干豇豆的腌渍工艺优化

卜智斌，唐道邦，温靖，徐玉娟，余元善，傅曼琴，李俊

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,农业农村部功能食品重点实验室广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610）（2.广东佳宝集团有限公司，广东潮州 515638）

豇豆是我国重要的大宗蔬菜之一，又名长豆角，为夏秋季节盛产的豆荚类蔬菜。豇豆蛋白质含量高，富含粗纤维、碳水化合物、维生素和酚类物质等[1,2]，因其豆荚饱满、光泽嫩绿、味道可口、营养丰富而备受广大消费者的亲睐，在蔬菜消费和生产加工中占有重要的地位。豇豆的生长收获季节短且集中，鲜豇豆含水量较高（通常在90%以上），由于其在贮藏期间豆荚脆嫩容易发泡、呼吸速率高和失水严重，从而导致鲜豇豆出现萎蔫、腐烂、老化，非常不耐贮存[3]。

豇豆作为新疆地区近年来脱贫增收的重要产业，年产量巨大，鲜食无法全部消耗，由于脱水蔬菜具有便于贮运、调节蔬菜淡旺季供应等特点[4]，当地习惯将豇豆晒制成干菜，可快速处理大量豇豆调节供求、有效减少产后损失，也是提升其附加值和种植收益的主要手段之一。以干豇豆为原料加工豇豆制品的研究较少，食用方法多以复水烹饪炒制为主，难以进一步延长豇豆产业链，提升豇豆的精深加工价值。

近年来，醋泡食品作为一种功能性食品具有较高的关注度，本研究采用白砂糖、食盐与醋酸的混合溶液浸泡复水与调味相结合，制得腌渍豇豆制品，主要利用高浓度的食盐、醋酸及其他香辛料的综合作用防腐保藏和增进风味[5]，为糖醋腌渍的非发酵蔬菜制品，目前市场上主要有糖醋脆萝卜、糖醋姜、酸笋、香甜萝卜干等产品[6,7]。梁莉等人对比研究了不同前处理工艺对人工发酵和自然发酵豇豆产品品质的影响[8]，徐柯等人研究了泡豇豆自然发酵过程中有机酸变化及对亚硝酸盐降解的影响[9]，但对于以豇豆干制品为原料浸泡腌渍的研究未见报道。因此，本研究以新疆干豇豆为原料，采用醋酸、白砂糖及食盐混合溶液腌渍，添加姜、蒜、椒等其他调味配料进行浸泡复水调味，以浸泡腌渍后豇豆的总酸度、硬度、L*值、复水比、感官评分为考核指标，通过响应面试验结合熵权法多目标优化浸泡腌渍工艺配方，以期为开发浸泡腌渍豇豆新产品提供一定的理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 原料

原辅料：干豇豆（水分含量17.44%）由新疆西圣果业有限责任公司提供；红米椒、大蒜购于当地农贸市场；冰醋酸、白砂糖、食盐均为食品级；三氯甲烷、氢氧化钠、酚酞均为国产分析纯。

主要仪器：打浆机，美的集团有限公司；UitraScan-VIS 全自动色差仪，HunterLab；TA-XT Plus全质构分析仪，Stable Micro Systems；BCD-206T 海尔冰箱，青岛海尔有限公司；ALC-210.4 分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

称取20 g 干豇豆均匀切成5 cm 左右长度后备用，用200 mL 冷开水配制相应浓度的食盐、醋酸和白砂糖混合溶液，加入提前洗净切好的红米椒5 g、蒜末1.5 g，将干豇豆置于混合溶液中，密封置于室温条件下浸泡腌渍3 d，得到可即食的腌渍豇豆制品。

1.2.2 响应面实验

以混合浸泡液中食盐（A）、醋酸（B）、白砂糖（C）浓度为试验因素，以浸泡腌渍后豇豆的总酸度（Y1）、硬度（Y2）、色泽L*值（Y3）、复水比（Y4）、感官评分（Y5）为优化参考指标，进行三因素三水平响应面试验，按照1.2.1 所述工艺流程开展试验，浸泡结束后测定豇豆的总酸度、硬度、L*值和复水比，并进行感官评价，每组处理至少需重复3 次，结果取平均值。试验设计如表1 所示。

表1 响应面设计试验参数Table 1 Response surface design and parameters

1.2.3 指标测定方法

1.2.3.1 总酸度

参考GB 5009.239-2016中的方法进行检测[10]。

1.2.3.2 复水比

参考高鹤等人[11]的方法做部分改进，在室温条件下取出浸泡腌渍后的豇豆样品，自然沥干5 min后称重，每组实验测定3次平行，结果取平均值，复水比按公式（1）计算：

