響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵鹿肉干工藝及其貨架期預(yù)測(cè)

馬 露，孔維洲，王麗萍，張喜康，王 聰，李佩佩，劉敦華

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

鹿肉具有高蛋白、低脂肪、低膽固醇等特點(diǎn)，而深受消費(fèi)者喜歡，是消費(fèi)者追求的一種健康肉品[1]。但鹿肉肌肉纖維較粗，影響食用口感，經(jīng)發(fā)酵后能夠彌補(bǔ)組織結(jié)構(gòu)的缺陷[2]，改善其色澤和風(fēng)味、提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食用安全性，延長(zhǎng)制品的貨架期[3]。在發(fā)酵鹿肉干制品中加入脂肪能改善口感和組織特性[4]。雞脂經(jīng)過(guò)加熱氧化后能產(chǎn)生小分子脂肪醛、酮等芳香化合物，為肉干制品帶來(lái)了雞肉特征風(fēng)味[5]，脂肪是唯一能夠修飾食品風(fēng)味的物質(zhì)，能增加消費(fèi)者對(duì)發(fā)酵鹿肉干產(chǎn)品的接受程度[6]。

目前，乳桿菌屬、微球菌屬和葡萄糖菌屬是常用的肉制品發(fā)酵劑[7]。乳酸桿菌通過(guò)糖酵解產(chǎn)生乳酸，乳酸賦予產(chǎn)品獨(dú)特的發(fā)酵氣味，使得酮、醛、醇等風(fēng)味物質(zhì)相互作用，促使產(chǎn)品形成新風(fēng)味，還有助于降低發(fā)酵產(chǎn)品的pH。此外，乳桿菌在生產(chǎn)代謝過(guò)程中產(chǎn)生細(xì)菌素，細(xì)菌素抑制腐敗菌和致病菌生長(zhǎng)繁殖，在這個(gè)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生胞外多糖等生理活性物質(zhì)，能提高機(jī)體對(duì)病原體的抵御能力，使食品具有提高免疫力的保健功能[8]。戊糖片球菌和木糖葡萄球菌的產(chǎn)酸能力相對(duì)不足，但在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中可以將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽[9]，對(duì)產(chǎn)品良好色澤的形成具有重要意義，起到發(fā)色劑的作用。利用戊糖片球菌[9]和木糖葡萄球菌[10]的蛋白酶和脂肪酶活性較弱的特點(diǎn)，將蛋白質(zhì)和脂肪轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，釋放的脂肪酸轉(zhuǎn)化為醛類(lèi)和酮類(lèi)物質(zhì)，使得產(chǎn)品的風(fēng)味更加豐富多樣。徐君強(qiáng)[11]利用肉葡萄球菌、戊糖片球菌、乳酸片球菌和木糖葡萄球菌組成的復(fù)合商業(yè)發(fā)酵劑，添加木瓜蛋白酶作為嫩化劑，進(jìn)行發(fā)酵牛肉干的制作，可有效抑制腐敗菌的生長(zhǎng)繁殖，降低pH，使發(fā)酵牛肉干的品質(zhì)得到了顯著改善。

隨著社會(huì)對(duì)食品安全問(wèn)題的關(guān)注，人們不僅追求食品的感官和營(yíng)養(yǎng)，也對(duì)食品的安全性有了更高的追求，要求所購(gòu)買(mǎi)的食品能夠在一段時(shí)間內(nèi)維持良好的感官特性和安全性，因此學(xué)者提出了食品貨架期的概念[12]。鈕怡清等[13]采用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀研究不同貯藏溫度下哈斯鱷梨果肉的應(yīng)力松弛力學(xué)特性，并結(jié)合Maxwell模型和動(dòng)力學(xué)模型建立其貨架期預(yù)測(cè)模型。喬永祥等[14]以鮮切生菜為試驗(yàn)材料，以Arrhenius方程建立葉綠素和維生素C(VC)的一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，并建立菌落總數(shù)的Gompertz模型，預(yù)測(cè)其貨架期。Don等[15]研究表明，Arrhenius方程建立的模型更加適合探究溫度對(duì)凡納濱對(duì)蝦腐敗的影響。Jaisan等[16]利用Arrheniu關(guān)系的黃氏微分方程估算了韓國(guó)乳酸發(fā)酵蔬菜泡菜的包裝儲(chǔ)存和營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程中微生物活動(dòng)動(dòng)態(tài)溫度條件下的酸度；Garitta等[17]利用Arrhenius模型研究了溫度和光照對(duì)食品保質(zhì)期的影響。

