响应面试验优化毛肚碱发工艺

胡代芳，李洪军,2，贺稚非,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400716) 2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400716)

牛有4个胃室，分别是瘤胃(rumen)、网胃(reticulum)、瓣胃(omasum)和皱胃(abomasums or true stomach)[1]，毛肚是瓣胃的百叶部分，因此毛肚又称“牛百叶”[2-3]。我国是毛肚主要消费国家，其中川渝地区消费量最大，据统计，毛肚在火锅菜品荤菜中叫卖率最高，占比88.7%[4]，且消费量逐年增加[5]。毛肚以其“脆嫩化渣”的口感深受消费者喜爱，不仅营养价值高，富含蛋白质、脂肪、钙、磷、铁、硫胺素、核黄素、尼克酸等营养元素[6]，而且保健功能好。

碱发是以食品级的碱性物质作为加工助剂，使干品原料吸收水分而涨发回软再吐水，清除体内碱质和腥膻气味、恢复新鲜状态的加工方法。毛肚在碱发过程中表面膜遭到破坏后暴露亲水基团，等电点和蛋白质结构发生改变，从而提高持水性，改善口感[7-9]。目前对于毛肚的研究报道较少，李凛等[10-11]研究比较了NaOH、Na2CO3和NaHCO3三种碱对水发毛肚品质的影响，后以增重比为响应面优化了毛肚水发工艺参数。本文对毛肚的碱发工艺进行研究，综合考虑感官评分和制成率选择最佳碱发工艺条件，以期为毛肚的工业化生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料

精品盐渍毛肚，重庆德庄集团有限公司；纯净水，重庆龙派安吉尔饮品有限公司；NaOH(食品级)，济宁市顺源化工有限公司；三聚磷酸钠(食品级)，湖北兴发化工集团有限公司；KCl(分析纯)，重庆川东化工(集团)有限公司。

1.2 仪器与设备

恒温水浴锅，上海江星仪器有限公司；电子分析天平，上海越平科技仪器有限公司；电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司；pH计，上海科学精密仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料处理

将盐渍毛肚去掉脂层后取完整叶片称重，清洗干净后沸水煮烫1 min进行定型，然后按照1∶5(g∶mL)的物液比放入盛有一定质量浓度NaOH溶液的烧杯中，在恒温水浴锅中进行碱发。一定时间后将毛肚取出浸泡在三聚磷酸钠溶液中30 min。

1.3.2 感官评价方法

将在不同条件下碱发好的毛肚产品经过德庄火锅底料涮烫15s后进行感官评价，感官评定小组由10 名具有感官评定经验的成员组成，对产品的咀嚼性、组织结构、色泽和气味4个方面进行评价，评价总分为10分，评定标准见表1[19]。

1.3.3 pH值测定方法

参照GB 5009.237—2016[12]方法测定。

1.3.4 制成率测定

水分滤干后用滤纸吸干表面水分，准确称质量并记录，制成率公式如式(1)所示：

表1 毛肚感官评定标准Table 1 The sensory evaluation standards of beef tripe

(1)

1.3.5 缩水率

沸水中涮烫20s后滤干水分并用滤纸吸干表面水分，准确称质量并记录，缩水率公式如式(2)所示：

(2)

1.3.6 单因素实验设计

研究不同NaOH质量浓度(4、5、6、7、8 g/L)、碱发时间(29、32、35、38和41 min)和碱发温度(35、40、45、50和55 ℃)对碱发效果的影响。

1.3.7 响应面实验设计

在单因素试验的基础上选取NaOH质量浓度、碱发时间、碱发温度作为试验因素，以感官评分、制成率和缩水率为响应值，根据Box-Behnken试验设计原理设计响应面试验[13]，对毛肚碱发工艺进行优化，试验因素和水平见表2。

表2 Box-Behnken设计因素水平表Table 2 Variables and levels used in Box-Behnken design

1.4 数据处理

采用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面分析，单因素方差分析采用SPSS Statistics 19.0软件，采用Origin 8.1软件作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 NaOH质量浓度对毛肚品质的影响

NaOH质量浓度对毛肚品质的影响如图1所示。

图1 NaOH浓度对毛肚品质的影响Fig.1 Effects of concentration of NaOH on thequality of beef tripe

