响应面法优化肉香米饭加工工艺

□ 姚现强 李文斌 李久龙 崔富贵 临沂金锣文瑞食品有限公司

《黄帝内经》中记载“五谷为养、五畜为益、五果为助、五菜为充”的饮食原则，认为五谷杂粮才是养生的根本[1]。人类饮食以稻谷为主，稻谷是世界上50%以上人口的使用谷类，主要种植区域在印度、中国、日本、孟加拉国和东南亚。我国的稻谷种植面积总产量居世界首位，约占世界稻谷总产量的1/3[2]。我国按照水稻的生长期、粒形和粒质分为早籼稻谷、晚籼稻谷、粳稻谷、籼糯稻谷和粳糯稻谷共5类[3]。稻米因品种、类型和产地影响，不同稻米之间蛋白质含量和氨基酸比例不同，稻谷蛋白质含量一般在8.1%～13.7%，大多数在10%以下，其中香大米含量较高，可达13.7%、红籼米较低仅为7.0%[4]。虽然稻米蛋白氨基酸中赖氨酸和苏氨酸分别是第一、第二限制性氨基酸，但是氨基酸占约蛋白质的3.5%，略高于其他谷类。谷类蛋白质与其他谷类蛋白质相比，其生物价和蛋白质功效比值都较高[5]。

因稻谷风味单一，经过简单蒸煮使用口感较差，因此稻谷一直配以其他蔬菜食用。稻谷含有的淀粉、蛋白质、脂肪等生物成分，大都是以复合颗粒形成簇，直径能达到150 μm的复合颗粒形成簇[6-7]，蒸煮后糯米性黏滞，食用过程不易消化，且不宜一次性食用过多。稻谷经过浸泡、沥干和炒制后，不仅保留了氨基酸、B族维生素等营养成分，而且稻谷经过炒制后口感、风味性、营养性和卫生性深受广大消费者的喜爱，尤其是产生醛类化合物、含苯化合物、醇类化合物和酸类化合物丰富食物风味[8-11]，提升消费者的食欲。五花肉属于优质蛋白质，不仅氮基酸全面、数量多，而且比例恰当，接近于人体的蛋白质，易消化吸收，五花肉中除了含有丰富的优质蛋白质，还富含人体健康不可缺少的微量元素铜，富含脂肪和促进铁吸收的半胱氨酸。因五花肉中的脂肪组织部分在炒制过程中易融化且成分发生变化[12-16]，与稻谷一起蒸煮、加工不仅起到丰富稻谷的营养成分，而且会因脂肪的进入稻谷内部，抑制淀粉的老化[17]，消除单独食用五花肉的油腻感，提升稻谷的口感。本文通过响应面法优化了一种肉香米饭的生产工艺，为后续工业生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

粳糯米，黑龙江五常市沿河米业有限公司；花生芝麻调和油，吉林省金香源粮油有限公司；带皮五花肉，临沂新程金锣肉制品集团；红曲红色素（色价1 400）；水溶性姜粉，仲景食品股份有限公司；水溶性葱粉；水溶性五香粉；大葱。

1.2 仪器和设备

煤气灶；压力锅，苏泊尔；JA3-1005电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；30 cm×50 cm×1 cm不锈钢盘。

1.3 肉香米饭工艺流程

1.4 实验方法

1.4.1 肉香米饭感官品质评定

采用类项标度检验法中的数值标度法，由10人组成评审小组对蒸煮后的肉香米饭的颜色、形态、味道、香味和口感进行感官评定，各项指标满分20分，总分为100分[11]，具体见表1。

1.4.2 样品前处理

1.4.2.1 炒制大米

准确称量10.0 kg大米，将炒锅放置到煤气灶上加热，将称量好的大米加入炒锅内，小火慢慢将大米炒制浅黄色，要求颜色一致，无发黑、发焦、发白等异常颜色，将炒制的大米平铺到不锈钢盘（尺寸：30 cm×50 cm），厚度≤1.0 cm，按照上述要求重复炒制。

1.4.2.2 炒制带皮五花肉

将准备好的带皮五花肉表面杂质处理干净，打开煤气灶烤制带皮面，待烤制发黄时取下，用刀子将最外层黄色处理干净、炒熟。

1.4.3 单因素实验

1.4.3.1 红曲红添加量对肉香米饭品质的影响

分别准确称取5份炒制后的大米1 000.0 g，分别添加1 000.0 g炒制后的带皮五花肉，混合后搅拌均匀备用。称量5份2 000.0 g水，分别在水中按照总重量（水、炒米和肉重量之和，下同）的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%加入色价为1 400的红曲红色素，搅拌至红曲红色素完全溶解，分别添加到备好的炒米和带皮五花肉，蒸煮后对其进行感官评价。

1.4.3.2 蒸煮米水比对肉香米饭品质的影响

分别准确称取5份炒制后的大米1 000.0 g，分别添加1 000.0 g炒制后的带皮五花肉，混合后搅拌均匀备用。称量5份水，重量分别为1 000.0、2 000.0、3 000.0、4 000.0 g 和5 000.0 g，分别添加到备好的炒米和带皮五花肉，蒸煮后对其进行感官评价。

表1 肉香米饭感官评分标准

1.4.3.3 米肉比对肉香米饭品质的影响

分别准确称取5份炒制后的大米1 000.0 g，分别添加 500、1 000、1 500、2 000 g和2 500 g炒制后的带皮五花肉，混合后搅拌均匀备用。称量5份2 000.0 g水，分别添加到备好的炒米和带皮五花肉，蒸煮后对其进行感官评价。

