復(fù)合保水劑和超高壓處理生鮮羊肉的失水率響應(yīng)面分析

劉 暢，劉敦華

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川750021）

近年來，隨著人們生活水平的提高，對(duì)肉品的食用方式趨于多樣化，并逐漸向生鮮、半生食方向發(fā)展。小包裝生鮮羊肉為經(jīng)過保鮮劑、保水劑、調(diào)料、輔料等的腌制處理，包裝，超高壓處理后在4℃冷鏈下保藏的方便食品。超高壓技術(shù)（ultra-high pressure processing，UHP，100～1000MPa）是一項(xiàng)食品加工領(lǐng)域新技術(shù)。若將生鮮羊肉這樣的生食先經(jīng)超高壓處理，再簡(jiǎn)單加熱食用不但沒有改變?cè)r風(fēng)味，還大大提高了食用安全性[1]，改善了肉品嫩度[2-3]。

傳統(tǒng)提高肉制品保水性的方法是向肉制品中添加復(fù)合磷酸鹽。但是過量使用磷酸鹽，會(huì)對(duì)肉制品品質(zhì)特性產(chǎn)生不良影響、并且會(huì)影響人體健康。李勇等[4]提出用高壓處理技術(shù)，可使香腸降低用鹽量（包括磷酸鹽用量），仍能得到持水性和凝膠性良好的產(chǎn)品。并且，大豆分離蛋白結(jié)構(gòu)松弛，遇水膨脹，有很強(qiáng)的吸水性能，可以改變?nèi)庵破返慕M織特性，穩(wěn)定產(chǎn)品的得率。

本實(shí)驗(yàn)研究一種低磷酸鹽生鮮羊肉產(chǎn)品，應(yīng)用超高壓技術(shù)和大豆分離蛋白，降低了磷酸鹽的使用量，并且保證了產(chǎn)品具有良好的食用品質(zhì)和感官品質(zhì)。采用不同的壓力—保水劑組合，對(duì)生鮮羊肉的失水率進(jìn)行響應(yīng)面分析，所測(cè)失水率包括了超高壓處理后的汁液溶出量和羊肉的離心損失，得出最佳壓力—保水劑組合，以期對(duì)超高壓處理的生鮮羊肉產(chǎn)品的安全品質(zhì)控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

寧夏鹽池鮮羊肉 市售；焦磷酸鈉（SPP）、三聚磷酸鈉（STP）、大豆分離蛋白（SPI）、氯化鈉 均為食品級(jí)。

HPP.L3-600/2型超高壓設(shè)備 天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司；TDL-5-A型臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠制造；HH.SY21-Ni型恒溫水浴鍋 北京長(zhǎng)源實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；AL204型電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DZ-400/2E型單室真空包裝機(jī) 上海兆發(fā)機(jī)械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料肉處理 羊肉剔除可見脂肪和結(jié)締組織，切成約30mm×10mm×20mm的肉塊，分別將20g SPP、STP溶于100mL去離子水，配制成10%的溶液，放置于水浴鍋中加速磷酸鹽溶解，待冷卻至室溫且磷酸鹽不析出的情況下，采用注射器注射的方式[5]分別把實(shí)驗(yàn)所需的不同含量SPP和STP溶液注入羊肉中，注射后在常溫下以人工方式輕輕拍打10min左右。SPI分別用去離子水（1g大豆分離蛋白：5mL去離子水）濕潤，攪拌均勻成糊狀，均勻地涂抹于肉塊表面。

1.2.2 羊肉失水率的測(cè)定 失水率的測(cè)定參考低速離心法[6]，因需測(cè)定超高壓處理后的汁液溶出率，先在真空包裝袋底部放入一定量濾紙，羊肉制品經(jīng)單一或復(fù)合保水劑處理后，置于感應(yīng)量為0.0001g的天平上稱重m1，放入加濾紙的真空包裝袋中，真空包裝機(jī)抽真空并且封口，測(cè)定三種保水劑影響失水率的單因素實(shí)驗(yàn)直接將包裝袋放入離心管中，經(jīng)1500r/min、離心10min，超高壓壓力單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)先經(jīng)超高壓處理（不同壓力、10℃、保壓時(shí)間10min）后，再離心處理，取出包裝袋內(nèi)的羊肉，再次稱重m2，按照式（1）計(jì)算失水率。

式中：X為失水率，%；m1為包裝前肉的質(zhì)量，g；m2為離心后肉的質(zhì)量，g。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 選取STP、SPP、SPI、超高壓壓力4因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。以不添加保水劑并且不經(jīng)超高壓處理的羊肉產(chǎn)品為空白對(duì)照。

按食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 2760-2011[7]的用量規(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)中單一磷酸鹽的添加量為小于0.35%肉質(zhì)量。保水劑單因素實(shí)驗(yàn)為只添加一種保水劑不超高壓處理的條件下測(cè)定羊肉失水率變化，超高壓壓力單因素實(shí)驗(yàn)為只進(jìn)行超高壓處理不加保水劑的條件下測(cè)定羊肉失水率變化。STP和SPP的添加水平（按肉重計(jì)）分別為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%。SPI添加水平（按肉重計(jì)）分別為2%、3%、4%、5%、6%、7%。