目前，對(duì)于鹿肉產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和貨架期的研究鮮有報(bào)道。本研究以鹿肉為原料，通過(guò)植物乳桿菌(Lactobacillusplantarumsubsp.Plantarum)、木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus)、戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)復(fù)配發(fā)酵，提高鹿肉干的品質(zhì)和安全性。用響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵鹿肉干的工藝，并以肉制品在貯藏過(guò)程中具有代表性的揮發(fā)性鹽基氮值(TVB-N)和硫代巴比妥酸值(TBARS)為基準(zhǔn)，通過(guò)Arrhenius公式構(gòu)建動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)發(fā)酵鹿肉干的貨架期。

1 材料與儀器

1.1 試驗(yàn)材料

植物乳桿菌(Lactobacillusplantarumsubsp.Plantarum， 20022)、木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus， 10145)、戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus， 22227)均購(gòu)于中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。

鹿肉購(gòu)于寧夏西吉縣馬蓮鄉(xiāng)向陽(yáng)梅花鹿養(yǎng)殖場(chǎng)；橄欖油、鹽、辣椒粉、花椒粉、白胡椒粉、醬油、姜粉、味精、料酒、葡萄糖購(gòu)于寧夏銀川新百超市。

硼酸、甲基紅、次甲基藍(lán)、鹽酸、三氯乙酸、EDTA、TBA，均購(gòu)于寧夏恒元?jiǎng)?chuàng)科貿(mào)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT 2i型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)SMS公司；DZ-400D內(nèi)抽真空包裝機(jī)，深圳市晟楓包裝機(jī)械有限公司；集熱式磁力攪拌器，常州諾基儀器有限公司；BSP-250型生化培養(yǎng)箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；CPA分析天平，梅特勒儀器(上海)有限公司；FiveEasy plus型pH計(jì)，梅特勒儀器(上海)有限公司；TDL-5-A型低速臺(tái)式大容量離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

選擇清洗干凈、剔除脂肪層的梅花鹿腿肉，按配方加入調(diào)味料腌制9 h，在無(wú)菌條件下，加入一定比例已活化完成的發(fā)酵劑，在30 ℃、相對(duì)濕度50%條件下發(fā)酵45～50 h。將發(fā)酵好的鹿肉放入耐高溫蒸煮密封袋煮25 min；用一次性注射器加入鹿肉質(zhì)量比為2%的雞脂，95 ℃ 烘烤35 min，待肉干冷卻后真空包裝。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

發(fā)酵劑菌種配比設(shè)5個(gè)處理，分別為戊糖片球菌：木糖葡萄球菌：植物乳桿菌體積比1∶1∶1、2∶1∶1、1∶2∶2、2∶1∶2、1∶1∶2、2∶2∶1、1∶2∶1。發(fā)酵劑接種量設(shè)5個(gè)處理，分別為1%、3%、5%、7%、9%。發(fā)酵溫度設(shè)5個(gè)處理，分別為20、25、30、35、40 ℃。發(fā)酵時(shí)間設(shè)5個(gè)處理，分別為30、35、40、45、50 h。研究各因素對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力和感官評(píng)分的影響。

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，以發(fā)酵劑接種量(A)、發(fā)酵時(shí)間(B)、發(fā)酵溫度(C)進(jìn)行Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)，確定最佳鹿肉發(fā)酵工藝。因素水平表如表1所示。

1.3.4 剪切力測(cè)定

使用TA-XT 2i質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定剪切力，采用HDP/BSW探頭，測(cè)定參數(shù)：測(cè)前速為3.0 mm·s-1，測(cè)中速2.0 mm·s-1，測(cè)后速12 mm·s-1，下壓距離30.0 mm。

