响应面法优化低盐麻辣火锅底料配方工艺研究

孙甜甜，赵镭，钟葵，史波林，汪厚银，刘龙云，田师一

(1.中国标准化研究院农业食品标准化研究所，北京 102200；2.浙江工商大学食品与生物工程学院，杭州 310016)

近年来，随着人们生活水平的日益提高，越来越多的人们开始关注更健康的生活方式。据统计，高血压已成为目前全球死亡和致残的主要原因之一，每年约有1070万人死于与高血压相关的疾病，高盐摄入是导致高血压患者的主要原因之一，减少盐的摄入有助于控制血压并降低相关并发病的发生[1]。研究显示，中国成年人自2019年起，在过去40年间平均每天食盐摄入量在10 g以上，超过世界卫生组织推荐量的2倍[2]。中国发布的《国务院关于实施健康中国行动的意见》中，明确提出鼓励全社会参与减盐。

目前减盐产品的研发主要从三个方面进行：低钠盐(salt substitutes，其他矿物盐)、风味增强剂(salt enhancers，氨基酸、肽、有机酸及芳香族化合物)以及咸味肽，通常混合起来进行使用[3]，目前研究表明，许多氨基酸和小肽被认为具有咸味增强作用，精氨酸与天冬氨酸共同使用被认为在咸味增强方面具有显著作用[4]，同时酸味也被证实有效。因此，通过添加具有增咸功效的食品成分来提高食品咸度的思路也被更多应用到减盐策略中。

麻辣火锅为川渝地区特有的饮食，因其麻辣鲜香的特有风味而广受好评。但是纵观市场上各种不同品牌火锅底料，含盐量在660～9479 mg/100 g之间，经常食用高盐产品不利于身体健康。考虑到食品中盐的一个关键方面是通过改变感官特性来最大限度地提高口感[5]，突然改变加工食品的含盐量可能会降低消费者的接受程度[6]，有研究表明，加工食品中盐的减少高达50%是可以实现的，且不会对消费者的接受度产生负面影响[7]。

因此，本文在满足不过多改变麻辣火锅原有风味的基础上，通过单因素试验得到辣味、麻味及鲜味对咸味强度的影响情况，结合响应面方法对实验室低盐麻辣火锅底料进行配方设计，得到一款最优配方，并检测其稳定性，达到对底料减盐不减咸的目的。

1 材料与方法

1.1 材料

郫县豆瓣酱、牛油、干辣椒、小米辣、豆豉、葱姜蒜、香叶、五香粉、冰糖、白酒、酒酿、味精：购自超市；小颗粒花椒(产自山东莱芜)：产地直供；辣椒油树脂(食品级)：购自成都珪一食品开发股份有限公司；花椒油树脂(食品级)：购自仲景食品股份有限公司。

1.2 设备

JK-30H06九阳(Joyoung)3 L五档调温电煮锅；家用漏勺等实验室常备容器；捣碎器：尚动三刀片；C21-RH2144美的电磁炉。

1.3 低盐麻辣火锅底料基础配方

低盐麻辣火锅底料配方及用量见表1。

表1 麻辣火锅底料配方(以411 g总重为例)Table 1 The formula of spicy hotpot seasonings (taking 411 g total weight as an example)

