响应面法优化鸭胸肉保水工艺中复合磷酸盐配比

刘学军，周丽丽

（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118）

肉的保水性是影响肉制品的重要品质之一[1]，在肉制品的生产过程中使用较多的保水剂是复合磷酸盐[2]。在食品加工中，磷酸盐的功能主要有两个方面，首先是作为品质改良剂，磷酸盐的特殊结构使他具有多种作用，例如：它可以络合金属离子，与蛋白质反应；其次是作为营养强化剂，可以用于儿童食品以及专门的营养强化食品的钙铁强化剂[3]。另外，在肉制品的加工过程中，磷酸盐具有保持肉的持水性、增进结着力等作用[4]。

肉制品的嫩度是肉主要的感官指标之一[5]，肉的嫩度与其本身的保水性有密切的关系，测定肉的嫩度和保水性具有重要的意义[6-7]。肉的保水性是指肉类在加工过程中，对自身的水分以及添加到肉中水分的保持能力，它的保水性是通过蛋白质凝胶状结构和静电作用实现的[8]。体现磷酸盐作用的例子有很多，例如：在模拟零售展览时，单一磷酸盐对牛肉色泽的作用[9]、复合磷酸盐对鱼糜制品的保水效果研究[10]、混合磷酸盐对老龄鸭肉的品质改善效果研究[11]、磷酸盐对鸡胸肉制品的影响[12]、磷酸盐对五香牛肉出品率的影响[13]。另外，国外研究报道了氯化钠、磷酸盐种类及浓度和注射率对牛肉品质及感官特性的影响[14]。在磷酸盐的保水作用方面，已经广泛地应用于肉制品中，例如添加复合磷酸盐的海鲈鱼具有较小的蒸煮损失[15]、草鱼鱼糜因添加了焦磷酸钠而形成硬而具有弹性的凝胶[16]。分别采用僵直前、成熟后和冷冻的肉做成香肠，考察磷酸盐对肉的保水性的影响[17]，结果表明：用僵直前的肉制作的香肠具有更加好的产率与相对持久的硬度，但是，在贮存的过程中，单一磷酸盐相对于氯化钠的质量分数已到达3%，且此种香肠的持水性和质构不佳，说明单独使用一种磷酸盐是不可行的。磷酸盐混合物对鸡胸肉盐溶蛋白凝胶具有一定的影响，不同磷酸盐混合物改善凝胶特性的程度不同。磷酸盐与真空包装对延长冷藏鲈鱼片的货架期也具有组合效应[18]。

本研究应用响应面法，建立复合磷酸盐与保水率指标之间的数学模型，以得到最优的磷酸盐配比，从而提高鸭胸肉的保水性，为企业的生产提供良好的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选用经国家卫生标准检验检疫合格的同一批次同一日龄（42 d）屠宰的樱桃谷鸭的鸭胸肉，来源于四平市辽河畜禽有限公司。

焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠（均为食品级） 杭州聚和生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

BAS124S-CW电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料肉的处理方法

将整理后放入冷库中贮存的鸭胸肉块取出，按照工艺要求切成大小相近、厚薄一致的肉片，将10片分为一组并编号称质量，记为m1，选择3 组进行实验，最终结果取3 组的平均值。将肉片放入腌制液中腌制，待腌制结束后，将肉片摆放到铁质网筛上静置，等到肉片不再有液滴渗落时称质量，记为m2。

1.3.2 保水率的测定

式中：m1为腌制前鸭胸肉的质量/g；m2为腌制后鸭胸肉的质量/g。

1.3.3 单因素试验

在试验的过程中，考察不同质量分数的焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响情况。

1.3.4 响应面法试验设计

表1 响应面因素水平表Table 1 Factors and levels used in RSM design

采用响应面法（response surface methodology，RSM）[19-21]优化工艺条件。本研究在单因素试验基础上，选择焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠3 个因素为响应变量，鸭胸肉保水率为响应值，试验因素和水平见表1。

1.4 数据处理与分析

利用Design-Expert 8.05b软件对数据进行处理分析，建立回归方程，并作等高线图及曲面图，利用该组图可以对任何两种因素的交互效应进行分析与评价，并从中确定最佳方案。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 焦磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响

图1 焦磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响Fig.1 Effect of sodium pyrophosphate at different concentrations on WHC of duck breast meat

由图1可以看出，不同质量分数的焦磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响较大，随着质量分数增加鸭胸肉的保水率明显增加；但当其高于0.24%时，鸭肉的保水率缓慢地降低，所以选择0.24%的焦磷酸钠。

2.1.2 三聚磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响

图2 三聚磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响Fig.2 Effect of sodium tripolyphosphate at different concentrations on WHC of duck breast meat

由图2可以看出，不同质量分数的三聚磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响较大，随着质量分数增加鸭胸肉的保水率明显增加；但当质量分数高于0.24%时，鸭胸肉的保水率呈现略微下降的趋势，此时三聚磷酸钠质量分数的增加对鸭胸肉的保水率有较小的影响。

