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响应面法优化水产品液体速冻用的载冷剂配比

张涛 吴燕燕 李来好 杨贤庆 林婉玲 杨少玲 郝淑贤

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响应面法优化水产品液体速冻用的载冷剂配比

    作者简介: 张涛(1992—),男,硕士,研究生,从事水产品加工与质量安全控制研究。E-mail:zhangtaolzt@163.com;
    通讯作者: 吴燕燕, wuyygd@163.com
  • 中图分类号: S 985;TS 254.4

Optimization of ratio of refrigerants for quick liquid freezing of aquatic product by response surface methodology

    Corresponding author: Yanyan WU, wuyygd@163.com ;
  • CLC number: S 985;TS 254.4

  • 摘要: 为开发适合水产品快速冻结的安全食品级速冻液配方,该研究以乙醇、低聚果糖、柠檬酸、氯化钙、丙二醇等组成低温速冻液。通过单因素试验分析乙醇、低聚果糖、柠檬酸和氯化钙不同质量分数下的冻结点变化规律,在此基础上,以冻结点和粘度为响应值,通过Box-Behnken响应面法对速冻液中载冷剂的添加量进行优化,得到速冻液的最佳配方为:19.9%乙醇、9.5%低聚果糖、3%柠檬酸、5%氯化钙、10%丙二醇。该配方制备的速冻液的冻结点可达−63.50 ℃、粘度4.64 mPa·s,具有冻结温度低、粘度小的特点,而且配方成本较低,操作方便,可应用于水产品及冷冻方便食品的快速冻结。
  • 图 1  冻结液的冻结曲线图

    Figure 1.  Freezing curve of frozen liquid

    图 2  乙醇和丙二醇不同添加量溶液冻结点变化规律图

    Figure 2.  Variation rule of freezing point with different addition amounts of ethanol or propylene glycol

    图 3  乙醇添加到丙二醇中溶液冻结点变化

    Figure 3.  Variation in freezing point of solution of ethanol added to propylene glycol

    图 4  低聚果糖不同添加量溶液冻结点变化规律图

    Figure 4.  Variation rule of freezing point with different addition amounts of oligofructose

    图 5  柠檬酸不同添加量溶液冻结点变化规律图

    Figure 5.  Variation rule of freezing point with different addition amounts of citric acid

    图 6  氯化钙不同添加量溶液冻结点变化规律图

    Figure 6.  Variation rule of freezing point with different addition amounts of calcium chloride

    图 7  乙醇、柠檬酸、低聚果糖和氯化钙各因素交互作用对速冻液冻结点影响的响应面图

    Figure 7.  Response surface diagram of the interaction of ethanol, citric acid, oligofructose and calcium chloride on freezing point of quick freezing liquid

    图 8  乙醇、柠檬酸、低聚果糖和氯化钙各因素交互作用对速冻液粘度影响的响应面图

    Figure 8.  Response surface diagram of the interaction of ethanol, citric acid, oligofructose and calcium chloride on viscosity of frozen liquid

    表 1  载冷剂配比的响应面试验因素水平表

    Table 1.  Response surface factors level of refrigerants ratio

    因素
    factor
    水平
    level
    –101
    乙醇质量分数/%(A)
    ethanol mass fraction
    101520
    低聚果糖质量分数/%(B)
    fructooligosaccharide content
    81012
    柠檬酸质量分数/%(C)
    mass fraction of citric acid/%
    345
    氯化钙质量分数/%(D)
    mass fraction of calcium chloride
    357
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    表 2  响应面法优化实验结果

    Table 2.  Experimental results of BOX-Behnken design

    序号
    serial No.
    ABCD冻结点绝对值/℃
    absolute value of freezing point
    粘度/(mPa·s)
    viscosity
    1–1–10040.86.19
    21–10060.24.71
    3–110046.35.96
    4110047.95.66
    500–1–143.85.32
    6001–143.55.6
    700–1148.15.15
    8001144.37.8
    9–100–137.85.05
    10100–154.34.65
    11–100144.76.51
    12100156.55.58
    130–1–1051.85.77
    1401–1045.75.4
    150–11044.96.2
    16011042.17.14
    17–10–1035.44.95
    1810–1063.54.62
    19–101045.66.5
    20101040.85.35
    210–10–149.25.46
    22010–139 5.7
    230–10145.76.3
    24010149.56.62
    25000043.66.1
    26000044.65.9
    27000045.86.31
    28000045.36
    29000045.16.45
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    表 3  冻结点绝对值回归与方差分析结果

