響應(yīng)面法優(yōu)化蓮子紅衣肉丸加工工藝

王 悅,陳 曦,姚 倩,曹 楊,徐 虹

(北京工商大學(xué),北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心,北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,北京 100048)

蓮子,又稱蓮米、水芝丹,睡蓮科蓮屬,是老百姓喜愛(ài)的滋補(bǔ)佳品?，F(xiàn)代研究表明,蓮子不僅富含蛋白質(zhì)、維生素、碳水化合物及人體所需的8種必需氨基酸,還含有多種活性成分如生物堿、多糖、多酚、原花青素、黃酮等,具有補(bǔ)脾止瀉、益心補(bǔ)腎、固精安神和潤(rùn)腸的功效[1-2]。蓮子的加工主要采用機(jī)械除衣的方式,這種生產(chǎn)方式損耗率較高,每加工100 kg紅蓮,就會(huì)磨去約15 kg紅衣粉,只能得到約85 kg白蓮。目前這層紅衣粉尚未得到有效的利用,由于味澀甚至不能作為牲畜飼料,只能大量地堆于田間地頭,對(duì)環(huán)境造成污染[3-4]。因此,如何有效利用紅衣粉,減少環(huán)境污染,降低生產(chǎn)成本,是蓮子加工的一個(gè)研究重點(diǎn)。經(jīng)本實(shí)驗(yàn)室前期研究測(cè)定,紅衣粉中蛋白質(zhì)含量約為17.65%[5]。

肉丸作為一種歷史悠久的肉制品,它的原料主要有:淀粉、蛋白質(zhì)、食鹽、水等。這些常見(jiàn)材料有些用量很少,但卻對(duì)豬肉丸品質(zhì)具有顯著影響[6]。蛋白質(zhì)具有較好的乳化性、凝膠性、保水性等,經(jīng)常應(yīng)用于乳制品、肉制品及烘焙食品等食品工業(yè)中[7]。

表1 感官評(píng)價(jià)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Scoring criteria of sensory evaluation

研究表明,在肉制品中添加蛋白質(zhì),可以提高產(chǎn)品的保水性、保油性[8],增加產(chǎn)品彈性,提高肉制品蒸煮得率,改善其口感[9]。石曉等[10]在火腿腸和肉糜中添加花生蛋白,明顯改善了其質(zhì)構(gòu)特性。高云中[11]選用花生蛋白粉和花生濃縮蛋白替代香腸中的大豆蛋白,研究表明把60%大豆蛋白換成花生濃縮蛋白時(shí),香腸的感官評(píng)價(jià)評(píng)分較高,質(zhì)構(gòu)特性也達(dá)到最佳值。

為了使?fàn)I養(yǎng)豐富的蓮子資源得到充分利用,本研究使用堿法從蓮子紅衣粉中提取蛋白,然后采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法,以感官評(píng)價(jià)得分為主要指標(biāo),探索蓮子紅衣蛋白在豬肉丸加工中的最佳添加量,為蓮子加工副產(chǎn)物的綜合利用提供新的思路和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮子紅衣粉 浙江杭州三湘蓮業(yè)貿(mào)易有限公司;新鮮豬肉、淀粉、食鹽、花椒、大料 均北京市永輝超市;氫氧化鈉 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;鹽酸 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硫酸、丙酮 北京化工廠;以上試劑均為分析純。

DHG-9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;JA2003C型電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司;FE20型實(shí)驗(yàn)室PH計(jì) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;HJ-3型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 常州國(guó)華電器有限公司;MG02810202 XMTB數(shù)顯控溫儀 余姚市東方電工儀器廠;QL-901型振蕩器 海門(mén)市其林貝爾儀器制造有限公司;美的電磁爐 美的電器有限公司;CR 22G型高速冷凍離心機(jī) 北京中豪萊博科技有限公司;8695型超低溫冰箱 Thermo Fisher Scientific,USA;CT3質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)BROOKFIELD公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蓮子紅衣蛋白的堿法提取 以80目篩篩出蓮子紅衣粉100 g,加入1000 mL水,攪拌后用0.5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至8.0,攪拌1 h。5000 r/min的離心機(jī)在25 ℃離心15 min,取上清液;用0.5 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至4.9,攪拌后用5000 r/min的離心機(jī)25 ℃離心15 min,取沉淀,凍干得提取物。測(cè)得提取物中蛋白質(zhì)純度為85.6%。

