响应面法优化云南泡小米辣发酵条件

柏 旭

(曲靖师范学院 生物资源与食品工程学院，云南 曲靖 655011)

小米辣(Capsicumfrutescens)是亚热带喜温作物，是半驯化小果型辣椒品种，果实呈短圆锥形、短指形或米粒形，青熟果果皮淡黄色、绿色或黑色，果皮光滑或微皱，辣味浓郁[1]。其味道香浓、营养丰富，多作为食材调味。云南省是全国小米辣主要种植地区之一，建水、版纳、文山、河口等地的小米辣产品不断出口到韩国、日本、新加坡等东南亚国家及墨西哥，加工产品趋向于多样化[2-4]。云南小米辣产业还停留在原料型、菜用型阶段，发展受到一定制约[5]。

以新鲜小米辣为原料，经过选料、剪把、清洗、烫漂处理、冷却、沥干、保脆护色处理、装坛、加入汤汁、封口、发酵等工艺制成的泡椒蔬菜制品，因其在保持原有的色、香、味、形的基础上具有独特风味而深受消费者喜爱[6]。泡小米辣主要用作菜肴烹调、配菜的佐料、辛辣副食品的调料，近年来成为泡椒凤爪、泡椒花生、方便面等许多即食方便食品的特色配料[7]。

本文采用模糊数学法处理不同发酵条件下泡小米辣的感官评定结果，确定小米辣发酵成熟的初步条件。并在单因素实验的基础上利用响应面法对小米辣发酵参数进行优化，得出最优泡小米辣发酵条件，为泡小米辣的开发研制提供了理论参考[8-12]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小米辣、食盐、白砂糖：市购。

1.2 实验方法

1.2.1 泡小米辣制作工艺流程

选料→剪把→清洗→烫漂处理→冷却、沥干→装坛→加入汤汁→封口→发酵。

1.2.2 单因素实验

小米辣经原料处理(选料、去杂、剪把、清洗)、烫漂、冷却、沥干、装坛后按照设定条件加入汤汁，做好封口处理后于室温下自然发酵1～2个月。考察烫漂温度(55，65，75，85，95 ℃)、烫漂时间(10，15，20，25，30 min)对小米辣褐变程度的影响，从而确定最佳烫漂条件，考察食盐添加量(6%、8%、10%、12%、14%)、糖添加量(2%、4%、6%、8%、10%)、D-异抗坏血酸(0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%)对泡小米辣感官品质的影响。以感官评分作为指标对发酵条件进行探索。

1.2.3 响应面实验

在单因素实验基础上，以感官评分、亚硝酸盐含量、pH、总酸(以乳酸计)含量、总氨基氮含量为考察指标，以综合指标为响应值来设计响应面实验，对食盐添加量、糖添加量、D-异抗坏血酸钠添加量进行优化。最终结合感官评分、亚硝酸盐含量、pH值、总酸(以乳酸计)含量、总氨基氮含量考察泡小米辣的质量及安全性。采用排队评分法对每组实验进行综合评价[13,14]。

1.2.4 褐变度的测定

用不绣钢刀将烫漂处理后的小米辣切碎，称取样品10 g，加入100 mL蒸馏水，超声提取30 min后过滤，滤液于25 ℃保温5 min，在最大吸收波长410 nm处测吸光值(Amax)，以吸光值(Amax)表示褐变度，Amax值越小表示褐变程度越低，烫漂效果越好[15]。

1.2.5 感官评定标准

挑选10人(5男5女)组成感官评定小组，对泡小米辣的色泽、风味、脆度、口感4个参考指标进行评价，评分标准见表1。

表1 小米辣感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standard of Capsicum frutescens

1.2.6 理化指标的测定

用分光光度计法测定并计算亚硝酸盐的含量[16]，采用pH计测定成品的pH值，采用直接滴定法测定总酸(以乳酸计)含量[17]，采用甲醛滴定-电位滴定法测定泡小米辣中总氨基氮的含量[18]。

1.2.7 模糊数学法指标论域、评语论域、指标权重域的确定

评论泡小米辣感官品质的4个指标，分别为色泽、风味、脆度、口感。每个指标有好、一般、较差、差4个等级(标度)组成评语论域，表示为X，则X=(4，3，2，1)，见表2。

表2 泡小米辣感官品质等级及标度Table 2 Sensory quality grade and scale of Capsicum frutescens

指标权重域采用用户调查的方法，色泽、风味、脆度、口感各占25%，则各指标的权重域为Y=(0.25，0.25，0.25，0.25)。用模糊数学法对单因素实验感官评定的结果进行归一化处理，做模糊关系曲线，并对曲线图进行分析。

2 结果与讨论

2.1 烫漂条件的确定

图1 褐变吸光度随烫漂温度的变化曲线图Fig.1 Change curve of browning absorbance with blanching temperature

由图1可知，当烫漂温度为55 ℃时，其褐变吸光度最小，此时小米辣脆性也保持较好。

图2 褐变吸光度随烫漂时间的变化曲线图Fig.2 Change curve of browning absorbance with blanching time

由图2可知，小米辣的褐变吸光度随烫漂时间的增加不断减小，即烫漂效果越来越好，但当烫漂时间超过20 min后，其褐变吸光度随烫漂时间的增加不断增大，烫漂效果也随之降低，因此可以得出烫漂温度55 ℃、烫漂时间20 min为最佳烫漂条件。

2.2 食盐含量的确定

图3 食盐添加量评定结果归一化分析图Fig.3 Normalized analysis diagram of the evaluation results of salt additive amount