表1 因素水平表

Table1Factor levels

水平LevelA發(fā)酵劑接種量Inoculation amountof starter/%B發(fā)酵時(shí)間Fermentationtime/hC發(fā)酵溫度Fermentationtemperature/℃-134025054530175035

1.3.5 感官評(píng)價(jià)

由10名經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的食品專(zhuān)業(yè)的老師和學(xué)生組成感官評(píng)定小組，評(píng)定前12 h不能吸煙、飲酒、吃辛辣等刺激性食物，評(píng)定過(guò)程單獨(dú)完成，評(píng)定完1個(gè)樣品后用清水漱口，再評(píng)定下1個(gè)樣品。根據(jù)表2，從色澤、組織形態(tài)、風(fēng)味、口感、滋味對(duì)鹿肉干進(jìn)行專(zhuān)業(yè)評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果取平均值。

1.3.6 揮發(fā)性鹽基氮測(cè)定

參考GB 5009.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》中的半微量定氮法進(jìn)行發(fā)酵鹿肉干揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定。

1.3.7 硫代巴比妥酸值測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取10 g搗碎肉樣，加入50 mL(7.5%的三氯乙酸，含0.1% EDTA)，振蕩30 min，雙層濾紙過(guò)濾；取5 mL上清液，加入5 mL 0.02 mmol·L-1TBA溶液，90 ℃水浴保溫40 min，取出冷卻1 h后20 000g離心5 min，上清液中加入5 mL三氯甲烷搖勻，待靜置分層后取上清液，分別在532 nm和560 nm處比色，計(jì)算硫代巴比妥酸值。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表

Table2Sensory score standard

指標(biāo)Indicators15～2010～15<10色澤(20分)Colour and lustre (20 score)表面棕色,有光澤Surface was brown and shiny表面暗淡,色澤不均勻Dark surface, uneven color表面發(fā)黑,無(wú)光澤Surface was dark and dull組織狀態(tài)(20分)State of organization(20 score)緊密、均勻,片形完整Compact, uniform, complete sheetshape較緊密、均勻,片形較完整More compact, uniform, morecomplete chip shape松散、不均勻,片形殘缺Loose, uneven, fragmented風(fēng)味(20分)Flavor(20 score)濃郁發(fā)酵肉香,無(wú)異味Rich fermented meat flavor, no peculiarsmell淡淡發(fā)酵肉香,無(wú)異味Light fermented meat flavor, no odor無(wú)發(fā)酵肉香,有異味No smell of fermented meat口感 (20分)Palate(20 score)咀嚼度適宜,有嚼勁Chewable and chewy嚼勁略大,不宜咀嚼,適口性差Chewiness was slightly bigger,unfavorable chew, palatability was bad軟爛無(wú)嚼勁或非常硬Soft and chewy or very hard滋味(20分)Taste(20 score)滋味飽滿,回味鮮美Taste was full and delicious滋味較飽滿,風(fēng)味較好Taste was fuller, Flavor was better滋味單薄,無(wú)回味Thin taste, no aftertaste

1.3.8 發(fā)酵鹿肉干品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型建立

在食品加工和貯藏中化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可以體現(xiàn)大多數(shù)與食品質(zhì)量有關(guān)的品質(zhì)變化。

本試驗(yàn)在-4 ℃ (冰溫)、4 ℃(低溫)、25 ℃(常溫)貯藏條件下，隨著時(shí)間的變化，在固定時(shí)間內(nèi)對(duì)發(fā)酵鹿肉干的TVB-N與TBARS進(jìn)行測(cè)定。收集整理測(cè)定的數(shù)據(jù)，利用反應(yīng)級(jí)數(shù)與反應(yīng)速率常數(shù)(k)分別獲得2個(gè)指標(biāo)的Arrhenius方程。Arrhenius方程可用來(lái)描述溫度決定條件下的反應(yīng)速率常數(shù)(k)與溫度(T)的關(guān)系。

在通過(guò)數(shù)據(jù)匯總整合得到不同溫度下的速率常數(shù)后，經(jīng)計(jì)算，即可得出相應(yīng)的活化能(Ea，kJ·mol-1)和方程頻率因子(k0)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Design Expert 10軟件分析和繪制響應(yīng)面圖；用SPSS 17.0進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建，采用Excel 2016和Origin 2018進(jìn)行數(shù)據(jù)收集整理與圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵鹿肉干工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1 菌種配比的選擇