1.2.2 肉丸的制作 大料10 g,花椒5 g,沖洗后放入鍋中,加入100 mL水,大火煮沸后轉(zhuǎn)小火煮15 min,取湯汁。以1∶10 (mL/g)的比例將花椒大料水倒入肉餡,充分?jǐn)嚢?0 min左右之后,添加一定量淀粉、食鹽、蓮子紅衣蛋白,再充分?jǐn)嚢钄?shù)分鐘,然后將混合均勻的肉糜手工搓成約15 g左右的肉丸。在鍋中加入500 mL水,待水沸騰后,放入6個(gè)肉丸,加熱至100 ℃。肉丸變色后再煮4 min左右,即可撈出、品嘗、評(píng)分。

1.2.3 肉丸的感官評(píng)價(jià) 請(qǐng)8名接受過(guò)感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)的食品專業(yè)在校大學(xué)生(4男4女)作為評(píng)判員,根據(jù)喜好程度就5個(gè)品質(zhì)指標(biāo)(口感、彈性、味道、色澤和切面)對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)定。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1,樣品各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)得分為所有評(píng)判員評(píng)定的平均值。

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4.1 食鹽添加量對(duì)肉丸品質(zhì)的影響 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,分別采用添加量為1.6%、1.8%、2.0%、2.2%和2.4%的食鹽,蓮子紅衣蛋白為1.8%,水為40%,淀粉為8%,溫度為25 ℃。采取感官評(píng)定的方法對(duì)肉丸品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),確定合適的食鹽添加量范圍。

1.2.4.2 淀粉添加量對(duì)肉丸品質(zhì)的影響 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,分別采用添加量為2%、4%、6%、8%和10%的淀粉,蓮子紅衣蛋白為1.8%,水為40%,食鹽為1.8%,溫度為25 ℃。采取感官評(píng)定的方法對(duì)肉丸品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),確定合適的淀粉添加量范圍。

1.2.4.3 水添加量對(duì)肉丸品質(zhì)的影響 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,分別采用添加量為25%、30%、35%、40%和45%的水,紅衣蛋白為1.8%,食鹽為1.8%,淀粉為8%,溫度為25 ℃。采取感官評(píng)定的方法對(duì)肉丸品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),確定合適的水分添加量范圍。

1.2.4.4 蓮子紅衣蛋白添加量對(duì)肉丸品質(zhì)的影響 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,分別采用添加量為0、0.6%、1.2%、1.8%、2.4%和3.0%的蓮子紅衣蛋白,食鹽為1.8%,水為40%,淀粉為8%,溫度為25 ℃。采取感官評(píng)定的方法對(duì)肉丸品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),確定合適的紅衣蛋白添加量范圍。

1.2.5 響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)方案 采用軟件Design-Expert8.1中的Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)三因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。三因素分別是A水添加量、B蓮子紅衣蛋白添加量、C食鹽添加量,以肉丸的感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表2 Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平Table 2 Factors and coded levelsin Box-Benhnken experiment design

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)ANOVA程序進(jìn)行方差分析,使用統(tǒng)計(jì)軟件Design-Expert 8.1設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 食鹽添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響 由圖1可知,隨著食鹽添加量的增加,肉丸的感官評(píng)分也逐漸升高,當(dāng)食鹽添加量為1.8%時(shí),肉丸的感官評(píng)分達(dá)到最高,為18.3分。但是當(dāng)食鹽量達(dá)到1.8%以后,感官評(píng)分逐漸下降。這可能是因?yàn)槭雏}本身具有鮮味性質(zhì),少量的食鹽能起到調(diào)味和增加制品黏性的作用。然而過(guò)多地添加食鹽使肉丸腥味更加明顯,并且在斬拌的時(shí)候破壞了肌肉中的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使肉丸黏性下降[12]。所以,最適的食鹽添加量范圍為1.6%～2.0%。

