响应面法优化罗非鱼复合下脚料鱼糜凝胶品质的研究

王文勇，张英慧*， 黄豪德，赖长生

(1.佛山科学技术学院 食品科学与工程学院，广东 佛山 528231;2.佛山市禅城区粮油检测中心，广东 佛山 528231)

响应面法优化罗非鱼复合下脚料鱼糜凝胶品质的研究

王文勇1，张英慧1*， 黄豪德1，赖长生2

(1.佛山科学技术学院 食品科学与工程学院，广东 佛山 528231;2.佛山市禅城区粮油检测中心，广东 佛山 528231)

采用响应面法对罗非鱼下脚料复合鱼糜进行凝胶品质优化。以凝胶强度为主要评价指标，先进行单因素筛选出对复合下脚料鱼糜凝胶影响因素大的原料，然后进行响应面分析。响应面分析结果：复合鱼糜用量180 g、TG酶0.78 g、乙酰化二淀粉磷酸酯20 g、冰水40 g、卡拉胶0.4 g时，该鱼糜的凝胶强度预测值达到674.74 g/cm，实际凝胶强度达到661.53 g/cm，模型预测精度为98%。

罗非鱼；复合下脚料鱼糜；响应面优化；凝胶品质

罗非鱼(Oreochromisniloticus)是原产非洲的暖水鱼类，养殖产业产量日益增长，但与这种高速增长相对的是罗非鱼深加工行业的滞后性，罗非鱼产品单一，主要产品是罗非鱼片，但鱼片仅占整鱼的32%左右，在鱼片的加工过程中，罗非鱼还会产生大量的下脚料，其中鱼鳞占4%，深去皮鱼皮占6.67%，罗非鱼片修整碎肉占4%，罗非鱼下巴占8.53%，骨架占11.13%，内脏占9.2%。

这些下脚料富含鱼肉蛋白质、不饱和脂肪酸、有机钙等营养成分，处理不当不仅浪费资源，还会造成环境污染，现如今罗非鱼加工企业大多把下脚料不加区分地用于加工饲料等低价值产品，对下脚料资源浪费比较严重，对蛋白质资源不能充分利用，对于企业而言还不能丰富罗非鱼产品品相，高新生物技术应用不足，罗非鱼深加工的附加值较低[1]。

响应曲面法是利用多元二次回归方程解决多变量问题的统计方法[2,3]，目前应用响应曲面法最多的是资源活性物质的提取分离[4-6]，现有文献中针对复合下脚料鱼糜及通过响应面优化凝胶性质的文章尚未有报道。本文先将罗非鱼下脚料进行鱼糜制备，针对碎肉鱼糜与骨架鱼糜各自凝胶特性，将性质较差的骨架鱼糜与性质较好的碎肉鱼糜通过一定比例进行复合，并通过响应面法优化复合下脚料鱼糜的凝胶品质，为罗非鱼的下脚料利用提供思路及参考。

1 材料与方法

1.1 材料

罗非鱼(市售)、玉米淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、醋酸酯淀粉(兰德淀粉科技)、卡拉胶、魔芋胶、黄原胶、刺槐豆胶、海藻酸钠、可得然胶、结冷胶、罗望子胶(北连生物科技)、大豆分离蛋白、转谷氨酰胺酶(东圣食品)。

1.2 主要仪器设备

BL-3200H电子天平 日本岛津仪器设备公司；CT3-10000 Brookfield质构仪 美国Brookfield公司；HH-8水浴锅 常州澳华仪器有限公司；电磁炉 美的集团股份有限公司；WSB-2C荧光白度仪 宜兴伟鑫仪器有限公司；食物调理机 德国博朗(Braun)公司；多功能食物调理机；采肉机、精滤机、离心机。

