响应曲面法优化山药、薏仁药膳牛肉丸配方条件

刘　哲,罗爱平，张　飞,杨小珍,夏义航

(贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳 550025)



响应曲面法优化山药、薏仁药膳牛肉丸配方条件

刘哲,罗爱平*，张飞,杨小珍,夏义航

(贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳 550025)

研究山药、薏仁、卡拉胶添加量对山药、薏仁药膳牛肉丸的硬度、弹性、咀嚼性的影响。响应曲面分析法研究山药、薏仁米及卡拉胶对药膳牛肉丸感官品质的影响。结果表明:三因素对实验影响显著效果顺序为,山药泥>薏仁粉>卡拉胶;优化后山药、薏仁药膳牛肉丸的工艺参数为:以100 g牛肉计,卡拉胶0.33 g、山药泥 13.43 g、薏仁粉24.4 g。按该配方生产的药膳牛肉丸具有良好的风味、口感和色泽。

药膳牛肉丸,山药,薏仁米,品质

肉丸是我国一种传统的速食食品,营养、方便,是深受广大消费者喜爱的调理产品之一。牛肉是一种营养价值较高的保健型肉类食品,具有高蛋白、低脂肪、低胆固醇的特点[1]。在美国、澳大利亚、加拿大等肉类行业发达国家,牛肉一直是人们消费的首选肉类。山药、薏仁米富含淀粉、多糖等碳水化合物,具有较高的药用价值和一定的保健功能[2-5]。其味皆为甘平,无药物偏性,天然味色。淀粉、多糖等碳水化合物可以改善肉制品的凝胶特性,作为肉制品脂类物质的替代品[6]。

目前市售的肉丸,多采用肉类添加少量添加剂和淀粉制作而成,虽然满足了口感,但是营养结构单一[7]。将山药、薏仁米两种药食同源的食材经预处理后添加到牛肉丸中进行复配,不但使肉丸鲜嫩可口,香气浓郁,富含中药精华,提高牛肉丸健脾养胃、强骨壮精的功效,提升牛肉丸的档次。牛肉借药力,中药借食威,使其成为一种能防治亚健康的药膳佳肴。

据报道,添加功能性添加物或品质改良剂均能影响其质构特性及加工性能[7-8]。以山药、薏仁米药膳牛肉丸为研究对象,质构仪测定硬度、弹性、咀嚼性为肉丸品质评定指标。采用响应曲面分析法研究山药、薏仁米及卡拉胶对药膳牛肉丸感官品质的影响,以期为山药、薏仁米药膳牛肉丸的开发提供技术支持。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

牛肉贵州省贵阳市清镇市奶牛养殖示范基地,屠宰饲养180 d的中国荷斯坦奶公犊,取其后腿肉。

山药、薏仁米市售。

电子天平(万分之一感量)上海奥豪斯公司;CT3质构仪美国Brookfield公司;打浆机九阳股份有限公司;绞肉机正元精密机械有限公司;微波炉广东格兰仕集团有限公司;烘箱苏州奥峰烘箱制造有限公司;粉碎机上海振春粉体设备有限公司。

1.2实验方法

1.2.1原料制备原料肉:清洗去掉筋膜,将肉切成长、宽约为2 cm的肉块绞成肉糜。

山药:山药洗净去皮,切片,浸置于1%(w/v)的食盐水中,浸渍2 min(防止褐变),置搅拌机捣碎成鲜山药泥,备用。

薏仁米:筛选、清洗,常温浸泡10 h沥干,80 ℃干燥5 h,微波烘焙(中火2～3 min),粉碎,过100目筛,备用。

1.2.2基本配方牛肉1 kg、水200 g、食盐30 g、糖20 g、姜5 g、蒜泥3 g、胡椒粉1 g。

1.2.3工艺流程图原料肉→绞碎→0～4 ℃冰箱腌制(食盐、白砂糖)4 h→薏仁米粉、山药泥、卡拉胶等→充分混合搅拌→乳化→成型→煮制(沸水、5 min)→成品

1.2.4质构测定参考文献[9-11]，用直径15 mm取样器取样,切成高为20 mm的圆柱体。CT3质构仪测定肉丸的硬度、弹性、咀嚼性等指标。测定条件:加载探头类型TA11;测试前速2.0 mm/s、测试速度2.0 mm/s、测试后速2.0 mm/s、测试距离50%,两次压缩中停顿时间5.0 s。

1.2.5感官评价感官评分:选10名专业感官评定人员(5男5女),根据药膳牛肉丸的色泽、滋、气味、组织形态、弹性和口感等指标进行综合评分,去掉最高值与最低值取平均分为最终感官得分。评分标准见表1。

