以海带为原料制作海苔的工艺优化

姜鹏飞，王绅，郭敏强，尚珊，*，张含昆，孙瑞

（1.大连工业大学食品学院，辽宁大连116034；2.大连工业大学国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连116034）

海带（Laminaria japonica），海带目[1]，是一种在低温海水中生长的大型海生褐藻植物。海带能长到20 m，叶片似宽带，叶片一般长2m~5m，宽20cm~30cm[2]。还带具有极高的药用价值，中医认为，海带味咸性寒、无毒[3]，具有降低血液黏度、抗凝血、扩张血管、降血脂、降血压、抗肿瘤等作用[4]。海带还有美容瘦身、护发、延缓衰老、健脑补脑等作用[5]，被称为“长寿食品”、“海洋蔬菜”或“碘冠军”[6]。海带在中国产量丰富，其养殖规模与产量均居世界首位，是目前我国水产养殖的支柱产业之一[7-8]。

近年来在海带的食用、药用及保健等作用研究较多，但以海带为原料研发的即食产品种类、样式仍比较单调，我国海带加工产业还停留在最初级的阶段，大多海带产品仍保持海带原有形态，加工过程只经过简单清洗、热处理后调味制得即食食品[9]，难以满足消费者对营养、美味、样式新颖方面的需求[10]。目前，开展海带深加工领域的研究不但可以满足消费者的购买需要，促进市场的多元化，还可以使资源充分利用，以海带为原料制作海苔，代替传统紫菜原料，具有极高的经济价值[11]。

本文以海带为原料制作海苔，经过粉碎、润料、添加辅料、涂膜，烘烤，最后将海带制成海苔[12]。以感官评分为指标，通过单因素及响应面法分别优化制作工艺及添加的辅料羧甲基纤维素钠（carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、小苏打、海藻酸钠比例；结合扫描电镜，对添加CMC-Na 和不添加CMC-Na 制作成的海苔进行观察与研究。制作以海带为原料的海苔不但替代以紫菜为原料的传统海苔，还可节约成本，为海带开发提供了新的思路与理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

干海带：福建亿达食品有限公司，产地连江；CMC-Na：济宁丰润生物科技有限公司；小苏打：青岛碱业发展有限公司；海藻酸钠：青岛明月海藻集团有限公司。

1.2 仪器与设备

SU8010/PP3010T 冷场发射扫描电子显微镜：英国Hitachi/Quorum 公司；SCC WE 101/1 万能烤箱：德国RATIONAL 公司；GF 型小型高速万能粉碎机：上海市化工装备研究所有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

干海带→打粉→润料→添加辅料→匀浆→铺料→烘烤→脱膜→切片→成品包装[13]

1.3.2 操作要点

1）打粉：将干海带依次进行软化、清洗、去腥、漂洗、干燥后通过粉碎机进行粉碎、过不同目数的筛[14]。

2）润料：称取一定量的水与海带粉进行充分混合。

3）添加辅料：称取不同比例的CMC-Na、小苏打、海藻酸钠，将其加入到海带粉与水的混合浆液中并搅拌均匀。

4）铺料：将烤盘中放入高温隔热布，将搅拌好的浆液倒入高温隔热布中，用刻度尺测量并涂成不同厚度的厚层，修整外形。

5）烘烤：放入烤箱中进行烘烤干燥。

1.3.3 感官评价指标

选择12 名受过专业感官训练的评价人员，评价前，先向12 名评价人员说明海苔具体评分指标，并使12 名评价人员对各项感官指标都有相同的认识与一致的理解。12 名评价人员对海苔进行统一评分，去掉一个最高分，去掉一个最低分，最后由剩下的10 名评价人员的感官评分为标准，取其平均数[15]。海苔感官评分标准见表1。

1.3.4 以海带为原料制作海苔单因素的确定

称取干海带若干，分别按照不同的料液比、海带粉粒度、涂膜厚度进行工艺条件的研究；工艺过程中按不同的比例添加辅料CMC-Na、小苏打、海藻酸钠，以感官评分为评价标准，确定各个因素的最佳取值范围。