式中：m0为浸泡前干豆角样品的质量/g；m1为浸泡腌渍后豇豆的质量/g。

1.2.3.3 硬度

通过全质构分析仪测定，将浸泡腌渍后的豇豆堆积高度15 mm，采用P50探头，对试样进行2次压缩的机械过程模拟人口腔的咀嚼运动，利用力学测试方法模拟食品质地的感官评价。测试前速率2 mm/s,测试速率2 mm/s，测试后速率1 mm/s，测定间隔时间5 s，压缩量30%，感应力5.0 g。每组实验重复10次，结果以硬度的平均值表示。

1.2.3.4 色泽

采用全自动色差仪进行分析，每个平行样测量5次取平均值。色泽指标包括L*值(标准白板参数为：L*=91.45，a*=0.01，b*=0.02)。其中L*值表示亮度，L*值越大亮度越大。

1.2.3.5 感官评价

表2 感官评定评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of cowpea

参考厍晓等人[12]的方法做部分改进：采用综合评分法对浸泡腌渍豇豆做感官评价，以豇豆的色泽、形态、气味、滋味和口感5 个项目为评价指标，设定每个项目为20 分制进行评定，综合5 个项目总分为感官评定评分，最高分为100 分。邀请15 名人员进行测评，测评人员的年龄在20～35 岁之间，男:女=2:3。评价方式采用风味食品常用的盲评打分法，首先将豇豆样品置于纸杯中，在室内自然亮光下色泽、形态，同时闻其气味，清水漱口后品尝其滋味，体验口感并做相应记录，按评分标准进行评分。计算所有测评人员评价分的平均值作为有效数据，评分标准如表2 所示。

1.2.3.6 熵权法综合评分优化

运用熵权法对各考察指标进行赋权得到客观权重值Wj，其中总酸度、硬度、L*值分别影响感官评分的滋味、口感、色泽等指标，总酸度和硬度适宜、L*值和感官评分越高产品质量越好，计算得出综合评分F。首先根据公式（2）将各个考察指标的数据X1，X2，……Xn进行标准化处理，其中Xi={X1，X2，……Xn}，i为各项目的编号，j表示各考察指标的编号。

根据公式（3）求各指标的信息熵E1，E2，……，En，其中，如果Pij=0，则定义

按照公式（4），通过信息熵计算个指标的权重：

按照公式F=∑WjYij计算各试验组的综合评分。

1.2.3.7 数据处理

试验数据采用Excel 整理并统计分析、Design-Expert 10 进行响应面优化分析。

2 结果与讨论

2.1 响应面试验结果

根据响应面Box-Behnken 试验设计方法，对17组浸泡腌渍后豇豆的总酸度、硬度、L*值、复水比和感官进行评价，每个试验组重复3 次用来估计试验误差，结果如表3 所示。

2.2 响应面回归模型的建立与分析

用Design Expert 软件对试验数据进行回归处理，得到总酸度（Y1）、硬度（Y2）、色泽L*值（Y3）、复水比（Y4）和感官评分（Y5）与食盐（A）、醋酸（B）、白砂糖（C）浓度的回归方程，分别见式（5）、（6）、（7）、（8）及（9）。

表3 响应面试验结果Table 3 The results of response surface method

表4 指标回归方程系数显著性检验结果Table 4 Indicators regression coefficient significance test results

总酸度、硬度、L*值、复水比和感官评分5 个考察指标的方差分析显著性检验结果如表4 所示，其中总酸度、硬度、感官评分3 个指标的回归方程模型均极显著（p＜0.01），L*值指标的回归方程模型显著（p＜0.05），失拟项均不显著（p＞0.05），且总酸度、硬度、感官评分3 个回归方程的决定系数R2均大于0.9，说明其应变量与自变量之间的多元回归关系显著，即试验数据与回归方程模型的拟和程度高，数据比较可靠，可用于对干豇豆浸泡腌渍工艺指标进行分析和预测。但是复水比指标的回归方程模型则不显著，说明复水比受食盐、醋酸、白砂糖浓度的影响不显著，García-Segovia 等[13]通过研究不同干燥方式下的蘑菇的复水过程，发现在一定溶液组成比例下，发现其复水效果与温度和压力相关性最大。

