南极磷虾保鲜剂工艺参数的优化*

迟海，杨峰，2，杨宪时，李学英

1(中国水产科学研究院东海水产研究所，上海，200090)2(上海理工大学医疗器械与食品学院，上海，200093)

南极磷虾潜在资源量丰富，营养价值高［1－3］，随着世界人口增长和粮食缺乏问题的日益严峻，开发和利用南极磷虾成为满足人类缓解粮食危机的有效途径。然而南极磷虾腐败机理特殊，死后迅速自溶，内源蛋白酶被认为是影响南极磷虾品质变化的主要原因［4－5］。快速、低温、高效地将捕捞后的南极磷虾进行保鲜处理，将对南极磷虾贮藏、运输和加工利用起一定作用。因此，优化南极磷虾保鲜加工工艺参数对南极磷虾品质保持十分必要。本实验模拟南极磷虾船上捕捞后加工过程，在筛选和优化保鲜剂研究的基础上，结合工厂化生产条件，以保鲜剂浓度、浸泡时间和浸泡温度为考察因素，采用响应面法优化并确定南极磷虾加工工艺参数，并在特定贮藏温度(2℃)条件下对工艺参数条件进行验证，旨在对南极磷虾工厂化生产及南极磷虾加工利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 原料与保鲜剂

南极磷虾，由我国“南极海洋生物资源开发利用项目组”于2012年1月南极FAO 48.2区捕捞，船上－23℃冻结后－18℃冻藏于2012年4月运抵实验室，将样品贮藏在－80℃条件下备用。4-乙基间苯二酚(4-HR)、山梨糖醇、混合磷酸盐，购于上海联合食品添加剂有限公司。

1.2 实验试剂与仪器

Sanyo MIR153型高精度培养箱(日本三洋公司)，721型分光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)，TMS-Pro质构仪(美国Food Technology Corporation公司);S560便携式色差仪型(美国 Microptix Corporation公司);Olympus CX41显微镜(日本Olympus公司);202型手摇式切片机(上海医械专机厂)。

1.3 样品处理和试验设计

将南极磷虾按文献［6］方法进行解冻，取完整无黑头的南极磷虾浸泡在不同浓度的复合保鲜剂中(4-HR:山梨糖醇:混合磷酸盐质量比为0.1∶15∶7)，试验设计见表1，并按因素水平设计对南极磷虾进行浸泡。空白组选择相同预冷却温度的蒸馏水进行浸泡。

表1 Box-Behnken试验设计因素与水平取值Table 1 Factors and levels in Box-Behnken design

1.4 贮藏实验

将经保鲜剂浸泡处理后的南极磷虾取出进行感官评分。同时，将取出后的南极磷虾密封后置于(2±0.2)℃条件下进行贮藏，以感官拒绝时中止贮藏实验，记录贮藏时间。综合评分按公式(1)和(2)进行计算，从而优化及确定南极磷虾保鲜剂工艺参数。

1.5 测定方法

1.5.1 感官评分

选择8名经感官训练的感官测评人员根据文献［4］方法，采用当场打分的方式，以南极磷虾色泽、气味、弹性和体表为评价指标，评分规则见表2。满分为20分，10分以下为感官拒绝。

表2 南极磷虾感官评分标准Table 2 Criterion for evaluation on sensory characteristics of Antarctic krill

1.5.2 质构测定

运用TMS-Pro型质构仪，采用TPA模式对试样进行硬度、内聚力、弹性、咀嚼性等物性指标测定，参数设定:P/5柱形探头，测试速度为正向50 mm/min，反向30 mm/min，应变量为50%，负载单元为10 000 N，同时采用燕尾剪切探头对试样进行剪切试验。

1.5.3 色泽及颜色测定

运用色差仪对样品肌肉组织进行测定。同时运用便携式色差仪对南极磷虾肌肉RGB值进行测定，其中，R表示红，G表示绿，B表示蓝。

1.5.4 肌肉组织切片制备

随机选取无黑头、组织无损伤的南极磷虾，平均体长为5.0～6.5 cm。取出验证组和空白组南极磷虾肌肉并固定于Bouin氏液里，固定15 min，进行乙醇梯度洗脱，石蜡包埋，5 ～7 μm连续切片，HE染色，实验结果置于Olympus双目显微镜下(10×10)观察并拍照。

2 结果与分析

2.1 响应面实验结果及分析

根据 Box-Benhken 模型设计及原理［7－8］，以保鲜剂浓度、浸泡时间及浸泡温度为因素，进行实验设计，实验设计及结果如表3所示。利用Design Expert 8.0.6.0对实验结果进行回归分析及方差分析，拟合得到回归方程为:综合得分=26.128+0.131 25A+0.467 5B+0.446 25C－1.077 5AB－0.795AC－0.007 5BC －0.961 5A2－1.434B2－1.921 5C2。

表3 响应面实验设计及实验结果Table 3 Design matrix and experiment results of response surface method

表4 回归方程的方差分析结果Table 4 Results of analysis of variance on the established regression model