表1 海苔感官评分标准Table 1 The standard of sensory evaluation for seaweed

1.3.4.1 以海带为原料制作海苔工艺优化

固定工艺条件中添加的辅料CMC-Na、小苏打、海藻酸钠比例不变，分别为CMC-Na 含量0.5%、小苏打含量1%、海藻酸钠含量0.3%，单一改变工艺条件。

1）不同的料液比对以海带为原料制作海苔感官评分的影响

固定工艺条件：海带粉粒度100 目，涂膜厚3 mm，料液比分别选择1∶16、1∶18、1∶20、1∶22、1∶24（g/mL）。

2）海带粉粒度对以海带为原料制作海苔感官评分的影响

固定工艺条件：料液比1 ∶20（g/mL），涂膜厚度3 mm，海带颗粉度分别选择60、80、100、120、140 目。

3）涂膜厚度对以海带为原料制作海苔感官评分的影响

固定工艺条件：海带粉粒度100 目、料液比1∶20（g/mL），涂膜厚度分别选择1、2、3、4、5 mm。

1.3.4.2 以海带为原料制作海苔添加辅料比例优化

固定工艺条件海带粉粒度、料液比、涂膜厚度不变，工艺条件分别为海带粉粒度100 目、料液比1 ∶20（g/mL）、涂膜厚度3 mm，单一改变配方比例。

1）CMC-Na 的添加量对海带为原料制作海苔感官评分的影响

固定辅料小苏打添加量1 %、海藻酸钠添加量0.3%，添加CMC-Na 量分别选择0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%。

2）小苏打的添加量对海带为原料制作海苔感官评分的影响

固定辅料CMC-Na 添加量0.5%、海藻酸钠0.3%，添加小苏打的量分别选择0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%。

3）海藻酸钠的添加量对海带为原料制作海苔感官评分的影响

固定辅料CMC-Na 添加量0.5 %、小苏打添加量1%，添加海藻酸钠的量分别选择0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.3.5 以海带为原料制作海苔响应面设计试验

1.3.5.1 以海带为原料制作海苔工艺响应面设计

根据单因素结果确定，以料液比、海带粉粒度、涂膜厚度为因素，以海苔的感官评分为评价指标，设计三水平三因素的响应面试验，采用Design-Expert8.0.5软件及Box-Behnken 中心设计原理，确定最佳工艺参数，取17 组试验，5 个中心点进行试验，试验设计因素水平表见表2。

表2 Box-Behnken 中心组合试验因素水平表Table 2 Box-Behnken central composite test level table

1.3.5.2 辅料添加比例响应面设计

根据单因素结果确定，以添加辅料CMC-Na、小苏打、海藻酸钠添加量为因素，以即食海苔感官评分为评价指标，设计三水平三因素的响应面试验，采用Design-Expert 8.0.5 软件及Box-Behnken 中心设计原理，确定最佳添加比例参数，取17 组试验，5 个中心点进行试验，试验设计因素表见表3。

表3 Box-Behnken 中心组合试验因素水平表Table 3 Box-Behnken central composite test level table

1.3.6 以海带为原料制作海苔扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）分析

将添加CMC-Na 与不添加CMC-Na 制作的海苔产品各一份进行SEM 分析，通过放大500 倍、3 000 倍，观察并检测两种样品的微观结构[16]。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2007 软件对数据进行处理后，用Origin8.5 软件作图，采用Box-Benhnken 8.0.5 软件对响应面结果进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比对海苔感官评分的影响

料液比对海苔感官评分的影响见图1。

由图1 可知，随着料液比的减小，感官评分呈现先增大后减小的趋势，料液比在1 ∶20（g/mL）时感官评分达到峰值，因此选择料液比1 ∶20（g/mL）为中心点，以料液比1 ∶18、1 ∶20、1 ∶22（g/mL）3 个水平，继续进行响应面的研究。