由圖1可以看出，戊糖片球菌: 木糖葡萄球菌: 植物乳桿菌體積比為2∶2∶1時(shí)剪切力最小，為32.50 N，感官分值最高，為96分。植物乳桿菌和戊糖片球菌之間存在弱拮抗作用，分泌的細(xì)菌素會(huì)對(duì)各自生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，所以這2種菌的比例不宜過(guò)高。木糖葡萄球菌能分泌蛋白酶，促進(jìn)蛋白質(zhì)氨基酸之間的肽鍵水解，改善發(fā)酵鹿肉干的肉質(zhì)和風(fēng)味。由于植物乳桿菌和戊糖片球菌產(chǎn)酸性強(qiáng)，和一定比例的產(chǎn)酸較弱的木糖葡萄球菌進(jìn)行搭配，可以使產(chǎn)品口味柔和。綜合考慮，戊糖片球菌∶木糖葡萄球菌∶植物乳桿菌體積比2∶2∶1為最佳的發(fā)酵劑復(fù)配配比。

圖1 菌種配比對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.1 Effects of strain ratio on shear force and sensory evaluation of fermented venison

2.1.2 發(fā)酵劑接種量的選擇

由圖2可以看出，在相同發(fā)酵條件下，發(fā)酵劑接種量越大，剪切力越低。低濃度會(huì)導(dǎo)致鹿肉干發(fā)酵不完全，肉干質(zhì)地變化不明顯，肉干的剪切力過(guò)高會(huì)影響口感。但接種量過(guò)高使發(fā)酵過(guò)于充分，產(chǎn)酸過(guò)多等導(dǎo)致產(chǎn)品感官品質(zhì)較差，所以，選擇發(fā)酵劑接種量5%、7%、9%進(jìn)行下一步優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 菌種接種量對(duì)鹿肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effects of inoculum concentration on shear stress and sensory evaluation of venison

2.1.3 發(fā)酵溫度的選擇

溫度對(duì)菌種的生長(zhǎng)至關(guān)重要，特別是在發(fā)酵過(guò)程中需要保持一個(gè)適宜的溫度范圍，使菌種的發(fā)酵性能得到充分發(fā)揮。溫度過(guò)高會(huì)在發(fā)酵初期使有益菌體大面積失活而有害菌占據(jù)優(yōu)勢(shì)并大量增殖，溫度過(guò)低會(huì)抑制發(fā)酵菌種的生長(zhǎng)增殖速率，影響發(fā)酵肉制品的品質(zhì)[18]。由圖3可以看出，發(fā)酵溫度為25、30、35 ℃時(shí)，肉干的剪切力較低，感官評(píng)價(jià)分較高。表明25～35 ℃是混合發(fā)酵劑適宜的發(fā)酵溫度，因此選擇25、30、35 ℃進(jìn)行下一步優(yōu)化試驗(yàn)。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)鹿肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on shear force and sensory evaluation of venison

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間的選擇

由圖4可以看出，發(fā)酵40、45、50 h，發(fā)酵鹿肉干的剪切力明顯降低，而且感官評(píng)分值較高。發(fā)酵時(shí)間過(guò)短不利于小分子風(fēng)味物質(zhì)的形成，發(fā)酵劑不能有效改善產(chǎn)品的品質(zhì)，產(chǎn)品安全性也難以獲得保障。因此，選擇發(fā)酵40、45、50 h進(jìn)行下一步優(yōu)化試驗(yàn)。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on shear force and sensory evaluation of fermented venison

2.2 發(fā)酵鹿肉干發(fā)酵條件的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

Box-Behnken的中心試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)因素A(發(fā)酵劑接種量，xA)、B(發(fā)酵時(shí)間，xB)、C(發(fā)酵溫度，xC)與剪切力(yF)進(jìn)行整合，計(jì)算得到的二次多項(xiàng)回歸模型為

