響應面法優化即食風味青螺加工工藝

陳昌威 李蘇 張夢雪 李志偉 陳洋 付靖雯 盤賽昆

摘要：以青螺為原料，運用超高壓技術進行即食青螺殺菌。通過研究即食青螺的配料和風味，以感官指標和微生物指標為考察對象，通過單因素試驗和響應面優化試驗獲取最優工藝參數。最終確定1 kg湯汁中含有料酒40.0 g、植物油15.0 g、鹽25.0 g、糖8.0 g、味精10.0 g、醬油5.0 g、香葉1.0 g、花椒1.0 g、辣椒5.0 g、八角1.0 g、桂皮5.0 g、香油1.0 g、蔥、姜、蒜各20.0 g，殺菌壓力400 MPa、保壓時間15 min為最佳工藝參數。并通過加速破壞試驗獲得即食風味青螺的保質期為134 d。該試驗為青螺食品深加工提供了理論依據。

關鍵詞：青螺；超高壓技術；感官指標；單因素試驗；響應面試驗；保質期

中圖分類號：TS254.4? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）05-0110-08

Abstract： With green snails as the raw materials， instant green snails are sterilized by high pressure technology. By studying the ingredients and flavor of instant green snails， taking sensory and microbial indexes as the research objects， the optimal process parameters are obtained through single factor test and response surface optimization test. Finally， it is determined that 1 kg soup contains 40.0 g cooking wine， 15.0 g vegetable oil， 25.0 g salt， 8.0 g sugar， 10.0 g monosodium glutamate， 5.0 g soy sauce， 1.0 g fragrant leaves， 1.0 g Zanthoxylum bungeanum Maxim.， 5.0 g chili， 1.0 g star anise， 5.0 g cinnamon， 1.0 g sesame oil， 20.0 g onion， 20.0 g ginger， 20.0 g garlic， and the sterilization pressure 400 MPa and pressure holding time 15 min are the optimal process parameters. Through accelerated destruction test， it is determined that the shelf life of instant green snails is 134 d. This test has provided a theoretical basis for the deep processing of green snail food.

Key words： green snail; high pressure technology; sensory index; single factor test; response surface test; shelf life

收稿日期：2022-11-06

基金項目：2020年江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目（SY202011641105013）

作者簡介：陳昌威（1998－），男，碩士研究生，研究方向：食品加工與安全。

*通信作者：盤賽昆（1974-），男，教授，碩士生導師，博士，研究方向：食品加工與功能食品。

超高壓技術（high pressure processing，HPP）是近幾十年來興起的冷殺菌技術，在生物和食品科學工程領域備受關注[1]。HPP，指使用一定壓力條件（100～1 000 MPa），在溫度較低的條件下，食品在液體介質（水、甘油等）中進行壓力處理，以達到殺菌[2]、滅酶[3]和改善食品功能特性[4]的目的。HPP加工技術屬冷殺菌技術[5-6]，為最先得到美國農業部食品安全與檢驗局（USDA-FSIS）認證的滅菌和保持食品品質并行的技術[7-8]，是食品工業中最有潛力和發展前途的重點開發技術之一[9-10]。采用HPP加工后的食品具有殺菌效果很好、口感良好、顏色鮮艷、延長食品的保質期等其他傳統熱加工方式所不可比擬的優點[11-12]。

HPP對蛋白質等生物大分子具有獨特的物理改性作用。它能影響蛋白質分子中的氫鍵、疏水相互作用、靜電相互作用等，從而改變蛋白質的空間結構和功能特性，進而導致蛋白質變性、聚集或凝膠化[13]。目前，相比于國外出現的HPP產品，我國在食品加工中的HPP還在試驗階段，相比而言，我國落后于國外一些國家[14]。HPP在應用中不僅保證了殺菌效果，而且降低了設備成本，HPP在食品加工領域具有廣泛的應用前景[15-16]。

青螺又叫塘螺或河螺，頂部有膠質構成的甲片，體外包有錐形的硬殼，上有螺紋[17]，是我國傳統的水產品之一[18]。青螺價廉物美、營養豐富，是高蛋白低脂肪的食品[19]。隨著我國研究的不斷深入，在螺類中發現了對人體生長和發育具有重要影響和作用的活性物質，故圍繞螺類的研究成為許多國家的熱門[20]。國內有關螺類深加工的研究很少有文獻報道，其中對于青螺深加工的研究仍屬于空白。

