木瓜蛋白酶嫩化调理猪排工艺条件的优化

柳艳霞，张豪，赵莉君，赵改名，段萍

（河南农业大学食品科学技术学院，河南省肉制品加工与质量安全控制重点实验室，河南郑州 450002）

近年来，随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，消费理念的转变，调理肉制品市场前景广阔[1]。其中调理猪排是以生鲜猪肉为主要原料，切制后添加调味料，经过滚揉、搅拌、调味等工艺加工而成，需在冻藏条件下贮藏、运输及销售，食用前需经二次加工的非即食类肉制品[2]。

调理猪排的食用品质指标主要包括滋味、嫩度、多汁性和气味等，其中肉的嫩度是评价肉制品质量的重要指标，也是消费者最重视的食用品质之一[3]，因此如何提高肉的嫩度是生产加工中的关键技术[4～7]。改善调理猪排嫩度的方法有很多，主要包括物理嫩化法、化学嫩化法和生物嫩化法[8]，国内外科学家们对生物嫩化法中外源酶嫩化法研究较多，尤其以植物性蛋白酶中木瓜蛋白酶为主[9～15]。木瓜蛋白酶主要对肌肉中肌动球蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白组织起作用，既能将肌动球蛋白分解为肌动蛋白和肌球蛋白，又能将肉中结缔组织结构特异性水解，使其变为无定型的肉块，进而提高肉的嫩度，肌动蛋白溶水性较好，使肉的保水性增强[16]。在研究中大多注重木瓜蛋白酶对产品嫩度的影响，往往忽略了处理过程中木瓜蛋白酶可能会使肉中某些蛋白质降解过度，导致肉制品产生苦味等异味[17]，因此限制了酶嫩化技术在企业的应用。

本文以猪后肘肉为原料，研究木瓜蛋白酶添加量、嫩化时间、嫩化温度对调理猪排食用品质的影响，并采用响应面法对木瓜蛋白酶嫩化调理猪排的工艺参数进行优化，使调理猪排嫩度适宜，感官评价较好，且无苦味等异味，旨在为企业调理肉制品生产中酶嫩化技术的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪后肘肉购于郑州市双汇连锁店，质量为32 kg，保存于-40 ℃的冰箱中进行后续实验；食盐、黑胡椒、鸡精粉等购于郑州市丹尼斯超市。

木瓜蛋白酶购于南宁庞博生物工程有限公司，为固体，酶活力为100000 U/g。

1.2 仪器与设备

MODEL235沃-布剪切力仪，英国 G-R Manufacturing公司；TA-XT2i质构仪，英国 Stable Microsystem公司；UV-2600紫外分光度计，岛津企业管理有限公司；ALLEGR A-64A型高速离心机，美国Beckman Coulter公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原料选择→修整→嫩化→注射→滚揉→灌装→静置→冷冻→切片→包装

1.3.2 原料处理

选择新鲜猪后肘肉，去除表面的脂肪和结缔组织，顺着肌纤维方向修整为宽4 cm，厚4 cm，长6 cm的肉块，置于4 ℃的冰箱中备用。

1.3.3 单因素试验

用pH为7.0的磷酸缓冲液分别配制酶活力为50、200、350、500 U/g 的木瓜蛋白酶溶液 100 mL，按照酶嫩化处理方法，每100 g肉注射10 mL，其中所含酶活力大小分别为0.5、2.0、3.5、5.0 U/mL，固定嫩化时间和嫩化温度，考察不同酶的添加量对调理猪排品质的影响；固定酶添加量和嫩化温度，嫩化时间分别为 4、12、20、28 min，考察不同作用时间对调理猪排品质的影响；固定酶添加量和嫩化时间，嫩化温度分别为30、40、50、60 ℃，考察不同温度处理对调理猪排品质的影响。