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

Table3Response surface test design and results

試驗(yàn)序號(hào)TestserialnumberA發(fā)酵劑接種量Inoculationamountof starter/%B發(fā)酵時(shí)間Fermentationtime/hC發(fā)酵溫度Fermentationtemperature/℃剪切力Shearforce/N1(7)1(50)1(30)0132.045 2(3)-1(45)0(25)-1151.831 3(5)0(45)0(30)091.111 4(7)1(45)0(35)1133.682 5(5)0(45)0(30)094.394 6(5)0(45)0(30)096.079 7(3)-1(45)0(35)1131.428 8(5)0(45)0(30)089.984 9(5)0(45)0(30)088.210 10(3)-1(50)1(30)0137.406 11(3)-1(40)-1(30)0140.620 12(7)1(40)-1(30)0138.484 13(7)1(45)0(25)-1136.828 14(5)0(50)1(35)1116.787 15(5)0(50)1(25)-1121.059 16(5)0(40)-1(25)-1125.136 17(5)0(40)-1(35)1118.306

由表4方差分析可以看出，該模型極顯著(P<0.001)，失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)，R2=0.990 3，表明響應(yīng)值鹿肉工藝優(yōu)化與預(yù)測(cè)值之間存在良好的線性關(guān)系。一次項(xiàng)C極顯著(P<0.01)，說(shuō)明發(fā)酵溫度顯著影響鹿肉發(fā)酵工藝。而交互項(xiàng)中只有AC顯著(P<0.05)，說(shuō)明發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵溫度對(duì)鹿肉發(fā)酵工藝影響顯著。二次項(xiàng)A2、B2、C2均為極顯著(P<0.01)，其余交互作用均不顯著。由F值可以看出，影響發(fā)酵鹿肉干的因素為發(fā)酵溫度>發(fā)酵劑接種量>發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力影響最大。

2.2.2 交互作用分析

通過(guò)對(duì)發(fā)酵劑接種量、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度兩兩交互分析，采用響應(yīng)面三維立體曲面圖和等高線圖，探究每2個(gè)因素對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力的交互影響。由響應(yīng)曲面圖5～7可以看出：發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵劑活性具有顯著影響，溫度過(guò)高過(guò)低均會(huì)影響發(fā)酵菌株生長(zhǎng)代謝；當(dāng)接種量一定時(shí)，隨著溫度的增加，鹿肉干剪切力呈先減小后增大的變化趨勢(shì)；發(fā)酵劑濃度高低直接影響脂肪酶和蛋白酶的含量，濃度越高，菌株分泌的脂肪酶和蛋白酶就越多[19]，對(duì)鹿肉干中的脂肪和蛋白質(zhì)的分解能力就越強(qiáng)，大分子物質(zhì)的分解使得肉品剪切力不斷下降，剪切力越小，肉制品的嫩度越高[20]；發(fā)酵溫度一定時(shí)，隨著接種量的增大，剪切力呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。

表4 回歸模型方差分析

Table4Variance of regression model

方差來(lái)源Sources of variance平方和Sum of squares自由度Degrees of freedom均方Mean squareF值F valuePrF顯著性Significance模型 Model6776.759752.972179.31842<0.0001??A51.24151.241615.397810.0531B29.07129.065743.061800.1236C150.101150.102115.811820.0053??AB2.6012.5988660.273770.6170AC74.46174.457927.843430.0265?BC1.6411.6355850.172290.6905A24218.2614218.257444.35310<0.0001??B2770.961770.964581.21374<0.0001??C2926.641926.640397.61270<0.0001??殘差 Residual66.4579.49303失擬誤差Lack of fit24.8738.2898210.797450.5561凈誤差Net error41.58410.39544總和Sum6843.2016R20.9903R2Adj0.9778

*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)。

* and ** meant significant differences at the levels ofP<0.05 andP<0.01， respectively.

