響應(yīng)面法優(yōu)化豬肉重組工藝配方

蔣平香，王勤志，滕建文，夏寧，韋保耀

1(桂林市糧油質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣西 桂林，541000) 2(廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，廣西 南寧，530004)

肉干制品(如肉脯、肉粒、肉條等)因其風(fēng)味濃郁、營(yíng)養(yǎng)豐富、便于攜帶、開(kāi)袋即食等特點(diǎn)深受廣大年輕消費(fèi)者喜愛(ài)，具有廣闊的市場(chǎng)空間。但是，傳統(tǒng)肉干加工是以大塊肉原料經(jīng)修整、鹵制、干燥脫水而成，長(zhǎng)時(shí)間干燥導(dǎo)致蛋白質(zhì)受熱形成致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)品質(zhì)地堅(jiān)硬、難以咀嚼，缺陷限制了老人、小孩等特殊人群食用，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品外觀形狀的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，加工過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生一些碎肉下腳料。

重組加工是低值碎肉再利用的一種重要技術(shù)，它通過(guò)添加TG酶、大豆分離蛋白、復(fù)合磷酸鹽等輔料將碎肉重新組合起來(lái)，改變?nèi)忸?lèi)原有的自然結(jié)構(gòu)，合理地分布和轉(zhuǎn)化肌肉組織和脂肪組織，改善肉制品的質(zhì)地特性。目前，利用重組技術(shù)改善肉制品品質(zhì)的研究已有報(bào)道，如TRESPALACIONS等利用TG酶黏合重組和超高壓技術(shù)改善雞肉的凝膠特性[1]；張毅超以豬肉為主要原料，通過(guò)添加TG酶、復(fù)合磷酸鹽等黏合劑進(jìn)行重組，得到了醬香風(fēng)味，富有彈性的中式重組火腿，改善了產(chǎn)品的感官質(zhì)量[2]。張佳敏等將肥膘添加至重組牛排以降低牛排的硬度，提升牛排的口感[3]。韓墨非將脂肪添加至重組調(diào)理牛排中，增加了牛排的嫩度和多汁性[4]，但動(dòng)物脂肪的高飽和脂肪酸含量，不符合現(xiàn)代消費(fèi)者對(duì)健康的追求。

目前，重組肉制品加工技術(shù)大多應(yīng)用于制做各種肉丸、香腸和火腿等，對(duì)于制成肉干的研究還鮮有報(bào)道。同時(shí)在傳統(tǒng)的重組加工過(guò)程中，為使產(chǎn)品能有較好的成型效果，人們大多將碎肉斬絆攪碎成肉泥，破壞原有的肌原纖維結(jié)構(gòu)，再加入大量輔料進(jìn)行重組，而加工成的產(chǎn)品大多缺乏肉質(zhì)纖維感，質(zhì)量不盡人意。因此，如何利用重組技術(shù)降低肉干產(chǎn)品的硬度，優(yōu)化產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)高端肉制品是目前研究的重點(diǎn)。本文通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)研究復(fù)合磷酸鹽、TG酶、大豆分離蛋白、油脂對(duì)碎肉重組成型的影響，并采用Box-Behnken響應(yīng)面法對(duì)其配方進(jìn)行優(yōu)化，以期得到硬度適中，成型效果好且富含肉質(zhì)纖維的碎肉重組產(chǎn)品，為提高碎肉利用率，改善產(chǎn)品質(zhì)地，生產(chǎn)高檔肉制品提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

TG酶(酶活力100 U/g)，一鳴生物制品有限公司；大豆分離蛋白，河南中泰食化有限公司；復(fù)合磷酸鹽，上海健音食品科技有限公司；玉米油，上海嘉里食品工業(yè)有限公司；食鹽、豬瘦肉，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9070A型電熱干燥鼓風(fēng)箱，北京洪達(dá)天矩設(shè)備有限公司；TA.XT plus物性測(cè)定儀，英國(guó)Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 碎肉重組產(chǎn)品的制備工藝