2.1.2 海带粉粒度对海苔感官评分的影响

海带粉粒度对海苔感官评分的影响见图2。

图2 海带粉粒度对海苔感官评分的影响Fig.2 Effect of size on sensory evaluation of seaweed

由图2 可知，随着海带粉粒度的增加，感官评分呈现先增大后减小的趋势，海带粉粒度在过筛100 目时感官评分达到峰值，因此选择海带粉粒度100 目为中心点，以海带粉粒度80、100、120 目3 个水平，继续进行响应面的研究。

2.1.3 涂膜厚度对海苔感官评分的影响

涂膜厚度对海苔感官评分的影响见图3。

图3 涂膜厚度对海苔感官评分的影响Fig.3 Effect of coating thickness on sensory evaluation of seaweed

由图3 可知，随着涂膜厚度的增加，感官评分呈现先增大后减小的趋势，涂膜厚度在3 mm 时感官评分达到峰值，因此选择涂膜厚度3 mm 为中心点，以涂膜厚度2、3、4 mm 3 个水平，继续进行响应面的研究。

2.1.4 CMC-Na 添加比例对海苔感官评分的影响

CMC-Na 添加比例对海苔感官的影响见图4。

图4 CMC-Na 添加比例对海苔感官的影响Fig.4 Effect of CMC-Na contents on sensory evaluation of seaweed

由图4 可知，随着添加CMC-Na 比例的增加，感官评分呈现先增大后减小的趋势，添加CMC-Na 比例在0.5%时感官评分达到峰值，因此选择CMC-Na 添加比例0.5%为中心点，以CMC-Na 添加比例0.4%、0.5%、0.6%3 个水平，继续进行响应面研究。

2.1.5 小苏打的添加比例对海苔感官评分的影响

小苏打添加比例对海苔感官的影响见图5。

由图5 可知，随着添加小苏打比例的增加，感官评分呈现先增大后减小的趋势，添加小苏打比例在1.0%时感官评分达到峰值，因此选择小苏打添加比例1.0%为中心点，以小苏打添加比例0.8%、1.0%、1.2%3 个水平，继续进行响应面研究。

2.1.6 海藻酸钠的添加比例对海苔感官评分的影响

海藻酸钠添加比例对海苔感官的影响见图6。

图5 小苏打添加比例对海苔感官的影响Fig.5 Effect of soda contents on sensory evaluation of seaweed

图6 海藻酸钠添加比例对海苔感官的影响Fig.6 Effect of sodium alginate contents on sensory evaluation of seaweed

由图6 可知，随着添加海藻酸钠比例的增加，感官评分呈现先增大后减小的趋势，添加海藻酸钠比例在0.3%时感官评分达到峰值，因此选择海藻酸钠添加比例0.3%为中心点，以海藻酸钠添加比例0.2%、0.3%、0.4%3 个水平，继续进行响应面研究。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 海苔工艺制作条件响应面

2.2.1.1 响应面分析

采用Box-Benhnken 8.0.5 软件及Box-Behnken 中心原理试验设计，在单因素试验结果的基础上，进行三因素三水平的响应面分析试验。根据单因素试验结果，以料液比、海带粉粒度、涂膜厚度为试验因素，结果见表4。

表4 响应面优化优化试验设计及结果Table 4 Design and results of response surface experiments

续表4 响应面优化优化试验设计及结果Continue table 4 Design and results of response surface experiments

采用design expert 8.0.5.0 软件对表4 中的试验结果进行多项拟合回归、方差分析及显著性检验，得到以海带为原料制作的海苔为感官评价值与料液比、海带粉粒度、涂膜厚度的二次多项回归模型：

