红汤火锅底料参数优化设计

黄静，罗吉庆，罗丹，邓楷，龙锦鹏

(1.四川轻化工大学 生物工程学院，四川 宜宾 644000；2.四川食品发酵工业研究院，成都 611130)

火锅是一种以锅为容器加热烧开汤或水来涮煮食物的烹饪方式[1,2]。由于涮煮的食物材料来源十分广泛，包括各种肉类、蔬菜、海鲜、菌菇和粉条等，丰富多彩的食材来源使得火锅流行不受限制，各个季节各个地方不同种族文化的人都可以汇聚在一起品尝火锅。按照不同的口味，人们可以选择不同的调料，但最重要的还是火锅底料的选择。

根据锅底料不同，有传统的麻辣型、红汤型、清油等火锅类型[3-5]。近年来，火锅呈现了多元化，不同的配方、用量不同工艺有差别，所产出的火锅底料的质量也有较大的差别，无论在工艺还是配方上的改进，新型的火锅越来越迎合大众喜好。利用材料的新颖性、功能性，无渣型鸡汁复合调味料清油火锅、棕榈油复合火锅、茶香火锅、香椿火锅等为火锅新配方发展提供了思路和新型的发展方式[6-9]；在工艺上，火锅底料对各关键步骤如炒制温度、时间和香辛料参数进行修改调整，其中有对火锅底料单因素控制的研究，如温度、加热的面积、压力和颗粒度等单因素试验进行感官评价[10,11]，从而控制产品质量。本试验以感官评价为基准，以色泽、香气、滋味、形状和汤浑浊度为各项评价的标准，通过主成分的分析，比较主成分和各项指标的系数得分，计算并利用综合评分来建立炒制温度、炒制时间、香辛料的用量、颗粒度和搅拌速度5因素5水平的响应面。

1 试验方案

1.1 试验材料

郫县豆瓣1500 g、干辣椒250 g、生姜100 g、大蒜200 g、大葱300 g、冰糖150 g、醪糟汁500 g、香辛料(八角∶三奈∶桂皮∶小茴∶草果∶紫草∶香叶∶香草∶公丁香为20∶10∶10∶10∶5∶5∶0.2∶2∶1)。

1.2 试验仪器

恒温鼓风干燥箱、SPX-150B智能型生化培养箱 上海琅轩实验设备有限公司；JD500-3电子天平 沈阳龙腾电子有限公司；变频智能电磁炉 东莞市麦席森电子有限公司。

1.3 红汤火锅底料工艺流程

1.4 工艺说明

1.4.1 菜油炼熟

将1500 g菜油倒入预热后的炒锅中，待其加热到120 ℃油温。

1.4.2 熬化

将1000 g牛油切成小块状，倒入油锅中，待其溶解。

1.4.3 爆香

油锅升至140 ℃，依次倒入辣椒、豆瓣酱、葱、姜和大蒜，待其辣椒表皮通透，香味浓郁。

1.4.4 小火炒制

将油锅温度调至试验需要的温度80～120 ℃，向锅中添加0.20%～1.00%颗粒度为5～25目的香辛料，调节搅拌速度为5～25 r/min，直至设定时间为60～80 min。

1.4.5 熬制

炒制完成后，加入3.50%醪糟、4.50%糖熬制。

1.4.6 冷却分装

将炒制好的火锅底料用长方体模具盛装，冷却到室温后放置在冷柜中，待其成型后真空包装，放置在30 ℃，75% RH恒温培养箱中，3 d后进行感官评价。

1.5 感官评定

3 d后将火锅底料做好编码，21人组成的感官评价组于风味品评室内对火锅底料进行包括形状、香气、色泽、滋味和浑浊度的全项评价。即将火锅底料去包装后，先观察其形态和油层情况，观其颜色，闻其香味，开水煮沸后的香味和浑浊度，并进行味道的检测评分法，相应的评价标准见表1。

1.6 评价标准

本试验的火锅底料的感官评价参考DBS61/0009-2016，并做修改，见表1。

表1 红汤火锅底料评价标准Table 1 Evaluation standard of red soup hotpot condiment

1.7 试验方法

通过查阅文献资料，确定炒制温度、炒制时间、搅拌速度、香辛料颗粒度和用量是影响火锅底料的关键因素，控制该因素的相应水平。本试验按照不同的工艺条件，根据表1感官评价标准对每次试验结果的形态、色泽、香味、浑浊度和滋味分别进行评价，利用SPSS对这5项指标进行主成分分析，建立了5项指标对总体评价的贡献率，即最后利用综合指标对火锅底料进行评价，根据Box-Benhnken中心组合试验设计，以红汤火锅的综合评价T为响应值建立5因素5水平的响应面试验，通过分析该响应面对红汤火锅底料进行炒制工艺参数的优化。试验因素水平表见表2。

表2 响应面试验因素水平表Table 2 The factors and levels of response surface test

1.8 综合指标评价方法

1.9 数据处理

试验项目Y1～Y5的评价值取整数，其他的数据保留两位小数，结果都用平均值表示。用SPSS 24.0对试验结果进行主成分分析并结合Excel的方法对相关数据进行计算，用Box-Benhnken的方法建立5因素5水平的响应面。

