其中，木薯醋酸酯淀粉組的感官評分最高，其次是玉米磷酸酯雙淀粉和馬鈴薯淀粉組。凝膠特性是評價蝦糜類制品品質(zhì)的重要指標[21]，添加不同淀粉對即食蝦滑凝膠強度影響程度不同。相同添加量的木薯醋酸酯淀粉蝦滑凝膠強度明顯高于添加其他幾種淀粉。添加淀粉在一定程度上降低了蝦滑樣品的W，這可能是由于淀粉凝膠形成了凝膠體系，阻礙了水分填充到蝦滑的凝膠體系蛋白中，使得淀粉顆粒不能完全吸水，影響了蝦滑的L*，從而使W降低[22]。與2 種變性淀粉相比，添加馬鈴薯淀粉、木薯淀粉和玉米淀粉更容易保持蝦滑的色澤。與添加普通淀粉相比，添加變性淀粉可以顯著提高蝦滑的持水性（P＜0.05），其原因可能是變性淀粉經(jīng)過分子間的交聯(lián)作用提高了蝦滑的保水能力[23]。 質(zhì)構(gòu)特性能直觀體現(xiàn)出蝦滑的感官品質(zhì)[24]，與對照組相比，淀粉種類對即食蝦滑的質(zhì)構(gòu)特性具有顯著影響 （P＜0.05）。添加木薯醋酸酯淀粉對即食蝦滑硬度的影響最大，較空白組增加225.65%；添加淀粉后即食蝦滑的彈性和咀嚼度顯著提高（P＜0.05），其中木薯醋酸酯淀粉組的咀嚼性最好。高雪琴等[25]對比研究不同類型木薯變性淀粉對豬肉餅品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)添加醋酸酯淀粉對產(chǎn)品的組織狀態(tài)、咀嚼性、風味和色澤等均有一定的提高和改善作用。暢陽[26]研究發(fā)現(xiàn)，用醋酸酯淀粉生產(chǎn)的雞肉腸產(chǎn)品品質(zhì)特性最好。綜上分析，選擇木薯醋酸酯淀粉用于后續(xù)實驗。

表3 淀粉種類對即食蝦滑品質(zhì)的影響Table 3 Effect of starch types on the quality of instant shrimp paste

2.1.2 木薯醋酸酯淀粉添加量對即食蝦滑品質(zhì)的影響

醋酸酯淀粉是變性淀粉中酯化淀粉的一種，已被廣泛應用在食品、造紙、紡織和醫(yī)藥等多個領域[27]，其是由淀粉葡萄糖單元結(jié)構(gòu)上的醇羥基被有機酸或無機酸取代而制備的，具有糊化溫度低、黏度高等特性[28]；改性之后，淀粉抗高溫的穩(wěn)定性增強，在提高高溫處理魚糜凝膠強度上占有很大優(yōu)勢[29]，因此可以作為輔料添加到蝦糜類制品中來提高產(chǎn)品品質(zhì)。

由表4可知：即食蝦滑感官評分隨著木薯醋酸酯淀粉添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，添加量3%時達到最高，為89.10 分；而凝膠強度隨木薯醋酸酯淀粉添加量的增加一直呈上升趨勢，可能是因為淀粉吸水膨脹對凝膠強度的增強作用強于蝦糜蛋白比例減少對凝膠的弱化作用[30]，但木薯醋酸酯淀粉過量會導致蝦滑的質(zhì)地變硬、口感下降，感官評分下降。與對照組相比，添加木薯醋酸酯淀粉后，蝦滑的W顯著升高，但是各實驗組之間差異不大；同時，隨著木薯醋酸酯淀粉添加量的增加，蝦滑的持水性顯著提高（P＜0.05）。Yang Zhen等[31]研究發(fā)現(xiàn)，添加變性淀粉后，草魚魚糜凝膠的持水性增加，與本研究結(jié)果一致。木薯醋酸酯淀粉添加量對蝦滑的硬度、咀嚼度均有顯著影響（P＜0.05），但對樣品的彈性影響不大，這與張法玲[32]結(jié)果相似。

表4 木薯醋酸酯淀粉添加量對即食蝦滑品質(zhì)的影響Table 4 Effect of cassava starch acetate on the quality of instant shrimp paste

