调理牛排腌制液配方的响应面优化及其品质测定

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(锦州医科大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121000)

近年来,牛排因鲜嫩多汁等特点而越来越受到我国消费者的欢迎,消费总量也在逐年增加,但消费的场所以西餐厅为主[1-3]。随着人们生活节奏的加快和消费理念的改变,牛排也渐渐成为家庭餐桌上的新宠,但是牛排的腌制是一个既复杂又专业的过程,这就严重制约了牛排的大众化。然而营养美味、安全卫生、食用方便的调理牛排是很多消费者的需求,所以高品质的调理牛排在我国具有极大的市场消费空间[4-5]。

目前,国内外对调理肉制品的研究属于蓬勃发展阶段,但对调理肉制品尤其是调理牛排的加工工艺、腌制配方优化及品质相关分析的报道却很少。施亚楠等[6]通过单因素实验确定了牛排的最佳工艺,其中主要工艺为排酸嫩化(2～4 ℃吊挂72 h)、生物嫩化(食盐0.4%、木瓜蛋白酶0.08%)、滚揉嫩化(30 min)。张淼等[7]研究了调理牦牛肉经大蒜粉、辣椒粉、鸡粉、姜粉、黑胡椒碎、迷迭香等香料的腌制,将其进行真空包装并在4 ℃条件下保藏,检测细菌总数、pH等指标的变化情况。阮贵萍等[8]将食盐、复合香辛料、料酒添加量作为生鲜调理猪肉配方的3个因素,得出食盐2%、香辛料1%、料酒7%的最优配方,同时在气调包装下观测了其品质指标的变化。Caine等[9]对调理牛排的质构、剪切力和感官特性进行了相关性分析研究。已有研究主要针对猪肉,牛肉等的调理,并未对牛排的腌制液配方进行研究,且在调理牛排的工艺、品质监测等方面也鲜有报道。

本实验以食盐、复合磷酸盐、料酒、木瓜蛋白酶和香辛料为腌料,以牛排的嫩度、保水性和感官品质评分为检测指标,并计算其综合评价指数,在单因素实验的基础上,采用响应面Box-Behnken实验设计对腌制液配比进行筛选和优化,确定调理牛排的腌制液最佳配方。在此条件下对牛排进行腌制并测定其各项品质指标,旨在生产出一款风味优良、口感鲜嫩、营养健康、方便快捷适合工业化生产的大众化优质调理牛排。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛肉(背部最长肌,冷鲜肉)、食盐、料酒、香辛料等调味料 辽宁锦州市大商新玛特超市;木瓜蛋白酶(10万U/g)、复合磷酸盐 齐齐哈尔市鹤润食品原料有限公司;三氯乙酸、盐酸、EDTA、2-硫代巴比妥酸、硼酸等均为分析纯。

BCD-258WLDPN冰箱 海尔集团有限公司;AL204电子天平 上海梅特勒集团;TMS-PRO质构仪 北京盈盛恒泰科技有限责任公司;GG-17索氏提取器 四川蜀牛玻璃仪器;紫外分光光度计 北京中慧天城科技有限公司;C-LM3B数显式肌肉嫩度仪 东北农业大学工程学院;ZHJH-112型垂直流超净工作台 上海智诚分析仪器制造有限公司;WDP-9062电热恒温培养箱 上海安亭科学仪器有限公司;标准型立式压力蒸汽灭菌器 上海博迅实业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 生鲜调理牛排工艺流程 生鲜牛肉(背部最长肌)→修整、切片(约50 mm×50 mm×10 mm)→加料→滚揉(30 min)→腌制(0～4 ℃,静腌15 h)→冷藏保存(0～4 ℃)

1.2.2 腌制液的单因素实验 以食盐、复合磷酸盐、料酒、木瓜蛋白酶、香辛料(经预实验确定:丁香30%、白芷30%、八角15%、小茴香15%、花椒10%)为腌料,综合评价指数为评价指标,进行单因素实验分析,具体实验设计如下。

1.2.2.1 食盐添加量单因素实验 在其他条件不变,料酒添加量为4.0%、木瓜蛋白酶添加量为0.25%、香辛料添加量为0.8%、复合磷酸盐添加量为0.10%时,调整食盐添加量为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,以综合评价指数为评价指标,进行单因素实验分析。

