響應(yīng)面法優(yōu)化荸薺山藥豬肉丸配方

張可欣，屠康，李心悅

1.新加坡國立大學(xué) 理學(xué)院（新加坡 117542）；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品與工程學(xué)院（南京 210014）

肉丸是我國一種傳統(tǒng)的肉類加工產(chǎn)品，通常由剔除筋膜、切塊、絞肉、混合攪拌、成型等工藝制成[1]，制作工藝簡單，風(fēng)味鮮美，深受廣大消費者的喜愛。傳統(tǒng)豬肉丸一般按照一定肥瘦比并添加少量淀粉制成，由于添加了豬肥膘且豬肉的飽和脂肪酸含量較其他肉類高，傳統(tǒng)豬肉丸風(fēng)味單一、營養(yǎng)成分種類較少且具有高脂肪的特點[2]，易引起人體高血壓、高血脂、高尿酸等疾病[3]，已逐漸不再符合我國消費者對食品兼具健康與營養(yǎng)的要求。

近年來，有關(guān)新型肉制品的研究層出不窮：林偉鋒等[4]研究功能性添加物卡拉膠、大豆蛋白對碎肉制品肉丸的質(zhì)構(gòu)特性及加工性能的影響；賈娜等[5]發(fā)現(xiàn)迷迭香提取物可抑制牛肉丸的脂肪氧化程度；劉哲等[6]研究山藥、薏仁米兩種藥食同源的食材添加到牛肉丸中進行復(fù)配；胡勝杰等[7]在肉丸傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上添加玉米膳食纖維研究最優(yōu)工藝配方；楊悅等[8]總結(jié)出燕麥膳食纖維壓縮豬肉丸的最佳配比；方媛媛等[9]通過優(yōu)化制作出質(zhì)構(gòu)特性良好的功能性寧鄉(xiāng)花豬肉丸產(chǎn)品；陳紅等[10]研制了營養(yǎng)豐富的香菇胡蘿卜汁牛肉丸；Joanna等[11]研究表明銀杏葉提取物對豬肉丸脂質(zhì)和膽固醇氧化有穩(wěn)定的抑制作用?，F(xiàn)今，開發(fā)健康美味的果蔬型肉丸類產(chǎn)品成為了當(dāng)下的研究熱點，并相繼有果蔬類肉丸產(chǎn)品[12]，如抹茶牛肉丸[13]、芋泥豬肉丸[14]、金針菇牛肉丸[15]和香菜牛肚肉丸[16]等產(chǎn)品上市。在新型肉制品的研究中，有關(guān)新式復(fù)合型肉丸的研究占了多數(shù)，雖然各不相同，但基本上以高蛋白、低脂肪、低鹽、高鈣為研究目的。因此，開發(fā)品種多樣的豬肉丸，改善其食用品質(zhì)，通過加入一些功能性物質(zhì)提高其營養(yǎng)價值，制成高膳食纖維、高維生素、營養(yǎng)均衡且風(fēng)味獨特的新式復(fù)合型肉丸制品是現(xiàn)如今值得研究和解決的問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬里脊肉、荸薺、食鹽、綿白糖、雞精、味精、木薯淀粉、食用小蘇打、復(fù)合磷酸鹽、大豆蛋白粉、山藥粉均為市售。

電動絞肉機HX-J3051（佛山海迅電器有限公司）；電磁爐C21-WK2102（美的有限公司）；冰箱BCD-219SKDC（海爾有限公司）；索氏抽提器GY-ZFCDY-4P（上海歸永電子有限公司）；電熱鼓風(fēng)干燥箱THYQ（長沙天恒科學(xué)儀器設(shè)備有限公司）；質(zhì)構(gòu)儀TA.XTC-16（上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 基本配方

新鮮豬里脊肉3 kg、食鹽45 g、綿白糖60 g、雞精30 g、味精30 g、木薯淀粉120 g、食用小蘇打6 g、復(fù)合磷酸鹽9 g、大豆蛋白粉60 g、山藥粉30 g、荸薺600 g、清水120 mL。