1.3 试验方法

1.3.1 加工工艺

碎肉/骨架→收集清洗→采肉→漂洗→脱水→配料→擂溃→成型→定型→水煮。

1.3.2 操作要点

清洗：收集碎肉及骨架下脚料，分别于5 ℃左右清水中清洗干净，洗后原料温度控制在10 ℃以下，沥干水备用；

采肉：将处理后的碎肉及骨架分别在采肉机上采肉2次，将2遍所得鱼糜合并，进入精滤机精滤1次，去除骨刺及杂质，分别可得到采肉精滤完成的碎肉鱼糜及骨架鱼糜；

漂洗[7]：2种鱼糜分别漂洗，漂洗水温控制在10 ℃以下，漂洗时间2～3 min，鱼糜∶水约为1∶4，漂洗2～3次；

脱水：用离心机将2种鱼糜进行离心脱水，脱水至水含量为80%～82%；

擂溃：按最佳配方将鱼糜与其他配料混合擂溃至鱼糜充分成浆出胶，并保证碎冰全部打化；

成型水煮：按最佳的温度时间进行定型水煮后捞出沥干。

1.3.3 产品质构特性的测定

将鱼糕切分为边长2 cm的立方体，放凉至室温，采用CT3-10000 Brookfield质构仪测定样品的硬度及形变量，进而测得：凝胶强度(g/cm)=硬度(g)/形变量(cm)。

测试条件：探头型号TA50，夹具TA-RT-KIT；测试参数：触发点负荷5 g，测试速度1.00 mm/s。

1.3.4 产品白度值的测定

将鱼糜凝胶样品在40 ℃静置24 h后，切成0.5 cm的薄片，采用WSB-2C可读数自动荧光白度仪进行白度测定，测定数值越高，白度值越好。

1.3.5 产品持水性的测定

采用重物挤压滤纸吸收法，将鱼糕切成厚度为5 mm的薄片夹在2层滤纸中间，然后对该鱼糕薄片施加5 kg重量并维持2 min，称量鱼糕薄片挤压前后的质量变化作为持水性的参照数值，挤压出的水分越多，说明持水性能越差[8]。

持水力(%)=(挤压后鱼糕薄片质量/挤压前鱼糕薄片质量)×100。

1.3.6 产品的感官评分项目及标准

将鱼糜凝胶切成1 cm厚样品，由10位专业从事食品研发的人员进行盲测，对产品的色泽、滋味气味、组织状态、弹性进行加权法计算总分，色泽的加权系数为0.2，滋味气味的加权系数为0.2，组织状态的加权系数为0.2，弹性的加权系数为0.4，总分计算公式为：总评分=∑XiYi(i=1，2，3......n；X为评定指标，Y为权重)。

2 研究内容、试验结果与分析

2.1 主要原辅料添加对鱼糕凝胶特性的影响

以下试验研究均以基本配方为基准做相应变化，基本配方：复合鱼糜(经预试验确定碎肉鱼糜∶骨架鱼糜为7∶3)180 g、冰50 g、木薯原淀粉15 g、盐9 g、水溶性白胡椒粉0.6 g、味精1 g、I+G 0.1 g。

2.1.1 淀粉种类及添加量对产品品质的影响

按确定的复合鱼糜重量为180 g的基础上，其他因素不变，添加各15 g的玉米淀粉、木薯淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯、乙酰化双淀粉己二酸酯、醋酸酯淀粉测定其对复合鱼糜凝胶强度和白度值的影响，筛选出对此复合鱼糜最优的淀粉种类，结果见图1。

图1 淀粉种类对产品品质的影响Fig.1 Effect of starch types on product quality

由图1可知，不同种类的淀粉和变性淀粉均可不同程度地提高复合鱼糜的凝胶强度，提高凝胶强度最明显的是乙酰化二淀粉磷酸酯，白度均有不同程度的提高。这说明变性淀粉对复合鱼糜凝胶强度的改善效果优于普通淀粉，这与刘海梅等[9]的研究结果相一致，而变性淀粉对复合鱼糜凝胶效果提升幅度优于普通淀粉的可能原因是变性淀粉因变性方式的不同，导致其固有性质的不同，淀粉因变性导致其粘度、膨胀势和支链基团的改变，而膨胀势和支链淀粉的含量越高对于凝胶性能的改善效果就越好[10-12]。

在确定所选淀粉种类为乙酰化二淀粉磷酸酯的基础上，其他因素不变，做淀粉添加量对凝胶品质的影响，按确定的复合鱼糜重量为180 g的基础上，添加0,5,10,15,20,25,30,35,40 g的梯度试验，测定其凝胶强度、白度值和感官评分，结果见图2。

