响应面法优化猪肉肠中食用胶复配配方研究

王新颖，陈炼红，杜荣胜，蔡自建，张 岩，王琳琳,*

（1.西南民族大学食品科学与技术学院，四川成都 610041；2.中农威特生物科技股份有限公司，甘肃兰州 730030；3.西南民族大学畜牧兽医学院，四川成都 610041）

猪肉肠是猪肉原料经腌制、斩拌后与调味料等辅料混合灌肠和熟制等工序加工而成的灌肠类制品，不仅风味独特、营养丰富，而且体积小，便于储藏且携带方便，是深受广大消费者喜爱的猪肉制品之一[1]。然而，在猪肉肠生产加工过程中还存在一些问题，如产品种类少、出品率低、保水性差、弹性差、韧性低及感官品质不佳等。近年来在肉制品加工过程中常适当添加一些不同种类和数量的食用胶，这可在一定程度上改善灌肠类肉制品的品质，增加其弹性和黏合性，并能提高其持水性能和出品率[2]。

食用胶是一类使用非常广泛的胶体类稳定剂，尤其在食品工业较发达的地区食用胶的使用更为广泛。食用胶被应用于各类食品生产加工中，尤其在肉制品中的应用量逐年增加，原因在于食用胶对改善肉制品品质具有重要作用，可提高肉制品的凝胶保水性、改善出油性、增强体系的稳定性，赋予肉制品良好的口感和提高出品率等[3−4]。自然界中食用胶的来源较为广泛，主要包括植物、动物、微生物及海藻等原料。目前，在食品工业中允许使用的食用胶有60 余种，我国允许使用的约有40 种，而常应用于肉制品加工中的食用胶主要有卡拉胶、黄原胶、瓜尔豆胶、魔芋胶、琼脂、明胶和亚麻籽胶等[5−6]。研究指出在肉制品中添加食用胶既能够改善肉制品的风味、颜色、保水率等品质，也能降低生产成本[7]。扶庆泉等[8]发现，在低温火腿中加入卡拉胶，能显著提高产品的感官评分。赵百忠等[9]研究表明，因黄原胶能与水之间相互作用形成很强的凝胶，因而在火腿肠加工过程中添加黄原胶，能使产品具有更好的保水性，还能防止淀粉的回生。赵谋明等[10]研究也表明，在猪肉脯中添加瓜尔豆胶和魔芋胶，不仅能提高猪肉脯的感官品质，还能改善猪肉脯的质构特性。不同种类的食用胶都有其各自的优势与不足，单一添加一种胶对产品品质的影响不及几种食用胶复配使用效果明显，因此在使用过程中常选择几种食用胶以复配形式加入到肉制品当中，以起到优势互补的作用。目前，在肉肠中有关于加入黄原胶、卡拉胶、瓜尔豆胶、魔芋胶等的研究尚有报道[11−13]，而关于亚麻籽胶、瓜尔豆胶和魔芋胶3 种食用胶复配添加到猪肉肠中的研究还尚未见报道。因此，有必要探究上述3 种食用胶复配对猪肉肠品质和出品率的影响，以期为提高肉肠类制品品质和出品率提供数据支持和理论依据。本试验以猪肉肠为研究对象，探究亚麻籽胶、瓜尔豆胶和魔芋胶3 种食用胶复配对猪肉肠出品率、保水率和感官品质的影响，并筛选得到3 种食用胶的最佳复配比例，进而确定猪肉肠最佳制备工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜猪后腿瘦肉和脂肪、食盐、胡椒粉、蔗糖、玉米淀粉、味精、肠衣 东航中心云锦天地超市；亚硝酸盐 河南味之雅食化有限公司；红曲红色素、复合磷酸盐、亚麻籽胶、瓜尔豆胶、魔芋胶 河南万邦实业有限公司。

FA1604N 分析电子天平 苏珀仪器厂；HH-6 型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；DGF-4S 恒温干燥箱 博伟仪器。

1.2 试验设计与方法

1.2.1 猪肉肠基本配方 参考文献[14]的方法，猪瘦肉和脂肪质量比为40:17，冰水占肉总质量的25%；按质量分数添加食盐2%、蔗糖0.6%、胡椒粉0.14%、玉米淀粉8%、复合磷酸盐0.19%、亚硝酸盐0.009%、红曲红色素0.22%、味精0.06%，其中所有配料的添加量均为猪瘦肉、脂肪、冰水总和的质量分数。