1.3.4 酶嫩化处理方法

用pH为7.0的磷酸缓冲液配制一定酶活力的木瓜蛋白酶溶液100 mL，将木瓜蛋白酶溶液按每100 g肉注射10 mL的量，均匀注射到肉块中，将肉块放入烧杯中，置于恒温水浴锅内按设定的温度与时间进行嫩化处理，同时做空白对照[18]。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 感官评定

参考张维益等[19]的方法制定了油煎猪排感官评分标准，感官评定人员由15人组成，按表1油煎猪排感官评分标准进行感官评定。

表1 油煎猪排感官评分标准Table 1 Sensory scoring criteria of fried pork chop

1.4.2 剪切力的测定

将平底锅放在电磁炉上，电磁炉烹调模式设定为煎炸模式，温度设定为100 ℃，将食用油铺满平底锅底，等待 3 min，放入调理猪排，同时用秒表计时，每30 s翻面一次，煎制5 min后取出，冷却至室温备用。将煎好的猪排室温下切取 2 cm×0.5 cm×0.7 cm 相同大小的肉块，置于剪切仪上测定结果，测定三次取平均值[20]。

1.4.3 木瓜蛋白酶活力的测定

参照GB/T 23527-2009的方法测定酶活力[21]。

1.4.4 持水力的测定

采用离心法[22,23]称取5.0 g肉样，利用水分测定仪测定肉样含水量。

另外，同等条件下称取5.0 g肉样，用定性滤纸将肉样包裹好，放入50 mL的离心管中(内放有脱脂棉，脱脂棉高度 5.5 cm～6.0 cm)，在转速为 9000 r/min 的离心机中离心10 min后，取出样品，剥去滤纸，再次称重。按下式计算持水力：

1.4.5 质构的测定

将样品切成长、宽、高均为1 cm大小的肉块，采用质构仪TPA模式进行测定[18]。测定参数：探头型号：P50；测定程序：TPA；测前速度：1 mm/s；测试速度：5 mm/s；压缩比：50%。

1.5 数据处理

本实验中采用SPSS 16.0软件对试验结果进行差异显著性分析，采用Design-Expert 6.0软件进行响应面试验设计与分析。

2 结果与讨论

2.1 木瓜蛋白酶添加量对调理猪排品质的影响

木瓜蛋白酶添加量对调理猪排感官评价和品质指标的影响见表2和表3。

由表2和表3可知，随着木瓜蛋白酶添加量的增多，调理猪排的感官评分、持水力呈现先增大后减小的趋势（p＜0.05），剪切力、硬度、弹性、凝聚力和咀嚼性呈现先减小后增大的趋势（p＜0.05），出品率呈现增大趋势（p＜0.05）。其中，木瓜蛋白酶添加量在350 U/g时，调理猪排的感官评价最高，剪切力最小，产品嫩度适宜，滋味最佳。当木瓜蛋白酶添加量为 500 U/g时，肉中蛋白质过度酶解导致产品有苦味，感官评价不佳[23～25]，确定木瓜蛋白酶的适宜添加量为 350 U/g。

表2 木瓜蛋白酶添加量对调理猪排感官评价的影响Table 2 Effect of papain added on sensory evaluation of conditioning pork chop

表3 木瓜蛋白酶添加量对调理猪排品质指标的影响Table 3 Effect of papain added on quality index of conditioning pork chop

2.2 嫩化时间对调理猪排品质的影响

嫩化时间对调理猪排感官评价和品质指标的影响见表4和表5。随着嫩化时间的增大，调理猪排的感官评分呈现先增大后减小的趋势（p＜0.05），剪切力呈现先减小后增大的趋势（p＜0.05），持水力逐渐增大，硬度、弹性、凝聚力、咀嚼性逐渐减小，出品率无明显变化（p＞0.05）。其中，嫩化时间在20 min时，调理猪排的感官评价最高，剪切力最小，产品嫩度适宜，滋味最佳。当嫩化时间大于20 min后，剪切力值变化不显著（p＞0.05），木瓜蛋白酶作用完全[26,27]。确定木瓜蛋白酶的适宜嫩化时间为20 min。