感官评分=89.72+0.025A+1.84B-0.59C-1.5AB-3.2AC+1.43BC-4.82A2-6.3B2-4.4C2

该模型方差分析见表5。

表5 回归方程方差分析Table 5 Analysis of variance table for regression model

由表5 可知，对感官评分建立的回归模型显著P=0.012 9＜0.05，说明建模成功，失拟项0.073 2 不显著，有益于模型的建立，平方项A2、B2、C2均显著，可信度非常高。通过方差分析结果还能够得出，影响以海带为原料制作海苔的感官评分的影响因素由大到小为海带粉粒度＞涂膜厚度＞料液比[17]。

对模型的可信度进行分析，结果见表6，回归方程复相关系数R2=0.887 6，修正相关系数R2Adj=0.743 2，信噪比为6.481 大于4，说明模型的拟合度和可信度非常高。

表6 回归模型的可信度分析Table 6 Reliability analysis of the established regression model

2.2.1.2 各因素交互作用响应面分析

各因素交互作用对感官评分的响应面分析模型中各因素之间相互作用的效应图，见图7～图9。

图7 料液比、海带粉粒度交互影响感官评分的曲面图和等高线Fig.7 Surface graph and contour line of effect on material/water ratio and size to sensory evaluation

图8 料液比、涂膜厚度交互影响感官评分的曲面图和等高线Fig.8 Surface graph and contour line of effect on material/water ratio and coating thickness to sensory evaluation

图9 涂膜厚度、海带粉粒度交互影响感官评分的曲面图和等高线Fig.9 Surface graph and contour line of effect on coating thickness and size to sensory evaluation

响应面图是响应值对应各个因素（料液比、海带粉粒度、涂膜厚度）所形成的三维空间图，能够直观反映各个因素的相互作用。在两个因素不变的情况下，对模型降维进行分析，考察各个因素间的相互作用对响应值感官评分的影响。从图形上看，3 个曲面图都发生了弯曲，说明3 个单因素与感官评分是非线性的，从等高线的形状来判断，AB、AC 为椭圆形，交互作用极显著，BC 为圆形交互作用显著[18]。

2.2.1.3 回归模型验证试验

通过响应面，得出最佳制作条件为：料液比1 ∶15.194（g/mL），海带粉粒度102.836 目，涂膜厚度3.112 mm，感官评分预测89.7 分，为方便试验操作，考虑到操作的可行性，将最佳工艺制作条件调整为：料液比1∶19.2（g/mL），海带粉粒度100 目，涂膜厚度3.1 mm。经过3 次平行试验，感官评分值为90.2 分，与预测值相近，说明建立的模型能真实的反应料液比、海带粉粒度、涂膜厚度对即食海苔感官评分，该响应面模型具有可行性。

2.2.2 海苔辅料添加比例响应面

2.2.2.1 响应面分析

根据单因素试验结果，确定辅料CMC-Na、小苏打、海藻酸钠添加比例为试验因素，根据Box-Beheken试验设计方案，采用三水平三因素响应面分析，结果见表7。

表7 响应面优化试验设计及结果Table 7 Design and results of response surface optimization experiment

采用design expert 8.0.5.0 软件对表7 中的试验结果进行多项拟合回归、方差分析及显著性检验，得到以海带为原料制作海苔的感官评价值与辅料CMCNa、小苏打、海藻酸钠添加比例的二次多项回归模型：

感官评分=91.26+1.64A+1.66B+0.85C-0.98AB-0.15AC-0.95BC-3.34A2-5.94B2-3.02C2

该模型方差分析见表8，由表8 可知，对感官评分建立的回归模型显著P=0.000 2＜0.05，说明建模成功，失拟项0.197 5 不显著，有益于模型的建立；平方项A2、B2、C2均极显著，可信度非常高。通过方差分析结果还能够得出，影响以海带为原料制作海苔的感官评分的影响因素由大到小为小苏打＞羧甲基纤维素钠＞海藻酸钠。

表8 回归方程方差分析Table 8 Regression analysis of variance

对模型的可信度进行分析，结果见表9，回归方程复相关系数R2=0.968 0，修正相关系数R2Adj=0.926 8，信噪比为14.495 大于4，说明模型的拟合度和可信度非常高。

