响应面法优化烧鸡生产工艺

邵俊锋，孙加刚，史莹莹，董雪萌，戴阳军*

(1.扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州 225127；2.常熟理工学院 生物与食品工程学院， 江苏 常熟 215500)

传统烧鸡是经整形、腌制、油炸后卤制而成，有“天下第一鸡”的美称[1]。随着机械化养鸡业的发展，短生长期的肉鸡成为烧鸡的主要选择，短生长期肉鸡含水量高，皮质软烂易破损，影响了烧鸡的口感及保存[2]。长时间的卤制会让鸡肉蛋白热变性，导致鸡肉的弹性降低，影响了烧鸡的口感，降低了感官评分[3-4]。Choi等[5]的研究表明100 ℃卤制22 min的鸡排相较于其他加工方式硬度会更大且保水性差。谢美娟的研究表明鸡腿在95 ℃下卤制1.5 h时的口感和品质最佳。食品在干燥过程中会出现表面硬化的现象，表面硬化是物料表面收缩和封闭的特殊现象，物料会因内部水分未能及时转移到表面而在表面形成一层硬膜，继而将水分隔绝在食品内部[6]。本试验创新地将卤制后的烧鸡置于微波光波炉中烘烤，使烧鸡表面适度硬化，保持烧鸡的完整性并改善肉质，还可增加烧鸡更多由美拉德反应产生的香味物质，提升烧鸡的风味[7]。模糊数学法是处理模糊现象的数学方法，可将食品感官属性定量、数学化，可解决感官评价中主观性强的问题[8]。

为确定新工艺下烧鸡的最优工艺，采用单因素试验结合Box-Behnken响应面试验设计，以模糊数学法处理后的感官评价得分作为评价指标对烧鸡进行工艺优化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

整鸡、大豆油、麦芽糖浆、香辛料(桂皮、香叶、花椒、豆蔻、良姜、陈皮、香茅、草果)、腌料(食盐、生抽、老抽、鸡精、味精)：均购于常熟市农贸市场。

FA2004电子精密天平 上海仪器天平厂；低温慢煮机、微波光波炉 上海隆誉微波设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 烧鸡样品制备

工艺流程：解冻→清洗→整形→腌制→涂糖→卤煮→烘烤→成品。

将冷冻整鸡流水化冻后清洗修整，加入腌料后真空滚揉腌制30 min，静置12 h后涂糖，整鸡于150 ℃大豆油中油炸3 min后，在低温慢煮机中加入香辛料、生抽、老抽卤制，捞出沥水后微波光波烘烤。

1.2.2 单因素对烧鸡品质规律的影响

1.2.2.1 卤制时间对烧鸡感官评价的影响

油炸后的整鸡置于低温慢煮机中，在75 ℃恒温下分别卤煮1，1.5，2，2.5，3 h，并在2 kW功率下微波光波烘烤5 min，待样品冷却至室温后进行感官评价。

1.2.2.2 微波功率对烧鸡感官评价的影响

油炸后的整鸡置于低温慢煮机中卤煮2 h后，分别在1，2，3 kW功率下微波光波烘烤5 min，待样品冷却至室温后进行感官评价。

1.2.2.3 微波时间对烧鸡感官评价的影响

油炸后的整鸡置于低温慢煮机中卤煮2 h后，在2 kW功率下微波光波烘烤1，3，5，7，9 min，待样品冷却至室温后进行感官评价。

1.2.3 响应面优化试验设计

在Box-Behnken中心组合设计原理的基础上，进行三因素三水平的试验设计，见表1。为客观综合评价分析烧鸡的感官品质，通过模糊数学法对感官评价中的评价对象进行数学化抽象，计算出客观、规范的综合评价得分，并以其作为响应值确定烧鸡卤制的最佳制作工艺。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 The factors and levels of response surface experiment

1.2.4 感官评价方法

参考GB/T 22210-2008《肉与肉制品感官评定规范》中的感官评价要求，制定烧鸡的感官评定标准，邀请10位有感官评价经验的食品专业人员，取烧鸡肉于白色瓷盘中，在光线明亮处，观察鸡肉的质地、色泽及外形，再对其气味和滋味进行评价，每次品鉴前，均需用温水漱口后再进行下次品鉴，并依据表2的标准进行评定打分。

