烤羊腿过热蒸汽联合红外光波烤制工艺参数优化

潘 腾，孟婷婷，马建荣，王振宇，张德权*

（中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193）

烤羊腿是内蒙古、新疆、青海等地区的传统美食，深受广大消费者喜爱[1]。随着消费者对绿色健康烤肉制品需求的增加[2]，现烤制的羊腿由于其独特的烤制风味而广受消费者喜爱[3-5]，但现烤羊腿因在高温明火条件下长时间烤制，容易产生大量杂环胺[6-7]，长时间食用含杂环胺的烤羊腿会给人体健康带来潜在危害[8]。另一方面，为了延长现烤羊腿的货架期[9]，企业普遍使用高温高压杀菌技术加工生产烤羊腿，导致产品质构松软、缺乏特有风味[10]。因此，产业界亟需一种既能保证烤羊腿的传统现烤风味品质，又能延长其常温货架期的新型烤制技术。Kawahara[11]、Soponronnarit[12]等用过热蒸汽加热猪肉饼，使加热时间缩短60%，出品率提高18.5%。研究表明，与传统的烤制方式相比，由于过热蒸汽加热是在低氧或微氧环境下进行，可显著抑制肉中油脂的氧化[13]，显著减少有害物质的形成[14]。徐文俊[15]、谢建春[16]等研究发现，微波光波组合烤制可有效保留烤羊肉的传统风味。

基于上述研究，如果能够实现红外光波烤制与过热蒸汽的联合烤制，就能充分发挥二者的烤制功效，使产品迅速形成特有的烤制风味[17]。为此，本研究采用过热蒸汽联合红外光波的方法烤制羊腿，通过优化过热蒸汽烤制时间和温度、红外光波烤制时间和温度，分析不同烤制条件下烤羊腿的色泽、风味等品质，得到最佳烤制工艺参数，为烤羊腿工艺技术革新提供新方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

8 月龄舍饲的巴寒杂交羊（内蒙古巴彦淖尔草原宏宝食品股份有限公司养殖场）清真屠宰后胴体排酸24 h，取其右侧前腿牡蛎肉为实验样品。

二氯甲烷、氢氧化钠（均为分析纯）、氨水（分析纯） 北京市通广精细化工公司；甲醇（色谱醇）、磷酸 美国Fisher公司；乙腈（色谱纯） 美国Mreda公司；三乙胺（色谱纯） 天津市光复精细化工有限公司；硅藻土（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；杂环胺标准品：9H-吡啶并[3,4-b]吲哚（9H-pyrido[3,4-b]indole，Norharman）、1-甲基-9H-吡啶并[4,3-b]吲哚（1-methyl-9H-pyrido[4,3-b]indole，Harman）、2-氨基-3甲基咪唑并[4,5-f]喹啉（2-amino-3-methylimidazo[4,5-f]quinoline，IQ）、2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉（2-amino-3,8-dimethylimidazo[4,5-f]quinoxaline，MeIQx）、2-氨基-3,4,8-三甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉（2-amino-3,4,8-trimethylimidazo[4,5-f]quinoxaline，4,8-DiMeIQx）、2-氨基-1-甲基-6-苯基-咪唑并[4,5-b]吡啶（2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine，PhIP）、2-氨基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚（2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole，AaC）、2-氨基-3-甲基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚（2-amino-3-methyl-9H-pyrido[2,3-b]indole，MeAaC）、3-氨基-1-甲基-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚（3-amino-1-methyl-5H-pyrido[4,3-b]indole，Trp-P-2） 加拿大Toronto Research Chemicals公司；Oasis MCX固相萃取小柱 美国Waters公司；Bond Elut空柱 美国Agilent公司。

1.2 仪器与设备

X7-321B烤箱 广东美的厨房电器制造有限公司；DigiEye电子眼 英国Verivide公司；PEN 3.5电子鼻德国Airsense公司；安捷伦1260高效液相色谱仪 安捷伦科技（中国）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 单因素试验设计

1.3.1.1 最佳过热蒸汽烤制温度的确定

向饲养条件、品种和质量一致的羊腿牡蛎肉中添加占羊腿肉质量分数1%的食盐，4 ℃腌制10 h后采用过热蒸汽联合红外光波烤制。过热蒸汽烤制温度选择传统烧烤店常用的200、220、240、260、280 ℃，烤制60 min，再用230 ℃红外光波烤制30 min取出。