1.2.2 工藝流程

新鮮豬里脊肉→預(yù)處理→絞碎→添加輔料（食鹽、白砂糖等）→0~4 ℃冰箱中腌制4 h→添加山藥、荸薺等材料→定型→蒸煮（沸水、5 min）→成品

1.2.3 感官評價

根據(jù)SB/T 10610——2011《肉丸》[17]的感官評價相關(guān)要求制定了如表1所示的感官評價標準。選擇10位具有一定感官評定經(jīng)驗的人員（5男5女）組成感官評定小組，依照口感、風(fēng)味、外觀、組織形態(tài)四項指標進行綜合評分，從而得到最終感官評分。

表1 感官評分標準

1.2.4 食用品質(zhì)的測定

1.2.4.1 質(zhì)構(gòu)特性

將熟制的肉丸切成均一高度為1 cm、大小為2 cm×2 cm的方塊狀，每組樣品進行5次平行試驗，測定采用TPA法，測定條件：力量感應(yīng)元量程1 000 N、探頭類型TA/36、探頭直徑36 mm、觸發(fā)力0.7 N、測試速度60 mm/min、形變量50%、停留時間2 s。

1.2.4.2 出品率

參考Agbeniga等[18]的方法，將直徑為2.5 cm的生肉丸稱重，記為M。將肉丸經(jīng)熟制后立即放入冰水中降溫，待肉丸冷卻至室溫后于4 ℃下冷藏2 h。吸干樣品表面水分和油脂后稱量樣品質(zhì)量，記凈質(zhì)量m。按式（1）計算荸薺山藥豬肉丸的出品率。

1.2.4.3 蒸煮損失率

參考湯高奇等[12]的方法，將直徑為 2.5 cm的生肉丸用濾紙吸干樣品表面的水分后進行第一次稱重（W1）；樣品熟制后在室溫下冷卻，將表面水分吸干后進行第二次稱重（W2）。按式（2）計算荸薺山藥豬肉丸的蒸煮損失率。

1.2.5 營養(yǎng)品質(zhì)的測定

對熟制肉丸的水分含量按照GB 5009.3——2016[19]《食品安全國家標準 食品中水分的測定》、脂肪含量按照GB 5009.6——2016[20]《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》、蛋白質(zhì)含量按照GB 5009.5——2016[21]《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》進行測定。

1.2.6 試驗設(shè)計

1.2.6.1 單因素試驗

在基本配方的基礎(chǔ)上，以100 g豬肉計，進行單因素試驗考察：食鹽添加量0.5，1，1.5，2和2.5 g；木薯淀粉添加量0，2，4，6和8 g；食用小蘇打添加量0.1，0.2，0.3，0.4和0.5 g；山藥粉添加量0.6，0.8，1.0，1.2和1.4 g；荸薺添加量10，15，20，25和30 g；蒸煮時間3，4，5，6和7 min?？疾爝@些因素對肉丸硬度、彈性、咀嚼型、內(nèi)聚性、膠黏性質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響。

1.2.6.2 響應(yīng)面試驗

采用Design-Export 12軟件，根據(jù)Box-Behnken Design響應(yīng)曲面設(shè)計進行試驗設(shè)計和計算分析，并結(jié)合單因素試驗結(jié)果，將山藥粉添加量（A）、木薯淀粉添加量（B）、食用小蘇打添加量（C）作為制備荸薺山藥豬肉丸的三個主要考察因素，設(shè)計三因素三水平試驗。以感官評分為因變量Y，作為Box-Behnken的試驗相應(yīng)指標，如表2所示。