本試驗在傳統制作青螺的基礎與原則上對工藝設計和殺菌方面進行創新試驗。綜合國內外對淡水螺類食品的研究現狀，本試驗以超高壓技術輔助制備即食風味青螺食品。通過對傳統烹調方法的借鑒及加工工藝參數的優化，結合感官評價結果和研究超高壓壓力、超高壓時間對即食風味青螺的影響[21]，并在此基礎上，采用響應面優化即食風味青螺食品的最佳工藝參數，確定青螺罐頭最佳的生產工藝及配方[22]。

1 材料與方法

1.1 試驗原料和輔料

試驗原料為新鮮青螺；試驗輔料有料酒、植物油、鹽、香葉、醬油、辣椒、八角、蔥、姜、蒜等，所有原輔料均購于連云港大潤發超市。

1.2 儀器與設備

超高壓食品滅菌保鮮設備、全自動真空包裝機、電磁爐、電子秤、恒溫恒濕交變試驗箱、超凈工作臺等。

1.3 工藝流程

即食風味青螺工藝流程見圖1。

1.4 試驗設計及方法

1.4.1 即食風味青螺的基礎配方

在預試驗的基礎上以及參考相關資料，在基礎配方的基礎上對配方進行了調整，確定最終配方，然后對料酒、食鹽、醬油和辣椒4個主要影響風味的因素分別進行單因素試驗，制作出不同配方的湯汁，進行感官評價分析，即食風味青螺罐頭的基礎配方見表1。

1.4.2 單因素試驗

對料酒[23]、食鹽[24]、醬油[25]和辣椒[26]分別進行單因素試驗。通過改變它們的添加量設計單因素試驗，得出每種配料的最適添加量。

1.4.2.1 料酒添加量對工藝的影響

設置料酒添加量分別為25.0，30.0，35.0，40.0，45.0 g 5個因素水平，采用食鹽添加量25.0 g、醬油添加量5.0 g、辣椒添加量5.0 g進行單因素試驗。結合感官評分，確定最優的料酒添加量。

1.4.2.2 食鹽添加量對工藝的影響

設置食鹽添加量分別為15.0，20.0，25.0，30.0，35.0 g，采用料酒添加量40.0 g、醬油添加量5.0 g、辣椒添加量5.0 g進行單因素試驗。結合感官評分，確定最優的食鹽添加量。

1.4.2.3 醬油添加量對工藝的影響

設置醬油添加量分別為3.0，4.0，5.0，6.0，7.0 g，采用料酒添加量40.0 g、食鹽添加量25.0 g、辣椒添加量5.0 g進行單因素試驗。結合感官評分，確定最優的醬油添加量。

1.4.2.4 辣椒添加量對工藝的影響

設置辣椒添加量分別為3.0，4.0，5.0，6.0，7.0 g，采用料酒添加量40.0 g、醬油添加量5.0 g、食鹽添加量25.0 g進行單因素試驗。結合感官評分，確定最優的辣椒添加量。

1.4.3 響應面優化試驗設計

以料酒、食鹽、醬油和辣椒的添加量為考察變量，感官評分為響應值，應用Design-Expert 8.0.6.1軟件設計四因素三水平響應面分析試驗[27]，具體因素水平見表2。

1.4.4 驗證試驗

利用單因素試驗和響應面優化試驗確定的最佳因素制備即食風味青螺產品，并進行感官評定。

1.4.5 感官評價

感官評定是以個人的感覺作為出發點——通過我們的視覺、嗅覺、味覺、觸覺，用語言文字表達出來，對色澤、氣味和口感等食品本身特有的特征進行評價[28]。具體感官評價標準見表3[29]。

1.4.6 HPP殺菌參數

本試驗以HPP處理壓力和保壓時間對殺菌效果的影響為基礎，以感官評價和微生物指標為主要指標[30]， 對即食風味青螺產品進行菌落總數和大腸菌群的檢測。菌落總數參照GB 4789.2－2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》中規定的方法。大腸菌群參照GB 4789.3－2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》中規定的方法。

1.4.6.1 壓力大小對殺菌效果的影響

通常情況下，在較高的壓力下，HPP殺菌作用更好。然而，當壓力更大時，壓力對微生物的影響變得更小，生產和維修費用會成倍增長，同時也會降低設備的運行安全性。因此，正確地選擇壓力，可以大幅度地減少生產成本。選取300，400，500，600 MPa這4個壓力進行試驗，設置溫度為20 ℃，保壓時間為l5 min，對菌落總數和大腸菌群進行測定。

1.4.6.2 不同保壓時間對殺菌效果的影響

HPP的作用機理：隨著壓力的增大，處理時間縮短。因而控制保壓時間為5，10，15，20 min，壓力為1.4.6.1中獲得的最佳壓力值，溫度為室溫。對菌落總數、大腸菌群進行檢測。HPP處理的試驗條件見表4和表5。