等高線的形狀可以判別響應(yīng)值與因素之間交互程度的大小，其中，交互作用顯著呈卵形，不顯著呈圓形[21]。由圖5～7可以看出,發(fā)酵劑接種量與發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間與發(fā)酵溫度的等高線圖呈卵形，說(shuō)明兩兩因素之間交互作用顯著；而發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵時(shí)間的等高線圖呈圓形，說(shuō)明兩兩因素之間交互作用不顯著。此結(jié)果與方差分析結(jié)論一致，交互項(xiàng)中僅有發(fā)酵接種量與發(fā)酵溫度交互作用顯著。

2.2.3 最優(yōu)發(fā)酵工藝優(yōu)化與驗(yàn)證

利用Design Expert 10軟件分析得出的最佳鹿肉發(fā)酵工藝參數(shù)為：發(fā)酵劑接種量5.08%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時(shí)間45.35 h，理論剪切力為91.84 N。為貼合實(shí)際生產(chǎn)，將工藝參數(shù)調(diào)整為：發(fā)酵劑接種5%，發(fā)酵溫度30 ℃，發(fā)酵時(shí)間45 h。

圖5 發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力的影響Fig.5 Effects of fermentation inoculum and fermentation temperature on shear force of fermented venison

圖6 發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力的影響Fig.6 Effects of fermentation inoculum and fermentation time on shear force of fermented venison

圖7 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵鹿肉干剪切力的影響Fig.7 Effects of fermentation temperature and fermentation time on shear force of fermented venison

為驗(yàn)證此工藝的可靠性，在此工藝條件下進(jìn)行3次重復(fù)性驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得發(fā)酵鹿肉干的平均剪切力為(93.24±1.42) N，與預(yù)測(cè)值相近，說(shuō)明該模型可靠性高，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)發(fā)酵鹿肉干的剪切力。

2.3 貯藏期間硫代巴比妥酸值與揮發(fā)性鹽基氮的變化

2.3.1 揮發(fā)性鹽基氮

由圖8可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同貯藏條件下發(fā)酵鹿肉干的TVB-N均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，25 ℃貯藏TVB-N增長(zhǎng)最快，-4 ℃貯藏TVB-N增長(zhǎng)速度最慢。SB/T 10482—2008《預(yù)制肉類(lèi)食品質(zhì)量安全要求》中規(guī)定揮發(fā)性鹽基氮的指標(biāo)≤20 mg·g-1。25 ℃貯藏8 d左右，發(fā)酵鹿肉干的TVB-N超出標(biāo)準(zhǔn)限值；4 ℃貯藏21 d左右，發(fā)酵鹿肉干的TVB-N超出標(biāo)準(zhǔn)限值；-4 ℃貯藏41 d左右，發(fā)酵鹿肉干的TVB-N超出標(biāo)準(zhǔn)限值。總體來(lái)看，4 ℃和-4 ℃貯藏均可以有效抑制微生物的繁殖，并且可以在一定程度上降低蛋白質(zhì)的分解。

圖8 不同溫度下發(fā)酵鹿肉干的揮發(fā)性鹽基氮Fig.8 Volatile base nitrogen of fermented venison stored at different temperatures

2.3.2 硫代巴比妥酸值

由圖9可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同貯藏溫度下發(fā)酵鹿肉干的TBARS均增加，25 ℃貯藏增加速度最快，這可能與細(xì)胞釋放的氧化酶和促氧化劑有關(guān)[22]。GB 2730—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 腌臘肉制品》規(guī)定，TBARS標(biāo)準(zhǔn)限值為1.5 mg·kg-1。25 ℃貯藏10 d左右，發(fā)酵鹿肉干的TBARS超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值；4 ℃貯藏17 d左右，發(fā)酵鹿肉干的TBARS超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值；-4 ℃貯藏33 d左右，發(fā)酵鹿肉干的TBARS超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值。綜上，-4 ℃貯藏可以有效延緩發(fā)酵鹿肉干的脂質(zhì)氧化。

圖9 不同溫度下硫代巴比妥酸值的測(cè)定結(jié)果Fig.9 Thiobarbituric acid value of fermented venison stored at different temperatures