2.1.3 六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响

图3 六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响Fig.3 Effect of calgon at different concentrations on WHC of duck breast meat

由图3可以看出，不同质量分数的六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响较大，随着质量分数的增加鸭胸肉的保水率明显增加；当质量分数达到0.12%时，鸭胸肉的保水率达到最高；当其继续增加，鸭胸肉的保水率处于平缓的趋势，由此单因素试验可看出，六偏磷酸钠的最适添加质量分数为0.12%。

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面试验结果与分析

根据试验设计对复合磷酸盐配比进行优化，试验方案及结果见表2。

表2 响应面试验方案及结果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

如表2所示，共17 个试验点，其中有12 个析因点，5 个是零点，析因点是自变量取值在A、B、C所构成的三维顶点；零点为区域的中心点，零点试验进行5 次重复试验，用以估算试验误差。

2.2.2 回归方程的建立及显著性检验

利用Design-Expert 8.0 软件对数据进行回归分析，得到的回归方程如下：

保水率=31.99＋0.97A＋1.28B＋0.61C－0.84AB－0.14AC＋2.38BC－1.58A2－1.75B2－2.82C2

保水率回归模型十分显著，P＜0.000 1，R2和校正R2分别为 0.991 8、0.981 2，一次项A、B、C，二次项A2、B2、C2及交互项AB、BC对保水率都有非常显著影响（P＜0.01）。

表3 二次回归模型的方差分析结果Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic regression model

由方差分析（表3）可以看出，模型P值小于0.000 1，表明该回归模型极显著，不同处理间的差异高度显著，说明这种试验方法是准确可靠的，使用该方程模拟真实的三因素三水平的分析是可行的。由表中P值可以知道，在所选的各因素水平范围内，对结果的影响排序为：三聚磷酸钠＞焦磷酸钠＞六偏磷酸钠；并且模型的复相关系数R2为 99.18%，大于90%，说明模型拟合程度良好，试验误差小，可以用该模型方程来分析和预测不同配比的磷酸盐对鸭胸肉保水率的变化情况。

由表3的P值可以知道，方程中B、BC、A2、B2、C2对保水率有极显著影响（P＜0.001），A、C、AB对保水率有非常显著影响（P＜0.01），表明试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系，二次项对响应值也有很大的影响，交互项作用的影响较小。

2.2.3 保水率响应曲面分析与优化

根据回归模型作出相应的等高线和响应面见图4～9，比较两组图响应面最高点和等高线可知，在所选范围内存在极值，即响应面最高点，同时也是等高线最小椭圆的中心点。

当六偏磷酸钠的添加质量分数为0.12%时，焦磷酸钠和三聚磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响见图4和图5。由图4、5可以看出，焦磷酸钠的质量分数在0.16%～0.32%范围内，鸭胸肉的保水率变化不大；三聚磷酸钠的质量分数在0.16%～0.32%的范围内，鸭胸肉的保水率变化呈缓慢趋势。

图4 焦磷酸钠和三聚磷酸钠对鸭胸肉保水率影响的等高线图Fig.4 Contour plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate on WHC of duck breast meat

图5 焦磷酸钠和三聚磷酸钠对鸭胸肉保水率影响的响应面图Fig.5 Response surface plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate on WHC of duck breast meat

图6 焦磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率影响的等高线图Fig.6 Contour plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and calgon on WHC of duck breast meat

当三聚磷酸钠的添加质量分数为0.24%时，焦磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响见图6和图7。由图6、7可以看出，焦磷酸钠的质量分数在0.16%～0.24%的范围内，鸭胸肉的保水率呈上升趋势，但当其超过0.24%时，保水率变化呈下降趋势；六偏磷酸钠的质量分数在0.08%～0.12%的范围内，鸭胸肉的保水率呈上升趋势，但当其超过0.12%时，保水率变化呈缓慢下降趋势。

图7 焦磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率影响的响应面图Fig.7 Response surface plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and calgon on WHC of duck breast meat

图8 三聚磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率影响的等高线图Fig.8 Contour plot showing the interactive effects between sodium tripolyphosphate and calgon on WHC of duck breast meat

图9 三聚磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率影响的响应面图Fig.9 Response surface plot showing the interactive effects between sodium tripolyphosphate and calgon on WHC of duck breast meat

当焦磷酸钠的质量分数为0.24%时，三聚磷酸钠和六偏磷酸钠对鸭胸肉保水率的影响见图8和图9。由图8、9可以看出，三聚磷酸钠的质量分数在0.16%～0.24%的范围内，鸭胸肉的保水率趋于平缓，但当其超过0.24%时，保水率变化呈明显下降趋势；六偏磷酸钠的质量分数在0.08%～0.14%的范围内，鸭胸肉的保水率呈明显上升趋势，但当其超过0.14%时，保水率变化呈缓慢下降趋势。

