響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合食品添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的研究

田 亮，王修俊，*，王文平，牛立群，馬桂英

(1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽 550003; 2.貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550003)

響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合食品添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的研究

田 亮1，2，王修俊1，2，*，王文平1，2，牛立群1，馬桂英1

(1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽 550003; 2.貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550003)

為了提高豬肉的保水性，以豬肉蒸煮出品率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，首先將三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉按4∶3∶2比例復(fù)配成復(fù)合磷酸鹽添加到豬肉中，豬肉的蒸煮出品率為85.47%。在單因素工藝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用響應(yīng)面分析法對(duì)復(fù)合磷酸鹽、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、大豆分離蛋白、卡拉膠添加量進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，最佳添加量為復(fù)合磷酸鹽0.36%、TG酶0.60%、卡拉膠0.20%、大豆分離蛋白0.41%，在此條件下，豬肉蒸煮出品率可達(dá)到89.5311%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)豬肉蒸煮出品率為89.1%±0.4%，表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與軟件優(yōu)化結(jié)果相符。

復(fù)合磷酸鹽，谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶，出品率，響應(yīng)面分析法

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(Transglutaminase，TG)又稱轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，是一種能催化賴氨酸的ε－氨基與谷氨酸的γ－羥酰胺基形成共價(jià)鍵而導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚合的酶［1］。由于聚合后的蛋白質(zhì)常表現(xiàn)出比聚合前更優(yōu)良的功能特性，因此利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改良蛋白質(zhì)，提高肉制品質(zhì)量日益成為食品界研究的熱點(diǎn)［2－6］。復(fù)合磷酸鹽具有提高pH、增加離子強(qiáng)度、螯合金屬離子、解離肌動(dòng)球蛋白等功能，與谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶復(fù)合再加入一定的親水膠體可以發(fā)揮各組分的協(xié)同作用，提高肌球蛋白凝膠的保水性，從而有效解決了高溫蒸煮肉類的質(zhì)地、風(fēng)味和嫩度劣變的問題［7－10］。本文采用響應(yīng)曲面法，以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶、復(fù)合磷酸鹽、卡拉膠、大豆分離蛋白為實(shí)驗(yàn)的影響因子，設(shè)定3個(gè)濃度水平，對(duì)各因素單獨(dú)和協(xié)同影響豬肉蒸煮出品率指標(biāo)進(jìn)行了研究［11］。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(Transglutaminase，TG) 石家莊市宏達(dá)生物科技有限公司，食品級(jí)，活力100U/g;三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉 鄭州天宇食品添加劑有限公司;大豆分離蛋白 安陽市得天力食品有限責(zé)任公司;к－卡拉膠 上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司;豬肉 市售。

電子天平 上海良平儀器儀表有限公司;潔凈工作臺(tái) 上海博迅實(shí)業(yè)公司醫(yī)療設(shè)備廠;冰箱 青島海爾股份有限公司;電子恒溫水浴鍋 江蘇金壇市中大儀器廠;電動(dòng)立式絞切兩用機(jī) 上海林生廚具有限公司;PE保鮮袋。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合磷酸鹽配比的確定

1.2.1.1 工藝流程 豬肌肉→清洗→分割成50g的小塊→切碎→加入一定比例的磷酸鹽→溫度0～4℃冰箱中靜置24h→70℃恒溫水浴30min→冷卻至室溫→測(cè)定蒸煮出品率

1.2.1.2 蒸煮出品率的測(cè)定［12］將切碎的肉加入一定比例的磷酸鹽置于聚乙烯塑料袋內(nèi)后抽去袋內(nèi)空氣封住袋口，務(wù)必使肉樣表面與塑料袋緊貼(無氣泡)，于0～4℃冰箱中靜置24h。然后將肉樣袋置于75℃水浴中保持30min，務(wù)必使肉樣袋完全沒入水中。水浴后的肉樣袋置于15℃流水中冷卻40min，然后打開塑料袋用濾紙擦去肉樣表面水分后稱重。蒸煮出品率的表達(dá)如下∶

1.2.1.3 復(fù)合磷酸鹽最佳配比確定 復(fù)合磷酸鹽主要由三聚磷酸鈉(STP)、焦磷酸鈉(SAP)、六偏磷酸鈉(HMP)組成;在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，按L9(33)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)L9(33)因素水平

1.2.2 復(fù)合添加劑最佳比例的確定

1.2.2.1 工藝流程 豬肌肉→清洗→分割成50g的小塊→切碎→加入最佳配比磷酸鹽、卡拉膠、大豆分離蛋白→溫度0～4℃冰箱中靜置24h→加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(TG)→常溫下放置2h→70℃恒溫水浴30min→冷卻至室溫→測(cè)定蒸煮出品率

1.2.2.2 蒸煮出品率的測(cè)定 同1.2.1.2。

1.2.2.3 復(fù)合添加劑的最佳配比參數(shù)確定 復(fù)合添加劑主要由復(fù)合磷酸鹽、谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶(TG)、大豆分離蛋白、卡拉膠所組成。采用四元二次中心旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