1.2.2 猪肉肠加工工艺及操作要点

1.2.2.1 原料修整 按配方准确称取健康新鲜的猪腿肉，将其切成小块。

1.2.2.2 腌制 在称量好的猪肉中按比例加入食盐、复合磷酸盐和亚硝酸盐等搅拌均匀，并腌制过夜。

1.2.2.3 斩拌 将腌制好的猪肉斩拌1 min 再将其他辅料加入后再斩拌3 min，之后再加入已经混匀的亚麻籽胶、瓜尔豆胶和魔芋胶等食用胶和玉米淀粉等混合物继续斩拌2 min，使最终肉糜的温度不高于12 ℃。

1.2.2.4 灌肠 灌肠前需要先将肠衣用温水浸泡30 min，洗净后灌肠，并且用针刺排气。擦干表面水分后，称重。

1.2.2.5 煮制 将称量好的猪肉肠在80 ℃的水浴锅中煮制40 min。

1.2.2.6 保存 将猪肉肠冷却至室温，在4 ℃的冰箱中保存。

1.2.3 响应面试验设计及统计学分析

1.2.3.1 单因素实验设计 对腌制处理后的猪肉肠，分别设计亚麻籽胶添加量为0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，瓜尔豆胶添加量为0.0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%，魔芋胶添加量为0.0%、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%、0.90%的单因素实验并对单因素实验所得产品测定出品率和保水率。当筛选其中一个参数时，其余参数分别设为：亚麻籽胶添加量0.3%、瓜尔豆胶添加量0.9%、魔芋胶添加量0.45%。

1.2.3.2 响应面试验设计 根据单因素实验结果，进行Box-Benhnken 中心组合试验设计，以亚麻籽胶添加量（A）、瓜尔豆胶添加量（B）、魔芋胶添加量（C）三个因素为试验变量，以出品率、保水率和感官评分为响应值设计三因素三水平响应面试验。根据响应面试验设计结果，优化猪肉肠最佳加工工艺条件。响应面试验因素水平编码表如表1所示。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factor and level table of response surface test

1.2.4 测定指标

1.2.4.1 出品率 参照文献[15]方法。把猪肉肠蒸煮冷却至室温后，在4 ℃冰箱中冷却一夜后，吸干样品表面水分和油脂，精确称量的样品质量定义为制品净质量（m1）。猪肉肠灌好后，吸干样品表面水分和油脂后，准确称量的样品质量定义为生质量（m2）。

1.2.4.2 保水率 参照文献[13]方法，并加以修改，先将样品切成5 mm 厚的切片，然后将样品称好质量后放入恒温干燥箱中（m3），设置干燥箱的温度为60 ℃，干燥恒重后称质量（m4），每次取三个平行值计算保水率。

式中：m0为坩埚质量（g）；m3为样品干燥前的质量（g）；m4为样品干燥后的质量（g）。

1.2.4.3 感官评价 感官评价标准参照文献[16]方法，严格按照感官评价要求对猪肉肠进行评价，感官评分计算公式如下。

1.3 数据处理

试验数据用Microsoft 2016 Excel 进行整理，使用origin 8.0 作图，用SPSS 19.0 进行多重比较，用Design Expert 8.05 软件中Box-Behnken 进行试验设计与回归分析，数据采用平均值±标准差（Mean±SD）表示，每个试验重复测定三次。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 亚麻籽胶对猪肉肠出品率和保水率的影响亚麻籽胶因其能较好地提高肉制品的保水性和保油性，并能改善肉制品的感官品质和切片性而被广泛应用于肉制品的生产加工中[17]。由图1可知，亚麻籽胶添加量不同对猪肉肠的出品率和保水性均具有不同影响。其中，随着亚麻籽胶添加量的增加，猪肉肠的出品率整体呈先上升后下降的变化，并在添加量为0.4%时达到最大值96.0%，原因可能是亚麻籽胶与肌肉蛋白之间的相互作用改变了肌肉蛋白的凝胶特性，提高了猪肉肠的持水能力，在肌肉蛋白本身吸水能力的基础之上，进一步吸附了不能被蛋白质网络结构保留的水，减少了蒸煮损失，进而提高了猪肉肠的出品率[18−19]；但并不是亚麻籽胶添加量越高越有利于猪肉肠的出品率，原因可能是过多的食用胶不利于凝胶对水分的吸附。陈志刚等[20]研究也证明，亚麻籽胶可较大程度提高盐水火腿的出品率，与本研究结果一致。同时，当亚麻籽胶添加量为0.4%时，猪肉肠的出品率显著高于其他比例时猪肉肠的出品率（P<0.05）。

