响应曲面法优化草鱼肉冷杀菌工艺

王满生，刘永乐*，王发祥，李向红，王建辉，俞 健

(长沙理工大学食品与生物工程系，湖南 长沙 410114)

响应曲面法优化草鱼肉冷杀菌工艺

王满生，刘永乐*，王发祥，李向红，王建辉，俞 健

(长沙理工大学食品与生物工程系，湖南 长沙 410114)

以微生物菌落总数和减菌率为评价指标，采用单因素试验结合Box-Behnken法，研究ClO2质量浓度、H2O2质量浓度及浸泡处理时间对草鱼肉冷杀菌效果的影响。通过响应曲面分析，草鱼肉减菌预处理工艺最优条件为ClO2质量浓度157mg/L、H2O2质量浓度1.1g/L、浸泡处理时间6.4min，在此条件下草鱼肉经处理后细菌总数由1.36×105CFU/g降为1.50×104CFU/g，减菌率高达89.01%。

草鱼；冷杀菌；减菌；响应曲面法

草鱼(Ctenopharyngodon idellus)又名鲩鱼，属于鲤形目、鲤科、草鱼属。作为我国“四大家鱼”之一，不仅食品品质很好，而且销售价格适中，深受消费者欢迎。其养殖产量、消费量和产值均居淡水鱼之首位，2006年草鱼总产量为396.34万吨，占全国淡水产品总量的16.5%[1]。草鱼肉肉质细嫩、营养丰富，具有水分含量高、pH值接近中性，组织蛋白酶作用旺盛、体表黏液多等特点，而且鱼体内携带有大量细菌，在贮藏、运输、加工处理及销售过程中极易腐败变质，从而导致资源浪费和环境污染[2-4]。因此，开展草鱼的保鲜研究具有重要的现实意义和应用价值。

淡水鱼肉的腐败变质一般是内源酶和微生物共同作用的结果，而微生物生长繁殖直接引入臭味物质和外源酶作用，在很大程度上起着主导腐败变质的作用[5]。目前，有关淡水鱼的保鲜研究很多[6-9]，特别是各类化学、生物保鲜剂的研究层出不穷，虽然都有一定的保鲜效果，但真正运用“栅栏”效应理论的不多。多靶栅栏技术是近年来在肉类研究中应用较成功的一种保鲜技术，其中通过冷杀菌工艺降低原料的初始微生物数是一个重要的栅栏效应[10]。本研究通过响应曲面法优化草鱼肉的冷杀菌减菌工艺，为草鱼肉保鲜提供一种新的高效减菌预处理方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜草鱼，购自当地市场，每尾约1.5kg。

稳态ClO2(10%±0.8%) 潍坊华实药业有限公司；30% H2O2(食品级) 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 方法

1.2.1 微生物总数测定

采用GB 4789.2—2010《食品卫生微生物学检验：菌落总数测定》[11]方法进行测定。

式中：Y为减菌率/%；V为空白处理的鱼块微生物菌落总数/(CFU/g)；V1为杀菌液浸泡处理的鱼块微生物菌落总数/(CFU/g)。

1.2.2 原料鱼块制作方法

新鲜草鱼在4℃水中暂养1～2h，放血后去头、鳞和内脏，预冷水清洗干净后剔除鱼骨，分割成大小为2.0cm×3.0cm×1.5cm鱼肉块(约25g)，备用。

1.2.3 ClO2质量浓度单因素试验

取上述鱼肉块5块，分别于4倍体积预冷(4℃)的50、100、150、200、250mg/L ClO2杀菌液中浸泡5min后，取出置于灭菌干燥的4层纱布之上，并立即用纱布将鱼肉轻轻裹住约1min，然后分别进行细菌总数测定，同时以不做任何处理的鱼块作为减菌实验的对照，计算减菌率。

1.2.4 H2O2质量浓度单因素试验

取上述鱼肉块5块，分别于4倍体积预冷(4℃)的0.50、1.00、1.50、2.00、2.50g/L H2O2杀菌液中浸泡5min，取出沥干(方法同1.2.3节)，然后分别进行细菌总数测定，同时以不做任何处理的鱼块作为减菌实验的对照，计算减菌率。

1.2.5 浸泡时间单因素试验

取上述鱼肉块5块，浸泡于4倍体积预冷(4℃)的质量浓度150mg/L的ClO2杀菌液中，分别在3、6、9、12、15min时取出，沥干(方法同1.2.3节)，然后分别进行细菌总数测定，同时以不做任何处理的鱼块作为减菌试验的对照，计算减菌率。

1.2.6 响应面法优化杀菌工艺

在单因素试验的基础上，根据Design-Expert 7.1.3软件中的Box-Benhnken试验设计原理[12]，以减菌率为响应值，选取ClO2质量浓度、H2O2质量浓度、处理时间3个因素，设计3因素3水平试验，共有15个试验点，其中12个为分析因子，3个为零点以估计误差。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 ClO2质量浓度的选择

由图1可见，随着ClO2质量浓度增加，鱼肉残菌总数逐渐减少，杀菌率逐渐增加，当ClO2质量浓度大于150mg/L后，杀菌率增加减缓，曲线趋于平坦；而且由于ClO2的质量浓度过高时会对鱼肉有较明显的漂白效果[13]，从而影响感官品质。综合考虑成本、减菌效果和产品品质，选择ClO2质量浓度150mg/L。