表2 Box－Behnken實(shí)驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合磷酸鹽最佳配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 單因素結(jié)果分析 按食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB2760－2011用量規(guī)定，復(fù)合磷酸鹽使用時(shí)以磷酸鹽計(jì)，不得超過5g/kg。實(shí)驗(yàn)中單一磷酸鹽的用量按肉重的0.4%添加，其蒸煮出品率效果見圖1。

圖1 三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響

新鮮肉的蒸煮出品率是75%左右，從圖1可知，在豬肉中添加磷酸鹽，可大大提高蒸煮出品率，三聚磷酸鈉在添加量為0.2%左右出現(xiàn)最大值，焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉在0.1%處有最大峰值，但隨著添加量的增加，由于凝膠的均一性變差，將導(dǎo)致保水性下降［10］，從而導(dǎo)致蒸煮出品率下降。

2.1.2 復(fù)合磷酸鹽最佳配比的確定 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并以食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB2760－2011鹽用量規(guī)定(復(fù)合磷酸鹽使用時(shí)以磷酸鹽計(jì)不得超過5g/kg)為依據(jù)，考查焦磷酸鈉(SAP)、三聚磷酸鈉(STP)、六偏磷酸鈉(HMP)復(fù)合磷酸鹽對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響，使用正交設(shè)計(jì)助手Ⅱv3.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，方差分析見表4。

表3 L9(33)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表4 L9(33)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析(a=0.05)

從正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表3可以看出，在取值范圍內(nèi)，將STP、SAP和HMP復(fù)合以后，對(duì)豬肉的保水性具有一定的協(xié)同效應(yīng)，影響豬肉保水性的因素主次關(guān)系為∶A＞B＞C，即三聚磷酸鈉(STP)對(duì)蒸煮出品率影響最大，焦磷酸鈉(SAP)次之，六偏磷酸鈉(HMP)影響最小，最佳配比為A3B3C2，即三聚磷酸鈉(STP)∶焦磷酸鈉(SAP)∶六偏磷酸鈉(HMP)=4∶3∶2。蒸煮出品率可達(dá)85.47%。從表4方差分析可以看出STP和 SAP兩因素有顯著影響，HMP不顯著，這與極差分析的結(jié)果一致。

2.2 復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果 新鮮肉的蒸煮出品率是75%，從圖2可以看出，添加0.4%的大豆分離蛋白能顯著提高豬肉的蒸煮出品率，最高值可達(dá)77.15%。這主要是因?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白本身具有很強(qiáng)的吸水性，而且通過添加到肌肉中與鹽溶蛋白結(jié)合，可提高肌肉的持水性和蒸煮出品率。

圖2 大豆分離蛋白對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響

卡拉膠的分子結(jié)構(gòu)中含有強(qiáng)陰離子性硫酸酯基團(tuán)，能和游離水形成額外氫鍵。此外卡拉膠還能和蛋白反應(yīng)形成強(qiáng)有力的三維結(jié)構(gòu)—凝膠，因此卡拉膠可以把游離水牢牢“鎖住”。從圖3可看出，卡拉膠添加量為 0.3%時(shí)，豬肉的蒸煮出品率可達(dá)77.34%。

圖3 卡拉膠對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響

TG酶可催化其中的蛋白質(zhì)分子之間發(fā)生交聯(lián)，將蛋白質(zhì)分子粘合起來形成新的共價(jià)鍵，而分子間疏水基、離子鍵、共價(jià)鍵等對(duì)于蛋白質(zhì)凝膠體系的形成發(fā)揮著重要作用，改變共價(jià)鍵的數(shù)目和強(qiáng)度都會(huì)使蛋白質(zhì)的凝膠性能發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而改變肌肉的持水性，提高蒸煮出品率［13］，從圖4可以看出，當(dāng)添加TG酶0.6%時(shí)，蒸煮出品率可達(dá)78.53%。

圖4 TG酶對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響

磷酸鹽可調(diào)節(jié)豬肉的pH，并通過協(xié)助肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白溶解以及提高肉的保水性來改善嫩度，使之偏離其等電點(diǎn)，螯合肉中的金屬離子，使肌肉蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所釋放的極性基團(tuán)，無法與水相結(jié)合而提高其持水性，改善豬肉的嫩度、口感、質(zhì)地和產(chǎn)量［14］。從圖5可以看出，復(fù)合磷酸鹽添加量的增加可以顯著提高豬肉的蒸煮出品率，但是，當(dāng)添加量達(dá)到0.4%時(shí)豬肉色澤出現(xiàn)發(fā)黃現(xiàn)象，所以在選擇復(fù)合磷酸鹽添加量時(shí)不宜過多。

