响应面法优化海带苹果冻干休闲食品加工工艺的研究

王江贺，傅宝尚，赵保民，朱太海，启航*

（1.大连工业大学食品学院，辽宁 大连 116034；2.国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁 大连 116034；3.江苏派乐滋食品有限公司，江苏 徐州 221116）

海带，又名江白菜，属海藻类中的褐藻门昆布科[1]。2019年，我国海带产量为162.40万吨，占世界海带产量的20%左右[2]。海带是一种营养十分丰富的海洋性蔬菜，含有碳水化合物、蛋白质、膳食纤维、脂肪酸、维生素、矿物质、碘等多种营养成分。迄今为止已发现的海带生物活性物质有海带多糖、酸性聚糖类物质、岩藻半乳多糖硫酸酯、昆布氨酸、半乳糖醛酸、牛磺酸、大叶藻素、双歧因子等，还含有铜、硒、锰、锌、硼、磷、钾等多种微量元素。海带不仅是一种经济的食用藻类，而且具有丰富的药用价值，具有预防甲状腺肿、降血糖、防辐射、抗氧化等功效。因此，海带有“长寿菜”、“海上之蔬”的美誉[3]。

真空冷冻干燥技术作为一种先进高效的食品加工技术已被广泛应用于食品工业[4-5]。在一些发达国家中，冻干食品已发展成工业化、自动化的程度。在这些国家的方便食品消费结构中，营养优质的冻干食品占比普遍在50%以上，在日常生活中的普及度高[6]。冻干食品能最大程度地保留食品的营养成分，具备便于携带、易加工食用等特点。随着人民生活水平的提高，生活节奏的加快及选择的多元化，冻干食品日渐走进消费者的生活[7-8]。

由于冻干食品品质在加工与贮藏过程中经常出现口感绵软的问题，影响产品品质，无法为消费者带来酥脆质地和愉悦口感[9-10]。本研究以海带与苹果为原料，采用真空冷冻干燥加工工艺，开发海带苹果冻干休闲食品。通过不同单因素及响应面试验，提高海带苹果冻干休闲食品的酥脆度，并对成品进行感官、理化及微生物指标测定，更好地发挥海带的营养保健功能，同时提高海带的商业价值，拓宽海带的应用范围，实现更好的经济效益与社会效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

海带：产自福建省晋江市；红富士苹果：产自山东烟台；低聚果糖（食品级）：浙江安详生物科技有限公司；柠檬酸（食品级）：河南万邦实业有限公司；间苯三酚（色谱级）、岩藻黄质标准品（色谱级）：Sigma-aldrich（上海）贸易有限公司；甲醇（色谱纯）：斯百全化学有限公司；平板计数琼脂培养基：青岛高科园海博生物技术有限公司；其它试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

物性测定仪（TA.XT Plus型）：英国Stable Micro System公司；真空冷冻干燥机（LG-1.0型）：沈阳航天新阳速冻设备制造有限公司；高效液相色谱仪（SPD-20A型）：日本岛津公司；旋转蒸发器（RE-201D型）：上海亚荣生化仪器厂；颗粒分析筛（200目）：新乡市同心机械有限责任公司。

1.3 加工工艺流程

1）海带的预处理：干海带→清洗除杂→脱腥[11]→蒸煮→打浆→备用。

2）苹果的预处理：新鲜苹果→清洗去杂→切块→预煮→备用。

3）海带苹果冻干休闲食品：海带浆+苹果块→混合配料→打浆→注模→摆盘→速冻→真空冷冻干燥→复烘→脱模→包装→成品。

1.4 单因素试验

根据预试验确定了海带苹果冻干休闲食品的基础配方，在基础配方（海带浆∶苹果浆质量比1∶1、低聚果糖添加量0.25%、复烘温度60℃、复烘时间5 h）条件下，以脆度值为指标，分别研究不同海带浆∶苹果浆质量比（1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1）、低聚果糖添加量（0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%）、复烘温度（50、60、70、80、90 ℃）、复烘时间（3、4、5、6、7 h）对海带苹果冻干产品脆度值的影响。

1.5 响应面试验

在单因素试验结果基础上，以脆度值为响应值，采用Design-Expert 8.0.6软件设计四因素三水平的响应面试验[12-13]，优化各个配方，因素与水平如表1所示。

表1 响应面试验设计因素与水平Table 1 Response surface experimental design factors and level

1.6 指标测定

1.6.1 脆度的测定

采用TA.XT Plus型物性测定仪测定海带苹果冻干休闲食品的脆度。使用P2探头，测前速度2 mm/s，测试速度5 mm/s，穿刺距离12 mm，脆度定义为爆裂时的力与爆裂时的时间的比值[14-15]。脆度值越小，酥脆性越好。

式中：F为脆片爆裂时力的大小，g；t为探头接触脆片到脆片爆裂时所用的时间，s。

1.6.2 水分含量的测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中方法测定[16]。

1.6.3 筛下物的测定

参照GB/T 23787—2009《非油炸水果、蔬菜脆片》中方法测定[17]。

1.6.4 海带多糖的测定

采用苯酚-硫酸法测定[18-20]。以葡萄糖浓度（mg/mL）为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线，曲线方程为 y＝27.181x-0.000 4，相关系数 R2＝0.996 3。