图2 乙酰化二淀粉磷酸酯添加量对产品品质的影响Fig.2 Effect of acetylated distarch phosphate additive amount on product quality

由图2可知,随着乙酰化二淀粉磷酸酯添加量的提高，凝胶强度呈上升趋势，感官评分是先上升后下降，而白度值亦是先上升后下降，但白度值的变化程度较小。随着添加量提升，凝胶强度随着增强，可能是因为在加热过程中，较多添加量的产品具有较多的淀粉分子吸水溶胀，形成相对更完善的淀粉凝胶体系，使得鱼糜制品中存在较为完整的盐溶性蛋白-淀粉分子-水的混合凝胶体系，因而提高了产品的凝胶强度[13]。白度值先增高后降低可能是因为在较低添加量时色泽较白的淀粉提高了白度值相对较低的复合鱼糜的白度，随着添加量的提高，较多的淀粉分子不能充分吸水膨胀，因此白度值会有小幅度回落。合适的淀粉添加量会赋予产品更好的口感，所以适量的淀粉添加可提升产品感官评分，而随着淀粉添加量的增多，产品本身会具有较重的粉感，因而会降低感官评分。综上所述，在复合鱼糜为180 g的基础上，添加15 g的乙酰化二淀粉磷酸酯较为合适。

2.1.2 亲水性胶体种类及添加量对产品品质的影响

按确定的复合鱼糜重量为180 g的基础上，其他因素不变，分别添加0.2 g卡拉胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、刺槐豆胶、黄原胶、可得然胶、罗望子胶、魔芋胶、结冷胶测定其对复合鱼糜凝胶强度和白度值的影响，筛选出对此复合鱼糜最优的胶体种类，结果见图3。

图3 亲水胶体种类对产品品质的影响Fig.3 Effect of hydrophilic colloid types on product quality

由图3可知，卡拉胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠、刺槐豆胶、黄原胶、可得然胶、罗望子胶、魔芋胶、结冷胶均能不同程度提高复合鱼糜的凝胶强度，其中以卡拉胶的增强效果最佳，其他胶体相较于卡拉胶，对复合鱼糜凝胶强度增强的效果较弱，这可能与卡拉胶本身成胶性能比较好有关。不同的胶体对于复合鱼糜的白度增强有一定效果，胶体之间差别不大，这可能与胶体本身为白色晶体有关。

在确定所选亲水胶体种类为卡拉胶的基础上，其他因素不变，做卡拉胶添加量对凝胶品质的影响，按确定的复合鱼糜重量为180 g的基础上，添加0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 g的梯度试验，测定其凝胶强度、持水性和白度值，结果见图4。

图4 卡拉胶添加量对产品品质的影响Fig.4 Effect of carrageenan additive amount on product quality

由图4可知，随着卡拉胶添加量的增加，凝胶强度、白度值及持水性均呈上升趋势，白度值的变化程度较小。卡拉胶本身具有较好的凝胶能力，当添加量增加时，其凝胶形成就更为充分，因此凝胶强度随着卡拉胶添加量的增加而提高。卡拉胶凝胶网络形成越充分、紧密，其持水能力亦随着提高。在图4中，3项指标在卡拉胶添加量为0.4 g时均趋于平缓，考虑成本，确定复合鱼糜重量为180 g的基础上，卡拉胶添加0.4 g较为合适。

2.1.3 冰水添加量对产品品质的影响

按确定的复合鱼糜重量为180 g的基础上，其他因素不变，分别添加0,10,20,30,40,50,60,70,80 g冰水制得鱼糕样品，测定其对复合鱼糜凝胶强度、感官评分和白度值的影响，结果见图5。

图5 冰水添加量对产品品质的影响 Fig.5 Effect of ice water additive amount on product quality

由图5可知，冰水添加量对复合鱼糜的凝胶强度总体具有降低的作用，主要是因为随着水分的提高，产品的整体硬度下降，所以凝胶强度随着下降，但在添加量为50 g时，凝胶强度有一个小幅度的回升，可能是在该添加量下，复合鱼糜的形变量提高较多，故而总体凝胶强度在50 g的冰水添加量时有所增强。随着冰水添加量的增加，白度值改善明显，这主要与冰水本身是无色透明的物质有关。感官评分则随着冰水添加量的增加而呈先升高后降低的趋势，主要是添加过多或过少产品的适口性均较低导致。综上，冰水添加量在其他因素不变时添加50 g较合适。