由于本研究采用复水与腌渍工艺相结合，复水效果就成为了腌渍工艺的关键因素之一，决定了产品的口感和品质，复水的过程受到内在和外在因素的影响，内在因素主要包括化学成分、干燥处理、产品组成等，外在因素主要包括复水溶液的组成、温度、压力等[14]，其中最重要的影响因素是复水温度，温度过高时会使得产品中酚类化合物大量损失，并导致组织结构和组成改变[15,16]。因此，本实验采用常温常压浸泡复水腌渍工艺，可防止热水浸泡时间过长而使组织过度软化，通过响应面实验回归方程模型分析，发现复水比指标的回归方程模型则不显著，可能是由于考虑到豇豆制品的可食用性，本实验选取的醋酸、白砂糖、食盐比例适中，变化幅度较窄，说明本研究选定的醋酸、白砂糖、食盐比例对豇豆复水效果的影响不显著。因此在接下来的单目标优化分析、影响因子间的交互作用分析以及多目标优化分析中以总酸度、硬度、感官、L*值4 个响应值作为评价指标。

各因子对豇豆总酸度影响的大小依次是B＞C＞A，其中醋酸B 的影响达到极显著（p＜0.01），白砂糖C达到显著水平（p＜0.05），交互作用项AB 影响显著（p＜0.05）；各因子对豇豆硬度影响的大小依次是C＞B＞A，其中交互作用项AB、AC、BC 影响达到极显著（p＜0.01）；各因子对豇豆L*值影响的大小依次是A＞B＞C，其中食盐A 的影响达到极显著（p＜0.01），B2、交互作用项AC 影响显著（p＜0.05）；各因子对豇豆感官评定影响的大小依次是A＞B＞C，其中食盐A、醋酸B、交互作用项AC 的影响达到极显著（p＜0.01），C2、交互作用项AB、BC 影响显著（p＜0.05），A2的影响达到极显著水平（p＜0.0001）。

通过结合感官评价，确定总酸度和硬度适宜、L*值和感官评分越高产品质量越好，通过Design Expert软件对总酸度、硬度、感官、L*值4 个影响显著的考察指标进行单目标优化，结果见表5。单目标优化的最佳条件如表5 所示，其中食盐条件一致均为4.0%，但醋酸和白砂糖条件各有差异，各单目标最优值为总酸度0.56、硬度219.95 g、L*值43.88、感官评分86.06 分。

表5 单目标优化结果Table 5 Result of single targets’ optimization

2.3 影响因子间的交互作用分析

由上述得出的交互项对豇豆总酸度、硬度、L*和感官评分指标具有显著影响的3D Surface 图如1～4 所示。各图是由响应值与各试验因子构成的曲面图，显示了食盐、醋酸和白砂糖浓度中任意一个变量取零水平时，其余两个变量对考察指标的影响。

图1 为白砂糖比例9%时，醋酸和食盐比例分别对豇豆总酸度和硬度的交互作用，由图可知，当食盐浓度一致时，随着醋酸浓度的升高，豇豆的总酸度不断升高；当食盐浓度在低于4%时且一定时，随着醋酸浓度的升高，豇豆的硬度不断下降；当食盐浓度在高于4%时且一致时，随着醋酸浓度的升高，豇豆的硬度不断升高。

图2a 为醋酸浓度1.7%时，白砂糖和食盐浓度对豇豆硬度的交互作用。图2b 为食盐浓度4%，白砂糖和醋酸浓度对豇豆硬度的交互作用。由图中可以看出，当白砂糖浓度小于9%且一定时，硬度随着食盐浓度的升高而降低，随着醋酸浓度的升高而升高；而当白砂糖浓度小大9%且一定时，硬度随着食盐浓度的升高而升高，随着醋酸浓度的升高而降低。

图1 AB交互作用对豇豆总酸度和硬度的影响Fig.1 Effects of AB mutual interactions on the total acidity and hardness of cowpea

图2 AC交互作用(a)和BC交互作用(b)对豇豆硬度的影响Fig.2 Effects of AC mutual interactions and BC mutual interactions on the hardness of cowpea

图3为醋酸浓度1.7%时，白砂糖和食盐浓度对豇豆L*值和感官评分的交互作用。由图中可以看出，当白砂糖浓度一定时，L*值随着食盐浓度的升高而升高，感官评分随着食盐浓度的升高先升高后下降。

图3 AC交互作用对豇豆L*和感官评分的影响Fig.3 Effects of AC mutual interactions on the L* and sensory evaluation of cowpea

图4 AB交互作用(a)和BC交互作用(b)对豇豆感官评分的影响Fig.4 Effects of AB mutual interactions and BC mutual interactions on the sensory evaluation of cowpea