2.4 貯藏期間發(fā)酵鹿肉干品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)模型

2.4.1 動(dòng)力學(xué)模型方程能級(jí)的確定

將測(cè)得的TVB-N與TBARS分別代入零級(jí)反應(yīng)和一級(jí)反應(yīng)方程中，計(jì)算得到不同溫度貯藏條件下發(fā)酵鹿肉干在不同級(jí)數(shù)下的反應(yīng)速率常數(shù)k及其線性回歸決定系數(shù)R2(表5)。R2越大說(shuō)明總體線性關(guān)系越好[23]。由表5可知，發(fā)酵鹿肉干TVB-N和TBARS的一級(jí)反應(yīng)系數(shù)R2>0.9，一級(jí)反應(yīng)R2整體大于零級(jí)，表明在不同溫度貯藏過(guò)程中發(fā)酵鹿肉干的理化品質(zhì)指標(biāo)的變化更加符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。因此，TVBN-N和TBARS選用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。

表5 發(fā)酵鹿肉干品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)

Table5Kinetic parameters of quality changes of fermented venison

指標(biāo)Index反應(yīng)級(jí)數(shù)Reactionprogression貯藏溫度Storagetemperature/℃k值k valueR2TVB-N/(mg·零級(jí)-42.27560.8522100g-1)Zero order45.23890.76152521.00000.9029一級(jí)-40.16570.9761Level 140.33920.9424250.85730.9938TBARS/(mg·零級(jí)-40.36900.8634kg-1)Zero order40.51360.9206251.15100.8956一級(jí)-40.32010.9930Level 140.54290.9891251.00410.9912

2.4.2 TVB-N和TBARS的Arrhenius方程

根據(jù)不同貯藏溫度條件下TVB-N和TBARS隨時(shí)間的變化規(guī)律，建立動(dòng)力學(xué)模型，如表6所示。

由表6中線性方程計(jì)算得到TVB-N和TBARS對(duì)應(yīng)的活化能分別為36.42、24.95 kJ·mol-1，指前因子k0分別為2.17×106、2.44×104，R2>0.9，說(shuō)明TVB-N和TBARS可作為預(yù)測(cè)貨架期的關(guān)鍵因子。將求得的Ea和k0分別代入一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程中，得到TVB-N與TBARS的貨架期(分別記為tTVB-N和tTBARS)的預(yù)測(cè)模型

表6TVB-N和TBARS的回歸方程

Table6Regression equations of TVB-N and TBARS

指標(biāo)Index絕對(duì)溫度Absolutetemperature/K回歸方程RegressionequationR2kTVB-N269y=4.3289e0.1657x0.97610.1657277y=3.7721e0.3392x0.94240.3392298y=2.2627e0.8573x0.99380.8573TBARS269y=0.1257e0.3201x0.99300.3201277y=0.119e0.5429x0.98910.5429298y=0.0692e1.0041x0.99121.0041

(1)

(2)

式中：A0為貯藏初期指標(biāo)的初始值；A為貯藏一定時(shí)間后指標(biāo)的值。

2.4.3 發(fā)酵鹿肉干貨架期預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證

SB/T 10482—2008《預(yù)制肉類(lèi)食品質(zhì)量安全要求》和GB 2730—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 腌臘肉制品》限定TVB-N的標(biāo)準(zhǔn)限值為20 mg·100g-1，TBARS的標(biāo)準(zhǔn)限值為1.5 mg·kg-1。以此標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，以便更好地應(yīng)用于實(shí)際生活中。貨架期預(yù)測(cè)模型

(3)

(4)

根據(jù)表7，不同貯藏溫度下發(fā)酵鹿肉干的TVB-N和TBARS的貨架期預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)值與檢測(cè)值相對(duì)誤差均低于10%，表明以TVB-N和TBARS為基準(zhǔn)構(gòu)建的動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型可以為-4～25 ℃貯藏的發(fā)酵鹿肉干貨架期提供良好的預(yù)測(cè)依據(jù)。

表7 發(fā)酵鹿肉干貨架期的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值

Table7Predicted and actual values of shelf life of fermented venison

指標(biāo)Index貯藏溫度Storagetemperature/℃預(yù)測(cè)值Shelf life ofpredictionvalue/d檢測(cè)值Shelf life ofmeasuredvalue/d相對(duì)誤差Relativeerror/%TVB-N-438.79415.69419.16219.60257.3289.28TBARS-430.25339.09415.61178.97259.22108.46