以鮮肉或解凍豬肉，去除結(jié)締組織和脂肪組織，切成透明薄片以保持豬肉原有的肌原纖維，然后添加乳化玉米油、復(fù)合磷酸鹽、大豆分離蛋白、TG酶、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%食鹽、0.015%亞硝酸鈉、5%水等，4 ℃滾揉機(jī)中滾揉腌制4 h，放入直徑約為4 cm，厚為1.2 cm的磨具中壓塊、重組成型12 h，整塊取出于烘箱中55 ℃加熱干燥6 h及220 ℃烤制熟化20 min，制成含油重組肉干，冷卻后切成0.8 cm×0.8 cm×0.8 cm的肉粒，包裝備用。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定了碎肉重組的基礎(chǔ)配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：玉米油的添加量為3%，復(fù)合磷酸鹽為0.2%，TG酶為0.8%，大豆分離蛋白為0.4%。在此基礎(chǔ)配方上，以凝膠強(qiáng)度為指標(biāo)，分別研究玉米油(0%、3%、6%、9%、12%、15%)、復(fù)合磷酸鹽(0.0%、0.2%、0.4%、 0.6%、0.8%)、TG酶(0.0%、0.4%、 0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)、大豆分離蛋白(0.0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)對(duì)55 ℃加熱0 h和6 h時(shí)碎肉重組成型的影響。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)4因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，在加熱6 h的條件下優(yōu)化各個(gè)配方參數(shù)，具體如表1所示。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels used in the response surface design

1.3.4 指標(biāo)測(cè)定

1.3.4.1 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定[5]

凝膠強(qiáng)度為破裂力與凹陷深度的乘積，即凝膠強(qiáng)度(g·cm)=破裂力(g)×凹陷深度(cm)。參數(shù)設(shè)定為：PPS400圓型探頭，測(cè)前速度2 mm/s，測(cè)中速度2 mm/s， 測(cè)后速度10 mm/s，壓縮變形75%，感應(yīng)力10 N。探頭插入產(chǎn)品直到刺穿，曲線上的第一個(gè)峰為破裂力，所對(duì)應(yīng)的距離為凹陷深度。重復(fù)測(cè)3次，取平均值。凝膠強(qiáng)度計(jì)算如式(1)所示。

凝膠強(qiáng)度(g·cm)=破裂力(g)×凹陷深度(cm)

(1)

1.3.4.2 掃描電鏡的測(cè)定[6]

(1)取材：加熱6 h的樣品從中部取樣；用手術(shù)刀片將樣品切成約5 mm的方行長(zhǎng)條，裝入離心管中；

(2)固定：用2.5%(體積分?jǐn)?shù))的戊二醛固定，置于4 ℃冰箱中固定1個(gè)晚上；

(3)漂洗：用手術(shù)刀片將固定好的樣品切成約1 mm×4 mm×3 mm的薄片，然后用 0.1 mol/L pH 6.8磷酸緩沖液漂洗3次；

(4)脫水：采用不同體積分?jǐn)?shù) 的酒精進(jìn)行脫水干燥(50%、70%、80%、90%)，每個(gè)濃度2次，每次15 min；

(5)在通風(fēng)廚內(nèi)晾干；

(6)黏樣；

(7)鍍金、電鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SPSS 20.0、Design-Expert 7.0分析處理，Origin 8.6作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各輔料的添加量對(duì)產(chǎn)品重組成型的影響