从图1可以看出，随着NaOH溶液质量浓度升高，感官评分和制成率先上升后下降，在质量浓度为5 g/L时达到峰值；缩水率和pH值呈上升趋势。在质量浓度为4～5 g/L范围内，制成率显著提高，感官评分和缩水率变化不显著，而在5～8 g/L浓度范围内，感官评分和制成率显著降低，缩水率显著提高。在适度的NaOH质量浓度范围内，NaOH质量浓度提高可以增强碱的分解作用，使毛肚的脂蛋白分解，更多的水分扩散到毛肚内部，从而增加制成率、改善口感，但是质量浓度超过一定范围后，碱液使毛肚吸水过多，毛肚组织结构遭到破坏，表皮脱落，从而制成率降低、口感变差。为了保证毛肚感官品质较好，pH指标符合产品标准[14]，同时保持毛肚中较低的缩水率和较高的制成率，NaOH溶液质量浓度以5 g/L为宜。

2.1.2 碱发时间对毛肚品质的影响

碱发时间对毛肚品质的影响如图2所示。

图2 碱发时间对毛肚品质的影响Fig.2 Effects of lye macerating time on the quality of beef tripe

由图2可以看出，随着碱发时间延长，感官评分和制成率先上升后下降，在35 min时达到峰值；缩水率和pH值呈上升趋势。在碱发时间为29～35 min，感官评分、制成率和缩水率均显著提高，而在35～41 min，感官评分和制成率显著降低，缩水率变化不显著。在适宜的时间内碱发时间的增长有利于碱液与毛肚充分反应，使碱更完全地分解毛肚的脂蛋白，从而提高制成率、改善口感，但碱处理时间过长会过度破坏毛肚的组织结构，使毛肚内部水分流失，持水性降低，从而制成率降低、口感变差。为了保证毛肚感官品质较好，碱发时间以35 min为宜。

2.1.3 碱发温度对毛肚品质的影响

碱发温度对毛肚品质的影响如图3所示。

图3 碱发温度对毛肚品质的影响Fig.3 Effects of lye macerating temperature on the quality of beef tripe

由图3可以看出，随着碱发温度升高，感官评分和制成率呈先上升再下降的趋势，在45 ℃时达到峰值；缩水率和pH值呈上升趋势。在碱发温度为35～45 ℃，感官评分、制成率和缩水率均显著提高，而在45～55 min，感官评分和制成率显著降低，缩水率显著提高。在适宜的温度内，温度提高有助于碱液与毛肚充分反应，加快碱对脂蛋白的分解速率，同时加速蛋白质结构的改变使其暴露亲水基团，从而提高制成率、改善口感，但碱发温度过高会过度破坏毛肚的蛋白质结构，导致水分流失，从而制成率降低、口感变差。为了保证毛肚感官品质较好，碱发温度以45 ℃为宜。

2.2 响应面法优化毛肚的碱发工艺

2.2.1 响应面分析因素与水平选择

响应面优化毛肚碱发工艺试验结果见表3。

2.2.2 以感官评分为响应值的响应面分析结果

2.2.2.1 回归方程的建立与方差分析

表3 Box-Behnken 试验设计及结果Table 3 The design matrix and results of Box-Behnken experiments

将表3感官评分的数据运用Design-Expert 8.0.6 软件进行统计分析，对各因素进行多元回归拟合，得到二次曲面回归方程：

Y1=-231.075+15.3A+3.745B+5.98C+0.06AB-0.2AC-0.038BC-0.8A2-0.034B2-0.04C2

(3)

式中：Y1-感官评分；A-NaOH质量浓度；B-碱发时间；C-碱发温度。回归方程中每项系数绝对值的大小直接反映了各个因素对响应值的影响程度，系数的正负则反映了影响的方向。由回归方程可知，NaOH质量浓度对毛肚感官评分影响最大。

在响应面方差分析中，失拟项可在某个水平上反映模型选择的正确性[16]，相关系数(R2) 可验证模型的拟合度[17]，变异系数(CV)可反应模型的置信度[18]，即实验的准确度，其值越低，实验的可靠性越高。对回归方程进行方差分析，结果见表4。由表4可知，模型极显著(p<0.000 1<0.05)，失拟项不显著(p=0.095 3>0.05)，说明其他因素对试验结果干扰很小。回归系数R2=0.996 0，表明感官评分的实际值与预测值之间具有较好的拟合相关性，能够很好地反映出毛肚感官可接受性与NaOH质量浓度、碱发时间和碱发温度的关系，信噪比(Adeq precision)=40.821>4，表明该回归方程的可信度很高，变异系数为1.5%，表明试验重现性好，可靠性较高。综上，以感官评分为响应值所建立的毛肚优化碱发工艺模型是合理的，该模型适合对毛肚的工艺参数进行优化和对感官评分结果进行预测。