2.1.4 TG酶添加量对产品品质的影响

按确定的复合鱼糜重量为180 g的基础上，其他因素不变，分别添加酶活力为120 U/g的TG酶0,0.3,0.6,0.9,1.2 g制得鱼糕样品，测定其凝胶强度和感官评分，结果见图6。

图6 TG酶添加量对产品品质的影响Fig.6 Effect of TG enzyme additive amount on product quality

由图6可知，随着TG酶用量的提高，复合鱼糜的凝胶强度和感官评分都在0.3～0.6 g阶段有较大程度的提升，之后则趋于平缓。TG酶能够较大程度地提升鱼糜制品的凝胶强度及由此带来的感官评分的提升，主要是因为转谷氨酰胺酶催化谷氨酸Gln残基γ-羧基酰胺基与赖氨酸Lys残基ε-氨基发生交联作用，在蛋白质分子间产生ε-(γ-Glu)-Lys的架桥粘结作用，形成蛋白质交叉结构，从而增强鱼糜蛋白质凝胶体的凝胶强度[14]，这与Ramirez,Ni等[15,16]的研究结果相一致。由图6可知，TG酶添加量超过0.6 g后，其对复合鱼糜凝胶强度的改善就变得极为有限，综合成本及作用效果，确定复合鱼糜重量为180 g的基础上，外源性TG酶添加0.6 g较为合适。

2.2 响应面优化几种辅料的最佳用量

将上述确定的几种对结果影响显著的辅料进行Box-Behnken中心组合的四因素三水平试验设计，采用凝胶强度作为衡量指标，研究几种辅料对鱼糕凝胶强度的交互作用及回归模型。

2.2.1 试验设计方案及结果

由上述单因素试验确定对产品品质影响较大的几个因子，转谷氨酰胺酶(A)、乙酰化二淀粉磷酸酯(B)、冰水(C)、卡拉胶(D)，做响应曲面优化设计，试验方案及结果见表1和表2。

表1 Box-Behnken试验因素水平编码Table 1 Factors and levels coding of Box-Behnken experiment g

表2 Box-Behnken试验方案及结果Table 2 Scheme and results of Box-Behnken design

续 表

2.2.2 模型的建立及显著性检验

采用Design-Expert 8.0对所得数据进行回归拟合，得到凝胶强度R对转谷氨酰胺酶(A)、乙酰化二淀粉磷酸酯(B)、冰水(C)、卡拉胶(D)的模型：

R=+563.18+27.19A+7.79B-46.08C+20.90D-14.48AB-18.65AC+12.05AD-21.63BC-15.88BD+9.93CD-35.91A2+12.59B2+5.28C2+10.00D2。

对上述试验结果进行拟合的二次模型进行方差分析，结果见表3。

表3 回归模型的方差分析Table 3 Analysis of variance for regression model

注：0.01

由表3可知，模型的F值为26.13，Prob(P)<0.0001,达到极显著水平，失拟项Prob(P)为0.3739，不显著，R2=0.9631，调整后R2=0.9263，说明该方程模型噪音少，拟合效果良好，能够很好地表明凝胶强度与各因子之间添加量的关系。一次项A，C，D与二次项BC，A2达到极显著水平，二次项AB，AC，BD，B2达到显著水平，说明它们对响应值影响大。

2.2.3 响应面分析及优化

使用Design-Expert 8.0做出响应曲面图，见图7～图12。

图7 TG酶与乙酰化二淀粉磷酸酯对凝胶强度影响的响应曲面Fig.7 Response surface for the gel strength under different TG enzymes and acetylated distarch phosphate content

图8 TG酶与冰水对凝胶强度影响的响应曲面Fig.8 Response surface for the gel strength under different TG enzymes and ice water content

图9 TG酶与卡拉胶对凝胶强度影响的响应曲面Fig.9 Response surface for the gel strength under different TG enzymes and carrageenan content

图10 乙酰化二淀粉磷酸酯与冰水对凝胶强度影响的响应曲面Fig.10 Response surface for the gel strength under different acetylated distarch phosphate and ice water content