图1 亚麻籽胶对猪肉肠出品率和保水率的影响Fig.1 Effect of flaxseed gum on pork sausage yield and water retention rate

随着亚麻籽胶添加量的增加，猪肉肠的保水率整体呈先上升后下降的变化，原因可能是亚麻籽胶的亲水性较强，与淀粉等多糖之间有强烈的相互作用，增强了淀粉等多糖物质与水结合的稳定性，防止了肉制品水分的析出。张晓冬等[21]研究也证明，亚麻籽胶的添加可以提高斩拌型肉肠的保水率，与本研究结果相似。同时，当亚麻籽胶添加量为0.4%时，猪肉肠的保水率高于其他比例时的保水率，但无显著性差异。结合出品率的结果，选择亚麻籽胶添加量0.4%为响应面试验参数。

2.1.2 瓜尔豆胶对猪肉肠出品率和保水率的影响瓜尔豆胶是天然食用胶中黏度最高的一种，具有较好的保水性[22]。由图2可知，随着瓜尔豆胶添加量的增加，猪肉肠的出品率呈先显著上升后缓慢下降的变化，原因可能是瓜尔豆胶属于线性甘露聚糖链带有半乳聚糖支链，稳定性比较强，并能有效提高肉制品的保水性，降低其蒸煮损失，从而提高了猪肉肠的出品率；同时因瓜尔豆胶没有凝胶特性，故在使用时需要注意其使用量，当添加量过大时，会导致肌原纤维蛋白凝胶的形成受阻，从而会降低肉制品的出品率，并提高蒸煮损失率[23−24]。当瓜尔豆胶添加量为0.3%时，猪肉肠的出品率达到最大值96.9%，显著高于未添加瓜尔豆胶猪肉肠的出品率（P<0.05），说明添加瓜尔豆胶可有效提高猪肉肠的出品率，但当瓜尔豆胶添加量高于0.3%时，猪肉肠的出品率则呈缓慢下降变化，并均低于添加量为0.3%时的出品率，说明过多添加瓜尔豆胶反而不利于肉制品的出品率，并不是添加量越大越好。

同时，当瓜尔豆胶添加量为0.3%时，猪肉肠的保水率也达到最大值87.22%，显著高于未添加瓜尔豆胶猪肉肠的保水率（P<0.05），但与其他添加量无显著差异。瓜尔豆胶因其结构具有很强的吸水性，且自身溶胀性也很强，因而在制作肉糜时可直接与相邻的水分子和蛋白质发生相互作用，提高分子间的键合作用，会使肌肉蛋白形成较大有序的空间网络结构，从而提高猪肉肠的保水性；但因其本身不能形成凝胶，过多的添加瓜尔豆胶会阻碍肌肉蛋白凝胶对水分的吸收，从而导致猪肉肠保水率的下降。综上所述，当瓜尔豆胶添加量为0.3%时，猪肉肠的出品率和保水率均最高，并从生产实际出发，选择瓜尔豆胶添加量0.3%为响应面试验参数。

2.1.3 魔芋胶对猪肉肠出品率和保水率的影响 魔芋胶是优质的膳食纤维，有效成分为葡甘露聚糖，具有稳定的乳化性、增稠性和吸水性，在食品加工体系中能使体系中各组分均匀分散，形成稳定的凝胶网络结构[25]。如图3所示，添加不同比例的魔芋胶对猪肉肠出品率的影响无明显规律，但总体呈上升变化，并在添加量为0.75%时达到最大值97.42%，但与其他添加量所制猪肉肠出品率相比无显著差异。

图3 魔芋胶对猪肉肠出品率和保水率的影响Fig.3 Effect of konjac gum on pork sausage yield and water retention rate

同时，随着魔芋胶添加量的增加，猪肉肠的保水率也呈上升趋势，原因主要是魔芋胶的主要成分葡甘露聚糖具有很强的粘性和保水性，可使不能自由流动的水充满在网络缝隙中，另外魔芋胶分子结构中的亲水基团，也可束缚住水分子，避免水分的外流，这与黄明发[26]的研究结果一致。当魔芋胶添加量为0.75%时，猪肉肠的出品率和保水率均达到最大值并高于其他添加量，故选择魔芋胶添加量0.75%为响应面试验参数。

