热处理对食品营养价值的影响

实验三十七　热处理对食品营养价值的影响

一、实验目的与要求

1．理解食品加工工艺与食品营养价值间的相互关系；

2．掌握评价食品加工对其营养价值影响的指标；

3．了解食品加工对食品营养价值影响的实验设计的一般方法。

二、实验原理

正交试验法，又叫正交设计，也称多因素正交选优法，简称正交法。它是一种利用正交表来安排多因素试验的科学方法。用正交试验法来安排试验，最大的优点在于正交表均衡分散，整齐可比，试验次数只有通常方法的1／2、1／3甚至1／4次，而且计算简单，试验结果代表性好。

例如，过去采用8因素3水平的抗生素培养基试验，用完全设计法安排必须做6　561组试验，历时两年半才能完成；后来采用正交法安排试验，结果只用了一个星期做了其中27组试验，就达到了需做6　561组试验的效果。从这个试验中可以看出正交试验法在科学研究中有着不可估量的价值。

对正交法的具体细节我们不能详细介绍。在这里我们简单解释一下正交法中的几个关键概念，这些对于理解正交法是非常重要的。即正交法中的因子（又称因素）、水平（又称试验点）、正交表等，并介绍一下关于正交法试验结果的数学处理问题。

1．正交试验法的几个重要的概念

（1）因子（素）：指的是完成一项研究，或生产一个产品的工艺条件。

例如，我们要研究如何煮米饭，在这个课题中，米、水、火是煮米饭的三个重要条件，即它们是煮米饭的三个参与因素。

（2）水平：指的是因素所处的不同状态。如煮米饭研究中的米因素具有许多不同的状态，如早籼米、晚籼米等，这早籼米和晚籼米就是米因素的两个不同水平；500g米加1　000g水好呢还是加1　400g水好，这1　000g和1　400g就是水因素的不同水平；同样，煮米饭时，是先大火后小火好呢，还是先小火后大火好，这先大火后小火与先小火后大火就是火因素的不同水平。如果要做上述条件的煮饭试验，用正交试验法安排首先将上述因素和水平归纳成表37－1。

表37－1　3因素2水平正交试验表

称煮饭试验的因子水平归纳表，即试验方案。由于正交表是由数字组成，所以在组织试验计划时，不用具体的因素名称，如米、水、火等，而改用A、B、C或1、2、3等符号，所以米的两个不同水平可分别表示为A₁和A₂，它们分别指早籼米和晚籼米，其余以次类推。这个煮饭试验方案，如果按传统的方法相互都搭配做一次试验，即早籼米有加水1　000g和1　400g的，在这两种不同加水量中，又有用先大火后小火煮和先小火后大火煮的，这样要进行8次试验才能鉴别出这些因素及其水平的搭配哪种效果最佳。

（3）正交表：指正交试验中安排试验和分析试验的一种工具，它是一种按照某些数学统计规律编排的表格。每张正交表都有其自己的名字，并反映出表所具有的内容。

如某一正交表的表达式为L₄（2³），该正交表可以反映出以下内容：

3表示这张正交表有3纵列，其名分别叫列1、列2、列3。用它最多可以安排3个因素的试验。

2表示这张正交表内只有两种数字，即1和2，分别称水平1和水平2，用它可以安排2个水平的试验。

4表示这张正交表内有4个横行，每一横行分别叫1号、2号、3号和4号试验。用它可以安排4组试验。

L表示正交的意思。

因此，L₄（2³）是一张安排2水平3因素做4组试验的正交表，其安排方式见图37－1。

所有正交表都具有以下两个数学性质。以L₄（2³）为例：

①任何一列，各水平出现的次数相同，即列1有两个1，必然有两个2，其他列亦如此。

②任何两列的同一横行，有序数对出现次数相同，如列1和列2有序数对分别为一个（1，1）、一个（1，2）、一个（2，1）、一个（2，2），那么列1与列3，或列2与列3，也是如此。我们再来看看上面所说的煮米饭的研究，若用通常的相互搭配来安排试验，我们需要做8组试验，但用正交表L₄（2³）来安排试验，只需要做4组试验就可以达到做8组试验的目的。所以说，正交试验法可以合理地减少试验组数，提高科学效率。

图37－1　正交表结构图

表37－2　L4（23）正交表

2．正交试验结果的数据统计方法　用正交表安排试验，试验数据不需经过复杂的整理手续，只要根据表格要求，做些简单计算，就可对试验结果进行分析研究。

下面举一简单例子，来说明如何对正交试验所获得的结果进行分析。

这里有三种球，每一种球有两种重量，见表37－3。用正交法进行试验，找出一种组合，使三球重量之和最大。这一试验可以利用正交表L₄（2³）来安排。试验获得表37－4所列之结果。

表37－3　关于球的重量的正交试验表

表37－4　正交试验统计表

表37－4计算部分，K值表示各因子的相同水平所对应的试验值之和，如A项下所对应K₁的156表示A水平1所对应试验值之和，即77和79相加，用A₁表示。其他以次类推。

A₂＝85＋63＝148　　　　　B₁＝77＋85＝162

R值表示极差，即R＝最大水平试验值平均数－最小水平试验值平均数

根据上述简单的计算结果，就可对本试验作出如下的直观分析：

（1）首先比较R值大小，就可以看出某因子在这试验中是起主要作用或起次要作用。据表37－4结果，R_C最大，R_B次之，R_A最小。这说明因子C在这项试验中影响最大，而因子A对本次试验结果的影响最小。

（2）比较K值大小，可以知道该因子的不同水平对试验影响的程度。如本次试验中，C₁ ＜C₂、B₂＜B₁、A₂＜A₁，如果试验指标值是愈大愈好，则说明用A₁比A₂效果好、选B₁比B₂好、C₂比C₁好（反之则相反）。

经过以上分析，我们可以获得本次试验的最终结果，即采用A₁B₁C₂的组合，三球重量之和最大。

三、实验设计

本次试验就是利用正交法设计蔬菜烹调工艺的试验方案。用抗坏血酸含量作为该试验的测试指标。试验条件包括蔬菜的前处理、烹调时间和辅料添加种类等三个因素，采用每个因素两个水平进行试验。试验方案见表37－5所示。

表37－5　蔬菜烹调工艺试验方案

据此方案，可采用L₄（2³）正交表设计试验组。根据表37－2，即L₄（2³）正交表，可制定出下列试验计划：

第一组试验：先洗后切，炒1min，并加食碱保色，起锅后立即测定抗坏血酸。

第二组试验：先洗后切，炒5min，并加食醋调味，起锅后立即测定抗坏血酸。

第三组试验：先切后洗，炒1min，并加食醋调味，起锅后立即测定抗坏血酸。

第四组试验：先切后洗，炒5min，并加食碱保色，起锅后立即测定抗坏血酸。

四、实验步骤

1．取新鲜蔬菜200g，清洗时间均定为1min，切成3cm长，前处理结束到下锅开始炒的时间不超过1min。

2．食碱和食醋的添加量均定为占蔬菜重量的1%，即食碱添加2g，食醋添加量为2ml。

3．其余操作按实验计划进行。

五、实验结果与分析

按表37－5所示进行操作。

六、实验报告

七、注意事项

1．试验设计形式，及可重复性；

2．L₂₇（3¹³）和L₆₄（4²¹）的含义；

3．烹饪损失中，影响因素的选择；

4．正交试验设计表见附录8。