響應面法優化開發單環刺螠罐頭食品

林愛齊，索寧，劉艷梅，李潤雨，劉春娥，張家琪

（中國農業大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670）

單環刺螠（Urechis unicinctus）又稱海腸或海腸子，隸屬螠蟲動物門（Echiurioidea），營養組成和海參有較多相似之處，因此有“裸體海參”的美稱。單環刺螠蛋白質含量為22.84%，且富含多種人體必需氨基酸，粗脂肪含量僅為4.24%，是一種優質的海洋產品[1-2]。此外，其體內含有多肽、多糖、功能蛋白等，在抗凝血、溶栓、抗菌、抗腫瘤等方面具有較好的開發和應用前景[3]。

目前，單環刺螠主要以鮮活形式銷售，然而由于運輸成本等的影響，使其銷售量受到極大限制。目前市場上單環刺螠加工品很少，較為成熟的單環刺螠加工品僅有海腸粉調味料。隨著單環刺螠育苗以及養殖技術的成熟[4-5]，其產量逐年增加，近3年的產量均可達3 375 kg/hm2，單環刺螠產品研發具有巨大的市場潛力。為最大限度地保留單環刺螠原有的口感和營養價值，本試驗根據單環刺螠體壁組成的特點，研發一款單環刺螠罐頭食品，利用響應面法優化加工工藝，獲得最佳工藝參數，以期增加其相關產品類型，促進單環刺螠產業的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

單環刺螠、調味料（砂糖、食鹽等）：市售；醬汁：海天調味食品有限公司。C21S-C3150電磁爐：九陽股份有限公司；HH-8水浴鍋：上海力辰儀器科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 單環刺螠罐頭的制備

1.2.1.1 原料處理

選擇色澤鮮艷、活力充沛、體長為200 mm～250 mm的新鮮單環刺螠，用剪刀將兩頭帶刺的部分剪掉，將內臟和血液洗凈，瀝干待用。

1.2.1.2 鹽漬

將單環刺螠浸沒于10°Bé～15°Bé的鹽水中，單環刺螠與鹽水體積比為1∶1，鹽漬時間為10 min。鹽漬期間應間斷翻動，鹽水可使用3次，但在每次鹽漬后，應調整至規定的濃度。將鹽漬后的單環刺螠撈起，用清水漂洗一次，瀝水。

1.2.1.3 湯汁的配制

按質量百分比配制，湯汁配方為醬汁60%、砂糖5.5%、蔥花0.25%、米醋0.5%、油炸洋蔥5.6%、蒜泥0.35%和料酒5.6%。單環刺螠與湯汁的體積比為1∶3。

1.2.1.4 排氣與密封

水浴排氣，用水浴鍋排氣4 min后密封處理。

1.2.1.5 殺菌及冷卻

對各組進行殺菌處理，待冷卻后進行感官評價。

1.2.2 單因素試驗

1.2.2.1 殺菌溫度對單環刺螠罐頭感官品質的影響

醬汁濃度60%，單環刺螠寸段3cm，殺菌時間60s，調整殺菌溫度為 112、114、116、118、120 ℃分別進行試驗，考察殺菌溫度對罐頭感官品質的影響。

1.2.2.2 醬汁濃度對單環刺螠罐頭感官品質的影響

殺菌溫度116℃，單環刺螠寸段3 cm，殺菌時間60 s，將醬汁濃度設置為40%、50%、60%、70%、80%分別進行試驗，考察醬汁濃度對罐頭感官品質的影響。

1.2.2.3 單環刺螠寸段長度對單環刺螠罐頭感官品質的影響

殺菌溫度116℃，醬汁濃度60%，殺菌時間60 s，將單環刺螠切成1、2、3、4、5 cm的小段分別進行試驗，考察單環刺螠寸段長度對罐頭感官品質的影響。

1.2.2.4 殺菌時間對單環刺螠罐頭感官品質的影響

殺菌溫度116℃，醬汁濃度60%，單環刺螠寸段3cm，調整殺菌時間為 20、40、60、80、100 s 分別進行試驗，考察殺菌時間對罐頭感官品質的影響。

1.2.3 感官評價

邀請4名經過感官評價訓練的人員對單環刺螠罐頭的口感、風味、外觀進行獨立評分，以參評人員打分的算術平均數作為最終得分。結合文獻[6-8]并參照GB/T 10221—2012《感官分析術語》[9]設計感官評分表，具體見表1。

表1 感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria

1.2.4 響應面優化試驗

將單環刺螠罐頭試驗中的單個因素結果進行回歸線性分析，選取3個影響較大的因素：殺菌溫度、醬汁濃度、單環刺螠寸段長度，進行響應面試驗設計，因素與水平見表2。

表2 響應面因素與水平Table 2 Response surface factor and level

1.2.5 數據處理

用SPSS Statistics 17.0進行數據分析。用Design-Expert.8.0.6模擬多元響應面回歸模型[10]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 殺菌溫度對單環刺螠罐頭感官品質的影響