1.4 工艺流程

本试验低盐麻辣火锅炒制工艺流程图见图1。

图1 低盐麻辣火锅底料炒制流程图Fig.1 Flow chart of frying of low-salt spicy hotpot seasonings

1.5 操作要点

糍粑辣椒的制备：将干辣椒置于沸水中煮制3～5 min捞出[8]，与小米辣按照4∶3配比，捣碎后制成糍粑辣椒。

火锅底料含盐量的控制：不额外添加食用盐，添加豆瓣酱含量为80 g/400 g，豆豉含量为3 g/400 g。

炒制温度：采用电磁炉及配备炒锅炒制，控制火锅底料全程炒制功率在300～600 W之间，温度在37.5～75 ℃之间。

1.6 低盐麻辣火锅底料配方优化

检测结果表明，本研究中低盐麻辣火锅底料基础配方含盐量为(1278±0.5) mg/100 g。该盐分主要由配方中豆瓣酱及豆豉2种物料提供。其中，豆瓣酱含盐量为8000 mg/100 g，豆豉含盐量为1455 mg/15 g。以该底料作为麻辣火锅基础配方，再通过改变辣味、麻味及鲜味物质含量，分析其咸味强度的影响，调整基础配方中的咸味强度，从而得到低盐麻辣火锅底料。

1.6.1 单因素试验

在实验室炒制的基础配方情况下，添加0.5，1，2，3，4 mL辣椒油树脂，探究辣味对咸味强度的影响；在实验室炒制的基础配方情况下，添加0.5，1，2，3，4 mL花椒油树脂，探究麻味对咸味强度的影响；在实验室炒制的基础配方情况下，添加1，2，3，4，5 g味精，探究鲜味对咸味强度的影响。

1.6.2 响应面优化试验

依据单因素试验结果，以辣味物质添加量、麻味物质添加量及鲜味物质添加量为变量，根据Design Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken模型，以咸味强度和喜好度结果为响应值，进行三因素三水平响应面试验设计，得到最佳工艺配比。试验因素与水平设计结果见表2。

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

1.6.3 验证试验

对所得到的最优配方进行验证试验，采用gLMS标度对底料的咸度进行评价，同时用九点喜好标度对底料的喜好程度进行打分。将最优配方数据与系统计算数据对比，观察最优配方的稳定性。

1.6.4 咸度及喜好度感官评价方法

gLMS(generalized labeled magnitude scale)标度是一个带有标签的尺度(见图2)，其顶端是用“任何类型的最强烈的能想象到的感觉”标注最大值，用来进行有效的跨群体比较[9]。九点喜好标度是食品行业进行食品接受性测试最常用的方法，它由Jones等制定，在测量产品喜好度方面最有效，同时对偏爱度进行排序也非常有效[10]。

图2 gLMS标度示意图Fig.2 gLMS scale diagram

通过日常培训筛选对麻辣火锅有一定熟悉度的评价员参加试验，要求其在品尝试验之前避免饮食刺激性食物，同时身体状态保证处于一个正常的水平。排除包括高血压、孕妇、糖尿病患者等人群[11]。鉴于直接品尝火锅底料容易引起评价员反感，因此选择宽粉作为中间样品，在感官评价时，对宽粉大火涮煮5 min后，带汤提供给评价员，要求评价员通过宽粉品尝火锅底料咸度及喜好度。

咸度采用gLMS标度作为评价方法，喜好度采用九点喜好标度。本研究由于gLMS量表使用具有一定复杂性，正式试验之前需要对评价员培训gLMS标度使用方法，九点喜好打分准则见表3。

表3 九点喜好标度打分准则Table 3 Nine point preference scale scoring criteria

1.6.5 数据统计方法

运用IBM SPSS Statistics 23.0对数据进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

辣味、麻味和鲜味是麻辣火锅中的主要味道组成。使7位对麻辣火锅有一定熟悉度且经过培训的评价员对不同单因素影响下火锅底料的咸味强度使用gLMS标度进行评价，喜好度使用九点喜好进行评价。之后对得分进行单因素方差分析，三者的P值均小于P<0.01，说明5个组件至少有4组存在显著性差异[12]，即不同辣味、麻味及鲜味物质添加量均对火锅底料的咸度及喜好度有影响，由图3中a可知，火锅底料的咸度及喜好度在辣味物质添加量达到2 mL为最高，随着添加量的增加，咸度及喜好度均出现下降的趋势，当辣味物质添加量达到3 mL时，喜好度下降明显，因此选择辣味物质添加量在1～3 mL时进行下一步试验。