图1 ClO2质量浓度对草鱼肉减菌效果的影响Fig.1 Effect of ClO2concentration on bacterial reduction

2.1.2 H2O2质量浓度的选择

图2 H2O2质量浓度对草鱼肉减菌效果的影响Fig.2 Effect of H2O2 concentration on bacterial reduction

由图2可见，H2O2质量浓度越高，鱼肉的残菌总数越少，减菌效果越好，H2O2质量浓度为1.0g/L时减菌率达到71.73%；当H2O2质量浓度大于1.0g/L后，对鱼肉减菌效果的增加不明显，这可能是因为H2O2溶液质量浓度越高，其溶液中H2O2的真实质量浓度会有所下降[14]，故选择H2O2质量浓度1.0g/L。

2.1.3 浸泡时间的选择

图3 浸泡时间对草鱼肉减菌效果的影响Fig.3 Effect of ClO2soaking time on bacterial reduction

由图3可知，在处理时间6min内，鱼肉残菌数迅速降低、减菌率增加明显，但随着处理时间继续延长，对鱼肉减菌效果无明显影响，但鱼肉颜色可见明显漂白。因此，选择浸泡时间6min比较合适。

2.2 响应曲面法优化杀菌工艺

2.2.1 响应曲面试验

表1 杀菌工艺Box-Behnken试验设计及结果Table 1 Experimental design and results for response surface analysis

图4 各两因素交互作用对减菌率影响的响应面图Fig.4 Response surface charts showing the interactive effects of ClO2concentration, H2O2concentration and soaking time on bacteria deduction

利用Design-expert软件对试验结果进行二次多元回归拟合[15]，回归方程为：Y＝89.49＋4.08A＋4.71B＋3.50C-4.64AB-2.44AC-1.58BC-10.77A2-13.22B2-6.18C2，方差分析显示该回归方程的P值为0.0068(＜0.05)，表明模型显著；而失拟项不显著(P＝0.1369＞0.05)，说明回归方程的拟合程度很好，不存在模型拟合不足的现象，因此该响应面能够较真实地反映试验结果。

根据回归方程做出等高线图及响应曲面图(图4)，从图4可以直观看出各因素及其交互作用对响应值的影响，而且回归模型存在最大值。此外，图4的响应曲面都比较陡峭，说明ClO2质量浓度、H2O2质量浓度、浸泡时间3个因素对减菌率的影响比较显著；综合图4中3个响应曲面图，可以看出减菌率在ClO2质量浓度150～175mg/L、H2O2质量浓度1.0～1.25g/L、处理时间在5.9～6.7min范围内具有较大响应值。

2.2.2 最优工艺条件确定及验证实验

为了进一步确定最佳取值点，回归方程求一阶偏导，并令其等于0，整理得到如下方程组：

对方程组进行求解，得到：A＝0.1322、B＝0.1399、C＝0.2391。将编码值换算为实际值，即ClO2质量浓度157mg/L、H2O2质量浓度1.1g/L、浸泡处理时间6.4min，此条件下预测的减菌率为90.51%。在此优化条件下进行3次验证实验，测得的减菌率的均值为89.01%，与理论预测值90.51%的相对误差较小，说明用该回归方程来分析和预测减菌预处理效果理想。

3 结 论

在单因素试验基础上，运用响应面分析法对鱼肉减菌预处理工艺进行优化。得到最优工艺条件为：ClO2质量浓度157mg/L、H2O2质量浓度1.1g/L、浸泡处理时间6.4min，在此条件下经处理后细菌总数由1.36×105CFU/g降为1.50×104CFU/g，减菌率可达89.01%。

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Optimization of Cold Sterilization Process of Grass Carp Meat by Response Surface Analysis

WANG Man-sheng，LIU Yong-le*，WANG Fa-xiang，LI Xiang-hong，WANG Jian-hui，YU Jian
(Department of Food and Biological Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

One-factor-at-a-time method in combination with response surface analysis based on Box-Behnken experimental design was employed to understand the effect of ClO2concentration, H2O2concentration and soaking time on cold sterilization of grass carp meat in terms of total bacterial count and reduction rate. The optimal conditions for maximum bacterial reduction rate were soaking in 157 mg/L ClO2-1.1 g/L H2O2 mixed solution for 6.4 min. Under the optimal conditions, the total bacteria count was reduced from 1.36 × 105CFU/g to 1.50 × 104CFU/g and the bacteria reduction was up to 89.01%.

grass carp；cold sterilization；bacterial reduction；response surface analysis

TS201.6；TS207.4

：A

1002-6630(2011)20-0048-04

2011-05-19

科技部科技人员服务企业行动项目(2009GJD20003)；湖南省科技重大专项(2010FJ1007)；

湖南省研究生科研创新项目(CX2011B365)

王满生(1987—)，男，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。E-mail：wms198704@163.com

*通信作者：刘永乐(1962—)，男，教授，博士，研究方向为大宗农产品加工技术。E-mail：lyle19@163.com