殺菌溫度對單環刺螠罐頭感官品質的影響見圖1。

圖1 殺菌溫度對單環刺螠罐頭感官品質的影響Fig.1 Effect of germicidal temperature on sensory quality of Urechis unicinctus cans

由圖1可知，當殺菌溫度在112℃～114℃時，隨著殺菌溫度的升高，單環刺螠罐頭的感官評分呈上升趨勢；殺菌溫度達到114℃時，單環刺螠罐頭的感官評分達到最高值，即81分。殺菌溫度繼續升高，單環刺螠罐頭呈現鮮味減弱、色澤變暗、彈性變差的現象，且不易咀嚼，整體口感變差，感官評分下降，因此選取殺菌溫度112、114、116℃進行響應面試驗設計。

海參加熱殺菌溫度一般為118℃～121℃，加熱時間為20 min～30 min[11]。通過預試驗發現，121℃下加熱60 s后單環刺螠體壁的彈性變得很差，口感差。海參與單環刺螠均屬于體壁蛋白含量很高的水產品，單環刺螠體壁蛋白質含量為22.84%，海參蛋白含量為50%左右。膠原蛋白是動物體內含量最多、分布最廣的蛋白質，膠原蛋白中氨基酸組成、氨基酸序列等對其熱穩定性具有非常重要的影響，如一些亞氨基酸含量越高的膠原蛋白其熱穩定性就越強[12]。單環刺螠的膠原蛋白中亞氨基酸脯氨酸與羥脯氨酸含量為12.6%[13]，海參膠原蛋白中脯氨酸與羥脯氨酸含量為16.4%[14]，所以海參的膠原蛋白熱穩定性更高，同時海參中蛋白質含量也更高，所以相較單環刺螠，對海參的殺菌需要更高的溫度和更長的時間。

2.1.2 醬汁濃度對單環刺螠罐頭感官品質的影響

醬汁濃度對單環刺螠罐頭感官品質的影響見圖2。

圖2 醬汁濃度對單環刺螠罐頭感官品質的影響Fig.2 The effect of sauce concentration on the sensory quality of Urechis unicinctus cans

由圖2可知，醬汁濃度50%時，單環刺螠罐頭口感最好，感官評分達到最高，即73.5分。繼續增加醬汁濃度，其感官評分逐漸下降。分析原因為，醬汁濃度增加時，在整個罐頭中醬料風味過重，單環刺螠的存在感降低，罐頭的整體風味被削弱，并且罐頭外觀顏色過深。醬汁的存在豐富了單環刺螠罐頭的口感，能夠適當地掩蓋水產品的腥味，使單環刺螠產品更能夠被消費者接受，但醬汁存在過量會掩蓋單環刺螠本身的風味。因此選取醬汁濃度40%、50%、60%進行響應面試驗設計。醬料在罐頭產品中具有非常重要的調味作用，不同的醬料在不同的水產品罐頭中有不同的使用比例。如制作鰹魚罐頭時，番茄醬的最佳添加量為35%[15]，制作豆豉鯪魚罐頭時豆豉占魚肉的13.3%～40%[16]。

2.1.3 單環刺螠寸段長度對罐頭感官品質的影響

單環刺螠寸段長度對罐頭感官品質的影響見圖3。

圖3 單環刺螠寸段長度對罐頭感官品質的影響Fig.3 The effect of Urechis unicinctus inch length on sensory quality of cans

由圖3可知，單環刺螠寸段長度低于4 cm時，隨著單環刺螠寸段長度的增加，單環刺螠罐頭口感變好，長度為4 cm時口感最好，感官評分最高，為73.25分，且此時與醬汁的混合最為均勻。單環刺螠的體壁肌較薄，約2 mm～4 mm，在加熱的時候容易收縮變短，其寸段長度對罐頭的口感有直接影響。長度過短，會降低單環刺螠在整個罐頭中的存在感；長度過長，咀嚼時會有頓挫感。因此選取單環刺螠寸段長度為3、4、5 cm進行響應面試驗。不同的水產品由于其肉質組成不同以及罐頭制作方法不同，水產品的寸段長度會有差異。鮮帶魚肌肉中蛋白質含量為（16.36±0.28）%，少于單環刺螠，且加熱時肉質收縮不明顯，在制作番茄醬糖醋帶魚罐頭時，將帶魚制成5 cm～6 cm的小段，具有比較好的食用效果[17]。制作海參罐頭時不同的工藝要求對應不同的海參寸段長度，任洪海[18]制作香菇海參罐頭時采用去除內臟和石灰牙的較為完整的海參部分，吳靈等[11]制作海參罐頭時采用的是海參肉泥。

2.1.4 殺菌時間對單環刺螠罐頭感官品質的影響

殺菌時間對單環刺螠罐頭感官品質的影響見圖4。

圖4 殺菌時間對單環刺螠罐頭感官品質的影響Fig.4 Effect of sterilization time on sensory quality of Urechis unicinctus cans