表4 响应面方差分析Table 4 ANOVA of RSM for the sensory evaluation

注：p值<0.05 表明模型或各因素影响显著，以“*”表示；p值<0.01 表明模型或因素影响高度显著，以“**”表示；p值<0.001表明模型或因素影响极显著，以“***”表示；下同。

通过方差分析结果可发现：A、AC、BC、A2、B2、C2均呈极显著影响(p<0.001) ，B、C、AB呈高度显著影响(p<0.01)。说明NaOH质量浓度、碱发时间和碱发温度对毛肚的感官评分都有一定的影响，就影响程度而言，NaOH质量浓度>碱发温度>碱发时间。

2.2.2.2 各因素交互作用分析

图4显示碱发温度位于中心水平时，NaOH质量浓度和碱发时间交互作用对感官评定结果的影响，NaOH质量浓度和碱发时间对感官评价结果的交互作用显著，两者相比，NaOH质量浓度较碱发时间对感官评定结果的影响较大；图5显示碱发时间位于中心水平时，NaOH质量浓度和碱发温度交互作用对感官评定结果的影响，NaOH质量浓度和碱发温度对感官评价结果的交互作用显著，两者相比，NaOH质量浓度较碱发温度对感官评定结果的影响较大；图6显示NaOH质量浓度位于中心水平时，碱发时间和碱发温度交互作用对感官评定结果的影响，碱发时间和碱发温度对感官评价结果的交互作用显著，两者相比，碱发温度较碱发时间对感官评定结果的影响较大。

图4 NaOH质量浓度和碱发时间对感官评定结果的影响Fig.4 Effects of concentration of NaOH and lye macerating-time on the sensory evaluation scores

图5 NaOH质量浓度和碱发温度对感官评定结果的影响Fig.5 Effects of concentrationof NaOH and lye macerating on the sensory evaluation scores

图6 碱发时间和碱发温度对感官评定结果的影响Fig.6 Effects of lye macerating time and lye macerating temperature on the sensory evaluation scores

2.2.3 以制成率为响应值的响应面分析结果

2.2.3.1 回归方程的建立与方差分析

将表3制成率的数据运用Design-Expert 8.0.6软件进行统计分析，对各因素进行多元回归拟合，得到二次曲面回归方程：

Y2=-646.02+66.55A+8.092B+23.074C+0.56AB+0.36AC-0.188BC-8.94A2-0.0316B2-0.1836C2

(4)

式中：Y2-制成率；A-NaOH质量浓度；B-碱发时间；C-碱发温度。由回归方程可知，NaOH质量浓度对毛肚制成率影响最大。

对回归方程进行方差分析，结果见表5。由表5可知，模型极显著(p<0.000 1<0.05)，失拟项不显著(p=0.926 8>0.05)，说明其他因素对试验结果干扰很小。回归系数R2=0.980 7，表明制成率的实际值与预测值之间具有较好的拟合相关性，能够很好地反映出毛肚制成率与NaOH质量浓度、碱发时间和碱发温度的关系，信噪比(Adeq precision)=21.155>4，表明该回归方程的可信度很高，变异系数为1.07%，表明试验重现性好，可靠性较高。综上，以制成率为响应值所建立的毛肚优化碱发工艺模型是合理的，该模型适合对毛肚的工艺参数进行优化和对制成率结果进行预测。

通过方差分析结果可发现：A、C均呈极显著影响(p<0.001)，BC、A2、C2呈高度显著影响(p<0.01)。说明NaOH质量浓度、碱发时间和碱发温度对毛肚的制成率都有一定的影响，就影响程度而言，NaOH质量浓度>碱发温度>碱发时间。

表5 响应面方差分析Table 5 ANOVA of RSM for the sensory evaluation

2.2.3.2 各因素交互作用分析

NaOH质量浓度和碱发时间与NaOH质量浓度和碱发温度交互作用均不显著，所以只对碱发时间和碱发温度的交互作用进行分析。图7显示NaOH质量浓度位于中心水平时，碱发时间和碱发温度交互作用对制成率结果的影响，碱发时间和碱发温度对制成率结果的交互作用显著，两者相比，碱发温度较碱发时间对制成率结果的影响较大。

图7 碱发时间和碱发温度对制成率结果的影响Fig.7 Effects of lye macerating time and lye macerating temperature on the producing rate

2.2.4 以缩水率为响应值的响应面分析结果

2.2.4.1 回归方程的建立与方差分析

将表3缩水率的数据运用Design-Expert 8.0.6软件进行统计分析，对各因素进行多元回归拟合，得到二次曲面回归方程：

Y3=258.07-50.881 25A+3.099 25B-7.866 5C+0.285AB+0.202 5AC+0.001 5BC+3.277 5A2-0.064 9B2+0.075 6C2

(5)