表9 回归模型的可信度分析Table 9 Reliability analysis of regression model

2.2.2.2 各因素交互作用响应面分析

各因素交互作用对感官评分的响应面分析模型中各因素之间相互作用的效应图，见图10～图12。从图形上看，3 个曲面图都发生了弯曲，说明3 个单因素与感官评分是非线性的，从等高线的形状来判断，AB、AC 交互作用极显著，BC 接近圆形，交互作用不显著。

图10 CMC-Na、小苏打添加比例交互影响感官评分的曲面图和等高线Fig.10 Surface graph and contour line of effect on CMC-Na and soda contents to sensory evaluation

图11 CMC-Na、海藻酸钠添加比例交互影响感官评分的曲面图和等高线Fig.11 Surface graph and contour line of effect on CMC-Na and sodium alginate contents to sensory evaluation

图12 小苏打、海藻酸钠添加比例交互影响感官评分的曲面图和等高线Fig.12 Surface graph and contour line of effect on soda and sodium alginate contents to sensory evaluation

2.2.2.3 回归模型验证试验

通过响应面，得出添加辅料的最佳比例为：CMCNa 添加量0.523%、小苏打添加量1.022%、海藻酸钠添加量0.312%，感官评分预测91.6 分，为方便试验操作，考虑到操作的可行性，将添加辅料的最佳比例调整为：CMC-Na 添加比例0.52 %、小苏打添加比例1.02%、海藻酸钠添加比例0.31%。经过3 次平行试验，感官评分值为91.2 分，与预测值相近，说明建立的模型能真实的反应添加辅料CMC-Na、小苏打、海藻酸钠比例对海苔感官评分，该响应面模型具有可行性。

2.2.2.4 工艺优化

由响应面得出，最佳制作条件为：料液比1 ∶19.2（g/mL），海带粉粒度100 目，涂膜厚度3.1 mm；辅料的最佳添加比例为：CMC-Na 添加量0.52 %、小苏打添加量1.02 %、海藻酸钠添加量0.31 %，将最佳工艺制作条件与辅料最佳添加比例进行结合，经过3 次平行试验，以感官评分为标准，最终得到感官评分92.3 分。

2.3 扫描电子显微镜（SEM）结果分析

添加羧甲基纤维素钠的海苔与未添加羧甲基纤维素钠的海苔的扫描电镜图片见图13。

由SEM 图13 可知，添加CMC-Na 的海苔表面相对光滑，平整，局部有由气泡引起的小突起；未添加CMC-Na 的海苔表面十分粗糙。而造成此原因可能是添加的羧甲基纤维素钠不但可以增加浆液的黏稠性，还可以填充海苔纤维中的缝隙，使海苔表面光滑，而未添加羧甲基纤维素钠时，海苔成型只能通过海带自身的果胶、蛋白质等胶黏在一起，黏稠性不够，故观察到未添加CMC-Na 的海苔均有表面不光滑的特点[19]。

图13 添加羧甲基纤维素钠的海苔与未添加羧甲基纤维素钠的海苔的扫描电镜图片Fig.13 SEM images of add CMC-Na and no-add of seaweed

3 结论

在单因素试验的基础上，以感官评分为参考指标，通过响应面最终确定了以海带为原料制作的海苔的最佳制作工艺为：料液比1 ∶19.2（g/mL），海带粉粒度100 目，涂膜厚度3.1 mm；辅料的最佳添加比例为：CMC-Na 添加量0.52%、小苏打添加量1.02%、海藻酸钠添加量0.31%，该工艺条件下感官达到最佳，口感酥脆，色泽均一，感官评分达到92.3 分；通过扫描电镜对比，得出添加CMC-Na 的海苔表面光滑，薄厚均匀，局部有少量气泡，未添加CMC-Na 的海苔表面粗糙，凹凸不平，造成此现象的原因与浆液黏稠性有关。