通过软件分析，得到复合磷酸盐的最佳配比为：焦磷酸钠质量分数为0.25%、三聚磷酸钠质量分数为0.29%和六偏磷酸钠质量分数为0.13%，此时保水率达到32.51%。为检验响应面法所得结果的可靠性，采用上述优化配比进行验证实验，得到的实际平均保水率为32.28%，其相对误差不到1%，因此基于响应曲面法所得的优化参数准确可靠，得到的最佳配比具有实际应用价值。

3 结 论

本研究利用试验设计软件Design-Expert 8.05 b，通过二次回归设计得到了鸭胸肉的保水率与焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠添加量的回归模型，经检验证明该模型合理可靠，能较好地预测鸭胸肉的保水率。由该模型得到的优化配比为焦磷酸钠质量分数为0.25%、三聚磷酸钠质量分数为0.29%和六偏磷酸钠质量分数为0.13%，实际鸭胸肉的平均保水率为32.28%。

[1]李苗云, 赵改名, 张秋会, 等.复合磷酸盐对肉制品加工中的保水性优化研究[J].食品科学, 2009, 30(8): 80-85.

[2]韩敏义, 李巧玲.复合磷酸盐在食品中的应用[J].中国食品添加剂,2004(3): 93-96.

[3]刘颖.复合磷酸盐食品添加剂的开发及应用研究[D].贵阳: 贵州大学, 2008: 1-72.

[4]王道营, 诸永志, 徐为民.复合磷酸盐在肉品加工中的应用[J].食品研究与开发, 2007, 28(10): 167-169.

[5]丁武, 寇莉萍, 任建.不同磷酸盐对猪肌肉嫩度及保水性的影响[J].食品科学, 2009, 30(21): 56-58.

[6]李红伟, 尤文辉, 张俊杰, 等.磷酸盐对肉制品持水力影响的研究[J].食品科技, 2003, 28(12): 39-41.

[7]郑善强, 佘亚飞.磷酸盐在烘焙食品、海产品及肉制品中的应用研究[C]//第十一届中国国际食品添加剂和配料展览会学术论文集.上海: [出版者不详], 2007: 240-242.

[8]刘宗敏, 江红波, 王鹏, 等.磷酸盐在肉制品中应用研究现状及发展趋势[J].肉类工业, 2010(8): 37-39.

[9]BAUBLITS R T, POHLMAN F W, BROWN JR A H, et al.Effects of enhancement with differing phosphate types, concentrations, and pump rates, without sodium chloride, on beefbiceps femorisinstrumental color characteristics[J].Meat Science, 2006, 72(3): 503-512.

[10]汪学荣, 周维禄.复合磷酸盐对鱼糜制品的保水效果研究[J].食品科技, 2002(9): 50-51.

[11]孙卫青, 吴冬.混合磷酸盐对老龄鸭肉的品质改善效果研究[J].食品科技, 2005(2): 64-66; 70.

[12]罗欣, 张培正, 李洪玉.磷酸盐对鸡胸肉制品的影响[J].肉类研究,1997, 11(1): 14-16.

[13]马俪珍, 刘志军, 孙卫青.磷酸盐对五香牛肉出品率的影响[J].肉类工业, 2000(8): 14-17.

[14]BAUBLITS R T, POHLMAN F W, BROWM JR A H, et al.Effects of sodium chloride, phosphate type and concentration, and pump rate on beef biceps femoris quality and sensory characteristics[J].Meat Science, 2005, 70(2): 205-214.

[15]尚校兰, 刘安军.超高压处理添加复合磷酸盐对海鲈鱼保水性的比较[J].食品科学, 2013, 34(6): 56-59.

[16]胡坤, 李栋燕, 余烈辉.多糖与磷酸盐对草鱼鱼糜凝胶特性影响的研究[J].肉类工业, 2010(5): 12-15.

[17]WANG Peng, XU Xinglian, ZHOU Guanghong.Effects of meat and phosphate level on water-holding capacity and texture of emulsiontype sausage during storage[J].Agricultural Sciences in China, 2009,8(12): 1475-1481.

[18]MASNIYOM P, BENJAKUL S, VISESSANGUAN W.Combination effect of phosphate and modified atmosphee on quality and shelf-life extension of refrigerated seabass slices[J].LWT-Food Science and Technology, 2005, 38(7): 745-756.

[19]JOYCE A P, LENNY S S.Use of response surface methods and path of steepest ascent to optimize ligand-binding assay sensitiveity[J].Journal of Immunological Methods, 2013, 392(1): 12-23.

[20]ALLAIX D L, CARBONE V I.An improvement of the response surface method[J].Structural Safety, 2011, 33(2): 165-172.

[21]朱彩平, 高贵田, 李建科, 等.响应面法优化微波辅助提取平菇多糖工艺研究[J].食品科学, 2010, 31(4): 68-72.