表2 产品品质评判标准Table 2 The evaluation standard of product quality

1.2.5 模糊数学感官评价系统

设定因素集U，由烧鸡的感官评价指标构成U={u1，u2，u3，u4}。u1，u2，u3，u4分别代表色泽、质地、气味、滋味。设定评鉴等级集V为对各感官评价指标的评语集合：V={v1,v2,v3，v4}，v1～v4分别代表单项指标等级优、好、良、差。

利用二元对比法确定各指标的权重，将各影响感官评价的因素进行两两比较，感官评定人员认为重要因素记1分，次要因素记0分，相同因素比较时均记1分；指标的权重计算方法为：该因素得分和与其他因素得分总和之比。各因素权重形成权重集A={a1，a2，a3，a4}。评定人员根据二元对比法确定各因素的权重，将其归一化处理后得到的结果为A={0.13，0.35，0.15，0.37}。

依据评定人员的评分结果，得到Rj的模糊矩阵，将其与权重集相乘得到j号试验品的分析结果矩阵Bj并归一化。对评定等级：优、好、良、差进行赋值90，80，70，60得到矩阵T={90,80,70,60}，矩阵B与矩阵T相乘得到各试验组的最终感官评价分数。

1.2.6 数据处理分析

采用Excel 2016与Design Expert 8.0.6进行数处理与分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 卤制时间对烧鸡感官品质的影响

由图1可知，随着卤制时间的延长，烧鸡的感官评分呈先增大再下降的趋势，当卤制时间达到1.5 h，感官评分最高，这与谢美娟的研究结论相同，鸡肉在加热过程中胶原蛋白受热形成明胶，原纤维蛋白会凝固硬化导致鸡肉的硬度上升，但随着卤制时间的延长，鸡肉中碳水化合物水解、蛋白质降解、肌纤维断裂，鸡肉的硬度、咀嚼性下降，从而影响烧鸡的口感，导致感官得分下降。

图1 卤制时间对烧鸡感官品质的影响Fig.1 Effect of marinating time on sensory quality of roasted chicken

2.1.2 微波功率对烧鸡感官品质的影响

由图2可知，随着微波功率的提高，烧鸡的感官得分在逐渐降低。杨家蕾等[9]的研究表明随着微波功率的提高，微波的热效应与非热效应使鸡肉蛋白变性凝固、结缔组织水解，使得烧鸡的弹性变小、硬度升高从而影响口感。冯璐等[10]的研究也表明经微波处理后鸡翅根的弹性和硬度有所升高，肉质变得紧实有嚼劲。但3个功率微波处理后的烧鸡感官得分呈下降趋势，还需进一步进行试验探究其对烧鸡品质的影响。

图2 微波功率对烧鸡感官品质的影响Fig.2 Effect of microwave power on sensory quality of roasted chicken

2.1.3 微波时间对烧鸡感官品质的影响

由图3可知，随着微波时间的延长，烧鸡的感官得分呈先上升后下降的趋势，在5 min时感官得分达到顶峰。微波时间的延长导致温度升高，蛋白质变性凝固，汁液保留率下降，会使烧鸡的硬度升高，提升了烧鸡的口感，同时光波的持续烘烤，烧鸡表面发生美拉德反应，产生更多的香味物质，提升了烧鸡的风味；温度持续升高会使结缔组织水解，胶原蛋白转为明胶，肉质反而变软，烧鸡的胶黏性和咀嚼性降低影响了口感，过高的温度和长时间烘烤会使烧鸡产生焦糊味，影响了烧鸡的风味。林建原等[11]的研究表明640 W微波处理鸡肉糜4 min具有较好的弹性和咀嚼性，组织形态也更好。

续 表

图3 微波时间对烧鸡感官品质的影响Fig.3 Effect of microwave time on sensory quality of roasted chicken

续 表

2.2 响应面感官评分结果

依据三因素三水平的Box-Behnken中心组合设计，共有17组试验将烧鸡从色泽、质地、香味、滋味方面进行感官评定，感官评价结果见表3。

表3 烧鸡感官评价结果表Table 3 The sensory evaluation results of roasted chicken

表4 烧鸡的响应面设计方案与结果Table 4 The response surface design scheme and results of roasted chicken