图3 不同辣味、麻味及鲜味物质添加量对火锅底料咸度及喜好度影响Fig.3 Effects of different amount of spicy, numb-taste and umami substances on salinity and preference of hotpot seasonings

由图3中b可知，当麻味物质添加量达到2 mL时，火锅底料的咸度及喜好度达到最高值，随着添加量的增加，咸度水平趋于平缓，而喜好度则在添加量为3 mL时出现明显下降。因此选择麻味物质添加量在1～3 mL时进行下一步试验。

由图3中c可知，当鲜味物质添加量达到4 mL时，火锅底料的咸度及喜好度达到最高，且随着添加量的增加逐渐趋缓，因此选择鲜味物质添加量在3～5 mL时进行下一步试验。

2.2 响应面优化试验结果

2.2.1 响应面试验结果分析

在单因素试验的基础上，分别以低盐麻辣火锅底料的咸度强度值和喜好度感官分值作为响应值，建立三因素三水平响应面试验设计，共包括17组试验方案。响应面试验设计方案及结果见表4。

表4 响应面试验设计方案及结果Table 4 Response surface test design scheme and results

利用Design Expert 8.0.6对表4进行多元回归方程拟合，得到二次多项回归方程：

Y1(咸度)=15.97+0.16A+0.48B+0.67C-0.8AB+0.11AC+0.1BC-0.32A2-0.85B2-0.45C2。

Y2(喜好度)=6.63+0.29A+0.35B+0.24C-0.31AB+0.40AC-0.032BC-0.64A2-0.27B2-0.66C2。

回归模型优化过程受到具有正效应的影响，因子的正效应意味着响应值在因子水平上升时提高，而因子的负效应则意味着因子与响应值之间发生负比例关系[13]。由方程可知，因子辣味添加量(A)、麻味物质添加量(B)和鲜味物质添加量(C)对配方的咸度和喜好度均有正效应。模型的具体方差分析见表5和表6。

表5 Y1(咸度)方差分析结果Table 5 The results of variance analysis of Y1 (salinity)

表6 Y2(喜好度)方差分析结果Table 6 The results of variance analysis of Y2 (degree of preference)

由表5和表6结果可知，Y1(咸度)试验回归模型P值<0.01，结果影响显著，表明模型对数据有较好的拟合作用，失拟项P=0.3194>0.05，结果不显著，可以用该方程代替真实点对试验结果进行分析[14]；R2=0.9060说明90.60%以上的变化可由自变量解释，仅有9.4%的变化不被解释。辣味物质添加量(A)影响不显著，麻味物质添加量(B)和鲜味物质添加量(C)对咸度影响显著。AB影响显著，说明辣味物质添加量和麻味物质添加量存在着显著交互作用，由F值大小可得到影响低盐麻辣火锅咸度多少的因素排序为：鲜味物质添加量>麻味物质添加量>辣味物质添加量[15]。

Y2(喜好度)试验回归模型P值=0.0039<0.01，结果影响显著，表明模型对数据有着较好的拟合作用，同时失拟项P=0.9584>0.05，不显著，R2=0.9226，RAdj2=0.8232，表明预测值与实际值拟合度较高，模型合理。在喜好度方差分析结果中，辣味物质添加量(A)、麻味物质添加量(B)和鲜味物质添加量(C)均影响显著，根据F值大小，影响低盐麻辣火锅喜好度大小的因素排序为：麻味物质添加量>辣味物质添加量>鲜味物质添加量。

2.2.2 响应面因素交互作用分析

根据Design Expert 8.0.6软件得到的Y1(咸度)、Y2(喜好度)各响应面三维曲面及等高线图见图4和图5。

图4 交互因素对Y1(咸度)的响应面图和等高线图Fig.4 Response surface diagrams and contour diagrams of interaction factors to Y1 (salinity)