式中：Y3-缩水率；A-NaOH质量浓度；B-碱发时间；C-碱发温度。由回归方程可知，NaOH质量浓度对毛肚缩水率影响最大。

对回归方程进行方差分析，结果见表6。由表6可知，模型极显著(p<0.000 1<0.05)，失拟项不显著(p=0.107 4>0.05)，说明其他因素对试验结果干扰很小。回归系数R2=0.996 4，表明制成率的实际值与预测值之间具有较好的拟合相关性，能够很好地反映出毛肚缩水率与NaOH质量浓度、碱发时间和碱发温度的关系，信噪比(Adeq precision)= 46.048>4，表明该回归方程的可信度很高，变异系数为1.66%，表明试验重现性好，可靠性较高。综上，以缩水率为响应值所建立的毛肚优化碱发工艺模型是合理的，该模型适合对毛肚的工艺参数进行优化和对缩水率结果进行预测。

表6 响应面方差分析Table 6 ANOVA of RSM for the sensory evaluation

通过方差分析结果可发现：A、AB、AC、A2、B2、C2均呈极显著影响(p<0.001)，B呈显著影响(p<0.05)。说明NaOH质量浓度、碱发时间和碱发温度对毛肚的缩水率都有一定的影响，就影响程度而言，NaOH质量浓度>碱发温度>碱发时间。

2.2.3.2 各因素交互作用分析

碱发时间和碱发温度交互作用不显著，所以只对NaOH质量浓度和碱发时间、NaOH质量浓度和碱发温度的交互作用进行分析。图8显示碱发温度位于中心水平时，NaOH质量浓度和碱发时间交互作用对缩水率结果的影响，NaOH质量浓度和碱发时间对缩水率结果的交互作用显著，两者相比，NaOH质量浓度较碱发时间对缩水率结果的影响较大；图9显示碱发时间位于中心水平时，NaOH质量浓度和碱发温度交互作用对缩水率结果的影响，NaOH质量浓度和碱发温度对缩水率结果的交互作用显著，两者相比，NaOH质量浓度较碱发温度对缩水率结果的影响较大。

图8 NaOH质量浓度和碱发时间对缩水率结果的影响Fig.8 Effects of concentration of NaOH and lye macerating time on the water shrinkage rate

图9 NaOH质量浓度和碱发温度对缩水率结果的影响Fig.9 Effects of concentration of NaOH and lye macerating temperature on the water shrinkage rate

2.2.5 毛肚响应面最优工艺结果及验证试验

采用Design Expert 8.0.6 软件对实验数据进行优化预测分析，综合考虑感官评分、制成率和缩水率得到毛肚碱发工艺的最佳工艺参数为：NaOH质量浓度为5.21 g/L，碱发时间为32.74 min，碱发温度为47.24 ℃，在此条件下预测毛肚的感官评分结果为8.6，制成率为262.8%，缩水率为11.7%。考虑到实际试验的可操作性，将工艺参修正为: NaOH质量浓度为5.2 g/L，碱发时间为33 min，碱发温度为47 ℃。在此工艺条件下验证模型的预测参数，得到感官评价结果为8.3，制成率为261.5%，缩水率为12.1%，实际验证值与预测值相对误差均小于4%，表明响应面法优化得到的碱发工艺参数可靠。

3 结论

运用响应面分析法得到毛肚感官评定结果与碱发工艺条件的二次多项回归方程为：Y1=-231.075+15.3A+3.745B+5.98C+0.06AB-0.2AC-0.038BC-0.8A2-0.034B2-0.04C2；毛肚制成率结果与碱发工艺条件的二次多项回归方程为：Y2=-646.02+66.55A+8.092B+23.074C+0.56AB+0.36AC-0.188BC-8.94A2-0.031 6B2-0.183 6C2; 毛肚缩水率结果与碱发工艺条件的二次多项回归方程为：Y3=258.07-50.881 25A+3.099 25B-7.866 5C+0.285AB+0.202 5AC+0.001 5BC+3.277 5A2-0.064 9B2+0.075 6C2

回归方程置信度高、拟合性好，其中各因素对感官评价和制成率结果的影响不同，NaOH质量浓度>碱发温度>碱发时间。经响应面优化分析，得出最佳碱发工艺为：NaOH质量浓度为5.2 g/L，碱发时间为33 min，碱发温度为47 ℃。在此条件下得到的产品感官评价结果为8.3，制成率为261.5%，缩水率为12.1%，与模型预测值基本相符。二次回归方程能较好地反映实际试验值，故可用来分析响应值的变化。