表1　感官质量评分标准[12](满分100分)

1.2.6实验设计

1.2.6.1单因素实验在基本配方的基础上,设定以100 g牛肉计,山药泥15 g、薏仁粉15 g、卡拉胶0.2 g进行单因素实验考察山药泥添加量:10、15、20、25、30 g;薏仁粉的添加量:10、15、20、25、30 g;卡拉胶的添加量:0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g质构仪测定硬度、弹性、咀嚼性为肉丸品质评定指标。研究山药泥、薏仁粉及卡拉胶对低脂药膳牛肉丸质构的影响。

1.2.6.2响应面实验肉丸被消费者接受程度的高低,很大一部分是由消费者感官评价所决定[13]。因此,在单因素实验的基础上,选取影响药膳牛肉丸品质的主要因素山药泥添加量、薏仁粉添加量、卡拉胶添加量为自变量,以感官评分为响应值,根据 Box-Benhnken中心组合实验设计原理设计三因素三水平的响应面分析实验。实验因素与水平见表2。

1.2.7数据处理实验数据采用Design Expert8.0.6作图,Design Expert8.0.6软件进行方差分析。

表2　响应面设计因素水平

2　结果与分析

2.1单因素实验结果

硬度、弹性、咀嚼性是反映肉丸质构特性的重要参数。硬度过大则肉丸口感不细腻、不易咀嚼;而硬度过小则口感绵软、无脆感、无韧度。因此肉丸硬度值要适中。弹性越好,肉丸口感越爽脆,越有嚼劲且不易破裂。因此,要求肉丸要有好的弹性。咀嚼性越好,肉丸口感越好。

2.1.1卡拉胶添加量对药膳牛肉丸质构影响卡拉胶添加量对药膳牛肉丸质构影响见表3。

表3　卡拉胶添加量对药膳牛肉丸质构影响

表3可知,随着卡拉胶添加量增加,药膳牛肉丸的硬度也不断增加,同时弹性逐渐减低。经Design Expert8.0.6软件分析数据,卡拉胶的添加量对药膳牛肉丸的质构影响极显著(p<0.01)。当卡拉胶添加量为0.4 g时,咀嚼性最好;当卡拉胶添加量为0.1 g时,药膳牛肉丸弹性最佳;当卡拉胶添加量为0.2 g时,肉丸硬度、弹性、咀嚼性适中。综合考虑硬度、弹性、咀嚼性三者之间对药膳牛肉丸质构的影响,兼顾硬度与弹性,选取卡拉胶添加量0.2 g与0.4 g作为响应面实验的最低值与最高值,选择卡拉胶添加量为0.3 g作为后期响应面优化实验的中心点。

2.1.2山药泥添加量对药膳牛肉丸质构影响山药泥添加量对药膳牛肉丸质构影响见表4。

表4　山药泥添加量对药膳牛肉丸质构影响

表4可知,随着山药泥添加量增加,药膳牛肉丸的硬度先增加后减小;弹性则先减小后增加,但变化范围较小。经Design Expert8.0.6软件分析数据,山药泥的添加量对药膳牛肉丸的质构影响极显著(p<0.01)。当山药泥添加量为15 g时,药膳牛肉丸的硬度达到最大,此时咀嚼性也最佳。因此,选择山药泥添加量为15 g作为后期响应面优化实验的中心点。

2.1.3薏仁粉添加量对药膳牛肉丸质构影响薏仁粉添加量对药膳牛肉丸质构影响见表5。

表5　薏仁粉添加量对药膳牛肉丸质构影响

表5可知,随着薏仁粉的添加量增加,药膳牛肉丸的硬度先增加后减小,而弹性先下降后增加,咀嚼性呈先下降后升高。当薏仁粉的添加量为20 g时,药膳牛肉丸的硬度达到最大。经Design Expert8.0.6软件分析数据,薏仁粉的添加量对药膳牛肉丸的质构影响极显著(p<0.01),在薏仁粉添加量理论值为20 g时,药膳牛肉丸的综合品质较好。因此,选择薏仁粉添加量为20 g作为后期响应面优化实验的中心点。

综上所述,根据 Box-Benhnken中心组合实验设计原理,选取影响药膳牛肉丸品质的卡拉胶、山药泥、薏仁粉为主要因素,其添加量分别为0.3 g、15 g、20 g,作为响应面优化实验的中心点。