1.4.6.3 即食風味青螺產品貨架期預測試驗

本試驗采用ASLT試驗法，設定保藏條件為溫度T1=30 ℃，溫度T2=T1+10 ℃=40 ℃。

1.4.6.4 保質期計算

根據菌落總數、大腸菌群的限量和感官評分確定天數，并按照下式推算出本產品的保質期：

Q10=θs（T1）/θs（T2）；

θs（T）=θs（T′）×Q10ΔTα。

式中：θs（T1）、θs（T2）表示在該溫度下進行ASLT試驗得到的保質期，d；θs（T）表示常溫條件下儲存產品的保質期，d；θs（T′）表示ASLT試驗條件下儲存產品的保質期，d；ΔTα表示ASLT試驗中較高溫度與常溫下的差值（T′－T），℃。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果和分析

2.1.1 料酒添加量對青螺感官評分的影響

不同料酒添加量對青螺感官評分的影響見圖2。

由圖2可知，即食青螺的感官評分隨著料酒添加量的增加先上升后下降，出現該現象的原因是料酒添加量過少時，提鮮和抑腥效果不明顯；而料酒添加過量時，其本身氣味過濃，掩蓋了青螺的香味。料酒添加量為40.0 g時感官評分最高，因此選為最優量。

2.1.2 食鹽添加量對青螺感官評分的影響

不同食鹽添加量對青螺感官評分的影響見圖3。

由圖3可知，即食青螺的感官評分隨著食鹽添加量的增加先上升后下降，出現該現象的原因是食鹽添加量過少時，青螺味道太淡，風味不好；而食鹽添加過量時又會太咸，口感不好。食鹽添加量為25.0 g時感官評分最高，因此選為最優量。

2.1.3 醬油添加量對青螺感官評分的影響

不同醬油添加量對青螺感官評分的影響見圖4。

由圖4可知，即食青螺的感官評分隨著醬油添加量的增加先上升后下降，出現該現象的原因是醬油添加量過少時，色澤和口感不夠好；而醬油添加過量時不但會咸，湯汁顏色還很難看。醬油添加量為5.0 g時感官評分最高，因此選為最優量。

2.1.4 辣椒添加量對青螺感官評分的影響

不同辣椒添加量對青螺感官評分的影響見圖5。

由圖5可知，即食青螺的感官評分隨著辣椒添加量的增加先上升后下降，出現該現象的原因是辣椒添加量過少時，產品的風味和口感不夠好，而且抑腥效果不明顯；而辣椒添加過量時產品太辣，口感極差，大眾難以接受。辣椒添加量為5.0 g時感官評分最高，因此選為最優量。

2.2 響應面結果和分析

2.2.1 響應面試驗設計方案及結果

在單因素試驗的基礎上，利用Design-Expert 8.0.6.1軟件，得到感官評分對料酒添加量（A）、食鹽添加量（B）、醬油添加量（C）、辣椒添加量（D）的二次回歸模型方程如下：

Y=+94.38－0.35A－0.93B+0.40C+0.51D－0.53AB+0.31AC+0.34AD－1.00BC+0.50BD+0.75CD－1.44A2－4.58B2－1.63C2－3.24D2。

采用Design-Expert 8.0.6.1軟件的Box-Behnken中心組合來設計試驗方案，結果見表6。

2.2.2 感官評價試驗方差分析

在單因素試驗的基礎上，利用Design-Expert 8.0.6.1軟件，得到感官評價試驗方差分析，見表7。

響應面方差分析得到回歸模型系數R2為0.992 6，感官評分的實際值與預測值擬合較好，RAdj2為0.985 1，表明98.51%的試驗數據變異性可用該回歸模型來解釋。模型的P值＜0.000 1，表明模型極顯著。失擬項的P值為0.862 9，表明失擬項不顯著，模型擬合度較好，能反映響應面變化并能描述本試驗的結果。

2.2.3 響應面模型圖分析

固定兩個因素，考察其他兩個因素的交互作用對即食風味青螺感官評分的影響。響應面及等高線圖可直觀反映各參數對響應值的影響，見圖6。

由圖6可知，AB、BD、BC、CD之間響應面曲面較陡，等高線圖呈橢圓形且數值較大時較密，表明AB、BD、BC、CD的交互作用對感官評分的影響較大。AC、AD之間響應面和等高線較平緩，交互作用不顯著，均與方差分析結果一致。