烤制结束后采用电子鼻测定产品中的氢化物和广谱醇类含量，电子眼测定亮度值（L*）和红度值（a*），根据综合品质评价模型方程：综合品质得分Y=14.42×广谱醇类含量-4.95×氢化物含量+0.04×a*+0.19×L*-9.70（R2=0.981，P＜0.05），计算出综合品质得分。

测定各温度条件下烤羊腿的杂环胺含量，根据综合加权评分Y=0.7×（综合品质得分/综合品质最高分）×100+0.3×（1-杂环胺含量/杂环胺最高含量）×100，计算综合加权评分，根据评分结果得到最佳过热蒸汽烤制温度。

1.3.1.2 最佳过热蒸汽烤制时间的确定

向饲养条件、品种和质量一致的羊腿牡蛎肉中添加占羊腿肉质量分数1%的食盐，4 ℃腌制10 h后采用过热蒸汽联合红外光波烤制。过热蒸汽烤制时间分别为40、50、60、70、80 min，在最适宜的过热蒸汽烤制温度下进行烤制，再用230 ℃红外光波烤制30 min取出。烤制后的烤羊腿采用1.3.1.1节中的方法进行测定和评价，根据评分结果得到最佳过热蒸汽烤制时间。

1.3.1.3 最佳红外光波烤制温度的确定

向饲养条件、品种和质量一致的羊腿牡蛎肉中添加占羊腿肉质量分数1%的食盐，4 ℃腌制10 h后采用过热蒸汽联合红外光波烤制。用确定出的最佳过热蒸汽烤制温度和烤制时间烤制后，转换为红外光波烤制。选择红外光波烤制温度分别为210、220、230、240、250 ℃，红外光波烤制时间30 min。烤制后的烤羊腿采用1.3.1.1节中的方法进行测定和评价，根据评分结果得到最佳红外光波烤制温度。

1.3.1.4 最佳红外光波烤制时间的确定

向饲养条件、品种和质量一致的羊腿牡蛎肉中添加占羊腿肉质量分数1%的食盐，4 ℃腌制10 h后采用过热蒸汽联合红外光波烤制。用确定出的最佳过热蒸汽烤制温度和烤制时间烤制后，转换为红外光波烤制。选择红外光波烤制时间分别为10、20、30、40、50 min，在最适宜的红外光波烤制温度下烤制。烤制后的烤羊腿采用1.3.1.1节中的方法进行测定和评价，根据评分结果得到最佳红外光波烤制时间。

1.3.2 正交试验设计

根据单因素试验结果确定过热蒸汽烤制温度及时间、红外光波烤制温度及时间范围，采用L9（34）正交试验选择烤制工艺参数，各因素水平如表1所示。以L*、a*、氢化物含量和广谱醇类含量为优化指标，对羊腿烤制的影响因素进行优化，采用多指标正交试验综合品质得分，结合杂环胺含量，得出最优烤制条件范围[18-19]。

表1 过热蒸汽联合红外光波烤制工艺参数因素水平Table 1 Levels of independent variables used for orthogonal array design

1.3.3 理化指标测定

1.3.3.1 电子鼻分析

分别取烤羊腿牡蛎肉2 g，放入电子鼻检测小瓶中，用事先过滤2 针空气的探针开始检测样品，检测共需要270 s，前180 s等待排气，待指针到达180 s时将检测探头迅速插入小瓶中，同时将干燥器针管插入小瓶中。检测60 s后逐个拔出干燥针管和检测探头，感应器W2S和W6S分别对广谱醇类和氢化物敏感[20-21]。广谱醇类和氢化物含量以不同感应器的响应值G/G0表示，每次做3 组重复实验，每只羊腿平行测定3 次，去除异常值，结果取平均值。

1.3.3.2 电子眼分析

用电子眼测定烤羊腿牡蛎肉的颜色。打开DigiEye电子眼，同时打开电子眼设备放入白板，点击拍照校正白板；换入彩板机后点击拍照校正彩板。开始对整只烤羊腿进行拍照，留样保存，选择检测部位，烤羊腿表面L*、a*自动录入[22]。每次做3 组重复实验，每只羊腿平行测定3 次，去除异常值，结果取平均值。