1.4.4 响应面法对肉香米饭工艺进行优化综合单因素实验结果

根据Box—Behnken响应面设计原理，设计3因素3水平的实验，实验因素和水平设计见表2。

表2 实验因素水平编码表

2 结果与分析

2.1 单因素实验各个因子对肉香米饭品质的影响

2.1.1 红曲红色素添加量对肉香米饭品质的影响

由图1可知，在0.5%～1.5%范围内随着红曲红色素添加量的不断增加，肉香米饭的感官得分逐渐变高，当红曲红色素添加量为1.5%时得分最高为92.79分。红曲红添加量继续增加时，感官得分呈现下降趋势，但是下降趋势不明显，综合考虑1.5%是肉香米饭最佳红曲红添加量。

2.1.2 蒸煮米水比对肉香米饭品质的影响

由图2可知，米水比例在1∶1～1∶2范围内，随着米水比值减小，肉香米饭的感观评价得分逐渐变高，米水比例低时口感发干，产品生硬，当米水比由1∶1增加到1∶2时口感逐渐变好，米水比继续增加时产品变软，口感逐渐下降，米水比为1∶2时得分最高为92.67分，综合考虑1∶2是肉香米饭最佳米水蒸煮比例。

2.1.3 米肉比对肉香米饭品质的影响

由图3可知，在一定范围内随着米肉比例的增大，肉香米饭的感观评价得分不断升高，米肉比例低时米饭不香、口感发硬，当米肉比由1∶0.5增加到1∶1时口感逐渐变好，肉香味和米香味混合后风味淳厚、饱满，引起食欲。带皮五花肉添加量继续增加时米饭变油腻，口感和风味逐渐下降，米肉比为1∶1时得分最高为92.19分，综合考虑1∶1是肉香米饭最佳米肉比例。

2.2 响应面实验结果

从单因素实验结果来看，红曲红色素添加量、蒸煮米水比和米肉比对肉香米饭的感官评分值R（满分为100分）影响差异不大，因此以红曲红色素添加量、蒸煮米水比、米肉比为自变量，以感官评分值R为响应值进行优化，实验方案及结果见表3。

图1 红曲红色素添加量对肉香米饭感官得分的影响

图2 蒸煮米水比对肉香米饭感官得分的影响

图3 米肉比对肉香米饭感官得分的影响

表3 Box-Behnken实验设计及结果

通过Design-Expert 8.0.6软件对表3试验数据进行二次多项回归拟合，获得感官评分（R）对红曲红色素添加量、蒸煮米水比和米肉比的二次多项式回归模型为R=92.12-0.82A+1.05B-1.03C-0.62AB-0.42AC+1.12BC-6.87A2-7.55B2-10.94C2。

对该模型进行回归方差分析的显著性检验结果见表4，由表4可以看出，所构模型极显著（P＜0.001），而失拟项不显著（P＞0.05），说明该回归方程拟合程度良好，此模型能很好地说明红曲红色素添加量（A）、蒸煮米水比（B）和米肉比（C）与感官评价之间的关系。此外，方差R2=0.973 2，调整系数R2Adj= 0.985 2，可见建立的模型可以解释响应面存在98.52%的可变性，说明该方程具有良好的可信度，预测值与真实值间的相关性很高，可以用于肉香米饭的制作。由F值的大小可知，3个因素对肉香米饭感官评价得分的影响程度由大到小依次为B、C、A，其中二次项 A2、B2、C2影响极显著（P＜0.01），B、C影响显著（P＜0.05），而交互项A、AB、AC、BC影响不显著（P＞0.05）。总模型的P值＜0.001呈现极显著，表明模型与实际情况拟合程度很好，具有较好的代表性，可以用来对试验结果进行分析和预测。

表4 各项回归的方差分析

由方差分析可以看出各因素之间交互作用对肉香米饭感官评价得分影响的显著性，而通过回归方程绘制3D曲面图及等高线可表达各试验变量交互作用对响应值的影响大小。3D曲面坡度越陡，等高线越密集，说明交互作用对感官评分响应值的影响越大[18]。各因素两两交互作用对肉香米饭评分的影响如图4～6所示。由图4和图5可知，3D响应曲面坡度最陡峭，而且等高线数目达最多，呈现最为密集并呈椭圆形，说明蒸煮米水比与米肉比的交互作用对肉香米饭的感官评分的影响高于其余两项交互作用，肉香米饭的感官评价分值在一定范围内随着蒸煮米水比和米肉比的增大而升高。图6的响应曲面较平缓，等高线也较稀疏，说明红曲红色素添加量对肉香米饭的感官评价分值影响较小。

通过Design-expert软件对试验模型进行分析分析，优化肉香米饭生产的最佳工艺条件为：红曲红色素添加量为1.69%，蒸煮米水比为1∶2.08，米肉比为0.94，此时肉香米饭感官评分为93.83分。

图4 红曲红色素添加量与米肉比对感官评价得分的影响

图5 蒸煮米水比与米肉比对感官评价得分的影响

图6 红曲红色素添加量与蒸煮米水比对感官评价得分的影响

3 结论

本文在单因素实验的基础上，将响应面法应用于优化肉香米饭的蒸煮生产工艺。实验结果表明，红曲红色素添加量及其平方、蒸煮米水比及其平方对肉香米饭的感观评价得分的影响极显著，米肉比平方项对肉香米饭感官评价得分的影响显著。说明红曲红色素添加量、蒸煮米水比、米肉比对肉香米饭感官评价得分的影响不是简单的线性关系。经回归分析和验证实验结果表明，此方法合理可行。得到肉香米饭蒸煮的最佳条件为：红曲红添加量为1.69%，蒸煮米水比为1∶2.08，米肉比为1∶0.94，此时肉香米饭得分为：93.83。