3 結(jié)論與討論

本研究表明，戊糖片球菌、木糖葡萄球菌、植物乳桿菌體積比為2∶2∶1、發(fā)酵劑接種量5%，發(fā)酵45 h，發(fā)酵溫度30 ℃時(shí)制備的發(fā)酵鹿肉干具有較好的嫩度品質(zhì)。分析發(fā)酵鹿肉干在-4、4、25 ℃貯藏條件下的TVB-N和TBARS的變化，利用Arrhenius方程建立預(yù)測(cè)模型分別為tTVB-N=1.272×exp(-14.59)×exp(-4380.9/T)和tTBARS=2.03× exp(-10.104)× exp(-3001.5/T)，通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證，表明以TVB-N和TBARS為指標(biāo)可以對(duì)發(fā)酵鹿肉干貨架期進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，本模型為發(fā)酵鹿肉干的適宜貯藏時(shí)間提供了理論依據(jù)。

發(fā)酵鹿肉干工藝優(yōu)化目的在于提高鹿肉干的品質(zhì)，同時(shí)為國(guó)內(nèi)發(fā)酵鹿肉干領(lǐng)域的研究提供了新的思路和探索。對(duì)于貨架期的探究，在情況允許的條件下，應(yīng)選取更多溫度梯度和指標(biāo)值，使得貨架期預(yù)測(cè)模型更加全面和精準(zhǔn)。

本研究通過(guò)單因素試驗(yàn)篩選出影響發(fā)酵鹿肉干品質(zhì)的3個(gè)主要因素，在此基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法進(jìn)行工藝優(yōu)化。結(jié)果表明，發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵劑接種量均對(duì)發(fā)酵鹿肉干的品質(zhì)有一定影響。付晶晶等[24]研究發(fā)酵香肚的工藝優(yōu)化，同樣得出不同發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的感官特性和風(fēng)味形成有所影響，通過(guò)發(fā)酵能達(dá)到縮短生產(chǎn)周期的目的。本文以鹿肉為原料，旨在達(dá)到改善鹿肉質(zhì)地的目的。秦鳳賢等[25]優(yōu)化了發(fā)酵鹿肉干的工藝，得出最佳發(fā)酵溫度為30 ℃、發(fā)酵時(shí)間為48 h。季中梅[26]也采用響應(yīng)面法對(duì)發(fā)酵鹿肉干的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝為發(fā)酵時(shí)間為20.86 h，發(fā)酵溫度27.51 ℃，接種量2.16%。本試驗(yàn)結(jié)果與此較接近，說(shuō)明利用響應(yīng)面法優(yōu)化鹿肉干發(fā)酵工藝比較可靠。何健葉[27]篩選出適合應(yīng)用于發(fā)酵香腸的菌株，并對(duì)發(fā)酵香腸微生物發(fā)酵劑的制備和應(yīng)用的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了探討。本研究只選擇了植物乳桿菌、木糖葡萄球菌、戊糖片球菌進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)，未進(jìn)行多種發(fā)酵劑篩選，但試驗(yàn)中選擇的菌種經(jīng)發(fā)酵后能給產(chǎn)品帶來(lái)良好的影響，今后可探討不同發(fā)酵劑對(duì)發(fā)酵鹿肉干制品的特征風(fēng)味和感官品質(zhì)的影響。

用于評(píng)價(jià)貨架期的指標(biāo)有許多，TVB-N常作為判定肉制品質(zhì)量和保質(zhì)期的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[28]，TBARS是一種能反映脂質(zhì)氧化程度的重要氧化參數(shù)[29]。TVB-N的增大主要由于貯藏后期肉制品中微生物大量繁殖，脂質(zhì)氧化是導(dǎo)致發(fā)酵鹿肉干腐敗變質(zhì)的原因。本試驗(yàn)中鹿肉干貨架期天數(shù)跟同類(lèi)產(chǎn)品存在差異，這可能是雞脂肪發(fā)生的氧化反應(yīng)引起了蛋白質(zhì)氧化，肌原纖維發(fā)生橫向收縮，細(xì)胞間的間距增加、徑向減小而使固態(tài)水得到釋放，轉(zhuǎn)化成流動(dòng)水，增大了肌肉內(nèi)擴(kuò)散水分的含量。