响应面法优化开发单环刺螠罐头食品

林爱齐，索宁，刘艳梅，李润雨，刘春娥，张家琪

（中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670）

单环刺螠（Urechis unicinctus）又称海肠或海肠子，隶属螠虫动物门（Echiurioidea），营养组成和海参有较多相似之处，因此有“裸体海参”的美称。单环刺螠蛋白质含量为22.84%，且富含多种人体必需氨基酸，粗脂肪含量仅为4.24%，是一种优质的海洋产品[1-2]。此外，其体内含有多肽、多糖、功能蛋白等，在抗凝血、溶栓、抗菌、抗肿瘤等方面具有较好的开发和应用前景[3]。

目前，单环刺螠主要以鲜活形式销售，然而由于运输成本等的影响，使其销售量受到极大限制。目前市场上单环刺螠加工品很少，较为成熟的单环刺螠加工品仅有海肠粉调味料。随着单环刺螠育苗以及养殖技术的成熟[4-5]，其产量逐年增加，近3年的产量均可达3 375 kg/hm2，单环刺螠产品研发具有巨大的市场潜力。为最大限度地保留单环刺螠原有的口感和营养价值，本试验根据单环刺螠体壁组成的特点，研发一款单环刺螠罐头食品，利用响应面法优化加工工艺，获得最佳工艺参数，以期增加其相关产品类型，促进单环刺螠产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

单环刺螠、调味料（砂糖、食盐等）：市售；酱汁：海天调味食品有限公司。C21S-C3150电磁炉：九阳股份有限公司；HH-8水浴锅：上海力辰仪器科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 单环刺螠罐头的制备

1.2.1.1 原料处理

选择色泽鲜艳、活力充沛、体长为200 mm～250 mm的新鲜单环刺螠，用剪刀将两头带刺的部分剪掉，将内脏和血液洗净，沥干待用。

1.2.1.2 盐渍

将单环刺螠浸没于10°Bé～15°Bé的盐水中，单环刺螠与盐水体积比为1∶1，盐渍时间为10 min。盐渍期间应间断翻动，盐水可使用3次，但在每次盐渍后，应调整至规定的浓度。将盐渍后的单环刺螠捞起，用清水漂洗一次，沥水。

1.2.1.3 汤汁的配制

按质量百分比配制，汤汁配方为酱汁60%、砂糖5.5%、葱花0.25%、米醋0.5%、油炸洋葱5.6%、蒜泥0.35%和料酒5.6%。单环刺螠与汤汁的体积比为1∶3。

1.2.1.4 排气与密封

水浴排气，用水浴锅排气4 min后密封处理。

1.2.1.5 杀菌及冷却

对各组进行杀菌处理，待冷却后进行感官评价。

1.2.2 单因素试验

1.2.2.1 杀菌温度对单环刺螠罐头感官品质的影响

酱汁浓度60%，单环刺螠寸段3cm，杀菌时间60s，调整杀菌温度为 112、114、116、118、120 ℃分别进行试验，考察杀菌温度对罐头感官品质的影响。

1.2.2.2 酱汁浓度对单环刺螠罐头感官品质的影响

杀菌温度116℃，单环刺螠寸段3 cm，杀菌时间60 s，将酱汁浓度设置为40%、50%、60%、70%、80%分别进行试验，考察酱汁浓度对罐头感官品质的影响。

1.2.2.3 单环刺螠寸段长度对单环刺螠罐头感官品质的影响

杀菌温度116℃，酱汁浓度60%，杀菌时间60 s，将单环刺螠切成1、2、3、4、5 cm的小段分别进行试验，考察单环刺螠寸段长度对罐头感官品质的影响。

1.2.2.4 杀菌时间对单环刺螠罐头感官品质的影响

杀菌温度116℃，酱汁浓度60%，单环刺螠寸段3cm，调整杀菌时间为 20、40、60、80、100 s 分别进行试验，考察杀菌时间对罐头感官品质的影响。

1.2.3 感官评价

邀请4名经过感官评价训练的人员对单环刺螠罐头的口感、风味、外观进行独立评分，以参评人员打分的算术平均数作为最终得分。结合文献[6-8]并参照GB/T 10221—2012《感官分析术语》[9]设计感官评分表，具体见表1。

表1 感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria

1.2.4 响应面优化试验

将单环刺螠罐头试验中的单个因素结果进行回归线性分析，选取3个影响较大的因素：杀菌温度、酱汁浓度、单环刺螠寸段长度，进行响应面试验设计，因素与水平见表2。

表2 响应面因素与水平Table 2 Response surface factor and level

1.2.5 数据处理

用SPSS Statistics 17.0进行数据分析。用Design-Expert.8.0.6模拟多元响应面回归模型[10]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 杀菌温度对单环刺螠罐头感官品质的影响

杀菌温度对单环刺螠罐头感官品质的影响见图1。

图1 杀菌温度对单环刺螠罐头感官品质的影响Fig.1 Effect of germicidal temperature on sensory quality of Urechis unicinctus cans