由图3可知，评分小组对不同食盐添加量评定分析，当食盐添加量为6%和8%时，对泡小米辣的感官评分趋于1分和2分的评定人员分别占100%和80%，感官品质较差；当食盐添加量为10%、12%、14%时，多数评定人员给予泡小米辣较高的评价，给予3分和4分的评定人员均高于80%；当食盐添加量为14%时，给予3分和4分的评定人员达90%；当食盐添加量为10%和14%时，趋于1分的评定人员为0。因此，食盐添加量为10%、12%、14%时泡小米辣的感官品质较佳。

2.3 糖含量的确定

由图4可知，当糖添加量为2%时，趋于1分和2分的评定人员占90%，感官品质比较差；当糖添加量为4%、6%、8%时均出现峰值，4%和8%时峰值出现在3分(均为40%)，6%时峰值出现在3分(占60%)，糖添加量为4%、6%、8%时趋于4分的评定人员分别达10%、10%、30%，感官品质均较好。

图4 糖添加量评定结果归一化分析图Fig.4 Normalized analysis diagram of the evaluation results of sugar additive amount

2.4 D-异抗坏血酸钠的确定

图5 D-异抗坏血酸钠添加量评定结果归一化分析图Fig.5 Normalized analysis diagram of the evaluation results of D-sodium erythorbate additive amount

由图5可知，当D-异抗坏血酸钠添加量为0.01%时，趋于1分的评定人员为0，趋于2分的评定人员为20%，趋于3分和4分的评定人员均为40%，感官品质一般；当D-异抗坏血酸钠添加量为0.03%时，趋于1分的评定人员为10%，趋于2分、3分和4分的评定人员均为30%，感官品质尚可；当D-异抗坏血酸钠添加量为0.05%时，趋于3分和4分的评定人员达100%，感官品质较好；当D-异抗坏血酸钠添加量为0.07%和0.09%时，趋于3分和4分的评定人员均达90%，感官品质也较好。因此，D-异抗坏血酸钠添加量为0.05%、0.07%、0.09%时泡小米辣感官品质较佳。

2.5 响应面法优化

2.5.1 响应面实验设计

在单因素实验基础上，设计响应面实验，根据Box-Benhnken设计原理，采用Design-Expert 8.06进行多元回归分析。利用食盐添加量、糖添加量、D-异抗坏血酸钠添加量作为变量，运用排队评分法得到综合指标，因素水平表见表3，实验设计及结果见表4。利用Design-Expert 8.06软件对实验结果进行二元多次回归拟合和方差分析，结果见表5。分析后得到模型的二元多项回归方程：Y=22.74-3.76A-0.59B+1.49C-3.20AB-2.18AC+0.07BC-7.96A2+0.011B2-0.26C2。

表3 因素水平表Table 3 The factors and levels table %

表4 响应面实验设计方案及响应值结果Table 4 Response surface design and response value results

表5 方差分析表Table 5 Variance analysis table

注：P≤0.05表示显著，P>0.05表示不显著。

由表5可知，模型的P=0.0002<0.05，所以模型显著。失拟项的P=0.4326>0.05，所以失拟项不显著，表示建模成功，可以用以上模型预测各因子的添加量。一次项A、B、C对结果都不显著，交互项AB对实验结果显著，AC、BC对实验结果不显著，二次项A2对实验结果显著，B2、C2对实验结果不显著，说明综合指标与食盐添加量、糖添加量、D-异抗坏血酸钠添加量并非线性关系。因素对实验结果的影响顺序为C>A>B，即D-异抗坏血酸钠添加量>食盐添加量>糖添加量。

2.5.2 响应面分析

图6 食盐添加量和糖添加量交互作用的响应面Fig.6 Response surface of interaction between salt additive amount and sugar additive amount

图7 食盐添加量和D-异抗坏血酸钠添加量 交互作用的响应面Fig.7 Response surface of salt additive amount and D-sodium ascorbate additive amount

图8 糖添加量和D-异抗坏血酸钠添加量 交互作用的响应面Fig.8 Response surface of interaction between sugar additive amount and D-sodium ascorbate additive amount

由图6～图8可知，食盐添加量和糖添加量的交互作用对实验结果最显著，糖添加量和D-异抗坏血酸钠添加量的交互作用对实验结果基本没有影响，表5中BC的P值为0.8635，影响不显著，响应面分析与方差分析结果一致。

根据响应面法建立数学模型，并进行发酵参数最优化分析，得出最优的泡小米辣发酵条件为食盐添加量10.85%、糖添加量8%、D-异抗坏血酸钠添加量0.09%，综合指标为26.0895。综合考虑实验的可操作性，将泡小米辣的发酵条件修改为：食盐添加量11%、糖添加量8%、D-异抗坏血酸钠添加量0.09%。

2.6 产品质量指标

利用此发酵条件进行3次实验，实验测得亚硝酸盐含量为1.9 mg/kg，总酸含量为1.2 g/100 g，pH为3.85，总氨基氮含量为8.2 mg/kg，感官评分为90.3，综合指标的均值为26.2，与理论值误差较小，实验数据可用。

3 结论

通过单因素实验结果初步确定了泡小米辣的发酵条件，通过响应面优化得到食盐添加量11%、糖添加量8%、D-异抗坏血酸钠添加量0.09%。

结果表明：烫漂温度55 ℃、烫漂时间20 min、食盐添加量11%、糖添加量8%、D-异抗坏血酸钠添加量0.09%，在此条件下得到的泡小米辣口感爽脆、色泽鲜嫩、辣而不燥、辣中带酸，具有较好的感官品质。