涂抹型牛肝酱加工工艺研究

郭宗林，余群力*，韩玲，林梁，张文华，赵索南

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州，730070)2(甘肃祁连牧歌食品工业股份有限公司，甘肃 张掖，734000) 3(中卫市夏华清真肉食品有限公司，宁夏 中卫，751700)4(海北州畜牧兽医科学研究所，青海 海北，810200)

我国是养牛大国，2015年末我国牛存栏数为10 578.04万头[1]。随着我国养牛产业的大力发展，牛副产物产量也逐年增加，在屠宰过程中红白脏器约占畜体重的8.47%[2-3]。牛肝是牛储存养料的重要器官，牛肝中左旋肉碱、牛磺酸、谷胱甘肽、VA、VE及铁的含量非常丰富，VA的含量远超肉、奶、蛋、鱼等制品[4-7]。已有研究表明牛肝中的活性物质具有很重要的生理和保健功能[8-9]。牛肝中糖原和矿物质含量丰富，其蛋白含量与牛肉的蛋白含量接近，且脂肪含量较低[10]。。

目前，国内外对牛肝活性成分研究比较多。例如以牛肝为原料提取左旋肉碱，以牛肝为主要原料提取牛磺酸等[11-13]。而牛肝类食品目前在市场上销售也很少。本研究采用经检疫合格的牛肝，经过一系列加工工艺加工成为牛肝酱，用模糊数学法评判牛肝酱感官品质，并对牛肝酱制作工艺进行优化，为后期牛肝酱的工厂化生产与产品推广提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

牛肝(采至陕西秦宝牧业有限公司)经过检疫合格的牛方可上屠宰生产线。牛肝采集后，将表面脂肪等物质去除，并用保鲜膜将其包裹后，在-20 ℃下冻藏备用。奶粉、大豆蛋白、淀粉、卡拉胶、植物油均为食品级。

胶体磨(JMS-50型)，廊坊市冠通机械有限公司；电子天平(BSA224型)，赛多利斯科学仪器有限公司；组织捣碎机(JJ-2型)，金坛市新航仪器厂；数字式黏度计(NDJ-50型)，上海伦捷机电仪表有限公司；自动凯氏定氮仪(K9840型)，济南海能仪器有限公司；索氏抽提装置(NAI-CCQ-150S型)，上海允延仪器有限公司；旋转蒸发器(RE-52CS型)，郑州市亚荣仪器有限公司；气相色谱-质谱联用仪(Agilent 6890 GC-5973 MSD型)，美国Agilent公司；美的电磁灶(WT2116)。美的集团股份有限公司。

1.2 牛肝酱感官质量评价

挑选30人(男女各15人)作为评价小组，牛肝酱分为5个级别，优，良，中，差，极差。85～100分为优，80～84分为良，75～79分为中，70～74分为差，65～69分为极差。评定标准见表1。

对牛肝酱质量进行评价，因素集U={色泽，凝胶性，涂抹性，质地，滋味}，权重集X={0.15，0.10，0.25，0.25，0.25}。评语集V={优，良，中，差，极差}。第n个因素的为Rn={rn1，rn2，…，rnn}，U被认作为Rn的模糊子集，从因素n到该因素的结果Vn的隶属度用rnn表示，同理可得到其余因素的R集。在得出R和X后，对其进行模糊数学变换:Y=X·R={e1，e2，e3，e4，e5}，分数矩阵由各等级区间的平均数构成，S={92.5，82，77，72，67}，计算可得出各个牛肝酱的最终得分W=Y·S。

表1 感官评价表Table 1 Sensory evaluation table

1.3 工艺优化

1.3.1 单因素试验设计

在牛肝酱加工过程中发现，清洗时间、打浆料液比对牛肝酱感官评分影响很大；不同品质改良剂对牛肝酱的感官评分及黏度影响较大，因此本试验分别考察牛肝清洗时间(1、1.5、2、2.5、3 h)、打浆料液比(3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1)、3种品质改良剂(鸡油、植物油、大豆卵磷脂)(1%、2%、3%、4%、5%)对牛肝酱品质的影响。

