孔金花 葛慶豐 諸永志 卞歡 閆征 徐為民 王德寶

摘? 要：以小龍蝦為研究對象，探討超聲波輔助腌制小龍蝦的加工工藝。以超聲功率、超聲時間、腌制液鹽含量為單因素影響因子，小龍蝦的感官評分和氯化鈉含量為響應(yīng)值，進行響應(yīng)面優(yōu)化分析。結(jié)果表明，經(jīng)優(yōu)化后的小龍蝦腌制條件為超聲功率210 W、超聲時間30 min、腌制液含鹽量17 g/100 mL，在此工藝條件下小龍蝦的感官評分為91.2 分，氯化鈉含量為0.82%，與預(yù)測值接近，表明該腌制工藝合理有效。

關(guān)鍵詞：小龍蝦;超聲波;腌制;響應(yīng)面;工藝優(yōu)化

Optimization of Ultrasonic-Assisted Salting Conditions for Crayfish by Response Surface Methodology

KONG Jinhua1，2， GE Qingfeng1，*， ZHU Yongzhi2， BIAN Huan2， YAN Zheng2， XU Weimin2， WANG Debao2

（1.College of Food Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou? ?225127， China; 2.Institute of Agricultural Products Processing， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing? ?210014， China）

Abstract： In this study， we optimized the ultrasonic-assisted salting process of crayfish using response surface methodology （RSM）. Ultrasonic power， ultrasonic time， and brine concentration were taken as independent variables， and sensory evaluation score and salt content of cured crayfish as response variables. The results showed that the optimized conditions were as follows： 210W ultrasonic power， 30 min ultrasonic time， and 17 g/100 mL brine concentration. Cured crayfish prepared under these conditions scored 91.2 in overall sensory evaluation， and its sodium chloride content was 0.82%， which were both close to the predicted values， indicating that the curing process was reasonable and valid.

Keywords： crayfish; ultrasonic; salting; response surface methodology; process optimization

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210309-061

中圖分類號：TS254.1? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：

引文格式：

孔金花， 葛慶豐， 諸永志， 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化小龍蝦超聲波輔助腌制工藝[J]. 肉類研究， 2021， 35（3）：? . DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210309-061.? ? http：//www.rlyj.net.cn

KONG Jinhua， GE Qingfeng， ZHU Yongzhi， et al. Optimization of ultrasonic-assisted salting conditions for crayfish by response surface methodology[J]. Meat Research， 2021， 35（3）：? . DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210309-061.? ? http：//www.rlyj.net.cn

小龍蝦學(xué)名克氏原螯蝦（Procambarus clarkii），也稱為紅螯蝦和淡水小龍蝦，是我國重要的淡水經(jīng)濟蝦類[1]，因其風味獨特，肉質(zhì)鮮美且營養(yǎng)價值高，備受廣大消費者青睞[2]。近年來，小龍蝦產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)量逐年增長，但是小龍蝦加工仍然存在加工形式單一、加工方式落后等問題。因此，開發(fā)和研究新的小龍蝦加工工藝對小龍蝦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義[3]。

腌制是肉制品加工的重要工藝，不僅能夠提高保藏性，而且可以改善肉制品的風味、色澤、保水性等品質(zhì)特性[4-6]。對小龍蝦進行腌制是以食鹽為腌制劑對其進行基礎(chǔ)調(diào)味，不僅保持了小龍蝦原有的風味，同時提高了蝦肉的保水性，使肉質(zhì)更有彈性[7]。但是傳統(tǒng)的靜水腌制方法存在腌制速率低、氯化鈉分布不均勻等問題。且小龍蝦甲殼堅硬，腌制較禽肉更不易入味，而超聲波可以有效改善腌制速率等問題[8]。

近年來，超聲波技術(shù)作為一種高效、綠色的加工技術(shù)，在食品加工中的應(yīng)用越來越廣泛[9]。超聲波在液體中形成空化作用[10]，可以促進鹽分在食品中的擴散，不僅可以使氯化鈉分布均勻，而且有效提高了腌制速率[11]。孫秀秀等[12]研究證明，超聲波輔助腌制鴨蛋可以縮短蛋黃腌制周期、提高蛋黃品質(zhì)。丁玉勇等[13]研究證明，超聲輔助腌制可以提高畜禽肉的腌制速率，并優(yōu)化得到豬肉最佳腌制工藝。王逸鑫等[14]研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助腌制可以提高青魚的風味和品質(zhì)。

目前為止，超聲波輔助腌制工藝主要運用在畜禽肉加工中，在水產(chǎn)品中應(yīng)用較少[15]，使用超聲波技術(shù)對小龍蝦進行腌制的相關(guān)研究報道還很少。本研究以小龍蝦為研究對象，以超聲波功率、腌制時間、腌制液鹽含量為影響因素，優(yōu)化超聲波輔助腌制小龍蝦的工藝參數(shù)，為小龍蝦的超聲輔助腌制工藝應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料與試劑