2.3 模型方程的建立与显著性检验

利用Design Expert 8.0.6软件对表4中试验结果与各影响因素进行多元回归分析，得到多元二次回归方程为：Y=80.59-0.68A-5.08B-3.69C+2.33AB+1.16AC+0.23BC-0.37A2-5.96B2-3.1C2。其中Y，A，B，C分别表示感官得分、卤制时间、微波时间、微波功率。对响应面试验结果进行方差分析，方差分析结果见表5。

表5 回归模型方差分析表Table 5 The variance analysis of regression model

由表5可知，模型P<0.0001，表明该模型极显著，失拟项P=0.8043>0.05，不显著，表明该模型拟合良好，无失拟因素存在；调整系数RAdj2=0.9936，可对99.36%的响应值进行解释，表明该模型的预测值与真实值相关性很高，可用于烧鸡工艺优化试验中感官评价的分析预测。方程决定系数R2为0.9972，表明回归方程拟合度良好，响应值与各因素之间存在明显的线性关系。由表5可知，A，B，C对响应值Y影响极显著(P<0.01)；交互项AB和AC对响应值Y影响极显著(P<0.01)，BC对响应值Y影响不显著(P>0.05)；二次项B2和C2对响应值Y影响达到极显著水平(P<0.01)，而A2对响应值Y影响不显著(P>0.05)。由表5中F值可知，微波烘烤时间对烧鸡感官评分的影响最大，卤制时间对烧鸡感官评分的影响最小。

2.4 各因素交互作用响应面分析

利用Design Expert 8.0.6绘制的因素与响应值之间的等高线分析图和3D响应面曲线图见图4，可考察各因素对响应值造成的影响，由拟合的方程形成等高线，为二维平面图形，由等高线图找出感官评分较好的范围[12]。三维响应面曲面图可更直观找出响应值较好的范围。等高线图中等高线的密集度及形状可表明两因素间交互作用的显著性，等高线分布密集、呈现椭圆形、响应面坡度越陡，表明因素对烧鸡感官评分的影响越大；等高线呈现圆形、响应曲面坡度越平缓则表明因素对烧鸡感官评分的影响越小。

(b)

由图4可知，图4中(a)的曲面坡度最陡，等高线呈椭圆形且较密集，表明卤制时间与微波时间的交互作用对烧鸡感官评分的影响最显著，随着卤制时间和微波时间的延长，烧鸡的感官评分随之增加。图4中(c)的曲面坡度最平缓，表明微波时间和微波功率的交互作用对烧鸡感官评分的影响最小，与回归模型、回归分析结果吻合。

(a)

(c)

2.5 最佳工艺及验证试验

回归方程偏导求解得出烧鸡最佳生产工艺条件为：卤制1 h，1.2 kW功率下微波光波烘烤3.72 min。根据实际生产情况，烧鸡卤制1 h，并在1 kW功率下微波光波烘烤4 min为最优工艺。在此工艺条件下进行重复试验，得到烧鸡的模糊感官评分为86.01，与预测的感官评分85.22基本一致，与预测值相对误差仅为0.93%，模型与实际情况拟合较好，可用于烧鸡感官品质的预测。

3 结论

对烧鸡制作工艺中卤制时间及烘烤过程中微波的功率和时间3个因素进行单因素试验和响应面试验设计，利用模糊数学法计算感官评价得分作为响应面试验的响应值，建立了数学模型为：Y=80.59-0.68A-5.08B-3.69C+2.33AB+1.16AC+0.23BC-0.37A2-5.96B2-3.1C2，各因素对烧鸡感官品质的影响由大到小依次为：微波烘烤时间>微波功率>卤制时间。依据实际生产情况，经响应面优化后的配方为：烧鸡卤制1 h，并在1 kW功率下微波光波烘烤4 min为最优工艺，经品尝，验证试验中的烧鸡整体酱红油亮、香味浓郁、肉质紧实不软烂，模糊感官评分为86.01，与预测值相近，可用于烧鸡感官品质的预测。