表2 響應(yīng)面水平編碼表 單位：%

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

硬度、彈性、咀嚼性、內(nèi)聚性、膠黏性是反映豬肉丸質(zhì)構(gòu)特性的五個重要指標。通過試驗結(jié)果可知，食鹽添加量、荸薺添加量和蒸煮時間對豬肉丸的質(zhì)構(gòu)特性無顯著影響，而木薯淀粉添加量、食用小蘇打添加量、山藥粉添加量對豬肉丸的質(zhì)構(gòu)特性則有顯著影響，以下為顯著影響因子的試驗結(jié)果分析。

2.1.1 木薯淀粉添加量單因素試驗結(jié)果

由表3可知，木薯淀粉添加量對荸薺山藥豬肉丸的硬度、膠黏性有極顯著影響，對其咀嚼性有顯著影響。當(dāng)木薯淀粉添加量在4%時，肉丸的硬度適中；隨著木薯淀粉的添加，彈性先增大后減小，在添加量為2%時彈性最大；咀嚼性在添加量為6%時達到最高水平。因此選取木薯淀粉添加量2%和6%作為后續(xù)響應(yīng)面試驗的最低值和最高值，木薯淀粉添加量4%作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗的中心點。

表3 木薯淀粉添加量對荸薺山藥豬肉丸質(zhì)構(gòu)的影響

2.1.2 食用小蘇打添加量單因素試驗結(jié)果

由表4可知，食用小蘇打添加量對荸薺山藥豬肉丸的硬度、咀嚼性、膠黏性均有極顯著影響。肉丸硬度隨著食用小蘇打添加量的增加而降低，添加量為0.3%時硬度適中；彈性在添加量為0.2%和0.4%時較高；食用小蘇打添加量越大，咀嚼性越低。因此選取小蘇打添加量0.2%和0.4%作為后續(xù)響應(yīng)面試驗的最低值和最高值，添加量0.3%作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗的中心點。

表4 食用小蘇打添加量對荸薺山藥豬肉丸質(zhì)構(gòu)的影響

2.1.3 山藥粉添加量單因素試驗結(jié)果

由表5可知，山藥粉添加量對荸薺山藥豬肉丸的硬度、膠黏性有極顯著影響，對彈性有顯著影響。當(dāng)山藥粉添加量為1%時，肉丸硬度適中；彈性隨著山藥粉添加量的增加，先減小后增大，在添加量為0.2%時為最高值；咀嚼性在添加量為1.4%時達到最高峰。選取其添加量0.6%和1.4%作為后續(xù)響應(yīng)面試驗的最低值和最高值，添加量1%作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗的中心點。

表5 山藥粉添加量對荸薺山藥豬肉丸質(zhì)構(gòu)的影響

2.2 響應(yīng)面試驗

以荸薺山藥豬肉丸的感官評分為響應(yīng)值，按Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理進行試驗，結(jié)果如表6所示。

表6 響應(yīng)面分析設(shè)計及結(jié)果

2.2.1 回歸模型的建立與方差分析

通過Design-Expert 12統(tǒng)計軟件對各水平和感官評定分值Y進行分析。以山藥粉添加量（A）、木薯淀粉添加量（B）和食用小蘇打添加量（C）為自變量，以感官評分為因變量Y，得到回歸方程：Y=72.26-2.20A+1.40B+3.20C-4.08AB+0.525 0AC-0.275 0BC-2.89A2+0.357 5B2+3.01C2。方差分析結(jié)果如表7所示。

表7 回歸模型方差分析

從表7可看出：模型的整體顯著水平為0.011 7，屬于顯著水平；試驗失擬項不顯著，表明所選用的二次多項模型有效，試驗方法合理且結(jié)果可靠；決定系數(shù)為0.890 9，校正決定系數(shù)為0.750 6，二者基本保持一致，則說明此模型與實際試驗擬合程度較高，可用此模型進行最優(yōu)配方的預(yù)測；觀察F值可知，各因素對荸薺山藥豬肉丸的感官評定分值的作用大小順序依次為食用小蘇打添加量＞山藥粉添加量＞木薯淀粉添加量；食用小蘇打添加量的一次項、山藥粉和木薯淀粉添加量的交互作用對荸薺山藥豬肉丸的感官評定結(jié)果都有極顯著影響（P＜0.01）。