2.1.3 金線魚魚糜添加量對即食蝦滑品質(zhì)的影響

金線魚生長快、產(chǎn)量高、分布廣、肉質(zhì)細嫩、營養(yǎng)價值高，是魚糜制品加工的主要海水魚原料之一[33]，所以本研究添加一定量金線魚魚糜以提高蝦滑產(chǎn)品的凝膠品質(zhì)并降低產(chǎn)品成本。由表5可知，隨著魚糜添加量的增加，蝦滑的凝膠強度呈顯著升高趨勢，這可能是因為魚糜中所含的鈣離子、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶等促進了蛋白質(zhì)的交聯(lián)[34]，增加了蝦滑的凝膠強度。雖然凝膠強度顯著升高，但是魚糜添加量過多會掩蓋鮮蝦味，增加腥味，降低消費者的喜愛度。因此，蝦滑產(chǎn)品以感官評分作為評價標準。而感官評分則在魚糜添加量為10%時達到最高，為90.10 分。隨著魚糜添加量的增加，蝦滑的W逐漸增加，持水性呈先增高后降低再增高的趨勢，添加量20%達到最大值，為89.82%。袁莉莉等[35]發(fā)現(xiàn)，將加工后的魚糜添加到蝦糜中可以制得質(zhì)構(gòu)特性較好的混合肉糜。隨著魚糜添加量的增加，蝦滑的硬度、彈性和咀嚼度都呈上升趨勢，說明添加金線魚魚糜可以提高蝦滑的凝膠品質(zhì)。

表5 金線魚魚糜添加量對即食蝦滑品質(zhì)的影響Table 5 Effect of Nemipterus virgatus surimi on the quality of instant shrimp paste

2.1.4 大豆分離蛋白添加量對即食蝦滑品質(zhì)的影響

添加大豆分離蛋白可以增強肌原纖維蛋白的保水性和凝膠強度，其凝膠所形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有助于鎖住食品中的水分、風味物質(zhì)和脂肪等其他成分[36]，是魚糜制品中常用的外源植物蛋白[37]。由表6可知，隨著大豆分離蛋白添加量的增加，蝦滑的感官評分呈先升高后降低的趨勢，并在添加量為1.5%時達到最高，為90.00 分。蝦滑的凝膠強度隨大豆分離蛋白添加量的增加顯著提高 （P＜0.05），這可能是因為大豆分離蛋白中含有內(nèi)源蛋白酶抑制因子，降低了魚糜凝膠劣化的影響；也可通過自身的凝膠作用與魚肉蛋白發(fā)生交聯(lián)，充當凝膠網(wǎng)絡中的黏合劑或填充劑，從而使魚糜的凝膠性能得到提高[38]。與對照組相比，隨著大豆分離蛋白添加量的增加，蝦滑持水性上升，W有所下降，可能是因為大豆分離蛋白為淡黃色，影響了產(chǎn)品的色澤。隨著大豆分離蛋白添加量的增加，蝦滑的硬度和咀嚼度顯著提高（P＜0.05），對彈性無明顯影響。Gao Xueqin等[39]研究發(fā)現(xiàn)，添加大豆分離蛋白能夠顯著增加豬肉肉糜的硬度、彈性及咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性；周陽等[40]發(fā)現(xiàn)，添加大豆分離蛋白可以顯著增強魚丸凝膠強度，改善魚丸品質(zhì)，但是加入量過多會使凝膠強度過大，導致肉丸口感發(fā)硬，澀味更重[41]。所以，適量添加大豆分離蛋白有助于改善蝦滑的口感。

表6 大豆分離蛋白添加量對即食蝦滑品質(zhì)的影響Table 6 Effect of SPI on the quality of instant shrimp paste

2.2 響應面試驗結(jié)果

2.2.1 響應面試驗結(jié)果分析

利用Design Expert 8軟件對選取的3 個因素進行響應面分析，以凝膠強度和感官評分為響應值，響應面試驗結(jié)果如表7所示。

表7 響應面試驗設計與結(jié)果Table 7 Experimental design for response surface analysis with response variables

對試驗數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合，得到感官評分（Y）和凝膠強度（Y’）對金線魚魚糜添加量（A）、木薯醋酸酯淀粉添加量（B）、大豆分離蛋白添加量（C）的回歸模型方程：Y=91.80＋1.88A＋0.75B＋0.88C-0.25AB＋1.00AC-0.25BC-2.90A2-2.15B2-2.40C2；Y’=1 265.83＋122.50A＋37.44B＋ 42.65C＋30.03AB-10.52AC＋40.29BC-72.62A2-43.99B2-90.90C2。

由表8可知：二次回歸模型的F=25.25，P=0.000 2＜ 0.01，表明該模型達到極顯著水平；失擬項P=0.650 7＞0.05，說明失擬項差異不顯著，能充分反映實際情況，回歸模型適合；試驗模型的決定系數(shù)R2=0.97，校正系數(shù)RAdj2=0.93，均處于較高水平，說明模型可靠，試驗誤差較小。對模型進行方差分析可知，一次項中A、B、C對感官評分影響顯著，交互項AC影響顯著，AB、BC影響不顯著，二次項中A2、B2和C2影響極顯著，3 個因素對感官評分影響的順序為金線魚魚糜添加量（A）＞大豆分離蛋白添加量（C）＞木薯醋酸酯淀粉添加量（B）。