隨著加熱時間的延長，體壁肌會出現一系列的變化，如膠原纖維的變性程度增大，排列順序也會被打亂，纖維之間的空隙也變得更大[19]，在加熱過程中膠原蛋白α螺旋會有向β折疊轉變的趨勢，而且這樣的轉變往往不可逆[20]。由圖4可知，殺菌時間對單環刺螠罐頭感官品質的影響并不大，分值均在70分～72.75分之間，而殺菌時間60 s時，感官評分相對較高，分值為72.75分。在試驗中發現，隨著殺菌時間的延長，對膠原蛋白的影響在感官上體現在體壁顏色慢慢失去光澤，彈性的口感下降，肉質失去嚼勁等。這可能是因為單環刺螠體壁較薄，且富含膠原蛋白，加熱變性后膠原蛋白在一定程度上會影響肌肉在加熱過程中的嫩度[21]，所以其殺菌時間不易過長。但因殺菌時間對單環刺螠罐頭感官品質的影響整體不大，后續響應面試驗設計中，殺菌時間不再作為考察因素。

2.2 SPSS分析

SPSS顯著性分析結果見表3。

由表3得回歸方程式為Y=-1.713A+1.400B-0.354C-0.011D，由此可得出各因素對單環刺螠罐頭的影響的大小順序為醬汁濃度＞殺菌溫度＞單環刺螠寸段長度＞殺菌時間，殺菌時間對單環刺螠罐頭口感影響不大。因此選取前3個因素進行響應面分析。

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

2.3 響應面試驗

2.3.1 響應面試驗結果分析

響應面試驗結果見表4，回歸與方差分析結果見表5。

表4 響應面試驗方案及結果Table 4 Design and experimental results of response surface experiment

表5 回歸與方差分析結果Table 5 Regression and analysis of variance results

經過ANOVA分析得二次響應面回歸方程為感官評分=-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，模型達到極顯著；模型失擬項P＞0.05，不顯著。模型的絕對系數R2=0.952 8，說明該模型能解釋95.28%的響應值變化，模型擬合程度較好，可以用此模型來預測真實值。自變量與響應值之間存在線性關系，可以用于理論推測。各因素的影響大小順序為單環刺螠寸段長度＞醬汁濃度＞殺菌溫度，綜合SPSS分析的結果，均說明了醬汁濃度與單環刺螠寸段長度對感官評分具有較大的影響。

2.3.2 各因素交互顯著項響應面分析

各因素交互顯著項響應面分析結果見圖5～圖7。

圖5 殺菌溫度與醬汁濃度交互作用Fig.5 Sterilization temperature interacts with sauce concentration

圖6 殺菌溫度與單環刺螠寸段長度交互作用Fig.6 The sterilization temperature interacts with Urechis unicinctus length

圖7 醬汁濃度與單環刺螠寸段長度交互作用Fig.7 Sauce concentration interacts with Urechis unicinctus length

從圖5可以看出，殺菌溫度不變時，隨著醬汁濃度的增加，單環刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢，隨著醬汁濃度的增加，單環刺螠的腥味逐漸下降，口感越來越好，但是當醬汁濃度超過60%時，咸味逐漸增加，醬汁對單環刺螠香味的覆蓋作用加強，罐頭口感下降；醬汁濃度不變時，隨著殺菌溫度的上升，單環刺螠罐頭口感先上升后下降，隨著殺菌溫度的上升，單環刺螠口感逐漸軟糯，但是當殺菌溫度過高時，單環刺螠失去嚼勁，口感迅速下降。

從圖6可以看出，殺菌溫度不變時，隨著單環刺螠寸段長度的增加，單環刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢。單環刺螠寸段長度過短時，單環刺螠喪失嚼勁，過于軟糯；其寸段過長時，又難以咀嚼；單環刺螠寸段長度不變時，隨著殺菌溫度的上升，單環刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢。

從圖7可以看出，醬汁濃度不變時，隨著單環刺螠寸段長度的增加，單環刺螠罐頭的感官評分呈先上升后下降的趨勢；單環刺螠寸段長度不變時，隨著醬汁濃度增加，單環刺螠罐頭的感官評分呈先增加后下降的趨勢。由圖5～圖7可知，在各因素中心點感官評分最高，回歸方程具有最優水平。

2.4 最佳試驗條件的確定和驗證

通過Design-Expert.8.0.6分析發現，最佳工藝條件為殺菌溫度116℃、醬汁濃度56.46%、單環刺螠寸段長度3.74cm。根據實際情況，將工藝參數調整為殺菌溫度116℃、醬汁濃度56.5%、單環刺螠寸段長度3.7 cm，該條件下的感官評分為83.1，高于試驗預測的感官評分。

3 結論

單環刺螠因其豐富的營養以及優良的口感，受到越來越多消費者的青睞。由于其獨特的體壁組成，使其對加工工藝有特殊要求，尤其對殺菌溫度和時間要求嚴格。本文在單因素試驗的基礎上，采用三因素三水平的響應面分析法對單環刺螠罐頭的加工工藝進行優化，得到的最佳工藝條件為殺菌溫度116℃、醬汁濃度56.5%、單環刺螠寸段長度3.7 cm，在此條件下感官評分為83.1。目前對單環刺螠產品的研究較少，本試驗通過響應面法開發一種新型、營養的單環刺螠加工產品，為單環刺螠新產品的開發提供參考。