    Table 3.  Analysis of variance fitted regression model of absolute value of freezing point

    来源
    source
    平方和
    SS
    自由度
    df
    均方和
    MS
    F
    F-value
    P
    P-value
    显著性
    significance
    模型 model1 042.951474.537.67< 0.000 1**
    A439.231439.23222.11< 0.000 1**
    B40.7140.720.580.000 5**
    C61.2161.230.95< 0.000 1**
    D37.45137.4518.940.000 7**
    AB79.21179.2140.05< 0.000 1**
    AC270.61270.6136.84< 0.000 1**
    AD5.5215.522.790.116 9
    BC2.7212.721.380.260 2
    BD49 149 24.780.000 2**
    CD3.0613.061.550.233 8
    A242.51142.5121.50.000 4**
    B29.6919.694.90.043 9*
    C21.4811.480.750.401 7
    D20.9610.960.490.497
    残差 residual27.69141.98
    失拟 lack of fit24.9102.493.570.1157
    纯误差 pure error2.7940.7
    总和 cor total1 070.64280.974 1
    注:*. 差异显著(P<0.05);**. 差异极显著(P<0.01);下表同此  Note: *. significant difference(P<0.05); **. very significant difference(P<0.01). The same case in the following table.
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    表 4  粘度回归与方差分析结果

    Table 4.  Analysis of variance fitted regression model of viscosity

    来源
    source
    平方和
    SS
    自由度
    df
    均方和
    MS
    F
    F-value
    P
    P-value
    显著性
    significance
    模型 model14.86141.0634.76< 0.000 1**
    A1.7611.7657.47< 0.000 1**
    B0.2910.299.340.008 6**
    C4.5414.54148.58< 0.000 1**
    D3.1813.18104.19< 0.000 1**
    AB0.3510.3511.40.004 5**
    AC0.1710.175.50.034 2*
    AD0.0710.072.30.151 7
    BC0.4310.4314.040.002 2**
    BD1.60E-0311.60E-030.0520.822 3
    CD1.411.445.97< 0.000 1**
    A22.4712.4781.01< 0.000 1**
    B20.0210.020.640.437 6
    C20.07710.0772.520.134 8
    D20.08810.0882.880.111 9
    残差 residual0.43140.031
    失拟 lack of fit0.22100.0220.440.865 3
    纯误差 pure error0.240.051
    总和 cor total15.2928
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-22
  • 录用日期:  2019-04-22
  • 网络出版日期:  2019-05-30

响应面法优化水产品液体速冻用的载冷剂配比

    作者简介:张涛(1992—),男,硕士,研究生,从事水产品加工与质量安全控制研究。E-mail:zhangtaolzt@163.com
    通讯作者: 吴燕燕, wuyygd@163.com
  • 1. 中国水产科学研究院南海水产研究所,农业农村部水产品加工重点实验室,广东 广州 510300
  • 2. 上海海洋大学食品学院,上海 201306

摘要: 为开发适合水产品快速冻结的安全食品级速冻液配方,该研究以乙醇、低聚果糖、柠檬酸、氯化钙、丙二醇等组成低温速冻液。通过单因素试验分析乙醇、低聚果糖、柠檬酸和氯化钙不同质量分数下的冻结点变化规律,在此基础上,以冻结点和粘度为响应值,通过Box-Behnken响应面法对速冻液中载冷剂的添加量进行优化,得到速冻液的最佳配方为:19.9%乙醇、9.5%低聚果糖、3%柠檬酸、5%氯化钙、10%丙二醇。该配方制备的速冻液的冻结点可达−63.50 ℃、粘度4.64 mPa·s,具有冻结温度低、粘度小的特点,而且配方成本较低,操作方便,可应用于水产品及冷冻方便食品的快速冻结。

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