1.3.3.3 杂环胺含量测定

将烤羊腿绞碎，准确称取2 g肉泥，加入2 mol/L NaOH溶液10 mL，用磁力搅拌器均质30 min，然后超声提取30 min，将超声后的混合物与12 g硅藻土充分混合后填入Bond Elut柱中，使填充物均匀，紧实；用80 mL二氯甲烷洗脱，使洗脱液自然流下，待收集的洗脱液通过Bond Elut萃取柱，在最大负压（-34 kPa）下抽真空3 min。将洗脱液通过预先用2 mL二氯甲烷活化的Oasis MCX小柱，待洗脱液完全通过小柱后依次用2 mL二氯甲烷、2 mL 0.1 mol/L HCl-甲醇（40∶60，V/V）、2 mL甲醇及2 mL水淋洗小柱，将杂质洗脱；最后用2 mL 15%氨水-甲醇（15∶85，V/V）将杂环胺洗脱；收集洗脱液，于50 ℃条件下用氮气吹干，再用200 μL甲醇复溶，过0.2 μm滤膜后待用。

色谱条件：安捷伦XDB-C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相：乙腈、0.01 mol/L磷酸-三乙胺缓冲溶液（pH 3.6）[23-24]。

1.4 数据处理

采用SAS 8.0软件对实验数据进行分析，结果均以平均值±标准差的形式记录，采用GLM的Duncan极差法对数据进行方差分析（P=0.05），烤制温度和时间是固定变量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 过热蒸汽烤制温度的选择

表2 过热蒸汽烤制温度对烤羊腿综合品质的影响Table 2 Effect of superheated stream temperature on comprehensive quality of roast lamb legs

由表2可知，在200～260 ℃过热蒸汽烤制温度范围内，随着烤制温度的升高，烤羊腿的综合品质评分也相应增加，烤制温度为240 ℃时评分最高，这是由于烤制温度逐渐升高，烤羊腿逐渐显示出烤制品的特点；随着烤制温度的升高，烤羊腿的氢化物含量逐渐降低，表面色泽红亮，光泽度好，烤香味浓。当烤制温度达到280 ℃时，烤羊腿氢化物含量升高，表面出现焦糊，L*降低。在200～260 ℃烤制温度范围内，随着温度的升高，肉中NH3、H2S等氢化物逐渐挥发，肉中氢化物含量逐渐降低，当温度达到280 ℃时，羊腿表面快速形成“硬壳”，降低了肉中NH3、H2S等氢化物的挥发，从而导致氢化物含量升高，同时肉中引起膻味和焦糊味物质的相对含量增加[25-26]，L*降低。随着温度的升高，样品中杂环胺的种类和含量均增加，其中总杂环胺含量由200 ℃时的16.24 ng/g增加到260 ℃时的56.40 ng/g。当烤制温度为240 ℃时，烤羊腿的综合加权评分最高，即烤羊腿品质最优。

2.1.2 过热蒸汽烤制时间的选择

表3 过热蒸汽烤制时间对烤羊腿综合品质的影响Table 3 Effect of superheated stream time on comprehensive quality of roast lamb legs

由表3可知：过热蒸汽烤制温度为240 ℃，烤制时间40 min时，烤羊腿的综合品质得分较低（6.19），这可能是由于烤羊腿中各种反应尚未完全，风味物质还没有完全释放出来，没有达到烤制品的品质要求；随着烤制时间延长到60 min，烤羊腿表面色泽红棕，烤香味浓郁，无焦糊现象，综合品质评分高达7.83，这可能是由于烤制时间长有利于美拉德反应的进行，赋予羊腿较浓郁的烤香味，烤羊腿逐渐显示出烤制品的特点，进而提高其综合品质评分。烤制时间为40～60 min时，随着烤制时间的延长，肉中NH3、H2S等氢化物逐渐挥发，导致烤制过程中氢化物含量逐渐降低，由烤制40 min时的1.04减少到60 min时的1.01，表面L*由30.02增加至38.55，表面a*由14.68增加至22.31，说明烤羊腿的L*和a*在烤制过程中逐渐提升。烤羊腿的总体品质在烤制60 min时开始下降。烤制70 min时，烤羊腿的氢化物含量由1.01增加至1.02，L*显著降低（P＜0.05），烤羊腿表面色泽越来越暗，并且出现焦糊现象，综合品质评分由7.83降低至5.72，这可能是由于随着烤制时间的延长，美拉德反应初级阶段生成的各种前体物质进一步降解，生成如噻吩、噻唑、吡嗪等杂环化合物[27-28]，进而增加烤羊腿中的异味物质；同时，羊腿肌肉中的蛋白质开始发生碳化反应，导致羊腿色泽变差，进而降低烤羊腿的综合品质评分。随着烤制时间的延长，烤羊腿中杂环胺的种类和含量均增加，当烤制时间延长至60 min时，杂环胺总量可达26.73 ng/g。因此，当烤制时间在60 min时，烤羊腿的综合加权评分最高，即烤羊腿品质最优。