由圖1-A可以看出，當(dāng)樣品經(jīng)過(guò)6 h加熱時(shí)，對(duì)照組的凝膠強(qiáng)度值最大為14 707 g·cm，隨著油脂添加量從3%增加至15%時(shí)，產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度從137 61 g·cm降低至9 672 g·cm，說(shuō)明添加的油脂降低了產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度，阻礙了產(chǎn)品的重組成型。這是因?yàn)楫?dāng)樣品加熱時(shí)，蛋白變性聚集，交聯(lián)作用增加，少量的蛋白不足以形成強(qiáng)大的凝膠網(wǎng)絡(luò)來(lái)包裹油脂顆粒，而未被蛋白包裹的油脂顆粒在加熱時(shí)，首先會(huì)有少量析出，然后聚集，最后形成油脂通道，阻礙了蛋白與蛋白、蛋白與酶之間的交聯(lián)，使得凝膠強(qiáng)度降低，重組效果變差。但是少量的油脂能夠降低產(chǎn)品硬度，改善產(chǎn)品品質(zhì)[7]，因此油脂最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～6%。

由圖1-B可知，復(fù)合磷酸鹽能夠顯著增加碎肉重組產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度，促進(jìn)產(chǎn)品重組成型。當(dāng)產(chǎn)品加熱0 h，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度值最大為6 596 g·cm，比對(duì)照組高24%；當(dāng)產(chǎn)品加熱至6 h時(shí)，其中復(fù)合磷酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.2%增至0.8%，產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度分別比對(duì)照組高39%、37%、29%、42% (P<0.05)。 復(fù)合磷酸鹽能提高肉制品的pH值，增加離子強(qiáng)度，解離肌動(dòng)球蛋白，提高產(chǎn)品的保水性和凝膠強(qiáng)度[8-10]。因此，復(fù)合磷酸鹽的最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%。由圖1-C可以看出，隨著TG酶的增加，產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度先保持平穩(wěn)后呈上升趨勢(shì)，當(dāng)TG酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度比對(duì)照組高50%，因此在一定范圍內(nèi)TG酶能夠促進(jìn)產(chǎn)品的重組成型。前人的研究也表明，TG酶能增加產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度[11-12]，提高乳化香腸的穩(wěn)定性[13]。主要是TG酶能與肉塊表面的鹽溶蛋白形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，而添加的油脂會(huì)阻礙凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，只有添加量增加到一定范圍時(shí)，形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)才能很好地將油脂包裹，促進(jìn)產(chǎn)品的重組成型。因此TG酶的最適添加量為1.2%～2.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

圖1 各因素對(duì)產(chǎn)品重組成型的影響Fig.1 The impact of various factors on product reorganization

由圖1-D可知，隨著大豆分離蛋白的增加，產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，如當(dāng)產(chǎn)品加熱0 h時(shí)，添加量從0.4%增至2.0%，產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度分別增加了58%、52%、50%、67%、69%(P<0.05)。大豆分離蛋白在加熱時(shí)有形成凝膠的能力[14-16]，促進(jìn)產(chǎn)品的重組成型。這是因?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白具有良好的乳化性，能在乳化的油滴液面上聚集，形成穩(wěn)定的蛋白薄膜，增加產(chǎn)品的乳化效果，進(jìn)而增加產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度[17]。因此，大豆分離蛋白最適添加量為1.2%～2.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

2.2 碎肉重組產(chǎn)品的配方優(yōu)化

運(yùn)用軟件Design-Expert 7.0，以大豆分離蛋白、復(fù)合磷酸鹽、TG酶以及油脂為響應(yīng)變量，以產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示。

對(duì)碎肉重組產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。對(duì)表中數(shù)據(jù)分析表明，一次項(xiàng)中油脂(B1)、復(fù)合磷酸鹽(C1)、TG酶(D1)的偏回歸系數(shù)顯著(P<0.05)，因此說(shuō)明這3個(gè)因素對(duì)產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度有顯著影響。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化碎肉重組產(chǎn)品的配方Table 2 Results of Box-Behnken design of restructured meat

表3 碎肉重組產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度值的方差分析Table 3 ANOVA for breaking strength of restructured meat

注：*表示差異顯著(P<0.05)；**表示差異極顯著(P<0.01)。

凝膠強(qiáng)度=3 223 239.47-1 060.84B-1 184.13C+1 052.19D-2 396.38AB-1 901.76BC+1 801.35CD-1 604.97C2

(1)