图4a 为白砂糖浓度9%时，醋酸和食盐浓度对豇豆感官评分的交互作用，由图中可以看出，当醋酸浓度一定时，感官评分随着食盐浓度的升高而先升高后降低，当食盐浓度一定时，感官评分随着醋酸浓度的升高而降低。图4b 为食盐浓度4%，白砂糖和醋酸浓度对豇豆感官评分的交互作用，当白砂糖浓度一定时，感官评分随着醋酸浓度的升高而降低。

通过以上交互作用分析，可得知感官评分的提高需要以酸度、硬度、L*值的降低为代价，酸度的升高需要以硬度的降低作为代价，统计上称这样解为非劣解或Pareto 最优解，这就需要通过多目标优化算法来寻找酸度、硬度、L*值、感官评分等指标的最优解。

2.4 熵权法多目标优化结果

熵权法是常用的一种客观赋权法[17]，利用样本数据信息确定权重，其优点是不掺杂主观判断，更科学的进行多指标的综合评价[18]。根据上述响应面实验结果，利用熵权法对各个响应值赋权值，计算得到总酸度、硬度、L*值、感官评分的权重系数分别为0.1022、0.3229、0.2332、0.3417，得到的综合评分Z 如表6。

通过采用Design Expert软件对综合评分Z进行回归处理，得到熵权法综合评分Z 对食盐A、醋酸B 和白砂糖C 的二次多项式回归方程见式（10）：

综合评分Z 的回归方程显著（p＜0.05），失拟项不显著（p＞0.05），且均方差的纯误差较小，说明此回归方程比较可靠，可用于干豇豆浸泡腌渍工艺优化综合评分值的分析预测。由p 值可知，各因素对浸泡腌渍工艺配方的综合评分Z 的影响大小依次为：食盐A＞白砂糖C＞醋酸B。

应用Design-Expert软件对综合评分Z影响指标进行优化，得到熵权法综合评分优化的最佳条件为食盐4%、醋酸1.4%、白砂糖11.8%，预测得到各目标最优值为总酸度0.44、硬度217.81g、L*值41.03、感官评分86.03 分，与单目标优化的结果较为接近。

2.5 最佳工艺参数的验证

对上述熵权法多目标优化得到的最佳条件：食盐4%、醋酸1.4%、白砂糖11.8%进行验证试验，在此条件下，浸泡腌渍豇豆制品的总酸度0.44、硬度217.03 g、L*值42.31、复水比2.94、感官评分85.29 分，与理论预测值接近，在该参数下所得的豇豆腌渍制品复水较好、形态完整无明显薄膜、色泽深绿明亮、风味较好、组织软硬适中，感官评价可接受度高，说明熵权法多目标优化用于干豇豆浸泡腌渍工艺具有较好的准确性和可靠性，可为后续研究及工业化生产提供一定的参 考依据。

表6 熵权法优化数据标准化结果及综合评分表Table 6 Standardized data and comprehensive scores by entropy weight method

表7 熵权法综合评分响应面回归模型方差分析Table 7 Analysis of variance of entropy weight method comprehensive score response surface regression model

3 结论

本研究以食盐、醋酸、白砂糖为主的复水溶液浸泡腌渍制得调味豇豆制品，通过采用响应面试验建立二次多项式回归方程模型可用来分析和预测浸泡腌渍工艺对豇豆制品总酸度、硬度、L*和感官评分的影响，并结合熵权法进行多目标优化最佳工艺，发现食盐、醋酸、白砂糖及其交互项对豇豆总酸度、硬度、L*和感官评分指标具有显著影响，复水比受食盐、醋酸、白砂糖浓度的影响不显著，各因子对豇豆总酸度影响的大小依次是醋酸＞白砂糖＞食盐，其中醋酸的影响极显著，白砂糖、食盐与醋酸交互作用影响显著；各因子对豇豆硬度影响的大小依次是白砂糖＞醋酸＞食盐，其中食盐与醋酸、食盐与白砂糖及醋酸与白砂糖的交互作用影响极显著；各因子对豇豆L*值影响的大小依次是食盐＞醋酸＞白砂糖，其中食盐的影响达到极显著，食盐与白砂糖的交互作用项影响显著；各因子对豇豆感官评分影响的大小依次是食盐＞醋酸＞白砂糖，其中食盐、醋酸、食盐与白砂糖的交互作用影响极显著，食盐与醋酸、醋酸与白砂糖的交互作用影响显著。得到最佳的浸泡盐渍的工艺配方为食盐4%、醋酸1.4%、白砂糖11.8%，通过验证试验得到浸泡腌渍豇豆制品的总酸度0.44、硬度217.03 g、L*值42.31、复水比2.94、感官评分85.29 分。