表1 因素水平編碼表Table 1 Factors and levels for Box-Behnken design

超高壓處理壓力在不影響羊肉感官品質(zhì)的前提下，壓力水平為100、150、200、250、300、350MPa。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 利用Design-Expert 8.0.6軟件，采用響應(yīng)面分析法[8-9]（RSM）優(yōu)化保水劑-壓力組合，綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)Box-Behnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[10]，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 SPP和STP單因素實(shí)驗(yàn) 失水率與肉的保水效果成反比，由圖1可見，通過在羊肉中添加磷酸鹽，可在一定范圍內(nèi)降低失水率。STP在添加量小于0.15%時(shí)，失水率下降不明顯，甚至有部分上升趨勢(shì)。失水率在0.15%時(shí)開始下降，達(dá)到0.25%后呈波動(dòng)變化，且STP添加量為0.15%與0.3%時(shí)，失水率差異不顯著（p=0.051＞0.05），綜合磷酸鹽的國標(biāo)添加量以及對(duì)羊肉制品品質(zhì)的影響，得出響應(yīng)面的STP水平選擇0.15%、0.20%、0.25%。

圖1 單一磷酸鹽不同添加量對(duì)失水率的影響Fig.1 Effect of phosphates on the dehydration rate

SPP對(duì)羊肉的保水性有著顯著影響，當(dāng)SPP添加量小于0.05%時(shí)，失水率增加，當(dāng)SPP的添加量為0.15%時(shí)失水率達(dá)到最小值，之后失水率呈現(xiàn)波動(dòng)變化，則SPP的添加量在0.15%左右適宜。

實(shí)驗(yàn)表明，STP在量少的情況下，失水率變化不顯著甚至有所上升，這可能是因?yàn)镾TP加入到肉中以后，會(huì)發(fā)生電離反應(yīng)，使環(huán)境的離子強(qiáng)度加強(qiáng)，增加了肌球蛋白的溶解度，從而在離心過程中使更多的水分隨蛋白質(zhì)一起溶出，部分抵消了STP的保水性，但是，三聚磷酸鹽還可與多價(jià)金屬離子結(jié)合，隨著添加量的增多，加入的三聚磷酸鹽和肌肉蛋白質(zhì)的Ca2+、Mg2+發(fā)生螯合，形成更大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了對(duì)水的封閉性，因而提高了肉的保水性，表現(xiàn)為失水率下降[11]。

2.1.2 SPI單因素實(shí)驗(yàn) SPI在2%～4%的添加范圍內(nèi)，失水率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，添加量達(dá)4%以后，羊肉失水率呈波動(dòng)變化，這可能是因?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白的乳化性能受蛋白質(zhì)濃度的影響，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度接近乳化劑的臨界膠束濃度（CMC）時(shí)，大豆分離蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性不再升高。在離心過程中使部分油水分離，失水率增加。大豆分離蛋白添加量在7%時(shí)失水率達(dá)到最小值，但是將本實(shí)驗(yàn)此組羊肉熟制后發(fā)現(xiàn)，SPI 7.0%時(shí)，羊肉出現(xiàn)了豆腥味和苦味，這種味道主要是由于SPI添加量偏多引起的。失水率的次低點(diǎn)為SPI添加量為4%時(shí)，所以，綜合考慮，選擇SPI添加量為4%左右較為合適。

圖2 SPI不同添加量對(duì)失水率的影響Fig.2 Effect of soybean protein isolate on the dehydration rate

2.1.3 超高壓壓力單因素實(shí)驗(yàn) 隨著超高壓壓力的增大，羊肉的失水率增大，壓力在150～300MPa時(shí)，失水率變化平緩，350MPa時(shí)羊肉的失水率與300MPa相比，顯著增加（p=0.009＜0.01）。

圖3 超高壓壓力與失水率的關(guān)系Fig.3 Effect of ultra-high pressure on the dehydration rate

據(jù)報(bào)道，多數(shù)微生物經(jīng)100MPa以上壓力處理即被殺滅，當(dāng)壓力達(dá)到300MPa時(shí)，酵母、霉菌、病毒和大多數(shù)細(xì)菌就會(huì)全部死亡[12-13]。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，壓力在300MPa時(shí)，羊肉色澤開始發(fā)生變化，壓力達(dá)350MPa時(shí)，羊肉的顏色和組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，影響到生鮮羊肉的感官品質(zhì)。這可能是因?yàn)榧{中肌紅蛋白和血紅蛋白逐漸變性而失去所固有的紅色，導(dǎo)致肌肉中紅色逐漸變淡、發(fā)灰色，最后呈類似煮肉的灰白色[14]。綜合考慮羊肉的色澤，滅菌效果和壓力對(duì)失水率變化的影響，得出響應(yīng)面的壓力水平為200、250、300MPa，滅活或者抑制了羊肉中的大部分微生物，又不影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)。

2.2 模型的建立與顯著性檢驗(yàn)