2.2响应面实验设计结果

根据表1的实验因素和水平,以药膳牛肉丸的感官评分为响应值,按照Box-Benhnken的中心组合实验设计原理进行实验,结果见表6。

2.3建立模型及其显著性分析

采用Design Expert8.0.6软件对实验结果进行多元回归拟合,得到卡拉胶、山药泥、薏仁粉的模型,其二次多项回归模拟方程为:Y(感官评分)=94.60+1.87A-3.75B+2.38C-0.50AB+0.75AC-1.00BC-10.43A2-9.67B2-2.43C2。同时得到回归显著检验与方差分析表如表7。

表6　Box-Benhnken设计方案及实验结果

2.4回归显著性检验与方差分析

由方差分析可知,本实验模型的p值<0.01(极显著);失拟项的p值>0.05(不显著)。表示该实验的模型建立合理,实验设计可行。以感官评分为响应值,实验三因素A(卡拉胶)、B(山药泥)、C(薏仁粉)的p值均小于0.01,表明其都对结果影响极显著。根据A(卡拉胶)、B(山药泥)、C(薏仁粉)的F值28.33、113.31、45.45可知三因素对实验影响显著效果顺序为B(山药泥)>C(薏仁粉)>A(卡拉胶)。交互项中AC、BC、AB的p值>0.05,表示对结果影响不显著。二次项中,A2、B2、C2的p值<0.05,表明对结果影响显著。各因素对药膳牛肉丸感官评分的响应曲面分析见图1、图2和图3所示。

表7　回归方程方差分析表

图1　Y=f(A,B)的响应面图Fig.1　Response surface of the function Y=f(A,B)

图2　Y=f(A,C)的响应面图Fig.2　Response surface of the function Y=f(A,C)

图3　Y=f(B,C)的响应面图Fig.3　Response surface the function Y=f(B,C)

2.5响应面曲面图分析

等高线的形状可反映出交互效应的强弱,椭圆形表示两因素交互作用显著,而圆形则与之相反[14-15]。

由图1～图3可以看出,A(卡拉胶)、B(山药泥)、C(薏仁粉)之间的相互作用对药膳牛肉的感官评分的影响不显著。图形还反映了各因素对响应值的影响。从等高线图可以看出极值条件应在圆心处[16],比较3张图可知三因素对产品的感官评分都有显著影响。

2.6验证实验

使用Design Expert8.0.6软件优化设计,分析可得:以100 g牛肉计,添加卡拉胶0.33 g、山药泥 13.43 g薏仁粉24.4 g时,感官评分值为95.3分。

为验证响应曲面法所得结果的可靠性,采用最佳工艺配方进行药膳牛肉丸的制作:以100 g牛肉计,添加卡拉胶0.33 g、山药泥13.43 g、薏仁粉24.4 g。在此条件下经5次平行实验,实际测得感官评分为96分,相对误差为0.7%,与预测值很接近,表明响应面分析法得到的药膳牛肉丸的工艺配方真实可靠。

3　结论

经响应面实验分析,利用实验设计软件Design-Expert 8.0.6,采用Box-behnken实验设计法对药膳牛肉丸配方各因素的添加量进行优化,结果表明:三因素对实验影响显著效果顺序为,B(山药泥)>C(薏仁粉)>A(卡拉胶);优化后的最优配方为,以100 g牛肉计,添加卡拉胶0.33 g、山药泥 13.43 g、薏仁粉24.4 g。按此配方生产的药膳牛肉丸经感官评定后得分较高,具有良好的风味、口感和色泽。

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Optimization of formula of the yam and myotonin medicinal beef balls by response surface methodology

LIU Zhe,LUO Ai-ping*,ZHANG Fei,YANG Xiao-zhen,XIA Yi-hang

(School of Liquor and Food Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

The effect of contents yam rhizome,myotonin,carrageenan on the hardness,elasticity and chewiness of yams,myotonin medicinal beef balls was investigated. The effect of yam rhizome puree,myotonin powder and carrageenan on the sensory quality of medicinal beef balls was studied by the response surface analysis. Results showed that the sequence of three significant effect on the test results was Yam rhizome puree>myotonin powder>carrageenan. The process parameters of optimized Yam,myotonin medicinal beef balls were carrageenan of 0.33 g,Yam rhizome puree of 13.43 g,myotonin powder of 24.4 g in terms of beef 100 g. The medicinal beef balls produced according to this formula had good flavor,taste and color.

medicinal beef balls;yam rhizome;myotonin;quality

2015-12-16

刘哲(1989-)，男，硕士研究生，研究方向：畜产品加工，E-mail：liuzwade@sina.com。

罗爱平(1958-)，女，本科，教授，研究方向：畜产品加工研究与开发，E-mail：luoaiping58@126.com。

贵州省科技厅攻关课题(黔科合NZ字[2012]3010号)。

TS251.5

B

1002-0306(2016)13-0127-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.017