2.3 響應(yīng)面曲面圖分析

基于表3碎肉重組產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度的方差分析可知，運(yùn)用軟件制作大豆蛋白、復(fù)合磷酸鹽、TG酶以及油脂對(duì)產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度的三維圖，結(jié)果如圖2所示。

圖2客觀反映了各因素之間的交互作用對(duì)碎肉重組產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度的影響，從圖形的陡峭形態(tài)可知，復(fù)合磷酸鹽與大豆分離蛋白、TG酶與油脂以及TG酶與復(fù)合磷酸鹽的交互項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品重組的影響顯著，與表3的結(jié)論基本一致。

圖2 各因素對(duì)碎肉重組產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度影響的響應(yīng)面圖Fig.2 Surface model plot showing the effect of various factors on breaking strength

2.4 最優(yōu)配方的驗(yàn)證試驗(yàn)

由響應(yīng)面分析可得最優(yōu)重組配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：大豆分離蛋白1.63%，復(fù)合磷酸鹽0.30%，TG酶1.95%，玉米油6.00%，按照此配方制得重組產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度值為32 201 g·cm，與預(yù)測(cè)值34 542 g·cm接近，誤差為6.77%， 說(shuō)明回歸方程能較真實(shí)地反映各篩選因素對(duì)重組產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度的影響，能很好地預(yù)測(cè)碎肉重組產(chǎn)品的品質(zhì)性能，優(yōu)化結(jié)果可靠。

2.5 電鏡觀察結(jié)果

制作純瘦肉重組產(chǎn)品和優(yōu)化后的含油碎肉重組產(chǎn)品，進(jìn)行掃描電鏡觀察，其中拍攝放大200倍的圖像如圖3所示。

A-純瘦肉重組產(chǎn)品的電鏡圖；B-優(yōu)化后的含油碎肉重組產(chǎn)品的電鏡圖圖3 重組碎肉產(chǎn)品的電鏡照片F(xiàn)ig.3 Electron microscope pictures of recombined products

由圖3-A可知，純瘦肉重組產(chǎn)品形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為密集、結(jié)實(shí)；由圖3-B可知，優(yōu)化后的含油碎肉重組產(chǎn)品凝膠網(wǎng)絡(luò)均勻有致，空洞較多，其中空洞是油脂顆粒存在的位置[18]，樣品固定或梯度洗脫時(shí)被溶解脫除所致。添加TG酶、大豆分離蛋白以及復(fù)合磷酸鹽能有效地將油脂包裹，產(chǎn)品的成型效果較好。同時(shí)有研究表明，凝膠網(wǎng)絡(luò)的致密性及空洞的大小對(duì)產(chǎn)品硬度有一定的影響[18-19]，凝膠網(wǎng)絡(luò)疏松，空洞越多，肌纖維的密度越低，產(chǎn)品的硬度越低。因此通過(guò)優(yōu)化重組改善了碎肉重組產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，降低了產(chǎn)品硬度，為開(kāi)發(fā)健康高檔肉制品提供了依據(jù)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)將油脂、復(fù)合磷酸鹽、TG酶以及大豆分離蛋白添加到碎肉中進(jìn)行重組，研究了其對(duì)重組成型的影響，確定了最優(yōu)重組配方。通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出最佳重組配方為：大豆分離蛋白1.63%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))， 復(fù)合磷酸鹽0.30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，TG酶1.95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，玉米油6.00%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，按照此配方加工的碎肉重組產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度值與預(yù)測(cè)值接近，模型準(zhǔn)確可靠，與試驗(yàn)擬合良好。掃描電鏡的觀察得出，優(yōu)化后的碎肉重組產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)于純瘦肉重組產(chǎn)品。通過(guò)本文的研究，很好地將油脂儲(chǔ)存于碎肉重組體系中，優(yōu)化了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，改善了產(chǎn)品質(zhì)地，為生產(chǎn)高檔肉制品，提高了碎肉利用率提供了一條新的思路。