表4 嫩化时间对调理猪排感官评价的影响Table 4 Effect of tenderization time on sensory evaluation ofconditioning pork chop

表5 嫩化时间对调理猪排品质指标的影响Table 5 Effect of tenderization time on quality index of conditioning pork chop

2.3 嫩化温度对调理猪排品质的影响

嫩化温度对调理猪排感官评价和品质指标的影响见表6和表7。

由表6和表7可知，随着嫩化温度的上升，调理猪排的感官评分、持水力、出品率呈现先增大后减小的趋势（p＜0.05），剪切力、硬度、弹性、凝聚力、咀嚼性呈现先减小后增大的趋势（p＜0.05）。其中，嫩化温度在50 ℃时，调理猪排的感官评价最高，剪切力最小，产品嫩度适宜，滋味最佳。当嫩化温度为60 ℃时，肉中蛋白质酶解过度，部分蛋白质变性，保水性下降且肉的完整性被破坏，导致产品有苦味，感官评价不佳[28,29]。确定木瓜蛋白酶的适宜嫩化温度为50 ℃。

表6 嫩化温度对调理猪排感官评价的影响Table 6 Effect of tenderization temperature on sensory evaluation of conditioning pork chop

注：平均值±标准差，同一列英文字母上标不同表示均值之间存在显著性差异（p＜0.05）。

表7 嫩化温度对调理猪排品质指标的影响Table 7 Effect of tenderization temperature on quality index of conditioning pork chop

2.4 响应面试验设计

在单因素试验基础上，根据Box-Behnken中心设计原理，以酶的添加量（A）、嫩化时间（B）、嫩化温度（C）为因素，以调理猪排的剪切力和感官评分为响应值，采用 Design-Expert6.0统计分析软件，进行响应面试验设计。

响应面因素设计如表8所示。

表8 响应面设计因素及水平Table 8 Factors and levels of response surface design

2.5 响应面回归方程的建立及方差分析

在单因素试验基础上，利用Design-Expert 6.0软件按照Box-Behnken原理进行响应面试验设计，试验结果见表 9。调理猪排的剪切力响应面回归模型方差分析结果见表10，由表10可知，酶添加量、嫩化时间、嫩化温度、对剪切力都有极显著影响（p＜0.01），并且都以指数形式影响剪切力（p＜0.01），此外，嫩化温度与嫩化时间之间存在明显的交互作用（p＜0.01），经逐步回归分析，取得最佳二次回归方程（p＜0.01）。

表9 响应面试验设计与结果Table 9 Experimental design and results for response surface analysis

表10 剪切力响应面回归模型方差分析结果Table 10 ANOVA results of shear force response surface regression model

回归诊断表明，取得的回归方程良好，由模型极显 著 （p＜0.01 ）， R²=0.9919 ， Adj.R²=0.9838 和Adeq.Precision=31.80（信噪比）值远大于 4，失拟项不显著（p＞0.05）可知，回归方程拟合度很高，能够很好地对剪切力进行预测。利用 Design-Expert6.0软件对表9得到的数据进行二次多元逐步回归拟合，得到剪切力二次多项回归方程如下：

剪切力=29.28906-0.06471×酶添加量-0.10762×嫩化时间-0.54925×嫩化温度+0.00020×酶添加量×嫩化时间-0.00325×嫩化时间×嫩化温度+0.00009×酶添加量²+0.00545×嫩化时间²+0.00563×嫩化温度²。

调理猪排的感官评分响应面回归模型方差分析结果见表11，由表11可知，酶添加量、嫩化时间、嫩化温度、对感官评分都有极显著影响（p＜0.01），并且都以指数形式影响感官评分（p＜0.01），此外，酶添加量与嫩化温度之间存在明显的交互作用（p＜0.01），经逐步回归分析，取得最佳二次回归方程（p＜0.01）。回归诊断表明，取得的回归方程良好，由模型极显著（p＜0.01 ）， R²=0.9864 ， Adj.R²=0.9758 和Adeq.Precision=29.57（信噪比）值远大于 4，失拟项不显著（p＞0.05）可知，回归方程拟合度很高，能够很好地对感官评分进行预测。利用 Design-Expert6.0软件对表9得到的数据进行二次多元逐步回归拟合，得到感官评分二次多项回归方程如下：