2.2.2 響應(yīng)面曲面圖分析

通過Design-Expert 12統(tǒng)計軟件得到以感官評定分值為響應(yīng)值的響應(yīng)面曲線圖，分別如圖1~圖3所示。響應(yīng)面的坡度越陡，說明該指標變化對響應(yīng)值影響較大；響應(yīng)面的坡度越緩，說明該指標的變化對響應(yīng)值影響較小。如圖1所示，固定食用小蘇打的添加量不變，AB的曲線圖坡度陡峭，說明山藥粉和木薯淀粉的添加量對荸薺山藥豬肉丸感官評分的交互作用顯著，與方差分析的結(jié)果相吻合。從圖2和圖3可看出山藥粉和食用小蘇打、木薯淀粉和食用小蘇打的添加量對感官評分均無顯著的交互作用。

圖1 山藥粉添加量（A）和木薯淀粉添加量（B）對感官評定結(jié)果的響應(yīng)面

圖2 木薯淀粉添加量（B）和食用小蘇打添加量（C）對感官評定結(jié)果的響應(yīng)面

圖3 山藥粉添加量（A）和食用小蘇打添加量（C）對感官評定結(jié)果的響應(yīng)面

2.3 驗證試驗

2.3.1 最優(yōu)配方的確定

由模型得到荸薺山藥豬肉丸的最佳工藝條件：山藥粉添加量為0.6%，木薯淀粉添加量為6%，食用小蘇打添加量為0.4%。在該條件下，模型預(yù)測感官評分為82.808分。

2.3.2 感官評價

為驗證響應(yīng)面法所得結(jié)果的準確性，采用上述最佳工藝配方進行荸薺山藥豬肉丸的制作，并進行5次平行驗證試驗。通過感官評價小組的評定，實際感官評分為80.5分，與預(yù)測感官評分相對誤差為0.03%。

2.3.3 營養(yǎng)及食用品質(zhì)分析

分別測定肉丸的水分、脂肪、蛋白質(zhì)含量等營養(yǎng)品質(zhì)和硬度、彈性、蒸煮損失、出品率、蒸煮損失等食用品質(zhì)，并與普通市售肉丸進行對比分析。由表8可知，試驗優(yōu)化制成的荸薺山藥豬肉丸的蛋白質(zhì)含量明顯高于市售豬肉丸，且脂肪含量明顯低于市售豬肉丸，表明試驗所得的荸薺山藥豬肉丸具有高蛋白、低脂肪的特點，更具有營養(yǎng)價值。且試驗所得的荸薺山藥豬肉丸硬度小于市售肉丸，彈性、咀嚼性均高于市售肉丸。

表8 荸薺山藥豬肉丸與市售丸子的營養(yǎng)及食用品質(zhì)比較

3 結(jié)論

通過單因素試驗與響應(yīng)面試驗得到荸薺山藥豬肉丸的最優(yōu)配方：山藥粉添加量0.6%、木薯淀粉添加量6%、食用小蘇打添加量0.4%。在此最優(yōu)配方條件下，產(chǎn)品的感官評分較高且與預(yù)測值接近。對其營養(yǎng)品質(zhì)和食用品質(zhì)進行測定，產(chǎn)品指標為含水量69.06%、含肉量72.05%、淀粉6%、蛋白質(zhì)12.22%、脂肪1.95%，各理化指標均符合SB/T 10610——2011《肉丸》標準[17]。與市售普通豬肉丸進行比較，蛋白質(zhì)含量明顯高于市售豬肉丸，脂肪含量明顯低于市售豬肉丸。因此，試驗研制的荸薺山藥豬肉丸為特級肉丸，風(fēng)味和口感良好，具有高蛋白、低脂肪的特點。