圖5 復(fù)合磷酸鹽對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響

2.2.2 復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析 復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析根據(jù)Box－Behnken設(shè)計(jì)［15］進(jìn)行了29組實(shí)驗(yàn)，利用Design Expert 7.1.3軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的回歸方程如下∶

從該模型的方差分析表5可見，所選用的二次多項(xiàng)模型具有高度的顯著性(P＜0.0001)。失擬項(xiàng)在α=0.05水平上不顯著(P=0.8252＞0.05)，其決定系數(shù)為0.9880，校正決定系數(shù)為0.9759，說明該模型能解釋97.59%響應(yīng)值的變化，僅有總變異的2.41%不能用此模型來解釋，說明該模型擬合程度良好，用該模型研究復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率的影響是合適的。

表5 二次多項(xiàng)模型方差分析表

對(duì)上述方程的回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表明(表6)，實(shí)驗(yàn)中A、B、D、AB、BC和CD這幾個(gè)因素對(duì)蒸煮出品率的影響顯著，表明復(fù)合添加劑添加到豬肉中，對(duì)豬肉蒸煮出品率有顯著影響;AB、BC、CD的交互作用影響也顯著，即在蒸煮過程中，復(fù)合磷酸鹽添加量和TG酶、TG酶和大豆分離蛋白、大豆分離蛋白和卡拉膠之間的交互作用也對(duì)蒸煮出品率造成顯著影響。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)Box－Behnken實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果和二次多項(xiàng)回歸方程，利用Design Expert 7.1.3軟件獲得了各個(gè)因素的最佳蒸煮條件組合為復(fù)合磷酸鹽0.36%、TG酶0.60%、卡拉膠0.20%、大豆分離蛋白0.41%，在此條件下，蒸煮出品率可達(dá)到89.5311%。為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，在此添加量的條件下，做3組平行實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果為89.1%±0.4%，由此可得，采用響應(yīng)面分析法對(duì)復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮出品率影響條件的優(yōu)化是行之有效的。

表6 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

3 結(jié)論

本文以蒸煮出品率為指標(biāo)，來衡量復(fù)合添加劑對(duì)豬肉保水性的好壞;蒸煮出品率越高說明對(duì)豬肉的保水性越好，豬肉的品質(zhì)越高。本實(shí)驗(yàn)在單因素基礎(chǔ)上，通過三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)確定復(fù)合磷酸鹽的配比為三聚磷酸鈉∶焦磷酸鈉∶六偏磷酸鈉= 4∶3∶2，在此最佳配比下豬肉的蒸煮出品率可達(dá)85.47%;同時(shí)在復(fù)合磷酸鹽的添加量、TG酶、卡拉膠、大豆分離蛋白添加量等單因素基礎(chǔ)上，通過四因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了響應(yīng)值與各因素之間的數(shù)學(xué)模型，依此模型可以預(yù)測(cè)豬肉蒸煮的理論出品率。依據(jù)此二次回歸模型，確定了各添加劑的最佳添加量為復(fù)合磷酸鹽0.36%、TG酶0.60%、卡拉膠0.20%、大豆分離蛋白0.41%。在此條件下，蒸煮出品率可達(dá)到89.5311%。

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Optimization of compound food additives for the yield of cooking pork by response surface methodology

TIAN Liang1，2，WANG Xiu－jun1，2，*，WANG Wen－ping1，2，NIU Li－qun1，MA Gui－ying1
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，China; 2.Guizhou Province Key Laboratory of Fermentation Engineering and Biological Pharmacy，Guiyang 550003，China)

In order to improve pork water－h(huán)olding capacity，using the yield of cooking pork as evaluation index，sodium tripolyphosphate(STP)，sodium pyrophosphate(SAP)and sodium hexametaphosphate(HMP)were mixed as compound phosphate food additive by a ratio of 4∶3∶2 applied to the meat，the predicted yield of cooking pork was 85.47%.The effects of compound phosphates，transglutaminase，isolated soy protein and carrageenan on the yield of cooking pork was discussed through Box－Benhnken response surface analysis on the basis of singlefactor experiments.The results showed that the optimal additive amount were obtained as follows:the addition of compound phosphates(STP∶SAP∶HMP=4∶3∶2)0.36%，the content of Transglutaminase(TG)0.60%，the content of carrageen 0.20%and the content of isolated soy protein 0.41%.Under these conditions，the predicted yield of cooking pork was 89.5311%，which was consistent with the average value 89.1%±0.4%from verification tests.

compound phosphate;Transglutaminase(TG);yield of pork product;response surface methodology

TS202.3

A

1002－0306(2011)11－0354－04

2011－07－14 *通訊聯(lián)系人

田亮(1985－)，男，碩士，研究方向:食品生物技術(shù)。

貴州省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(黔科合GY字(2008)3018);貴州省科技廳工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(黔科合GY［2009］3052);貴州省社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(黔科合GY字(2010)3041);貴陽市科技重大專項(xiàng)(［2010］筑科農(nóng)合同字第8－2號(hào))。