對(duì)表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，以失水率為響應(yīng)值。對(duì)模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見表3。中心點(diǎn)條件為：0.15%SPP、0.20%STP、4.00%SPI、超高壓壓力250MPa，對(duì)應(yīng)表2中的實(shí)驗(yàn)號(hào)7、9、13、15、25組。所得回歸方程為：

Y=1.67-0.087A-0.15B-0.077C+0.078D+0.015AB-0.070AC-0.050AD-0.055BC+0.10BD-0.014A2-0.31B2-0.076C2-0.15D2

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Program and experimental results of response surface analysis

模型的p值＜0.0001，表明該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆O顯著，失擬項(xiàng)p=0.0672＞0.05，并且回歸系數(shù)R2＝0.9847，調(diào)整系數(shù)R2＝0.9693和預(yù)測(cè)系數(shù)R2＝0.9164均大于0.9，信噪比為30.695，遠(yuǎn)高于臨界值4，由以上可知該模型擬合程度良好。

2.3 交互作用對(duì)羊肉失水率的影響

由圖5可知，當(dāng)STP的添加量為0.2%、SPI 4%時(shí)，隨著SPP用量的增加，失水率隨壓力的變化顯著性增強(qiáng)。SPP的添加量在0.15%～0.2%時(shí)，能有效抑制高壓范圍內(nèi)因壓力升高而增大的失水率。

由圖6可知，當(dāng)SPP的添加量固定在0.15%、超高壓壓力250MPa時(shí)，STP和SPI在高添加量范圍內(nèi)，羊肉的失水率會(huì)明顯下降，且值較低。

由圖7可知，當(dāng)SPP和SPI用量分別固定在0.15%和4%時(shí)，隨著STP用量的增加，失水率隨壓力的變化顯著性增強(qiáng)。響應(yīng)面的響應(yīng)值在STP用量0.2%～0.25%，壓力200～250MPa范圍內(nèi)較低。壓力在200～250MPa時(shí)，可通過增加STP的用量來顯著降低羊肉的失水率。

表3 模型回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)和結(jié)果Table 3 Significance test and results for regression coefficients of model

圖4 SPP和SPI的響應(yīng)面圖Fig.4 Responsive surface of sodium pyrophosphate and soybean protein isolate

圖5 SPP和壓力的響應(yīng)面圖Fig.5 Responsive surface of sodium pyrophosphate and ultra-high pressure

圖6 STP和SPI的響應(yīng)面圖Fig.6 Responsive surface of sodium tyipolyphosphate and soybean protein isolate

圖7 STP和超高壓壓力的響應(yīng)面圖Fig.7 Responsive surface of sodium tyipolyphosphate and ultra-high pressure

SPI與壓力的交互作用不顯著。當(dāng)SPP用量0.15%，STP 0.20%，SPI在高水平時(shí)，失水率較低，增加SPI的含量，可有效抑制因壓力升高而導(dǎo)致的失水率增加。

SPP和STP的交互作用不顯著。當(dāng)SPI的添加量為4%，超高壓壓力固定在250MPa時(shí)，STP含量在0.2%～0.25%范圍內(nèi)，SPP含量在0.1%～0.2%范圍內(nèi)時(shí)，失水率較小。

根據(jù)RSM分析可得優(yōu)化后保水劑-壓力最佳組合為：SPP 0.20%、STP 0.25%、SPI 5.00%、壓力200MPa，生鮮羊肉制品的失水率是0.56%。

為了檢驗(yàn)響應(yīng)曲面法所得結(jié)果的可靠性，采用RSM分析得優(yōu)化后保水劑-壓力的最佳組合進(jìn)行模型驗(yàn)證，以SPP 0.20%、STP 0.25%、SPI 5.00%、壓力200MPa為羊肉失水率最低組合，相同條件下測(cè)定羊肉的失水率，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，得失水率平均值為0.57%，相對(duì)誤差為1.79%，驗(yàn)證值與回歸方程預(yù)測(cè)值基本相吻合。

3 結(jié)論

SPP 0.20%、STP 0.25%、SPI 5.00%、壓力200MPa能有效提高羊肉的保水性能，使得生鮮羊肉產(chǎn)品的失水率達(dá)0.57%。

本文采用低速離心法，克服了高速離心法對(duì)樣品結(jié)構(gòu)破壞較大的問題，同時(shí)也使得水分不被再吸收，并且在肉品持水性測(cè)定方法的基礎(chǔ)上，所測(cè)失水率包括了超高壓處理后的汁液溶出量，能更好的描述不同保水劑-壓力組合對(duì)生鮮羊肉品質(zhì)的影響。

通過響應(yīng)面分析得出，三種保水劑和超高壓壓力對(duì)生鮮羊肉的失水率都有顯著影響，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過調(diào)整一定范圍內(nèi)的保水劑配比或超高壓處理壓力，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同品質(zhì)要求的生鮮肉的品質(zhì)控制。

本文在不影響羊肉的感官品質(zhì)的基礎(chǔ)上，得出最佳配比的低磷酸鹽添加量、適宜的超高壓壓力和大豆分離蛋白濃度，達(dá)到生鮮羊肉的保水效果，延長(zhǎng)了羊肉的貯藏時(shí)間。

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