張婷，楊波，羅瑞明*，王生軍，胡聰，張偉威，劉洋，王薇

（1.寧夏大學農學院，寧夏銀川750021；2.寧夏大學生命科學學院，寧夏銀川750021；3.寧夏白云食品有限公司，寧夏石嘴山53400）

響應面法優(yōu)化沙蔥的自然發(fā)酵工藝

張婷1，楊波2，羅瑞明1*，王生軍3，胡聰1，張偉威1，劉洋1，王薇1

（1.寧夏大學農學院，寧夏銀川750021；2.寧夏大學生命科學學院，寧夏銀川750021；3.寧夏白云食品有限公司，寧夏石嘴山53400）

為優(yōu)化沙蔥自然發(fā)酵的工藝條件，以總酸度及感官評定為響應值，通過中心組合設計試驗及響應面法分析研究不同菜添加量、加鹽量、香辛料添加量對沙蔥腌制品質的影響。結果表明，其最佳工藝方法為沙蔥用鹽水預腌8 h左右后，再將剩下的1/4鹽和菜分層入罐，鹽總添加量6%，沙蔥添加量50%，香辛料（辣椒/花椒/茴香/生姜=10∶1∶1∶1）添加量2.5%。在此條件下，發(fā)酵的沙蔥總酸度為1.25 g/100 mL，感官評分為90.3分，與模型預測值總酸度1.30 g/100 mL和感官評分91.8分基本相符。該沙蔥發(fā)酵的最佳工藝參數(shù)在生產上具有一定的指導意義。

沙蔥；發(fā)酵條件；工藝優(yōu)化；響應面分析

沙蔥（Allium mongolicum Regel），百合科蔥屬，又名蒙古韭菜、山蔥、野蔥、胡穆利（蒙語）等[1]，屬多年生草本植物。分布于蒙古國南部、俄羅斯和哈薩克斯坦以及我國西北的內蒙古、甘肅、新疆等地[2]，是沙漠草甸植物的伴生植物，常生于海拔較高的砂壤戈壁中，因其形似幼蔥，故稱沙蔥。莖葉針狀，開白色小花，其葉、嫩莖和花苞均具有辛辣味，辛辣味比其他蔥韭更鮮更濃。沙蔥不僅風味獨特、營養(yǎng)豐富，還具有一定的藥理作用，據(jù)蒙藥典記載：沙蔥具有降血脂、降血壓、健腎壯陽、開胃消食、治便秘等特殊功效，食之能治腸炎、赤白痢、腹瀉等疾病，被譽為“菜中靈芝”[3-4]。

沙蔥是西北地區(qū)人民喜愛的優(yōu)良佳肴，其食用方法有很多：涼拌、調味、炒食、做餡、腌漬等，均有不可多得的美味。但沙蔥的季節(jié)性強，可食用的莖部非常嫩不易久儲，研究表明，沙蔥腌制后粗蛋白含量有所升高[5]，其本身所有的營養(yǎng)成分均可保留，且腌制后存儲保質期可達五個月，提高沙蔥利用率的同時，還增加了沙蔥食用方式的多樣性。本研究采用響應面分析法[6-7]，對其發(fā)酵工藝進行優(yōu)化，以期獲得最佳工藝參數(shù)，充分利用山區(qū)野菜資源的同時，探索沙蔥的腌制工藝和調控技術，為開發(fā)沙蔥系列山野菜產品打下一定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

沙蔥：市售，當季新鮮；食鹽、辣椒、生姜、茴香、花椒：市售。

1.1.2 主要試劑

氫氧化鈉（分析純）：北京康普匯維科技有限公司、乙醇（分析純）：深圳市迪創(chuàng)化工有限公司；甲醛（分析純）：杭州永星五交化有限公司。

1.1.3 培養(yǎng)基

馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基：稱取馬鈴薯200 g，去皮洗凈切成小塊，加水1 000 mL煮沸30 min或高壓蒸煮20 min，紗布過濾，加17～20 g瓊脂和10～20 g葡萄糖，充分溶解后用紗布趁熱過濾，分裝，121℃滅菌20 min，冷卻后貯存?zhèn)溆肹8]。