图11 乙酰化二淀粉磷酸酯与卡拉胶对凝胶强度影响的响应曲面Fig.11 Response surface for the gel strength under different acetylated distarch phosphate and carrageenan content

图12 冰水与卡拉胶对凝胶强度影响的响应曲面Fig.12 Response surface for the gel strength under different ice water and carrageenan content

由图7～图12可知，曲面图在上，等值线图在下，曲线越陡峭表明对响应值的影响越大，且由等高线形状及表3中P值可知，BC因素交互作用对凝胶强度的影响极显著；AB,AC,BD因素交互作用对凝胶强度的影响显著；AD因素交互作用对凝胶强度的影响不显著。由此可知，所选因素对响应值的影响强度次序为A(TG酶)>D(卡拉胶)>C(冰水)>B(乙酰化二淀粉磷酸酯)。为确定最佳响应值的因素水平，通过Optimization Numerical Solutions求最优解为：180 g复合鱼糜用量的基础上，TG酶0.78 g、乙酰化二淀粉磷酸酯20 g、冰水40 g、卡拉胶0.4 g时，该产品的凝胶强度预测值达到674.74 g/cm。采用上述优化后配方进行验证试验，通过TPA 3次重复测定，得到优化后的产品配方的实际凝胶强度达到661.53 g/cm，与预测的674.74 g/cm较为接近，预测精度为98.0%，证明所得数学模型的准确性，具有一定的实用价值。

3 结论与讨论

将鱼糜制品加工中常用原辅料用于罗非鱼复合下脚料鱼糜凝胶品质提升中，进行原辅料单因素筛选，其中TG酶、卡拉胶、冰水、变性木薯淀粉对凝胶强度、白度值及感官评分具有较大的正向影响作用。利用单因素试验确定对产品品质影响较大的几个因子[转谷氨酰胺酶(A)、乙酰化二淀粉磷酸酯(B)、冰水(C)、卡拉胶(D)]进行Box-Behnken响应面优化，优化后影响强度次序为A(TG酶)>D(卡拉胶)>C(冰水)>B(乙酰化二淀粉磷酸酯)。为确定最佳响应值的因素水平，通过Optimization Numerical Solutions求最优解为：180 g复合鱼糜用量的基础上，TG酶0.78 g、乙酰化二淀粉磷酸酯20 g、冰水40 g、卡拉胶0.4 g时，该产品的凝胶强度预测值达到674.74 g/cm。验证试验中，所得实际凝胶强度达到661.53 g/cm，与预测的674.74 g/cm较为接近，预测精度为98.0%，说明回归方程有效，模型与实际情况基本吻合，因此响应面法优化的鱼糜凝胶增强配料是有效的。

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Study on Optimization of Minced Tilapia Composite Scraps Gel Quality by Response Surface Methodology

WANG Wen-yong1， ZHANG Ying-hui1*， HUANG Hao-de1, LAI Chang-sheng2

(1.College of Food Science and Engineering, Foshan University, Foshan 528231,China;2.Testing Center of Food and Oil of Foshan Chancheng District, Foshan 528231,China)

The gel quality optimization of tilapia byproduct surimi is adopted based on response surface method. Use gel strength as the main index, the single factor is used to screen out the raw material with large influence on compound minced tilapia scraps and the response surface analysis is adopted. Response surface analysis results show that composite surimi dosage of 180 g, TG enzyme of 0.78 g, acetylated distarch phosphate of 20 g, ice water of 40 g, carrageenan of 0.4 g, the predicted value of gel strength reaches 674.74 g/cm, the actual value of gel strength reaches 661.53 g/cm, the prediction accuracy of the model is 98%.

tilapia；minced tilapia composite scraps；response surface analysis；gel quality

2017-03-02 *通讯作者

2016年研究生自由探索基金项目；“广东省联合培养研究生示范基地——佛山市禅城区粮油检测中心”建设项目

王文勇(1990-)，男，硕士，研究方向：食品营养检测与加工技术； 张英慧(1974-)，女，副教授，博士，研究方向：食品营养与安全。

TS201.2

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.09.009

1000-9973(2017)09-0040-07