2.1.3 红外光波烤制温度的选择

由表4可知：烤制时间为30 min时，在210～240 ℃烤制温度范围内，随着烤制温度的升高，烤羊腿的综合品质评分由5.61增加至7.17，这可能是由于烤制温度越高，越有利于美拉德反应的进行，进而赋予羊腿较浓郁的烤香味，烤羊腿逐渐显示出烤制品的特点，从而提高其综合品质评分；随着烤制温度的升高，烤羊腿的氢化物含量由1.01减少至1.00，表面L*由最初的29.09增加至37.35，表面a*由15.38增加至24.13，说明较高的烤制温度可以赋予羊腿更好的L*和a*。烤羊腿的总体品质在240 ℃时开始下降，250 ℃时烤羊腿的氢化物含量由240 ℃时的1.00增加至1.03，L*显著降低（P＜0.05），烤羊腿表面色泽越来越暗，并且表面出现焦糊现象，综合品质评分由7.17降低至5.48，说明250 ℃时烤制温度过高，羊腿中的水分含量减少，从而增加了氢化物的相对含量，影响烤羊腿的风味；同时，羊腿中的肌肉蛋白质开始发生碳化反应而出现焦糊现象，导致可食性降低，烤羊腿综合品质评分降低。240 ℃过热蒸汽烤制60 min后，再分别用210、220、230、240、250 ℃光波烤制30 min后，当光波烤制温度逐渐升高时，样品中杂环胺的种类和含量均增加，240 ℃时，杂环胺总含量达到53.14 ng/g。因此，当烤制温度在240 ℃时，烤羊腿的综合加权评分最高，即烤羊腿品质最优。

表4 红外光波烤制温度对烤羊腿综合品质的影响Table 4 Effect of infrared light wave temperature on comprehensive quality of roast lamb legs

2.1.4 红外光波烤制时间的选择

表5 红外光波烤制时间对烤羊腿综合品质的影响Table 5 Effect of infrared light wave time on comprehensive quality of roast lamb legs

由表5可知，在10～50 min烤制时间范围内，随着烤制时间的延长，烤羊腿的风味和色泽品质也相应提高。烤制时间为10 min时，烤羊腿的综合品质评分较低（6.38），这是由于烤制时间较短导致羊腿中的风味物质和各种反应还没有完全表现出来，还没有表现出烤制品的品质特征。随着烤制时间延长到50 min，烤羊腿完全显示出传统烤羊腿应有的表面色泽红棕、烤香味浓郁、无焦糊现象的特点，综合品质评分最高（8.30）。烤制时间由30 min延长至40 min时，随着烤制时间的延长，肉中NH3、H2S等氢化物逐渐挥发，导致烤制过程中氢化物含量逐渐降低。由于肌肉内部水分与脂肪逐渐从内部向外部迁移，导致表面L*由最初的32.07增加至烤制40 min时的38.23，表面a*由15.62增加至22.56，说明羊腿的亮度和红度在烤制过程中逐渐提升。烤羊腿的总体品质在烤制40 min时开始下降，烤制50 min时，烤羊腿的氢化物含量由烤制40 min时的1.01增加至1.05，这是由于羊腿表面形成“硬壳”，降低了肉中NH3、H2S等氢化物的挥发，从而导致氢化物含量升高。烤制50 min时，烤羊腿表面a*显著低于40 min时的a*，这是由于肌肉蛋白质开始发生碳化反应，导致羊腿色泽变差；但烤羊腿的综合品质评分由7.30上升至8.30，这可能是由于随着烤制时间的延长，美拉德反应促进风味物质的生成，赋予羊腿较浓郁的烤香味和较好的色泽[29-30]。在240 ℃红外光波下分别烤制10、20、30、40、50 min后，随着烤制时间的延长，杂环胺含量增加，当烤制时间延长至40 min时，杂环胺总含量高达49.97 ng/g。红外光波烤制时间为50 min时，烤羊腿的综合加权评分最高，即烤羊腿品质最优。