1.2 儀器與設備

GMSX-280型手動控制壓力蒸汽滅菌器：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；101-3型恒溫干燥箱：上海東星建材試驗設備有限公司；HDL潔凈工作臺：北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司；LRH系列生化培養(yǎng)箱：上海一恒科技有限公司；PHS-3CpH計：上海精科儀器有限公司；AL204型電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；HH-S2恒溫水浴鍋：北京長源實驗設備廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 發(fā)酵過程指標監(jiān)測

大腸菌群按照GB 2714—2003《醬腌菜衛(wèi)生標準》中規(guī)定進行；總酸含量（以乳酸計）測定采用直接滴定法[9]。

感官評價：請10位有經(jīng)驗的評定人員對沙蔥腌制期間的色澤、外觀組織、香氣、質地、滋味、口感等計分，滿分100分，取平均值。感官評分標準[10-11]見表1。

表1 腌制沙蔥感官評分標準Table 1 Standard of sensory evaluation of pickled Allium mongolicum Regel

1.3.2 沙蔥腌制工藝路線

1.3.3 操作要點

分揀、清洗：選取新鮮的沙蔥，去除有機械損傷、尾部枯干、老桿等部分以及菜身中夾雜的雜質，小心清洗（其莖部極嫩，避免機械損傷，最好沖洗），瀝干。

稱量、分裝：沙蔥按試驗設計比例進行稱量后分裝。

腌制：因沙蔥非常脆嫩，將發(fā)酵分前后兩部分，前發(fā)酵預腌8 h左右以后再加鹽自然發(fā)酵。

放鹽：鹽分三次放完。將分揀好的沙蔥加入調制好的鹽水中，預腌的鹽水用鹽量為總用鹽量的1/2左右；在菜最上層撒一層鹽保證預腌充分，用鹽量為總用鹽量的1/4；預腌8 h左右后，將沙蔥撈出放入發(fā)酵罐中，方法是先放一層沙蔥，再撒一層鹽，然后再放一層沙蔥，再放一層鹽，依次進行，沙蔥放完鹽也要放完，而且鹽的量要自下而上依次增多，同時加入辣椒、花椒、生姜和茴香，用鹵液澄清液加滿發(fā)酵罐，保證腌制充分的同時最大化保留發(fā)酵風味，用鹽量為總用鹽量的1/4。

1.3.4 影響沙蔥發(fā)酵效果的單因素試驗

本試驗中，發(fā)現(xiàn)沙蔥腌制品在整個發(fā)酵過程中7～15 d風味最佳，選取第10天各組沙蔥腌制品進行總酸測定及感官評價。

鹽添加量的影響：沙蔥添加量50%，香辛料（辣椒/花椒/茴香/生姜=10∶1∶1∶1）添加量2%，分別在4%、5%、6%、7%、8%、9%鹽添加量條件下，將沙蔥發(fā)酵10 d，探討不同鹽添加量對沙蔥發(fā)酵效果的影響。

沙蔥添加量的影響：鹽添加量6%，香辛料添加量2%，分別在30%、40%、50%、60%、70%沙蔥添加量條件下，將沙蔥發(fā)酵10 d，探討不同沙蔥添加量對沙蔥發(fā)酵效果的影響。

香辛料添加量的影響：沙蔥添加量50%，鹽添加量6%，分別在0、1%、2%、3%、4%香辛料添加量條件下，將沙蔥發(fā)酵10 d，探討不同香辛料含量對沙蔥發(fā)酵效果的影響。

1.3.5 發(fā)酵條件優(yōu)化試驗

在對影響沙蔥腌制工藝條件變量的研究中，影響沙蔥腌制的因素有很多，根據(jù)中心組合試驗設計原理[12-13]，綜合單因子試驗結果，選取不同沙蔥添加量（A）、鹽添加量（B）、香辛料添加量（C）作為主要試驗因子，以總酸度（Y）和感官評分（Z）為響應值，采用3因素5水平二次回歸正交組合設計試驗[14]，對沙蔥自然發(fā)酵工藝參數(shù)進行優(yōu)化，試驗因素水平見表2。

表2 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of response surface methodology for fermentation process optimization

2 結果與分析

2.1 影響沙蔥發(fā)酵效果的單因素試驗

2.1.1 鹽添加量的影響

圖1 鹽添加量對總酸度和感官評分的影響Fig.1 Effect of salt concentration on total acidity and sensory score

