响应面法优化超高压牛肉保鲜工艺

杨君娜 王辉 刘伟等

摘 要：应用响应面法研究压力、时间和温度3因素对超高压牛肉保鲜效果的影响。分别以感官评分、菌落总数、硫代巴比妥酸值、嫩度值、红度值（a*）为响应值建立数学模型，模型的决定系数R2和显著性检验水平分别为0.9862（P<0.0001）、0.9929（P<0.0001）、0.9930（P<0.0001）、0.9970（P<0.0001）、0.9537（P=0.0007），具有较高的拟合度和可信度。综合优化得出超高压牛肉保鲜工艺条件为处理压力368MPa、保压时间5min、处理温度4℃。

关键词：响应面法；超高压；牛肉；保鲜

中图分类号：TS251.5 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2013）11-0024-06

食品高压处理技术是食品加工高新技术之一，从20世纪80年代开始风靡全球。超高压技术是指将食品密封于弹性容器或置于无菌压力系统中（常以水或其他流体介质作为传递压力的媒介）在高静压（一般为100～900MPa）下处理一段时间，以达到加工保藏的目的[1]。超高压技术以其独特的加工方法和效果，被称为除高温杀菌外的第二大食品灭菌技术，1899年美国化学家Hite首次将超高压技术应用于食品保藏中[2]。超高压技术作用于鲜肉有明显改善肉类品质的作用，例如可以杀灭微生物[3-5]，改善肉品嫩度[6-7]，但同时也会导致鲜肉颜色变化[8-9]、脂肪氧化加剧[10-11]等鲜肉理化性质的劣变。马汉军等[8]将牛肉在室温下用不同压力处理，结果显示随着压力的升高，牛肉肉色的亮度值增加、红度值下降、黄度值基本不变，肉色逐渐变为熟肉的灰白色。段旭昌等[12]研究了用400～700MPa分别处理20～60min对生、熟牛肉感官品质、保藏性和残存微生物的影响，结果表明超高压处理对鲜牛肉感官品质有显著影响，37℃恒温培养下，超高压处理将鲜牛肉的保质时间由12h延长到20h。靳烨[13]对牛肉不同部位进行超高压处理，发现超高压能明显降低牛肉的剪切力。超高压牛肉保鲜最佳工艺条件研究目前尚属于空白，主要难点在于嫩化和杀灭微生物所需压力较高，而高压力下对鲜牛肉颜色等感官品质影响较大。响应曲面法是通过对响应曲面及等高线的分析寻求最优工艺参数，采用多元二次回归方程来拟合响应值与因素之间函数关系的1种优化统计方法[14-15]。利用响应曲面法拟合的回归方程模型和绘制的响应曲面及等高线，可以求出各试验因素相应水平的响应值，在此基础上优化最优响应值以及最佳试验条件。本实验采用响应曲面法，以处理压力、保压时间和温度为试验因素，超高压鲜牛肉的感官评分、菌落总数、硫代巴比妥酸（thibabituric acid，TBA）值、嫩度值和红度值（a*）为响应值，分别进行二次多项回归方程拟合，最后对超高压保鲜牛肉的工艺条件进行综合优化，得到超高压牛肉保鲜工艺的最佳工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛肉（小黄瓜条） 北京御香苑畜牧有限公司；CM101平板计数琼脂 北京陆桥技术有限责任公司；氯化钠、三氯甲烷、乙二胺四乙酸二钠均为分析纯；2-硫代巴比妥酸为生化试剂。

1.2 仪器与设备

SL-502N电子秤 上海民桥精密科学仪器有限公司；DZ-600/2S真空包装机 山东小康机械有限公司；HPP600MPa-15L超高压设备 包头科发高压科技有限责任公司；GI54DWS高压蒸汽灭菌 致微仪器有限公司；ESCO二级生物安全柜 上海金鹏分析仪器有限公司；F1-45培养箱 日本东洋公司；SCR20BA离心机 日本日立Hitachi公司；TA-XT plus物性测试仪 英国Stable Micro System公司；CR400色彩色差计 日本柯尼卡美能达公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将鲜牛肉（小黄瓜条）分割切成2cm厚的片，用复合膜包装袋每袋装100g，真空包装后于0～4℃冰箱保存。

1.3.2 感官评价

由6名经过培训的感官评价员对超高压处理牛肉的色泽、黏性、弹性、气味4个方面进行感官评价，评价方法采用7分法（1～7），依次对应非常差、很差、差、一般、好、很好、非常好。评价结果以6名评价员评价的平均分表示，最终的感官评价分为色泽、黏性、弹性、气味4个方面得分之和。