小龍蝦購于南京集慶門水產(chǎn)批發(fā)市場，剔除死蝦后取鮮活小龍蝦，體質(zhì)量（25.00±3.00） g。

氯化鈉（分析純）? ?廣東光華科技股份有限公司;0.1 mol/L硝酸銀標準滴定溶液? ?廣州和為醫(yī)藥科技有限公司;其他試劑均為分析純。

1.2? ?儀器與設(shè)備

KQ-300超聲波清洗器? ?昆山市超聲儀器有限公司;PTX-FA210S分析天平? ?福州華志科學(xué)儀器有限公司。

1.3? ?方法

1.3.1? ?小龍蝦腌制工藝

小龍蝦腌制工藝：小龍蝦清洗→燙漂→冷卻→超聲腌制

操作要點：1）原料預(yù)處理：在（25±2） ℃室溫（下同）環(huán)境中，將鮮活小龍蝦洗凈后在沸水中燙漂10 s，冷卻至室溫;2）腌制液配制：在自來水中加入一定量的食鹽，配制成一定質(zhì)量濃度的腌制液;3）超聲波輔助腌制：將處理過的整只小龍蝦置于超聲波儀器中，腌制液完全淹沒小龍蝦，蝦水比為1︰2（m/V），超聲波腌制過程中溫度維持在（25±2） ℃。

1.3.2? ?單因素試驗設(shè)計

超聲時間30 min、腌制液鹽含量15 g/100 mL，超聲功率分別設(shè)置為150、180、210、240、270 W，在此條件下，對小龍蝦進行感官評價，測定其氯化鈉含量。

超聲功率210 W、腌制液鹽含量15 g/100 mL，超聲時間分別設(shè)置為10、20、30、40、50 min，在此條件下，對小龍蝦進行感官評價，測定其氯化鈉含量。

超聲功率210 W、超聲時間30 min，腌制液鹽含量分別設(shè)置為5、10、15、20 g/100 mL，在此條件下，對小龍蝦進行感官評價，測定其氯化鈉含量。

1.3.3? ?響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，運用Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理，建立3因素3水平模型，確定小龍蝦的最佳腌制工藝，試驗因素水平見表1。

1.3.4? ?指標測定

1.3.4.1? ?感官評價

感官評定的方法參照NY/T 840—2012《綠色食品 蝦》[16]，將小龍蝦洗凈后放入100 ℃水中煮沸5 min，冷卻后進行品嘗，具體評價標準參照表2。感官評價人員由10 名食品專業(yè)的研究生組成，對其進行專業(yè)的感官評價培訓(xùn)。評價人員根據(jù)評分標準對小龍蝦進行評價，品嘗每個樣品前均需漱口，評價員之間不得進行交流。最終得分是10 名評價員感官評分的平均分。

1.3.4.2? ?氯化鈉含量測定

參照GB 5009.44—2016《食品安全國家標準 食品中氯化物的測定》[17]，采用第三法直接滴定法測定。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件和SPSS Statistics 16.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析進行差異性比較，P<0.05表示有顯著性差異;采用Origin 8.5軟件作圖。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?單因素試驗結(jié)果

2.1.1? ?超聲功率對小龍蝦品質(zhì)的影響

小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。圖2～3同。

由圖1可知，超聲功率對小龍蝦的感官評分和氯化鈉含量影響顯著（P<0.05）。小龍蝦的氯化鈉含量呈上升趨勢，當超聲功率為270 W時，小龍蝦的氯化鈉含量為1.785%。超聲波的空化作用增強了細胞膜的透過性，使腌制液電解質(zhì)離子加速滲透和擴散，增加了腌制液的滲透速率[18]，因此超聲功率越大，小龍蝦的氯化鈉含量越高。Mcdonnell等[19]在研究超聲波對豬肉中氯化鈉擴散的影響時發(fā)現(xiàn)，氯化鈉擴散速率與超聲功率呈正比。隨著超聲功率的增加，小龍蝦的感官評分呈先上升后下降的趨勢。當超聲功率為210 W時，小龍蝦的滋味鮮美、咸味適中，感官評分達到92.6 分。由于超聲功率過大，腌制液吸收較多，會導(dǎo)致小龍蝦滋味太咸，同時高鹽滲透下會導(dǎo)致蝦肉脫水嚴重，彈性下降，影響小龍蝦的口感。因此選擇210 W為超聲腌制功率。