圖1 食鹽添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響Fig.1 Effects of salt addition on sensory score of meatballs

2.1.2 淀粉添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響 由圖2可知,當(dāng)?shù)矸厶砑恿吭?%～8%時(shí),肉丸的感官評(píng)分一直升高,在8%時(shí)達(dá)到最高,為19.3分。隨著淀粉添加量的繼續(xù)增加,評(píng)分開(kāi)始下降。這與高雅文等[13]的研究結(jié)論一致。這可能是因?yàn)樵谪i肉丸中添加淀粉,不僅能降低生產(chǎn)成本,還能提高肉丸的持水性,改善肉丸的色澤、口感、彈性等[14]。然而淀粉過(guò)多,會(huì)導(dǎo)致肉丸口感過(guò)硬,粗糙,彈性差[15]。所以,最適的淀粉添加量為8%。但總體來(lái)說(shuō),淀粉添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響不及其他因素明顯。

圖2 淀粉添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響Fig.2 Effects of starch addition on sensory score of meatballs

2.1.3 水添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響 由圖3可知,隨著水添加量的增加,肉丸的感官評(píng)分也逐漸升高,在添加量達(dá)到40%時(shí),肉丸的感官評(píng)分最高,為19.1分。之后隨著水添加量的繼續(xù)增加,感官評(píng)分開(kāi)始下降。其原因可能是適量的低溫水加入到肉丸的配料中,一方面能提供原輔料充分混合溶解的溶劑環(huán)境,另一方面能使淀粉充分吸濕,發(fā)揮其最大的糊化能力[16]。然而加水量過(guò)多,會(huì)導(dǎo)致游離水過(guò)剩,降低蛋白質(zhì)的粘著力和凝膠結(jié)構(gòu)的牢固性,從而使產(chǎn)品過(guò)軟,彈性變差[17]。所以,最適的水添加量范圍為35%～45%。

圖3 水添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響Fig.3 Effects of water addition on sensory score of meatballs

2.1.4 蓮子紅衣蛋白添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響 由圖4可知,隨著蓮子紅衣蛋白添加量的增加,肉丸的感官評(píng)分呈先升高后降低的趨勢(shì)。并在蓮子紅衣蛋白添加量為1.8%時(shí)達(dá)到最高,為17.0分。在此條件下制成的肉丸口感和色澤較好,富有彈性。其原因可能是適量的蛋白形成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有較高的彈性和黏性,為保持水分和脂肪提供基質(zhì),可以改善肉丸的彈性,增加肉丸的硬度和咀嚼感[18-19]。但是蛋白加入量過(guò)多會(huì)使凝膠強(qiáng)度過(guò)大,導(dǎo)致肉丸口感發(fā)硬,澀味更重[20]。所以,適量地添加蓮子紅衣蛋白會(huì)使肉丸的口感有所改善,尤其是在添加量為1.2%～2.4%時(shí),肉丸的品質(zhì)較好。

圖4 蓮子紅衣蛋白添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響Fig.4 Effects of lotus seed red-skin protein addition on sensory score of meatballs

2.2 蓮子紅衣蛋白肉丸制作工藝的響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面法優(yōu)化肉丸的制作工藝 以A、B、C為自變量,感官評(píng)分Y為響應(yīng)值,響應(yīng)面分析方案及結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Design and results of response surface analysis

2.2.2 模型的建立及顯著性檢驗(yàn) 利用Design-Expert軟件對(duì)表4數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,得到肉丸感官評(píng)分對(duì)水添加量(A)、蓮子紅衣蛋白添加量(B)和食鹽添加量(C)的二次多項(xiàng)回歸模型:Y=-120.07-0.21A+20.18B+150.00C+0.20AB+0.12AC-2.04BC-5.93A2-7.34B2-38.96C2。