1.2.2.2 复合磷酸盐单因素实验 在其他条件不变,食盐添加量为1.5%、料酒添加量为4.0%、木瓜蛋白酶添加量为0.25%、香辛料添加量为0.8%时,调整复合磷酸盐添加量为0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%,以综合评价指数为评价指标,进行单因素实验分析。

1.2.2.3 料酒添加量单因素实验 在其他条件不变,食盐添加量为1.5%、复合磷酸盐添加量为0.10%、木瓜蛋白酶添加量为0.25%、香辛料添加量为0.8%时,调整料酒添加量为0%、2.0%、4.0%、6.0%、8.0%,以综合评价指数为评价指标,进行单因素实验分析。

1.2.2.4 木瓜蛋白酶添加量单因素实验 在其他条件不变,食盐添加量为1.5%、复合磷酸盐添加量为0.10%、料酒添加量为4.0%、香辛料添加量为0.8%时,调整嫩木瓜蛋白酶添加量为0%、0.125%、0.25%、0. 375%、0.5%,以综合评价指数为评价指标,进行单因素实验分析。

1.2.2.5 香辛料添加量单因素实验 在其他条件不变,食盐添加量为1.5%、复合磷酸盐添加量为0.10%、料酒添加量为4.0%、木瓜蛋白酶加量为0.25%时,调整香辛料添加量为0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%,以综合评价指数为评价指标,进行单因素实验分析。

1.2.3 腌制液配方的响应面优化实验 根据单因素实验结果,选取食盐、复合磷酸盐、木瓜蛋白酶和香辛料的较优范围设计响应面实验,采用Design-Expert8.0.6软件中的Box-Behnken Design(BBD)进行4因素3水平的 Box-Behnken实验,具体见表1。

表1 Box-Behnken响应面实验因素及水平编码表Table 1 Box-Behnken factors and the levels coding of experiment of response surface analysis

1.2.4 调理牛排感官品质评价 调理牛排的感官品质由感官评定小组进行评定,评定小组由11位相关专业人士组成[6]。参照GB/T 22210-2008《肉与肉制品感官评定规范》,一般食品感官品质主要从视觉、嗅觉、味觉几方面进行评价[10],故选取色泽、气味、风味三项为感官评价项,采用评分法进行评定,评分标准见表2[11-14]。

表2 产品感官评定Table 2 Sensory evaluation of products

1.2.5 调理牛排嫩度(剪切力)的测定 参照标准NY/T1180-2006,对牛排嫩度进行测定[15]。

1.2.6 调理牛排保水性(汁液流失率)的测定 参照江富强文献中的方法[16]。

1.2.7 综合评价指数的确定 综合评价指数是指由嫩度(剪切力)、保水性(汁液流失率)、感官品质3项能够评价肉品品质指标拟合而成的一个综合评价指数。综合评价指数权重的确定是采用专家评分的方法,即请专家对3个指标(总和为100分)的重要度进行评分,确定3项指标的权重系数分,具体如表3[10]。

表3 3项指标的专家权重评分结果Table 3 Expert weight score results of the three indexes

由于剪切力与嫩度、汁液流失率与保水性均成负相关,所以选取剪切力值、流失率值的倒数进行正向化处理,无量纲化后得到综合评价指数的具体公式如下:

综合评价指数=0.3×嫩度+0.25×保水性+0.45×感官评分

1.2.8 调理牛排理化指标的测定

1.2.8.1 挥发性盐基氮(TVB-N)值的测定 参照标准GB/T5009.44-2003规定的挥发性盐基氮方法进行测定[17]。

1.2.8.2 硫代巴比妥酸(TBA)值的测定 参考赵建生等文献中的方法[18]。

1.2.9 调理牛排微生物指标的测定

1.2.9.1 菌落总数的测定 参照标准GB/T 4789.2-2008《食品卫生微生物学检测菌落总数规定》规定的方法进行测定[19]。

1.2.9.2 大肠菌群的测定 按照GB/T 4789.3-2008《食品卫生微生物学检测 大肠菌群计数》规定的方法进行测定[20]。

1.3 数据处理与统计分析

实验均重复3次,结果用X±SD表示,采用Excel 2010对数据进行处理,并用SPSS 13.0软件进行方差分析和显著性检验,利用Design Expert 8.0.6软件的Box-Behnken进行响应面设计。