1.3.2 牛肝酱配方优化

在前期单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，选取X1(大豆蛋白)、X2(鸡油)、X3(卡拉胶添加量)为自变量，以牛肝酱Y1感官评分、Y2黏度为响应值设计3因素3水平响应面分析试验，试验因素及水平见表2。

表2 Box-Behnken试验因素水平表Table 2 Box-Behnken test factor level table

1.4 营养成分及黏度测定方法

水分含量的测定：参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》；蛋白质含量的测定：参照GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》；脂肪含量的测定：参照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》。NDS-50数字式黏度计 测定牛肝酱的黏度。

1.5 挥发性风味物质测定方法

挥发性风味物质的测定参照马腾臻等[15]方法并略作修改。取5 g牛肝酱置于含有10 g NaCl的15 mL香气瓶中密封后，90 ℃水浴，顶空萃取30 min后，气相色谱—质谱(GC-MS)检测解吸5 min。

GC条件：OV1701色谱柱(50 m×0.2 mm，0.33 μm)；进样口温度220 ℃；升温程序：初温45 ℃保持5 min，以3 ℃/min升至180 ℃，保持5 min；载气(He)流速0.8 mL/min；分流比20∶1。

MS条件：电子轰击离子源；电子能量70 eV；传输线温度180 ℃；离子源温度220 ℃；质量扫描范围m/z50～450。

1.6 脂肪酸测定方法

脂肪酸测定参照AVIS等[14]的方法并略作修改。准确称取3.0 g牛肝酱，转移至含有5 mL 14%的三氟化硼-甲醇溶液的50 mL圆底烧瓶中，经90 ℃回流90 min，冰浴冷却后，转移至50 mL离心管中。加入水和正己烷各9 mL，充分混合后，在常温下以4 000 r/min离心10 min，收集正己烷相，再向离心管中加正己烷8 mL，重复上述步骤2次，将收集液合并。在40 ℃条件下减压旋转蒸发至干后，加入1 mL甲醇后，涡旋至全部溶解，经0.22 μm有机滤膜过滤后，进GC-MS分析。

色谱(GC)条件：DB-23石英毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度250 ℃，升温程序：初温140 ℃，保持4 min，4 ℃min-1升温至230 ℃，保持15 min；载气(He)流速1 mLmin-1；进样量：1 μL，分流比90∶1。

质谱(MS)条件：电子轰击离子源；电子能量70 eV；传输线温度150 ℃，离子源温度230 ℃，扫描范围15～550 m/z，辅助温度230 ℃。

1.6 数据统计分析

采用SPASS 8.5软件进行数据方差分析；响应面试验设计采用Design Expert 8.0进行分析。

2 结果与分析

2.1 牛肝酱感官评分计算示例

以Box-Behnken设计中的1号牛肝酱为例，对其品质进行评定，其结果如表3所示。Y=X·R=(0.15，0.10，0.20，0.25，0.30)。评定结果归一化处理后，可以看出，20.70%的评价员认为是优，33.30%的评价员认为是良，22.60%的评价者认为是中，12.22%的评价者认为差，4.5%的评价者认为是极差。因此1号牛肝酱的最终感官评分W=Y·S=(0.207，0.333，0.220，0.122，0.045)(92.5，82，77，72，67)=73.834

表3 Box-Behnken设计中1号牛肝酱感官评判结果Table 3 Box-Behnken No. 1 brovin liver paste sensory evaluation results

因素权重评分ⅠⅡⅢⅣⅤ色泽与气味0.156(0.200)11(0.367)9(0.300)3(0.300)1(0.033)凝胶性0.19(0.300)8(0.267)9(0.300)3(0.300)1(0.033)涂抹型0.27(0.233)9(0.300)10(0.333)4(0.133)0(0.000)质地0.256(0.200)11(0.367)7(0.233)5(0.167)2(0.067)滋味0.35(0.167)10(0.333)10(0.333)3(0.1)2(0.067)