2.2.4 工藝條件的優化與驗證

利用Design-Expert 8.0.6.1軟件獲得了最佳添加量條件的因素組合：料酒添加量39.63 g、食鹽添加量24.45 g、醬油添加量5.17 g、辣椒添加量5.09 g，此時即食風味青螺的感官評分為94.497 7。為驗證響應面模型預測的準確性，以此條件做3組平行試驗，得到的感官評分為94.51，相對誤差為0.01%，說明模型可靠。響應面優化得到的工藝參數較準確、可靠，實用價值高，為發展即食風味青螺食品奠定了理論基礎。

2.3 HPP殺菌參數

2.3.1 不同壓力對殺菌效果的影響

在保壓時間15 min、室溫條件下，HPP對菌落總數和大腸菌群的影響見圖7。

由圖7可知，相同溫度和保壓時間下，增大壓力，菌落總數明顯降低，壓力達到400 MPa時，菌落總數從4.16 lg CFU/g降低到3.82 lg CFU/g，主要是因為高壓使細胞膜、細胞壁都發生變化，進而達到殺滅微生物的目的；當處理壓力達到600 MPa時，殺菌率較高。400 MPa處理后的即食風味青螺的大腸菌群無明顯改變。因此，綜合考慮加工處理成本和設備的安全性，選擇400 MPa作為產品殺菌壓力能夠符合要求。

2.3.2 不同保壓時間對殺菌效果的影響

在壓力400 MPa、室溫條件下，超高壓殺菌的保壓時間對菌落總數和大腸菌群的影響見圖8。

由圖8可知，在相同處理溫度和壓力條件下，延長保壓時間，菌落總數逐漸降低。400 MPa處理保壓時間達15 min時，菌落總數從3.84 lg CFU/g降低到3.61 lg CFU/g。大腸菌群在15 min后無明顯減少，綜合考慮加工處理成本，選擇保壓時間為15 min。

2.3.3 保質期

2.3.3.1 30 ℃保質期試驗結果

30 ℃保質期試驗測定結果見表8。

由表8可知，與即食風味青螺保質期相關的指標中，菌落總數、大腸菌群等指標均在技術要求范圍內時，感官指標同樣是唯一超過技術要求（≤70分）的指標。以貯藏時間（x）對感官評分（y）做回歸分析，所得回歸方程為y=－1.895x+99.821，決定系數R2=0.934 5（見圖9）。根據回歸方程，當y≥70時，計算保質期x1=18.70 d。即在30 ℃的條件下，即食風味青螺的保質期為18.70 d。

2.3.3.2 40 ℃保質期試驗結果

40 ℃保質期試驗測定結果見表9。

由表9可知，與即食風味青螺保質期相關的指標中，在菌落總數、大腸菌群等指標均在技術要求范圍內時，感官指標是影響保質期的關鍵因素。以貯藏時間（x）對感官評分（y）做回歸分析，所得回歸方程為y=－2.48x+101.23，決定系數R2=0.935 5（見圖10）。根據回歸方程，當y≥70時，計算保質期x2=12.60 d。即在40 ℃的條件下，即食風味青螺的保質期為12.60 d。

2.3.3.3 保質期計算

保質期公式如下：

Q10=θs（T1）/θs（T2）；

θs（T）=θs（T′）×Q10ΔTα。

式中：θs（T1）、θs（T2）表示在該溫度下進行ASLT試驗得到的保質期，d；θs（T）表示常溫條件下儲存產品的保質期，d；θs（T′）表示ASLT試驗條件下儲存產品的保質期，d；ΔTα表示ASLT試驗中較高溫度與常溫下的差值（T′－T），℃。

根據ASLT試驗公式，本試驗中T1為30 ℃，保質期θs（T1）為18.70 d；T2為40 ℃；θs（T2）為12.60 d；根據公式計算出Q10為1.484。根據公式將T設定為常溫25 ℃、T′為30 ℃，那么ΔTα=30 ℃－25 ℃=5 ℃，從而得到常溫下（25 ℃）的即食風味青螺保質期θs（T）=18.70×1.4845=134 d。

3 結論

本文通過單因素試驗和響應面試驗優化得出基于超高壓殺菌技術的即食風味青螺罐頭新的配方和殺菌工藝參數：1.0 kg湯汁中含有料酒40.0 g、植物油15.0 g、鹽25.0 g、糖8.0 g、味精10.0 g、醬油5.0 g、香葉1.0 g、花椒1.0 g、辣椒5.0 g、八角1.0 g、桂皮5.0 g、香油1.0 g、蔥、姜、蒜各20.0 g；在400 MPa、15 min條件下殺菌。經上述工藝生產出的產品感官質量良好，保質期較長。

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