2.2 正交试验结果

2.2.1 正交试验结果及分析

烤羊腿过热蒸汽联合红外光波烤制工艺参数优化的正交试验结果如表6所示。

表6 过热蒸汽联合红外光波烤制羊腿工艺参数的正交试验结果Table 6 Orthogonal array design with experimental results

由表7可知，标准回归系数越大，该因素作用越大。烤制过程中，烤羊腿的综合品质评分所对应的4 个影响因素主次顺序有所不同，D＞A＞C＞B，即红外光波烤制时间对综合品质最为重要，最佳组合为A2B1C2D3。由Pr可以看出，在P=0.05显著水平上，因素D对烤羊腿的综合品质影响极显著（P＜0.01），因素A和C影响显著（P＜0.05）。因此，选择最佳组合为A2B1C2D3。

表7 过热蒸汽联合红外光波烤制羊腿工艺参数正交试验结果的极差分析和方差分析Table 7 Range analysis and analysis of variance for the effect of process parameters on comprehensive quality of roast lamb legs

表8 不同过热蒸汽联合红外光波烤制工艺对烤羊腿杂环胺含量的影响Table 8 Effect of process parameters on the contents of individual and total heterocyclic aminesng/g

由表8可知，在P=0.05显著水平上，因素A对杂环胺总量影响不显著（P=0.070），因素C影响不显著（P=0.052），且因素C在4 个因素中影响最大。

综上所述，确定过热蒸汽联合红外光波烤制羊腿的最佳工艺组合为A2B1C2D3，即过热蒸汽烤制温度240℃、过热蒸汽烤制时间50 min、红外光波烤制温度240 ℃、红外光波烤制时间60 min。由于A2B1C2D3未出现在正交试验中，因此对其进行验证实验。

2.2 验证实验结果

由图1和表9可知，验证组（第10组）烤羊腿与其他9 组烤羊腿的风味物质差异显著。其中，氢化物含量为1.10，广谱醇类含量为1.02，a*为27.92，L*为38.73。通过综合品质评价方程计算出第10组烤羊腿的综合品质评分为9.62，显著高于除第4组以外的其余8 组烤羊腿（表6）。

图1 过热蒸汽联合红外光波烤制正交验证实验中烤羊腿风味物质影响的方差分析Fig.1 Analysis of variance for the effect of process parameters on flavor compounds of roast lamb legs

表9 过热蒸汽联合红外光波烤制正交验证实验中烤羊腿风味物质影响的显著性分析Table 9 Significant test for the effect of process parameters on flavor compounds of roast lamb leg

表10 验证组烤羊腿的杂环胺含量Table 10 Heterocyclic amine contents in validation group

表11 不同正交试验组烤羊腿的综合加权评分Table 11 Comprehensive weighted scores of roast lamb legs in 10 experimental runs from orthogonal array design

由表10～11可知，验证组（第10组）烤羊腿的总杂环胺含量为19.28 ng/g，综合加权评分为87.09 分。故烤羊腿过热蒸汽联合红外光波烤制的最佳工艺组合为过热蒸汽烤制温度240 ℃、过热蒸汽烤制时间50 min、红外光波烤制温度240 ℃，红外光波烤制时间60 min。

3 结 论

通过过热蒸汽联合红外光波烤制烤羊腿的单因素试验和正交试验发现，过热蒸汽烤制对杂环胺有抑制作用，红外光波烤制对烤羊腿的综合品质有改善作用。综合考虑烤羊腿的品质和杂环胺含量，过热蒸汽联合红外光波烤制的最佳工艺参数为过热蒸汽烤制温度240 ℃、过热蒸汽烤制时间50 min、红外光波烤制温度240 ℃，红外光波烤制时间60 min，此条件下烤羊腿的综合品质最优，其中氢化物含量为1.10，广谱醇类含量为1.02，a*为27.92，L*为38.73，杂环胺含量为19.28 ng/g，综合加权评分为87.09 分，属于一级烤羊腿。本研究为实现烤羊腿的绿色制造提供了技术支撑和方法指导。