2.1.2? ?超聲時間對小龍蝦品質(zhì)的影響

由圖2可知，超聲時間對小龍蝦的感官評分和氯化鈉含量影響顯著（P<0.05）。超聲處理時間越長，小龍蝦的氯化鈉含量越高。當超聲時間為50 min時，小龍蝦的氯化鈉含量達0.951%。這是由于食鹽的擴散系數(shù)與擴散時間成正比，腌制時間越長，食鹽的滲透量越大[20]。龍錦鵬等[21]使用超聲腌制牦牛肉時也發(fā)現(xiàn)，超聲腌制時間越長，肉中氯化鈉含量越高。但超聲腌制時間為10～20 min時，氯化鈉含量增加不明顯，腌制20 min之后，氯化鈉含量增加趨勢更大。這可能是由于在腌制初始，氯化鈉的滲透速率主要受鹽的滲透壓影響。隨著超聲波對小龍蝦肌肉組織的破壞，使得肌原纖維的空隙增大，提高了腌制液的吸收速率[22]。隨著超聲時間的延長，小龍蝦的感官評分呈先上升后下降的趨勢。當超聲時間為30 min時，小龍蝦的滋味鮮美、咸味適中、肉質(zhì)緊密有彈性，感官評分達到94.1 分。超聲時間太短，小龍蝦無咸味且腥味重，感官品質(zhì)差。超聲時間太長，會導(dǎo)致蝦肉蛋白質(zhì)發(fā)生變性，影響蝦肉的感官品質(zhì)[23]。因此選擇30 min為超聲腌制時間。

2.1.3? ?腌制液鹽含量對小龍蝦品質(zhì)的影響

由圖3可知，腌制液鹽含量對小龍蝦的感官評分和氯化鈉含量影響顯著（P<0.05）。小龍蝦的氯化鈉含量呈上升趨勢，當腌制液鹽含量為20 g/100 mL時，小龍蝦的氯化鈉含量為0.802%。腌制液鹽含量越高，腌制液的滲透壓越大，氯化鈉的擴散系數(shù)隨之越大，腌制速率就越快[24]，因此小龍蝦的氯化鈉含量越高。隨著超聲時間的延長，小龍蝦的感官評分呈先上升后下降的趨勢，當腌制液鹽含量為15 g/100 mL時，小龍蝦的滋味鮮美、咸味適中，感官評分達到93.2 分。當腌制液鹽含量過低時，透過蝦殼進入到蝦體內(nèi)的鹽分太少，感官品質(zhì)差。因此選擇15 g/100 mL為腌制液鹽含量。

2.2? ?響應(yīng)面法分析優(yōu)化試驗結(jié)果與分析

2.2.1? ?響應(yīng)面試驗設(shè)計、結(jié)果及回歸模型的分析

以超聲功率（A）、超聲時間（B）、腌制液鹽含量（C）為自變量，小龍蝦感官評分和氯化鈉含量為響應(yīng)值（Y1、Y2），利用Design-Expert 8.0.6軟件對表3結(jié)果進行擬合分析，得到二元回歸方程為Y1=92.720-2.500A-2.250B+0.630C-0.470AB-5.180AC-8.830BC-8.220A2-8.070B2-4.370C2、Y2=0.730+0.150A+0.170B+0.190C+0.043AB+1.250×10-3AC+0.064BC+0.089A2-0.043B2-0.065C2。

由表4可知，此模型的F值為20.31，P值為0.000 3，說明該預(yù)測模型極顯著（P<0.01），失擬項（P=0.079 4>0.05）不顯著，說明該模型擬合情況好，具有統(tǒng)計學(xué)意義。一次項A（超聲功率）影響顯著（P=0.029 1<0.05），B（超聲時間）影響顯著（P=0.043 3<0.05），C（腌制液鹽含量）影響不顯著（P=0.516 1>0.05）。二次項A2影響極顯著（P=0.000 3<0.01），B2影響極顯著（P=0.000 4<0.01）極顯著，C2影響顯著（P=0.010 4<0.05）。交互因素中，AC對模型影響極顯著（P=0.005 2<0.01），BC對模型影響極顯著（P=0.000 2<0.01）。根據(jù)F值判斷得出，各單因素對感官評價的影響大小順序為超聲功率（A）>超聲時間（B）>腌制液鹽含量（C）;交互項因素對感官評價的影響大小順序為BC>AC>AB;二次項因素對感官評價的影響大小順序為A2>B2>C2。

由表5可知，此模型的F值為67.84，P值<0.000 1，說明該預(yù)測模型極顯著，失擬項（P=0.320 9>0.05）不顯著，說明該模型擬合情況好，具有統(tǒng)計學(xué)意義。影響因素A（超聲功率）、B（超聲時間）、C（腌制液鹽含量）、A2、C2、BC對氯化鈉含量影響極顯著（P<0.01），因素AB、B2影響顯著（P<0.05），因素AC影響不顯著（P>0.05）。根據(jù)F值判斷得出，各單因素對氯化鈉含量的影響大小順序為腌制液鹽含量（C）>超聲時間（B）>超聲功率（A）;交互項因素對氯化鈉含量的影響大小順序為BC>AB>AC;二次項因素對氯化鈉含量的影響大小順序為A2>C2>B2。