2 结果与分析

2.1 腌制液配方的单因素实验

由图1～图5可以看出,除料酒以外,食盐、复合磷酸盐、木瓜蛋白酶和香辛料均对调理牛排的综合评价指数有很大的影响,随着5种腌料添加量的不断增加,综合评价指数皆为先升高再降低。当食盐添加量为1.5%、复合磷酸盐添加量为0.15%、料酒添加量为4.0%、木瓜蛋白酶添加量为0.25%、香辛料添加量为0.8%时,调理牛排的综合评价指数达到最高,分别为13.02、12.96、11.16、13.22和13.06。由于料酒添加量对调理牛排的综合评价指标影响不是很大,故而选取4.0%为最适添加量,不再进一步进行响应面实验优化。因此选取食盐1.5%、复合磷酸盐0.15%、木瓜蛋白酶0.25%和香辛料0.8%最适添加量作为调理牛排腌制液配方响应面分析实验中的0水平。

图1 食盐添加量对调理牛排综合评价指数的影响Fig.1 Effect of the amount of salt on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图2 复合磷酸盐添加量对调理牛排综合评价指数的影响Fig.2 Effect of the amount of composite phosphate on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图3 料酒添加量对调理牛排综合评价指数的影响Fig.3 Effect of the amount of cooking wine on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图4 木瓜蛋白酶添加量对调理牛排综合评价指数的影响Fig.4 Effect of the amount of papain on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图5 香辛料添加量对调理牛排综合评价指数的影响Fig.5 Effect of the amount of spices on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

2.2 腌制液配方的响应面优化实验

2.2.1 腌制液配方 响应曲面法优化实验的设计方案及结果根据单因素的结果分析,固定料酒的添加量为4.0%,以食盐(A)、香辛料(B)、复合磷酸盐(C)和木瓜蛋白酶(D)的添加量为因素,采用统计软件Design-Expert 8.0.6进行设计的4因素3水平并优化出29组实验的响应面优化实验方案及结果见表4。

表4 Box-Behnken实验设计方案及结果Table 4 Box-Behnken test design and results

2.2.2 腌制液配方模型的建立及显著性检验 利用Design-Expert 8.0.6统计软件对实验数据进行多元回归拟合,得到调理牛排综合评价指数(Y)对食盐添加量(A)、香辛料添加量(B)、复合磷酸盐添加量(C)和木瓜蛋白酶添加量(D)的回归方程为:综合评价指数(Y)=13.10+0.37A+0.40B-0.27C+0.35D-0.092AB+0.43AC-0.38AD+0.37BC-0.16BD+0.41CD-1.95A2-1.70B2-0.99C2-0.64D2。该方程方差分析结果和回归方程系数显著性检验见表5。对该模型进行方差分析,回归方程中各项系数绝对值的大小直接反映各因素对响应值的影响程度[21]。由回归方程中一次项系数可以看出,影响调理牛排综合评价指数的大小依次为:B(香辛料添加量)>A(食盐添加量)>D(木瓜蛋白酶添加量)>C(复合磷酸盐添加量)

表5 回归方程系数显著性检验表Table 5 Significance test table of regression coefficient

注：**为极显著,p<0.01;*为显著,p<0.05。

由表5回归方程系数显著性还可以看出,4个一次项偏回归系数均具有显著性,其中A、B、D的偏回归系数极显著,p值分别为0.0021、0.0013、0.0033,说明食盐添加量、香辛料添加量和木瓜蛋白酶添加量对调理牛排综合评价指数具有极显著的影响;C的偏回归系数显著,p值为0.0171,说明复合磷酸盐添加量对调理牛排综合评价指数具有显著的影响。根据F值可以判断4个因素对综合评价指数的影响为:B>A>D>C,即在调理牛排腌制液配方中香辛料添加量>食盐添加量>木瓜蛋白酶添加量>复合磷酸盐添加量，其所得结果与回归方程中得到的完全一致。二次项偏回归系数都具有极显著性,p值均小于0.01,对综合评价指数具有极显著的影响。交互项中只有AC、AD和CD的p值小于0.05,分别为0.0243、0.0472、0.0321,表明A和C、A和D、C和D的交互性影响显著。

2.2.3 腌制液配方 响应曲面分析图根据回归方程,利用Design-Expert8.0.6软件作响应曲面，分析食盐、复合磷酸盐、木瓜蛋白酶和香辛料添加量的交互作用对调理牛排综合评价指数的影响,其响应曲线如图6～图11所示。