由图1可知，当杀菌温度在112℃～114℃时，随着杀菌温度的升高，单环刺螠罐头的感官评分呈上升趋势；杀菌温度达到114℃时，单环刺螠罐头的感官评分达到最高值，即81分。杀菌温度继续升高，单环刺螠罐头呈现鲜味减弱、色泽变暗、弹性变差的现象，且不易咀嚼，整体口感变差，感官评分下降，因此选取杀菌温度112、114、116℃进行响应面试验设计。

海参加热杀菌温度一般为118℃～121℃，加热时间为20 min～30 min[11]。通过预试验发现，121℃下加热60 s后单环刺螠体壁的弹性变得很差，口感差。海参与单环刺螠均属于体壁蛋白含量很高的水产品，单环刺螠体壁蛋白质含量为22.84%，海参蛋白含量为50%左右。胶原蛋白是动物体内含量最多、分布最广的蛋白质，胶原蛋白中氨基酸组成、氨基酸序列等对其热稳定性具有非常重要的影响，如一些亚氨基酸含量越高的胶原蛋白其热稳定性就越强[12]。单环刺螠的胶原蛋白中亚氨基酸脯氨酸与羟脯氨酸含量为12.6%[13]，海参胶原蛋白中脯氨酸与羟脯氨酸含量为16.4%[14]，所以海参的胶原蛋白热稳定性更高，同时海参中蛋白质含量也更高，所以相较单环刺螠，对海参的杀菌需要更高的温度和更长的时间。

2.1.2 酱汁浓度对单环刺螠罐头感官品质的影响

酱汁浓度对单环刺螠罐头感官品质的影响见图2。

图2 酱汁浓度对单环刺螠罐头感官品质的影响Fig.2 The effect of sauce concentration on the sensory quality of Urechis unicinctus cans

由图2可知，酱汁浓度50%时，单环刺螠罐头口感最好，感官评分达到最高，即73.5分。继续增加酱汁浓度，其感官评分逐渐下降。分析原因为，酱汁浓度增加时，在整个罐头中酱料风味过重，单环刺螠的存在感降低，罐头的整体风味被削弱，并且罐头外观颜色过深。酱汁的存在丰富了单环刺螠罐头的口感，能够适当地掩盖水产品的腥味，使单环刺螠产品更能够被消费者接受，但酱汁存在过量会掩盖单环刺螠本身的风味。因此选取酱汁浓度40%、50%、60%进行响应面试验设计。酱料在罐头产品中具有非常重要的调味作用，不同的酱料在不同的水产品罐头中有不同的使用比例。如制作鲣鱼罐头时，番茄酱的最佳添加量为35%[15]，制作豆豉鲮鱼罐头时豆豉占鱼肉的13.3%～40%[16]。

2.1.3 单环刺螠寸段长度对罐头感官品质的影响

单环刺螠寸段长度对罐头感官品质的影响见图3。

图3 单环刺螠寸段长度对罐头感官品质的影响Fig.3 The effect of Urechis unicinctus inch length on sensory quality of cans

由图3可知，单环刺螠寸段长度低于4 cm时，随着单环刺螠寸段长度的增加，单环刺螠罐头口感变好，长度为4 cm时口感最好，感官评分最高，为73.25分，且此时与酱汁的混合最为均匀。单环刺螠的体壁肌较薄，约2 mm～4 mm，在加热的时候容易收缩变短，其寸段长度对罐头的口感有直接影响。长度过短，会降低单环刺螠在整个罐头中的存在感；长度过长，咀嚼时会有顿挫感。因此选取单环刺螠寸段长度为3、4、5 cm进行响应面试验。不同的水产品由于其肉质组成不同以及罐头制作方法不同，水产品的寸段长度会有差异。鲜带鱼肌肉中蛋白质含量为（16.36±0.28）%，少于单环刺螠，且加热时肉质收缩不明显，在制作番茄酱糖醋带鱼罐头时，将带鱼制成5 cm～6 cm的小段，具有比较好的食用效果[17]。制作海参罐头时不同的工艺要求对应不同的海参寸段长度，任洪海[18]制作香菇海参罐头时采用去除内脏和石灰牙的较为完整的海参部分，吴灵等[11]制作海参罐头时采用的是海参肉泥。

2.1.4 杀菌时间对单环刺螠罐头感官品质的影响

杀菌时间对单环刺螠罐头感官品质的影响见图4。

图4 杀菌时间对单环刺螠罐头感官品质的影响Fig.4 Effect of sterilization time on sensory quality of Urechis unicinctus cans

随着加热时间的延长，体壁肌会出现一系列的变化，如胶原纤维的变性程度增大，排列顺序也会被打乱，纤维之间的空隙也变得更大[19]，在加热过程中胶原蛋白α螺旋会有向β折叠转变的趋势，而且这样的转变往往不可逆[20]。由图4可知，杀菌时间对单环刺螠罐头感官品质的影响并不大，分值均在70分～72.75分之间，而杀菌时间60 s时，感官评分相对较高，分值为72.75分。在试验中发现，随着杀菌时间的延长，对胶原蛋白的影响在感官上体现在体壁颜色慢慢失去光泽，弹性的口感下降，肉质失去嚼劲等。这可能是因为单环刺螠体壁较薄，且富含胶原蛋白，加热变性后胶原蛋白在一定程度上会影响肌肉在加热过程中的嫩度[21]，所以其杀菌时间不易过长。但因杀菌时间对单环刺螠罐头感官品质的影响整体不大，后续响应面试验设计中，杀菌时间不再作为考察因素。