1.3.3 菌落总数的测定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物学检验：菌落总数测定》进行测定。

1.3.4 TBA值的测定

按Pearson法[16]测定。

1.3.5 嫩度的测定

按照NY/T 1180—2006《肉嫩度的测定：剪切力测定法》进行测定。

1.3.6 颜色（红度值（a*））的测定

将超高压处理的鲜牛肉自真空包装袋中取出后，在空气中暴露5min后测定，每个样品测定6次，取平均值。

1.3.7 单因素试验

选取压力、时间和温度3个因素对超高压牛肉保鲜效果的影响进行研究。

1.3.8 响应面试验设计

在单因素试验结果基础上，采用Box-Behnken3因素3水平的响应曲面（response surface methodology，RSM）设计方法，以压力、时间和温度为试验因素（自变量），以感官评分、菌落总数、TBA值、嫩度值和红度值（a*）为评价指标（响应值），分别进行二次多项回归方程拟合及其优化分析。试验设计因素编码及水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

嫩度值及红度值的影响

2.2 模型建立及显著性检验

方程Y1的模型显著性P<0.0001，R2=0.9862，失拟项不显著（P=0.7209>0.05）；方程Y2的模型显著性P<0.0001，R2=0.9929，失拟项不显著（P=0.1576>0.05）；方程Y3的模型显著性P<0.0001，R2=0.9930，失拟项不显著（P=0.2476>0.05）；方程Y4的模型显著性P<0.0001，R2=0.9970，失拟项不显著（P=0.5519>0.05）；方程Y5的模型显著性P=0.0007，R2=0.9537，失拟项不显著（P=0.7355>0.05）；说明以上建立的5个模型拟合程度良好，试验误差小，可以用于对样品感官评分、菌落总数、TBA值、嫩度值、红度值进行分析预测。

表8回归方程系数显著性检验结果表明，一次项X1（压力）、X2（时间）对感官评分、菌落总数、TBA值、嫩度值、红度值的影响都为显著；X3（温度）对感官评分、TBA值的影响显著。交互项X1X2对感官评分、菌落总数、TBA值、嫩度值的影响显著；X1X3对TBA值的影响显著。二次项X12对感官评分、菌落总数、嫩度值、红度值的影响显著；X22对菌落总数、嫩度值的影响显著；X32感官评分、TBA值、嫩度值的影响显著。其他系数项均不显著。

2.3 响应曲面分析及结果

2.3.1 感官评分

2.3.2 菌落总数

2.3.3 TBA值

2.3.4 嫩度

2.3.5 红度值（a*）

2.3.6 工艺优化结果

综合考虑生产效率和牛肉品质，利用Design-Expert软件的优化功能，在试验因素取值范围内，响应值感官评分和红度值选取最大值，菌落总数、TBA值、嫩度值选取最小值，并设定菌落总数和嫩度权重为++++，感官评分、TBA值和红度值权重为+++，综合优化得出超高压牛肉保鲜最佳工艺条件为处理压力368MPa、保压时间5min、处理温度4℃。经该工艺条件处理的真空包装鲜牛肉0～4℃保藏8d后菌落总数达到鲜牛肉标准106CFU/g，而未经超高压处理的真空包装鲜牛肉0～4℃保藏4d后菌落总数就已经达到鲜牛肉标准106CFU/g，经过超高压处理的鲜牛肉比未经超高压处理的鲜牛肉保藏时间延长了1倍，说明该工艺条件能有效的延长牛肉的保鲜期。

3 结 论

3.1 采用响应曲面法分别建立了感官评分、菌落总数、TBA值、嫩度值、红度值（a*）的二次多项回归模型，5个模型拟合程度良好，试验误差小，可以用于对样品感官评分、菌落总数、TBA值、嫩度值、红度值进行分析预测。

3.2 综合优化得出超高压牛肉保鲜工艺条件为处理压力为368MPa、保压时间5min、处理温度4℃，该工艺条件可以有效的延长牛肉的保鲜期。

3.3 由于超高压设备稳定性和价格问题，超高压保鲜牛肉实现工业化生产还存在一定的困难，在我国商品化的超高压肉制品上市销售还尚需时日，超高压设备和技术的研究任重而道远，还需广大科研工作者的不断努力研究和提高。

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