表8 感官評分回歸模型方差分析Table 8 Analysis of variance (ANOVA) of regression model for sensory score

由表9可知：凝膠強度二次回歸模型的F=56.95，P＜0.000 2，表明該模型達到極顯著水平；失擬項P=0.647 9＞0.05，說明失擬項差異不顯著，能充分反映實際情況，回歸模型適合；試驗模型的決定系數(shù)R2=0.99，校正系數(shù)均處于較高水平，說明模型可靠，試驗誤差較小。對模型進行方差分析可知，一次項中A、B、C對凝膠強度影響均極顯著，交互項AB影響顯著，BC影響極顯著，二次項中A2、B2和C2影響極顯著，3 個因素對感官評分影響的順序為金線魚魚糜添加量（A）＞大豆分離蛋白添加量（C）＞木薯醋酸酯淀粉添加量（B），與感官評分結(jié)果相同。

表9 凝膠強度回歸模型方差分析Table 9 ANOVA of regression model for gel strength

2.2.2 響應面交互作用分析

響應面圖是響應面對各因素所構(gòu)成的一個三維空間曲面圖，反映各因素之間的相互關(guān)系及相互作用程度。通常來說，響應面坡度越陡峭，等高線為橢圓形，說明2 個因素之間交互作用越顯著，改變試驗條件對響應值的影響越顯著，該因素對即食蝦滑品質(zhì)的影響越大；反之則表明影響較弱[42]。

由圖1可知：在設定的自變量范圍內(nèi)存在響應曲面最高點，說明所選自變量范圍符合要求；即食蝦滑感官評分隨著金線魚魚糜、木薯醋酸酯淀粉、大豆分離蛋白添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；AC交互作用的曲面最陡峭，說明金線魚魚糜添加量隨著大豆分離蛋白添加量的變化最為顯著，也說明金線魚魚糜添加量對即食蝦滑的感官品質(zhì)影響最大，這與感官評分回歸方程方差分析結(jié)果一致。

圖1 3因素交互影響即食蝦滑感官評分的響應面圖Fig. 1 Response surface plots showing individual and interactive effects of Nemipterus virgatus surimi, starch and SPI on the sensory score of instant shrimp paste

由圖2可知：即食蝦滑凝膠強度隨著金線魚魚糜、木薯醋酸酯淀粉、大豆分離蛋白添加量的增加呈上升趨勢；AB、AC相互作用的等高線圖呈明顯的橢圓形，說明金線魚魚糜和木薯醋酸酯淀粉添加量的交互作用對即食蝦滑凝膠強度影響顯著。

圖2 3因素交互影響即食蝦滑凝膠強度的響應面圖Fig. 2 Response surface plots showing individual and interactive effects of Nemipterus virgatus surimi, starch and SPI on the gel strength of instant shrimp paste

2.2.3 最佳工藝條件的確定及驗證實驗

以感官評分和凝膠強度為指標，結(jié)合二次回歸模型的數(shù)學分析結(jié)果，獲得制作蝦滑的最佳工藝參數(shù)為：金線魚魚糜添加量12.68%、木薯醋酸酯淀粉添加量3.30%、大豆分離蛋白添加量1.14%；在此條件下獲得蝦滑理論感官評分為92.15 分，凝膠強度為1 329.56 g·mm。依據(jù)上述最佳條件進行3 次平行實驗驗證，其實際感官評分為（90.50±1.58）分，與預測值誤差為1.79%，凝膠強度為（1 339.87±39.29）g·mm，與預測值誤差為0.78%，差異不顯著，證明響應面法優(yōu)化即食蝦滑加工工藝可行。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗確定了金線魚魚糜、木薯醋酸酯淀粉和大豆分離蛋白的添加量范圍，進一步采用響應面法優(yōu)化得到即食蝦滑的最優(yōu)制備工藝配方為：100 g蝦仁，蝦肉塊、蝦糜質(zhì)量比3∶2，添加食鹽1%、雞蛋白粉0.3%、魔芋粉3%、金線魚魚糜12.68%、木薯醋酸酯淀粉3.30%、大豆分離蛋白1.14%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶0.3%、蝦味劑0.4%、復合磷酸鹽0.3%、飲用水8%。此條件下所制蝦滑感官評分為90.50 分，凝膠強度為1 339.87 g·mm，產(chǎn)品口感爽滑、富有彈性、色澤均勻、切面致密均一。本研究為即食類蝦糜制品的產(chǎn)品開發(fā)提供了新思路。