2.2 SPSS分析

SPSS显著性分析结果见表3。

由表3得回归方程式为Y=-1.713A+1.400B-0.354C-0.011D，由此可得出各因素对单环刺螠罐头的影响的大小顺序为酱汁浓度＞杀菌温度＞单环刺螠寸段长度＞杀菌时间，杀菌时间对单环刺螠罐头口感影响不大。因此选取前3个因素进行响应面分析。

表3 SPSS显著性分析Table 3 SPSS significance analysis

2.3 响应面试验

2.3.1 响应面试验结果分析

响应面试验结果见表4，回归与方差分析结果见表5。

表4 响应面试验方案及结果Table 4 Design and experimental results of response surface experiment

表5 回归与方差分析结果Table 5 Regression and analysis of variance results

经过ANOVA分析得二次响应面回归方程为感官评分=-6 221.58+110.23A-0.53B+10.96C+0.013AB-2.48E-014AC-0.094BC-0.49A2-5.06E-003B2-0.76C2。

由表5可知，模型P＜0.01，模型达到极显著；模型失拟项P＞0.05，不显著。模型的绝对系数R2=0.952 8，说明该模型能解释95.28%的响应值变化，模型拟合程度较好，可以用此模型来预测真实值。自变量与响应值之间存在线性关系，可以用于理论推测。各因素的影响大小顺序为单环刺螠寸段长度＞酱汁浓度＞杀菌温度，综合SPSS分析的结果，均说明了酱汁浓度与单环刺螠寸段长度对感官评分具有较大的影响。

2.3.2 各因素交互显著项响应面分析

各因素交互显著项响应面分析结果见图5～图7。

图5 杀菌温度与酱汁浓度交互作用Fig.5 Sterilization temperature interacts with sauce concentration

图6 杀菌温度与单环刺螠寸段长度交互作用Fig.6 The sterilization temperature interacts with Urechis unicinctus length

图7 酱汁浓度与单环刺螠寸段长度交互作用Fig.7 Sauce concentration interacts with Urechis unicinctus length

从图5可以看出，杀菌温度不变时，随着酱汁浓度的增加，单环刺螠罐头的感官评分呈先上升后下降的趋势，随着酱汁浓度的增加，单环刺螠的腥味逐渐下降，口感越来越好，但是当酱汁浓度超过60%时，咸味逐渐增加，酱汁对单环刺螠香味的覆盖作用加强，罐头口感下降；酱汁浓度不变时，随着杀菌温度的上升，单环刺螠罐头口感先上升后下降，随着杀菌温度的上升，单环刺螠口感逐渐软糯，但是当杀菌温度过高时，单环刺螠失去嚼劲，口感迅速下降。

从图6可以看出，杀菌温度不变时，随着单环刺螠寸段长度的增加，单环刺螠罐头的感官评分呈先上升后下降的趋势。单环刺螠寸段长度过短时，单环刺螠丧失嚼劲，过于软糯；其寸段过长时，又难以咀嚼；单环刺螠寸段长度不变时，随着杀菌温度的上升，单环刺螠罐头的感官评分呈先上升后下降的趋势。

从图7可以看出，酱汁浓度不变时，随着单环刺螠寸段长度的增加，单环刺螠罐头的感官评分呈先上升后下降的趋势；单环刺螠寸段长度不变时，随着酱汁浓度增加，单环刺螠罐头的感官评分呈先增加后下降的趋势。由图5～图7可知，在各因素中心点感官评分最高，回归方程具有最优水平。

2.4 最佳试验条件的确定和验证

通过Design-Expert.8.0.6分析发现，最佳工艺条件为杀菌温度116℃、酱汁浓度56.46%、单环刺螠寸段长度3.74cm。根据实际情况，将工艺参数调整为杀菌温度116℃、酱汁浓度56.5%、单环刺螠寸段长度3.7 cm，该条件下的感官评分为83.1，高于试验预测的感官评分。

3 结论

单环刺螠因其丰富的营养以及优良的口感，受到越来越多消费者的青睐。由于其独特的体壁组成，使其对加工工艺有特殊要求，尤其对杀菌温度和时间要求严格。本文在单因素试验的基础上，采用三因素三水平的响应面分析法对单环刺螠罐头的加工工艺进行优化，得到的最佳工艺条件为杀菌温度116℃、酱汁浓度56.5%、单环刺螠寸段长度3.7 cm，在此条件下感官评分为83.1。目前对单环刺螠产品的研究较少，本试验通过响应面法开发一种新型、营养的单环刺螠加工产品，为单环刺螠新产品的开发提供参考。