2 结果与分析

本次共有36组试验，根据综合评价得分的计算方法求出T值并做出相应的说明，相应的响应面试验设计及结果见表3。

表3 红汤火锅底料响应面试验结果Table 3 Response surface test results of red soup hotpot condiment

续 表

注：N为试验号，本次试验共36次，其中1～26号为本次的响应面试验，27～36号为中心点试验；A为炒制时间，单位min，范围65～80 min，共5个水平，之间间隔5 min；B为炒制温度，单位℃，范围80～120 ℃，共5个水平，之间间隔10 ℃；C为搅拌速度，单位r/min，范围5～25 r/min，共5个水平，之间间隔5 r/min；D为香辛料颗粒度，单位目，范围5～25目，共5个水平，之间间隔5目；E为香辛料的用量，单位%，范围0.2%～1.0%，共5个水平，之间间隔0.2%；Y为试验结果的评分项(百分制)，Y1～Y5分别对应形态、色泽、香味、浑浊度和滋味评分。

2.1 主成分分析

应用SPSS 24.0对试验结果Y1～Y5进行因子降维，做出主成分分析，见表4。

表4 主成分分析总方差解释Table 4 Total variance interpretation of PCA

注：提取方法为主成分分析法。

初始特征值大于1的挑选为主成分[12]，表4中有且仅有成分1的特征值4.956>1，因此本次的评价标准只有一个主要成分，确定了上述公式n=1，a～e均为特征值为4.956时对应的系数，见表5。

表5 成分得分系数Table 5 Component coefficient scores

由表5可知，Y1形态的贡献率为0.200；Y2香味的贡献率为0.200；Y3色泽的贡献率为0.200；Y4浑浊度的贡献率为0.200；Y5滋味的贡献率为0.200，即各指标的影响程度近似。T作为Y的综合评价，其中各项的占有比例为20%，即a=b=c=d=e=0.200，通过系数代入，求出T值代入表3。

2.2 模型显著性检验

按照主成分分析的方式计算出所有试验相应的综合评价T，并以T为响应值，建立关于炒制温度、时间、搅拌速度、香辛料颗粒度和用量的模型，对模型的显著性进行验证，见表6。回归现象的拟合度见表7。

表6 红汤火锅的炒制工艺的模型显著性检验Table 6 Significance test of the model for the frying process of red soup hot pot

由表6可知A、 B、 A2、 B2、 D2的回归方差均有显著性差异(P<0.05)，其中拟合项的P值为0.3095>0.100，没有显著差异，即拟合度非常好，在试验条件下能较好地预测炒制结果。得出拟合的回归方程：T=-564.13+12.24A+3.47B+1.41C+0.95D+58.16E-0.004182AB-0.004158AC-0.01AD-0.36AE-0.006282BC-0.00342BD-0.031BE+0.005013CD-0.35CE+0.61DE-0.082A2-0.015B2-0.013C2-0.073D2-24.15E2。

表7 回归方程方差分析Table 7 Variance analysis of regression equation

由表7可知，线性和二次方程式的P值分别为0.0553和0.3095，P值均>0.05，即没有显著差异，拟合度较好。

2.3 响应面分析与优化

图1 炒制温度与炒制时间对综合评价T的响应面图和等高线图Fig.1 Response surface and contour plots of frying temperature and frying time on comprehensive evaluation T

图2 香辛料粒度与炒制时间对综合评价T的响应面图和等高线图Fig.2 Response surface and contour plots of spices particle size and frying time on comprehensive evaluation T

图3 香辛料粒度与炒制温度对综合评价T的响应面图和等高线图Fig.3 Response surface and contour plots of spices particle size and frying temperature on comprehensive evaluation T

从建立的响应面模型中选取了3个比较有代表性的三维曲面图，图1～图3都是比较光滑的曲面，其对称性比较好，根据Box-Benhnken推荐的优选方案，当搅拌速度为11.51 r/min，炒制温度为103.78 ℃，炒制时间为70.79 min，香辛料用量为0.74%和香辛料粒度为17.33目时，最高评分为87.515。

2.4 最优条件验证

根据响应面的最优工艺参数进行验证试验，为了验证试验的可操作性，本验证试验设置搅拌速度为15 r/min，炒制温度为100 ℃，炒制时间为70 min，香辛料用量为0.80%，香辛料颗粒度为15目，重复10次试验，按照表1的评价标准，由21人组成评价小组进行评价，平均结果T=90.781。由此可见，该模型能较好地模拟红汤火锅底料的炒制效果。

3 结论

通过对红汤火锅底料的进行主成分析，其各项评价标准贡献率为20%，利用响应面对红汤火锅底料的炒制工艺进行优化并进行验证，当搅拌速度为15 r/min，炒制温度为100 ℃，炒制时间为70 min，香辛料用量为0.80%，香辛料颗粒度为15目时，综合评价T=90.781，结果与推荐最优方案的评价结果87.515基本吻合。