1.6.5 岩藻黄质的测定

采用高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）[21]测定岩藻黄质含量。

1.6.6 褐藻多酚的测定

采用高效液相色谱法测定褐藻多酚含量。

1.6.7 微生物菌落总数测定

按照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[22]测定菌落总数。

1.7 数据处理

试验数据采用SPSS 20.0、Design-Expert 8.0.6分析处理，Origin 8.6作图。

2 结果与分析

2.1 各单因素对海带苹果冻干休闲食品脆度值的影响

各因素对产品脆度值的影响见图1。

图1 各因素对产品脆度值的影响Fig.1 Influence of various factors on product fragility

如图1A所示，随海带浆质量占比逐渐增加，脆度值呈先下降后上升的趋势，当海带浆∶苹果浆质量比为2∶1时，脆度值达到最小。因此，选择海带浆∶苹果浆质量比2∶1为宜。如图1B所示，随低聚果糖添加量的增加，脆度值呈现先下降后上升的趋势，当低聚果糖添加量为0.25%时，脆度值达到最小。因此，选择低聚果糖添加量0.25%为宜。如图1C所示，随复烘温度的升高，脆度值呈现先下降后上升的趋势，当复烘温度为60℃时，脆度值达到最小。当复烘温度继续升高，会导致产品表面出现褐变、焦化等现象，脆度值随之升高。因此，选择复烘温度60℃为宜。如图1D所示，随复烘时间的延长，脆度值呈现先下降后上升的趋势，当复烘时间为5 h时，脆度值达到最小。因此，选择复烘时间5 h为宜。

2.2 响应面试验结果与分析

采用Design-Expert 8.0.6软件，以海带浆∶苹果浆量比、低聚果糖添加量、复烘时间及复烘温度为响应变量，以产品脆度值为响应值，其试验结果如表2、表3所示。

表2 响应面试验结果Table 2 Response surface test results

表3 回归模型方差分析Table 3 Regression model analysis of variance

根据表2得二次多元回归方程：脆度值=199.44-18.80A+19.68B+20.24C-31.51D+43.14AB+44.78AC+108.14A2+39.59B2+96.06C2+75.33D2。

如表 3所示，模型的 F=16.52，P=0.000 1＜0.01，达到极显著水平，而且该模型的R2=0.942 9，说明该模型与实际试验拟合较好，符合度为94.29%。失拟性检验F=1.72，P=0.3159＞0.05，差异不显著，表明方程没有失拟因素存在，回归方程拟合的较好，可用该模型对海带苹果冻干休闲食品脆度值进行分析和预测。

A、B、C 3个因素对试验结果达到显著差异（P＜0.05）水平，说明一次项A、B、C对海带苹果冻干休闲食品的脆度值有显著影响。

树木作为人类生产和生产过程中不可缺少的原材料，为我国的经济和社会发展做出了巨大的贡献。随着经济的发展，对木材的需求也越来越大。木材供应已逐渐进入供需不足的状态。我国过度利用林地。许多地方的环境破坏、沙漠化和沙尘暴频繁，给我国人民的生活和工作带来了巨大的障碍。因此，人工造林和恢复林地的数量和面积已成为我国环境保护的重点工程。其中，如何提高人工造林的技术水平，提高研究所的造林成活率已成为造林产业的重要组成部分，但目前，我国人工造林地技术水平仍处于较低水平。相对落后的状态，对森林幼苗的成活率有较大影响。因此，本文将对相关造林技术进行分析。为了解决相关问题，改变我国人工造林的成活率。

D、AB 、AC 、A2、B2、C2、D2对试验结果达到差异极显著（P＜0.01）水平，对海带苹果冻干休闲食品的脆度值有极显著影响。

2.3 响应面曲线图分析

各因素对产品脆度值影响的响应面图见图2。

图2 各因素对产品脆度值影响的响应面图Fig.2 The response surface diagram of the influence of each factor on the product fragility value

由图2可知，低聚果糖添加量与质量比以及复烘温度与海带浆∶苹果浆质量比的交互项对产品脆度值的影响显著，与表3结论一致。

2.4 最优配方的验证试验

由响应面分析可得最佳工艺条件为海带浆∶苹果浆质量比2.09∶1、低聚果糖添加量0.233%、复烘温度58.554℃、复烘时间5.155 h。此时模型预的脆度值为192.808。考虑到实际操作的可行性，将工艺条件调整为海带浆∶苹果浆质量比2.1∶1、低聚果糖添加量0.23%、复烘温度58.6℃、复烘时间为5.2 h，进行3次平行试验。在优化条件下，测得脆度值为182.98±5.10，与预测值结果拟合度较高，模型效果较好，证实了此工艺参数具有一定的实用价值。

2.5 产品指标检测

在此最佳工艺条件下，产品水分含量为（4.26±0.25）%、筛下物含量为（0.40±0.03）%、海带总多糖含量（12.95±0.29）%、褐藻多酚含量（0.91±0.02）%、岩藻黄质含量（0.093±0.015）%，菌落总数为（886.0±20.8）CFU、致病菌未检出，符合相关国家卫生标准。

3 结论

本试验将海带与苹果进行混合冻干，开发海带苹果冻干休闲食品。研究了海带浆∶苹果浆质量比、低聚果糖添加量、复烘时间以及复烘温度4个单因素对产品脆度值的影响，并通过Box-Behnken响应面试验法以最佳脆度值确定海带苹果冻干休闲食品的最优配方。最优配方为海带浆∶苹果浆质量比2.1∶1、低聚果糖添加量0.23%、复烘温度为58.6℃、复烘时间为5.2 h，按照此配方生产的海带苹果冻干休闲食品脆度值最小，酥脆性最好，并与预测值接近，模型准确可靠，与试验拟合良好，且产品营养丰富，符合国家相关标准。