2.2 牛肝酱制作条件优化

2.2.1 加工工艺条件优化

由图1-A可知，随清洗时间延长，牛肝酱感官评分逐渐增大，这可能由于牛肝中残留的血被洗出，使牛肝酱颜色呈现亮白色，且牛肝酱的肝臭味降低；时间过长，牛肝表层组织松散，并且出现异味，降低牛肝酱的接受度，同时还会延长产品制作时间，故清洗时间为2 h最佳。在图1-B中随着料液比的增大，牛肝酱感官评分先增大后减小，当料液比较低时，牛肝酱呈水滴状，难以涂抹，易扩散，当达到6∶1时，牛肝酱易涂抹且涂层均匀，继续增大发现，涂层均匀，但涂抹困难。故料液比为6∶1最佳。

图1 清洗时间(A)和料液比(B)对牛肝酱感官评分的影响Fig.1 Effect of cleaning time (A) and ratio of water (B) on bovine liver paste

2.2.2 品质改良剂筛选

在图2中，同一条件下，3种品质改良剂(鸡油、植物油、大豆卵磷脂)都不添加时牛肝酱浓稠程度较差，口感、风味较差，但随着3种品质改良剂添加量增加，感官评分均呈现先增加后减少的趋势，而黏度在3种改良剂达到3%时，均已超过20 Pa·s，已经超过了最佳黏度范围。

图2 不同改良剂对牛肝酱品质的影响Fig.2 Effect of different conditioners on the quality of bovine liver paste

植物油和大豆卵磷脂添加量在3%时，牛肝酱的风味一般，且有少量的水渗出。当鸡油添加量在3%时，牛肝酱的感官品质最好，且风味浓郁，这可能是鸡油通过Maillard反应产生浓郁的香气[16]，且口感、凝胶形态和涂抹性俱佳。

2.2.3 牛肝酱配方优化

通过响应面法优化牛肝酱配方。结合相关文献[17-19]并对各因素进行单因素试验，选择大豆蛋白添加量、鸡油添加量、卡拉胶添加量为自变量，以牛肝酱感官评分和黏度值为响应值，进行响应面优化试验。实验方案与结果见表4。

表4 Box-Behnken试验设计及其响应值Table 4 Box-Behnken design matrix and response valuesfor the yieldand purity of phycoerythrin from laver

运用Design-ExpertV8.0软件得出感官评分和黏度与大豆蛋白添加量、鸡油添加量和卡拉胶添加量之间的相互关系。试验所得数据进行二次多元回归拟合后，获得Y1(感官评分)与Y2(黏度)对自变量X1(大豆蛋白添加量)、X2(鸡油添加量)和X3(卡拉胶添加量)的关系为：

(1)

(2)

Y1和Y2方程的有效性利用分析软件进行进一步分析，结果见表5，表6。

表5 牛肝酱感官评分和黏度拟合多元二次方程模型的方差分析Table 5 Analysis of variance for each term in the fitted quadraticpolynomial models for phycoerythrin yield and purity

续表5

模型项目系数评估标准误差方差和均方差F值p值X21Y1-5.9150.356147.315147.315275.686<0.000 1Y2-1.7580.14813.01313.013140.828<0.000 1X22Y1-9.1650.356353.673353.673661.865<0.000 1Y2-2.6330.14829.19029.190315.902<0.000 1X23Y1-9.4900.356379.200379.200709.639<0.000 1Y2-2.7830.14832.61132.611352.921<0.000 1

表6 多元回归模型方差分析表Table 6 Analysis of variance (ANOVA) for the quadratic polynomial models