由圖1可知，沙蔥發(fā)酵第10天時，隨著鹽添加量的增大，發(fā)酵液的總酸度總體逐漸降低，沙蔥的感官評分先升高后降低?？偹岫茸兓淮?，波動在0.05 g/100 mL以內；感官評分隨鹽添加量的不同變化較大，食鹽在蔬菜腌制中起著至關重要的作用，鹽添加量較低時，沙蔥淡而無味，口味偏酸，鹽添加量較高時沙蔥滋味偏咸，口感較差，其中當鹽添加量為6%左右時感官評分達到最高分，沙蔥各方面的風味品質最好，因此，選擇鹽添加量為6%較為恰當。

2.1.2 沙蔥添加量的影響

圖2 沙蔥添加量對總酸度和感官評分的影響Fig.2 Effect of AMR addition on total acidity and sensory score

由圖2可知，沙蔥發(fā)酵第10天時，隨著沙蔥添加量的增加，發(fā)酵液的總酸度逐漸升高，沙蔥的感官評分先升高后降低?？偹岫茸兓淮?，波動在0.1 g/100 mL以內；感官評分隨沙蔥添加量的不同變化較明顯，沙蔥添加量較少時菜的顏色比菜較多時更黃，且滋味偏咸，沙蔥添加量較多時菜的脆度較差，滋味較淡，其中當菜添加量為50%時感官評分達到最高分，沙蔥的色澤、質地、口感等各方面的風味品質最好，因此選擇菜添加量為50%較為恰當。

2.1.3 香辛料添加量的影響

圖3 香辛料添加量對總酸度和感官評分的影響Fig.3 Effect of spices addition on total acidity and sensory score

由圖3可知，沙蔥發(fā)酵第10天時，隨著香辛料添加量的增加，發(fā)酵液的總酸度變化不大，沙蔥的感官評分先升高后降低?？偹岫茸兓苄。▌釉?.03 g/100 mL以內；感官評分隨香辛料添加量的不同變化較明顯，香辛料的加入能增加沙蔥發(fā)酵后的復合香氣，但添加量偏高反而掩蓋了沙蔥本身的菜香，其中當香辛料添加量為2%時感官評分達到最高分，沙蔥各方面的風味品質最好，因此選擇香辛料添加量為2%較為恰當。

2.2 中心組合設計試驗及響應面法優(yōu)化發(fā)酵工藝

在單因素試驗的基礎上，采用響應面法優(yōu)化發(fā)酵條件，結果見表3。

利用Design expert 8.0軟件[15-16]，分別以總酸度（Y）和感官評分（Z）為響應值，對方程模型進行回歸統(tǒng)計分析，方差分析結果見表4和表5。對表3數(shù)據(jù)進行二次多元回歸擬合，得到二次回歸擬合方程為：

從表4可看出，回歸模型為極顯著水平（P＜0.000 1），因變量與所考察自變量之間的線性關系顯著（R2＝0.997 5），模型調整確定系數(shù)R2Adj＝0.993 0，即該模型能解釋99.3%響應值的變化，失擬項不顯著（P＝0.520 4＞0.05），說明該模型與實際試驗基本吻合，一次項A、B，二次項A2、B2和C2都表現(xiàn)為影響影響極顯著，對響應值影響極大，方程的交互項的影響也是極顯著的，各因素之間是二次關系。由表5可知，回歸模型為極顯著水平（P＜0.000 1），因變量Z與所考察自變量之間的線性關系顯著（R2＝0.999 4），模型調整確定系數(shù)R2Adj＝0.998 2，即該模型能解釋99.82%響應值的變化，失擬項不顯著（P=0.659 1＞0.05），說明該模型與實際試驗基本吻合，除一次項C影響不顯著和二次項BC影響為顯著水平外，其余各項均為極顯著水平。以上兩個方程對實驗的擬合情況都良好，可以對產品的總酸度和感官品質進行估算。

由此模型繪制的沙蔥添加量、鹽添加量和香辛料添加量之間的交互作用對總酸度和感官評分影響的響應面和等高線圖分別見圖4、圖5。

表3 發(fā)酵工藝優(yōu)化響應面試驗結果Table 3 Results of response surface methodology for fermentation process optimization