表4是回归方程的方差分析结果。如表4所示，回归模型的相关系数为R2=0.913 0，这说明回归方程因变量和自变量之间线性关系显著。在因素选择水平范围内，二次项B2和C2对工艺效果的影响显著，交互作用不显著。对南极磷虾复配保鲜剂工艺建立的回归模型效果显著(P＜0.05)，实验数据与模型不相符情况不显著(P＞0.05)，这表明方程对实验的拟合效果好，模型选择正确，实验方法可靠。

2.2 响应面分析及最佳工艺参数确定

图1～图3是通过模型方程所做的相应面和等高线。浸泡温度对南极磷虾复配保鲜剂工艺作用效果起显著作用，其次是浸泡时间，这与方差分析的结果一致。通过Design Expert 8.0.6分析得模型最佳工艺:A= －0.10，B=0.22，C=0.14，即保鲜剂浓度为21.80 g/L，浸泡温度为 6.1℃，浸泡时间 6.56 min。在此条件下进行3次验证实验，综合评分平均分为26.85，这与理论值基本相符。

图1 保鲜剂浓度与浸泡时间对综合得分影响的响应面及等高线Fig.1 Response surface and contour of effects of concentration of preservative and soaking period on comprehsive score

图2 浸泡温度与浸泡时间对综合得分影响的响应面及等高线Fig.2 Response surface and contour of effects of soaking temperature and period on comprehensive score

图3 保鲜剂浓度与浸泡温度对综合得分影响的响应面及等高线Fig.3 Response surface and contour of effects of concentration of preservative and soaking temperature on comprehensive score

2.3 最佳工艺条件验证

通常情况下，保鲜剂效果被认为是与浓度呈相关性的。然而高浓度保鲜剂对感官评分产生一定影响，特别是4-HR浓度对南极磷虾的颜色和气味的影响显著。同时，南极磷虾品质变化与腐败性质较其他海捕虾有区别。因此，采用贮藏时间和感官评分作为保鲜剂效果综合评定指标是有一定的意义的。

为了进一步考察回归模型的实用性和真实性。采用实验最佳工艺条件，即将南极磷虾在浓度为21.8 g/L保鲜剂条件下，以6.1℃条件下浸泡6.56 min，捞出沥干，以质构、色泽及肌肉组织切片为指标，对南极磷虾复配保鲜剂工艺条件进行验证。表5是最佳工艺条件下南极磷虾质构结果。如表5所示，验证组南极磷虾的硬度、弹性和剪切力均较空白组高。由于质构指标可以正确反映出食品品质［9］。通过对质构指标的测定，说明复配保鲜剂工艺条件对南极磷虾品质有一定的保证。

表5 最佳工艺条件下南极磷虾质构结果Table 5 Texture analysis results of Antarctic krill under optimal technology

根据格拉斯曼定律，人的视觉对的感知主要取决于红(R)、绿(G)、蓝(B)这3种颜色，通过对颜色的认知，并加以图像化、数字化的信息表现出来，这样可以直观地分析食品的色泽和品质［10］。表6是最佳工艺条件下南极磷虾的色泽结果。如表6所示，验证组与空白组RGB值相差不大，经计算机图像处理后发现验证组颜色较空白组鲜艳，呈粉红色，这可能与4-HR的添加有一定原因。但经感官评定小组感官评分后，验证组评分较空白组高。同时，经色差仪对南极磷虾L*、a*和b*测定发现，验证组指标均高于空白组，这说明验证组感官更容易被接受。

表6 最佳工艺条件下南极磷虾色泽结果Table 6 Results of Color of Antarctic krill under optimal technology

图4是南极磷虾肌肉组织切片显微镜观察结果。其中图4中的A和a图分别为空白组和验证组的南极磷虾横切图;图4中的B、C和b、c分别代表空白组和验证组的南极磷虾纵切图。如图4所示，空白组的横切图肌肉组织结构较验证组松散，肌肉纤维结构出现断裂，局部出现组织不完整情况，然而验证组南极磷虾横切图肌肉组织结构紧密，肌肉纤维清晰、紧密，结构完整;空白组纵切图肌肉组织较验证组差别不显著，但肌肉纹理仍较验证组模糊，局部组织结构不完整。这说明复配保鲜剂和工艺条件均对南极磷虾品质保持有一定作用。

图4 南极磷虾肌肉组织切片显微镜观察结果注:A，B，C组为空白组;a，b，c组为验证组;A和a为横切，其他为纵切Fig.4 Observation results of muscle slices of Antarctic krill under microscope Note:A，B and C represent control group，while a，b and c represent testing group，A and a represent trans-section，the rest represent vertical section

3 结论

采用响应面方法，模拟工厂化生产，对南极磷虾复配保鲜剂的工艺参数进行优化。通过实验优化，得出南极磷虾复配保鲜剂工艺参数条件为，保鲜剂浓度21.80 g/L，浸泡温度6.1℃，浸泡时间6.56 min。在此条件下，实际综合得分最高，实际测量结果与理论值接近，这说明回归模型选择正确，方法可靠。同时，通过质构、色差和组织切片对回归模型的真实性和实用性进行验证，结果显示验证组测定结果好于空白组，具有一定的研究和推广价值。

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