注：***表示差异极显著，(p<0.01)。

2.2.4 最佳加工条件及验证

运用Design-Expert V8.0软件，得出牛肝酱制作最佳工艺条件。即大豆蛋白添加量(质量分数)为3.3%、鸡油添加量(质量分数)为2.86%、卡拉胶添加量(质量分数)0.19%。在此条件下试验所得牛肝酱的感官评分为91.89分，黏度为18.48 Pa·s。考虑到操作的可行性，最优提取参数调整为大豆蛋白添加量(质量分数)为3.3%、鸡油添加量(质量分数)为2.9%、卡拉胶添加量(质量分数)为0.2%。代入拟合方程，计算得出牛肝酱感官评分为90.63分，黏度为17.67 Pa·s。与理论值非常接近。

2.3 理化成分、挥发性风味物质及脂肪酸含量

目前市售鹅肝酱蛋白含量约为12%，脂肪含量约为30%。本试验所得牛肝酱蛋白质含量比鹅肝酱高约40%，脂肪含量低约60%，这可能与2种产品加工过程中所添加的原料与配料有关。牛肝酱中蛋白质含量高，脂肪含量低，是一种健康营养类食品。

牛肝酱在加工过程中受热产生的挥发性风味物质主要来自于蛋白质、美拉德反应、脂质氧化和硫胺素降解等，其主要产物为醛、酮、烃、酸、醇、羧酸、酯等挥发性香气物质[21]。由表8可知，牛肝酱中共有44种挥发性风味物质被检测，分别为醇类、醛类、烃类、酮类、酸类、酯类、芳香类、醚类。牛肝酱中酸类物质占总挥发性风味物质相对含量最高，达到36.99%，牛肝酱中风味含量最高的为辛酸，达到了11.64%。

表7 牛肝酱理化成分Table 7 Physical and chemical compositions of bovineliver paste

图4 牛肝酱挥发性化合物总离子流图Fig.4 Total ion flow diagram of volatile compoundsin bovine liver paste

表8 牛肝酱风味物质成分Table 8 volatile flavor compounds of bovine liver paste

对于醇类挥发性物质来说由于其阈值较高，总体上对风味贡献不大，除非其浓度较高[22]。牛肝酱中检测出的1-辛烯-3-醇相对含量较大，且阈值较低，对牛肝酱的风味有一定的影响。酯类化合物是由低级饱和脂肪酸和饱和脂肪醇形成的酯，可以赋予产品特殊香气[23]。在牛肝酱中共检测到8种酯类化合物，占总挥发性成分的15.31%。其中癸酸乙酯含量最高达到6.83%。

由表9可知，牛肝酱中共检测出17种脂肪酸。其中饱和脂肪酸(SFA)有7种。15-甲基十五烷比例最大。单不饱和脂肪酸(MUPA)有3种，MUPA中油酸(C18∶1)含量最为丰富，研究表明，MUPA对于预防心血管疾病具有重要意义，特别是油酸，它具有降低人体胆固醇水平的效果，并对预防动脉粥样硬化具有一定效果。多不饱和脂肪酸(PUFA)有7种，以亚油酸(LA)、α-亚麻酸(ALA)和花生四烯酸(AA)的含量较为丰富，分别达到了15.31%、2.51%和1.97%。

表9 牛肝酱脂肪酸组成Table 9 Fatty acid composition of bovine liver paste

3 结论

根据单因素试验得，牛肝酱制作时的工艺条件为：料液比6∶1、清洗时间2 h、品质改良剂选择鸡油。通过Box-Behnken响应面试验设计得到了牛肝酱配料的大豆蛋白、鸡油、卡拉胶最优配比(质量分数)分别为：3.3%、2.9%、0.2%。此条件下，验证实验得牛肝酱感官评分为90.67分，黏度为17.67 Pa·s。通过验证实验所得实际值与模型预测值接近。所得牛肝酱是一种高蛋白低脂肪健康营养类食品；共检测出44种挥发性香气物质，其中以酸类物质含量最高；脂肪酸共有17种，其中饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸含量丰富。