表4 以總酸度為響應值的方差分析Table 4 Variance analysis using total acid as response value

表5 以感官評分為響應值的方差分析Table 5 Variance analysis using sensory score as response value

圖4 各因素兩兩交互作用對總酸度影響的響應面及等高線Fig.4 Response surface plot and contour line of effect of interaction between each factors on total acidity

由圖4可知，隨著沙蔥添加量的增加，總酸度逐步上升，隨著鹽添加量的增加，總酸度先上升后下降；沙蔥添加量對總酸度的影響要大于香辛料添加量的效應，與統(tǒng)計結果相符；鹽添加量為5.5%、香辛料添加量為2%時總酸度較大。

圖5 各因素兩兩交互作用對感官評分影響的響應面及等高線Fig.5 Response surface plot and contour line of effect of interaction between each factors on sensory score

由圖5可知，隨沙蔥添加量的增加感官評分呈現(xiàn)為先上升后下降，鹽添加量對感官評分影響顯著，兩者的交互作用很顯著[17]；沙蔥添加量和香辛料添加量之間存在顯著的交互作用，相比較而言菜添加量對感官評分影響比香辛料添加量顯著；鹽添加量及香辛料添加量對感官評分都有顯著影響。

結果表明，最大總酸度和感官評分的最佳試驗參數(shù)為鹽添加量5.86%，沙蔥添加量50.68%，香辛料添加量2.46%。為了便于實際操作，將最佳腌制工藝條件修改為鹽添加量6%，沙蔥添加量50%，香辛料添加量2.5%。在此優(yōu)化條件下進行3次平行驗證試驗，總酸度為1.25 g/100 mL，感官評分為90.3分，與軟件優(yōu)化結果基本相符。

3 結論

試驗以沙蔥添加量、鹽添加量、香辛料添加量為因子，以總酸度（以乳酸計）和感官評分為響應值，通過中心組合設計試驗及響應面法優(yōu)化沙蔥自然發(fā)酵的最佳發(fā)酵條件為鹽添加量6%，沙蔥添加量50%，香辛料添加量2.5%。由此工藝制得的沙蔥腌制產品總酸度為1.25 g/100 mL，感官評分為90.3分，與預測值基本一致。發(fā)酵所得的沙蔥，味辛而不辣，質地脆嫩，風味獨特，是一種營養(yǎng)豐富的山野菜腌制品，開發(fā)前景廣闊。

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Optimization of nature fermentation process of Allium mongolicum Regel by response surface methodology

ZHANG Ting1,YANG Bo2,LUO Ruiming1*,WANG Shengjun3,HU Cong1,ZHANG Weiwei1,LIU Yang1,WANG Wei1
(1.College of Agricultural,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.College of Life Science,Ningxia University, Yinchuan 750021,China;3.Baiyun Food Co.,Ltd.,in Ningxia,Shizuishan 753400,China)

Using total acidity and sensory evaluation score as response value,central composite design experiments and response surface methodology were adopted to optimize the nature fermentation conditions of Allium mongolicum Regel(AMR).The effect of AMR addition,salt concentrations and spices addition on AMR quality was studied.The results showed that the optimum process methods were as follows:pre-pickled AMR with brine for 8 h,then re-pickled AMR into the cans with the remaining 1/4 salt,salt addition 6%,AMR addition 50%,spice(capsicum/pepper/fennel/ginger=10∶1∶1∶1)2.5%.Under this condition,the total acidity was 1.25 g/100 ml and sensory evaluation score was 90.3,which was basically corresponded to the model prediction value of 1.30 g/100 ml and 91.8,respectively.The processing parameters optimized by response surface experiment in this study had a certain guiding significance in the manufacture of AMR.

Allium mongolicum Regel;fermentation conditions;process optimization;response surface methodology

TS 255.3；TS 255.5

A

0254-5071（2014）10-0094-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.10.023

2014-08-29

寧夏回族自治區(qū)科技支撐計劃項目（2012zyn102）

張婷（1990-），女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。

*通訊作者：羅瑞明（1964-），男，教授，博士，研究方向為畜產品貯藏加工和食品生物技術。