由表5可知,整體模型達(dá)極限著水平(P<0.01),失擬項(xiàng)P=0.3529>0.05不顯著,R2=0.9831,RAdj=0.9613,說(shuō)明該方程的擬合較好。方差分析結(jié)果表明,A、B、B2、C2為極顯著項(xiàng)(P<0.01),C、AB為顯著項(xiàng)(P<0.05)。由方差分析結(jié)果可知,三因素影響的大小關(guān)系依次是:蓮子紅衣蛋白添加量(B)>水添加量(A)>食鹽添加量(C)。

表5 響應(yīng)面二次回歸方程方差分析結(jié)果Table 5 Response surface equations of quadratic regression analysis of variance

注:*表示顯著差異P<0.05;**表示極顯著差異P<0.01。

2.2.3 肉丸制作工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化 用Design-Expert軟件,根據(jù)回歸方程分析作響應(yīng)面圖5～圖7。圖5顯示在食鹽添加量為1.8%的條件下,水添加量與蓮子紅衣蛋白添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響。感官評(píng)分隨著水添加量的增大而平緩下降,隨著蓮子紅衣蛋白添加量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。水添加量與蓮子紅衣蛋白添加量交互作用的等高線呈橢圓，說(shuō)明二者交互作用顯著，與方差分析結(jié)果一致。圖6顯示在蓮子紅衣蛋白添加量為1.8%的條件下,水添加量與食鹽添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響。感官評(píng)分隨水添加量的增大呈平緩下降的趨勢(shì),隨食鹽添加量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)。圖7顯示在水添加量為40%的條件下,蓮子紅衣蛋白添加量和食鹽添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分的影響。感官評(píng)分隨蓮子紅衣蛋白添加量和食鹽添加量的增加均呈先增大后減小的趨勢(shì)。由圖5和圖7可知,感官評(píng)分隨蓮子紅衣蛋白添加量的變化幅度比水添加量和食鹽添加量更陡峭,說(shuō)明蓮子紅衣蛋白添加量對(duì)感官評(píng)分的影響較大。

圖5 水添加量與蓮子紅衣蛋白添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分影響的響應(yīng)面分析Fig.5 Response surface analysis of effects of water and protein addition levels on sensory evaluation of meatballs

圖6 水添加量與食鹽添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分影響的響應(yīng)面分析Fig.6 Response surface analysis of effects of water and salt addition levels on sensory evaluation of meatballs

圖7 蓮子紅衣蛋白添加量與食鹽添加量對(duì)肉丸感官評(píng)分影響的響應(yīng)面分析Fig.7 Response surface analysis of effects of protein and salt addition levels on sensory evaluation of meatballs

2.2.4 烹調(diào)肉丸的最佳制作工藝條件 結(jié)合二次回歸模型的數(shù)學(xué)分析結(jié)果,獲得制作肉丸的最佳工藝參數(shù)為:水添加量35%,蓮子紅衣蛋白添加量1.6%,食鹽添加量1.8%,在此條件下烹調(diào)肉丸理論感官評(píng)分為19.43分。依據(jù)上述最佳條件進(jìn)行三次平行試驗(yàn)驗(yàn)證,其實(shí)際感官評(píng)分為(19.57±0.08)分,與預(yù)測(cè)誤差值為0.7%,說(shuō)明該模型可靠。

3 結(jié)論

蓮子紅衣作為蓮子加工的副產(chǎn)物,經(jīng)常被直接棄去而忽略了它的利用價(jià)值。本研究在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),探索了堿法提取的蓮子紅衣蛋白在烹調(diào)豬肉丸加工中的最佳工藝參數(shù):水35%,蓮子紅衣蛋白1.6%,食鹽1.8%,淀粉8%。在此條件下所制肉丸感官評(píng)分為(19.57±0.08)分,口感滑嫩、富有彈性、味道柔和無(wú)異味、色澤均勻、切面致密均一,與大豆蛋白、花生蛋白改善肉丸品質(zhì)的功效相似[9-10]。由此可見(jiàn),蓮子紅衣粉在食品加工中的應(yīng)用值得深入研究,研究成果可以幫助解決蓮子產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物多的難題,變廢為寶,給蓮產(chǎn)業(yè)帶來(lái)附加效益。