图6 食盐和香辛料对调理牛排综合评价指数影响的响应面Fig.6 Response surface for the effect of salt and spices on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图7 食盐和复合磷酸盐对调理牛排综合评价指数影响的响应面Fig.7 Response surface for the effect of salt and composite phosphate on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图8 食盐和木瓜蛋白酶对调理牛排综合评价指数影响的响应面Fig.8 Response surface for the effect of salt and papain on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图9 复合磷酸盐和香辛料对调理牛排综合评价指数影响的响应面Fig.9 Response surface for the effect of composite phosphate and composite spice on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图10 木瓜蛋白酶和香辛料对调理牛排综合评价指数影响的响应面Fig.10 Response surface for the effect of papain and composite spice on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

图11 复合磷酸盐和木瓜蛋白酶对调理牛排综合评价指数影响的响应面Fig.11 Response surface for the effect of composite phosphate and papain on the comprehensive evaluation index of conditioning steak

比较图6～图11的响应曲面图,由图6可知,综合评价指标随着食盐和香辛料添加量的增加先急剧升高再降低,曲面的弧度较大,说明食盐和香辛料添加量对综合评价指标的影响较大;由图7和图9可知,保持食盐和香辛料的添加量不变,随着复合磷酸盐添加量的不断增加,综合评价指标平缓升高再降低,变化的梯度较小;由图8和图10可知,保持食盐和香辛料的添加量不变,随着木瓜蛋白酶添加量的不断增加,综合评价指标逐渐升高再小幅度下降;由图11可知,综合评价指标随着木瓜蛋白酶和复合磷酸盐添加量的增加平缓升高再降低,曲面明显,有明显的峰值。

2.2.4 调理牛排腌制液最佳基础配方的确定 根据回归模型,通过统计软件Design-Expert 8.0.6求解方程,得到调理牛排最佳的基础腌制液配方为:食盐1.53%、复合磷酸盐0.15%、木瓜蛋白酶0.278%、香辛料0.84%,在上述条件下由响应面模型优化预测得到的综合评价指数为13.1813。为检验模型的可靠性,采用响应面优化的腌制液配方结果,并结合具体实际生产情况,以食盐1.5%、复合磷酸盐0.15%、木瓜蛋白酶0.3%、香辛料0.8%为添加量,经过3次重复实验,实际得到的调理牛排综合评价指数平均值为13.224(剪切力、汁液流失率和感官评分的平均值分别为9.39 N、30.6%和27.5分),与响应面预测理论值13.1813非常接近,说明该方程预测结果与实际结果相符,拟合情况良好,响应面分析所得到的优化模型可信度高、具有很高的实际意义,可以证明响应面法优化调理牛排腌制液的基础配方具有可行性。

3 调理牛排质量指标的测定

3.1 物性指标

调理牛排的物性指标包括嫩度(剪切力)和保水性(汁液流失率),其中剪切力为9.39 N,汁液流失率为30.6%。

3.2 理化指标

调理牛排的理化指标结果具体见表6。由表6可知,挥发性盐基氮为(1.4±0.27) mg/100 g远小于国家标准所规定的检测量,硫代巴比妥酸值为(0.103±0.34) mg/kg,说明脂肪氧化程度很小,由此可知,调理牛排的理化指标良好。

表6 调理牛排的理化指标Table 6 Physicochemical index of prepared steak

3.3 卫生指标

调理牛排的卫生指标结果具体见表7。由表7可知,菌落总数为26 cfu/g小于国家标准所规定的检测量,大肠菌群未检出,表明调理牛排的卫生情况良好,符合国家的相关规定。

表7 调理牛排的卫生指标Table 7 Health index of prepared steak

4 结论

通过单因素实验和Box-Behnken响应面设计优化调理牛排基础腌制液配方,建立并验证了各相应响应值的回归方程及其显著性。以综合评价指数为响应值,确定了最佳腌制液配方:食盐添加量为1.5%,复合磷酸盐添加量为0.15%,料酒添加量为4.0%,木瓜蛋白酶添加量为0.3%,香辛料添加量为0.8%。在此条件下,得出调理牛排的响应值(综合评价指数)为13.224,实际值与理论值误差小于5%,表明所建立的响应面优化模型的可靠性高,在实际生产方面具有可行性。应用此配方腌制的调理牛排色泽鲜亮,口感风味极佳,且营养卫生,是一款适合工业化生产、符合当今社会消费理念的大众化优质调理肉制品,为调理牛排的研制提供了可靠的理论依据,拓宽了牛肉精加工的市场。

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