感官评分=-950.64063+2.82600×酶添加量+9.20000×嫩化时间+20.22500×嫩化温度+0.00950×酶添加量×嫩化温度-0.00482×酶添加量²-0.30703×嫩化时间²-0.24150×嫩化温度²

表11 感官评分响应面回归模型方差分析结果Table 11 ANOVA results of sensory evaluation score response surface regression model

2.6 各因素交互作用分析

图1 嫩化温度和嫩化时间对剪切力的影响Fig.1 Effect of tenderization temperature and tenderization time on shear force

图2 酶添加量和嫩化温度对感官评分的影响Fig.2 Effect of enzyme addition and tenderization temperature on sensory score

根据二次多项式回归方程，利用Design-Expert 6.0对表9中的数据进行多元回归拟合，得到各因素交互 作用的响应曲面图，见图1和图2。

由图1可知，在等高线中心区域，剪切力值最低，由中心向边缘逐渐升高。当酶添加量一定时，嫩化温度与嫩化时间交互作用对剪切力值有极显著影响（p＜0.01），响应曲面呈现明显的先降后升的趋势。在一定的嫩化时间下，剪切力随着嫩化温度的升高先下降后上升，在嫩化温度为49.00 ℃时达到最小值；在一定的嫩化温度下，剪切力随着嫩化时间的增加先下降后上升，在嫩化时间为15.02 min时达到最小值。

由图2可知，在等高线中心区域，感官评分最高，由中心向边缘逐渐降低。当嫩化时间一定时，酶添加量与嫩化温度交互作用对感官评分值有显著影响（p＜0.05），响应曲面呈现明显的先升后降的趋势。在一定的酶添加量下，感官评分随着嫩化温度的升高先上升后下降，在嫩化温度为49.00 ℃时达到最大值；在一定的嫩化温度下，感官评分随着酶添加量的增大先上升后下降，酶添加量为339.46 U/g时达到最大值。

2.7 最佳工艺参数确定及验证

通过软件Design-Expert 6.0进行数据分析，以感官评分最高，剪切力适宜为最终评定依据，得到木瓜蛋白酶嫩化调理猪排的最优嫩化工艺条件为木瓜蛋白酶添加量339.46 U/g、嫩化时间15.02 min、嫩化温度49.00 ℃。为了方便实际操作，将实验条件修正为酶添加量 340.00 U/g、嫩化时间 15.00 min、嫩化温度49.00 ℃。选取该组合进行验证试验，试验结果如表12所示，从表中可以看出，剪切力和感官评分的实际值与预测值相对误差分别为2.42%和1.36%。实际值与预测值吻合良好，说明实验得到的模型有效，可以确定该结果为最优结果。与未嫩化的调理猪排相比，剪切力降低了3.26 kg，感官评分增加了27.14，所以木瓜蛋白酶具有很好的嫩化效果，提高了调理猪排的食用品质。

表12 验证试验结果Table 12 Experiment data for test validation

3 结论

本实验采用木瓜蛋白酶对调理猪排进行嫩化处理，确定了木瓜蛋白酶的最适作用条件。在单因素试验的基础上，通过响应面Box-Behnken试验设计，建立了二次多项式数学模型，优化木瓜蛋白酶嫩化调理猪排的最佳工艺条件为酶添加量340.00 U/g、嫩化时间15.00 min、嫩化温度49.00 ℃，在此条件下，调理猪排的剪切力为2.48 kg，感官总分为90.14。通过验证试验，建立的二次多项式数学模型有效，产品嫩度适宜，且无苦味等异味，感官评价较好，这为企业调理肉制品生产中酶嫩化技术的应用提供了理论参考。