图5 交互因素对Y2(喜好度)的响应面图和等高线图Fig.5 Response surface diagrams and contour diagrams of interaction factors to Y2 (degree of preference)

由图4中a～c可知，随着辣味物质、麻味物质、鲜味物质添加量的增加，咸度逐渐增加到趋于平缓，且麻味物质添加量曲面上升幅度最大，说明麻味物质添加量对低盐麻辣火锅咸度强度影响最大，其次为鲜味物质添加量和辣味物质添加量。根据等高线图可知，AB的相互作用明显，AC其次，BC的相互作用不明显。

由图5中a～c可知，随着辣味物质、麻味物质、鲜味物质添加量的增加，喜好度分值先上升后下降，由图5中a可知，当鲜味物质添加量一定时，喜好度随着麻味物质添加量的增加而先上升后下降，辣味物质添加量的变化趋势相同，当麻味物质、辣味物质添加量达到2 mL时，喜好度达到最大。由等高线图可知，AB、BC的相互作用明显，而AC的相互作用不明显。

通过Design Expert 8.0.6软件以咸度和喜好度得分为响应值得到的最优条件为：辣味物质添加量为2.08 mL，麻味物质添加量为2.37 mL，鲜味物质添加量为4.36 mL，模型估算咸度为16.2，喜好度为6.7。

2.2.3 验证试验2.2.3.1 模型验证试验

根据模型计算的最优配方，重复3次取平均值，做验证试验，所得结果见表7。

表7 验证试验结果Table 7 The results of verification experiment

验证试验所得咸度得分和喜好度得分与响应面模型设计相对误差较小，因此可以判定通过响应面程序得到的最优配比真实可用。

2.2.3.2 模型感官试验验证

为了比对模型得到的低盐麻辣火锅底料在添加辣味物质、麻味物质和鲜味物质之后辣度、麻度、咸度及鲜度的变化，同时考虑其现实意义，因此选择两款市售火锅底料A，B作为比较对象，考察三者麻、辣、咸、鲜的强度。选择7名经过培训的、对麻辣火锅底料有一定熟悉程度的评价员运用gLMS标度对市售底料A，B，C(低盐麻辣火锅底料)进行感官评价，要求分别对二者的辣度、麻度、咸度及鲜度打分，结果见图6。

图6 低盐麻辣火锅底料同市售火锅底料各强度打分对比Fig.6 The comparison of strength scores of low-saltspicy hotpot seasonings with the hotpotseasonings in the market

对三者含盐量进行测定并比对，得到三者含盐量为：A=(4467±0.7) mg/100 g，B=(5211±0.6) mg/100 g，C=(1278±0.5)mg/100 g。可以看到，C同市售两款底料在感官水平上，咸度与A相似，比B略低，同时在辣度水平上与B相同，麻度居于最高，鲜度三者差距较小。而由三款底料的含盐量对比可以发现，C的含盐量最低。由理化分析与感官分析数据对比可知，低盐麻辣火锅底料实现了减盐不减咸的目标。

3 结论

随着越来越多的人开始了解高盐所带来的风险，重视饮食健康，食品减盐将越来越被重视，麻辣火锅作为一款备受欢迎的食品，在加工时降低其含盐量非常重要。

本文借助风味调节的方式，运用单因素方法，明确了辣味、麻味和鲜味都起到了一定增咸作用，在此研究基础上，以咸度和喜好度为响应值，用响应面法设计得到了一款低盐麻辣火锅的最优配方：辣味物质添加量为2.08 mL，麻味物质添加量为2.37 mL，鲜味物质添加量为4.36 g，之后对该配方进行验证试验。在与市售火锅底料的对比中，低盐麻辣火锅底料的咸度分值与市售类似，而经检测，含盐量属于较低的水平，同时模型喜好度为6.7分，因此可以得出结论：本款底料既达到了减盐不减咸的目标，同时也被评价员所接受，这为低盐火锅市场的产品开发提供了新的思路。