2.2.2? ?各因素交互作用分析

根據(jù)回歸模型作出的響應(yīng)面3D圖和圓形等高線圖可以反映出各因素對響應(yīng)值的交互作用[25]。響應(yīng)面3D圖曲面坡度越大、等高線圖越趨向于橢圓，表明各因素之間的交互作用越強[26]。由圖4～6可知，A（超聲功率）和C（腌制液鹽含量）、B（超聲時間）和C（腌制液鹽含量）之間的響應(yīng)面圖曲面較陡，等高線圖為橢圓形，表明交互作用較大。A（超聲功率）和B（超聲時間）之間的響應(yīng)面圖曲面較平坦，等高線圖趨于圓形，表明交互作用較小。對比圖4～6可知，超聲功率和超聲時間對感官評分的影響較為顯著，表現(xiàn)為曲面更加陡峭，腌制液鹽含量的變化曲面比較平緩，對感官評分的影響較小，這與方差分析的結(jié)果相一致。由圖4可知，當超聲功率不變時，隨著超聲時間的延長，小龍蝦的感官評分先上升后下降;由圖5可知，當超聲功率不變時，隨著腌制液鹽含量的增加，小龍蝦的感官評分先上升后下降;由圖6可知，當超聲時間不變時，隨著腌制液鹽含量的增加，小龍蝦的感官評分先上升后下降。超聲波的空化效應(yīng)破壞了肌纖維結(jié)構(gòu)，使肌纖維膨脹空隙增大后，其蓄水能力增強;同時空化作用促進了蛋白質(zhì)的降解，使蝦肉肌球蛋白的溶解度增加，提高了蝦肉的保水性和品質(zhì)[27-29]。

由圖7～9可知，A（超聲功率）和B（超聲時間）、B（超聲時間）和C（腌制液鹽含量）之間的響應(yīng)面圖曲面較陡，等高線圖為橢圓形，表明交互作用對響應(yīng)值氯化鈉含量影響顯著。A（超聲功率）和C（腌制液鹽含量）響應(yīng)面圖曲面較平坦，表明交互作用影響不顯著，這與方差分析結(jié)果一致。隨著超聲功率、超聲時間、腌制液鹽含量的增加，氯化鈉含量呈上升趨勢。超聲波空化作用引起了液體的各種物化反應(yīng)，加速了細胞壁內(nèi)外的質(zhì)量傳輸，促進了氯化鈉在蝦肉中的滲透，從而加速了腌制速率[30-31]。

2.2.3? ?最佳腌制工藝及實驗驗證

采用Design-Expert 8.0.6軟件對超聲輔助腌制小龍蝦工藝條件進行優(yōu)化，得到最佳腌制工藝為超聲功率213.2 W、腌制時間30.79 min、腌制液鹽含量17.61 g/100 mL。在此工藝條件下，小龍蝦的感官評分預(yù)測值為90.6 分，氯化鈉含量預(yù)測值為0.85%?？紤]到生產(chǎn)車間的實際可操作性，將最優(yōu)工藝調(diào)整為超聲功率210 W、超聲時間30 min、腌制液鹽含量17 g/100 mL，進行驗證實驗，進行3 次平行實驗后取平均值。

由表6可知，驗證實驗結(jié)果為感官評價得分為91.2 分、氯化鈉含量為0.82%，與預(yù)測值無顯著差異，證明響應(yīng)面分析法對于小龍蝦腌制工藝的優(yōu)化結(jié)果可靠，具有實用價值。

3? ?結(jié)? 論

對小龍蝦腌制工藝進行研究，選擇小龍蝦腌制工藝中的影響因素進行單因素試驗，根據(jù)響應(yīng)面試驗得出，各因素對感官評分影響大小為超聲功率（A）>超聲時間（B）>腌制液鹽含量（C），對氯化鈉含量影響大小為腌制液鹽含量（C）>超聲時間（B）>超聲功率（A）。經(jīng)優(yōu)化后的小龍蝦腌制條件為超聲功率210 W、腌制時間30 min、腌制液含鹽量17 g/100 mL，可使小龍蝦的感官評分達91.2 分、氯化鈉含量為0.82%。驗證實驗結(jié)果與模型預(yù)測結(jié)果無顯著差異，證明該模型合理可靠。與傳統(tǒng)的靜水腌制工藝達到相同的感官評分和氯化鈉含量所需要的時間（2 h左右）相比，該工藝有效提高了小龍蝦的腌制效率。

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