2.2 响应面优化亚麻籽胶、瓜尔豆胶和魔芋胶复配模型建立及参数分析

2.2.1 回归模型建立及其方差分析 在单因素实验基础之上，以亚麻籽胶添加量（A）、瓜尔豆胶添加量（B）、魔芋胶添加量（C）为试验因子进行三因素三水平Box-Behnken 试验设计，以猪肉肠出品率（Y1）、保水率（Y2）和感官评分（Y3）为响应值，得到不同食用胶复配后制品出品率、保水率和感官评分的结果见表2。

表2 Box-Behnken 响应面试验设计结果Table 2 The results of Box-Behnken response surface test design

用Design Expert 软件对上述试验结果进行回归分析，得到猪肉肠出品率、保水率和感官评分的二次回归方程如下：

a.猪肉肠出品率回归方程：

对上述回归模型进行方差分析，并对模型系数进行显著性检验，如表3所示，猪肉肠出品率所建立的回归方程的模型：F值为10.35，P=0.0028<0.01，表明该模型极显著，二次模型的失拟项P=0.2026>0.05不显著。

表3 回归模型的方差分析Table 3 Variance analysis of regression models

b.猪肉肠保水率回归方程：

猪肉肠保水率所建立的回归方程的模型：F值为3.99，P=0.0266<0.05，表明该模型显著，二次模型的失拟项P=0.1506>0.05 不显著。

c.猪肉肠感官评分回归方程：

猪肉肠感官评分所建立的回归方程的模型：F值为6.59，P=0.049<0.05，表明该模型显著，二次模型的失拟项P=0.0742>0.05 不显著。上述三个模型的R2均接近1，说明所得模型预测值与实测值之间具有良好的拟合性，试验误差较小，试验自变量与响应值之间的关系显著，可用于猪肉肠制备工艺参数的预测与优化。

2.2.2 不同试验因素回归模型系数检验 各模型回归系数显著性检验结果见表4，F值和P值用于表征试验因素对响应值影响的程度，F值越大，P越小，说明该因素在方程中的影响越显著[27]。如表4所示，在猪肉肠出品率回归模型中，一次项A（P=0.0018<0.01）、C（P=0.0004<0.01）均对方程的影响极显著，说明亚麻籽胶和魔芋胶对猪肉肠的出品率影响极显著，B（P=0.0197<0.05）对方程影响显著，说明瓜尔豆胶也对猪肉肠的出品率有显著影响，3 个因素对猪肉肠出品率的影响大小排序为C>A>B。交互项AB（P=0.0278<0.05）、AC（P=0.0230<0.05）均对方程有显著影响，说明亚麻籽胶与瓜尔豆胶、亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠的出品率有显著影响，但BC（P=0.7823>0.05）对方程无显著影响，说明瓜尔豆胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠保水率的影响不显著，同时添加瓜尔豆胶和魔芋胶比单独添加其中任意一种时对猪肉肠的出品率都有较大程度提高，但二者之间的交互作用对猪肉肠的出品率无显著影响。

在猪肉肠保水率回归模型中，一次项A（P=0.0297<0.05）对方程的影响显著，B（P=0.3363>0.05）、C（P=0.9287>0.05）对方程均无显著影响，说明亚麻籽胶对猪肉肠保水率有显著影响，3 个因素对猪肉肠保水率的影响大小排序为A>B>C。交互项AB（P=0.0182<0.05）、BC（P=0.0182<0.05）对方程的影响均显著，说明亚麻籽胶与瓜尔豆胶、瓜尔豆胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠的保水率有显著影响，但AC（P=0.4467>0.05）对方程无显著影响，说明亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠保水率的影响不显著，同时添加亚麻籽胶和魔芋胶比单独添加其中任意一种时对均猪肉肠的保水率有较大程度提高，但二者之间的交互作用对猪肉肠的保水率无显著影响。

在猪肉肠感官评分回归模型中，一次项A（P=0.251>0.05）、B（P=0.0565>0.05）、C（P=0.7156>0.05）对方程均无显著影响，说明单独任意添加一种食用胶对猪肉肠感官评分均无显著影响。交互项AB（P=0.0005<0.01）、AC（P=0.0193<0.05）对方程的影响均显著，说明亚麻籽胶与瓜尔豆胶、亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠的感官评分有显著影响，但BC（P=0.6993>0.05）对方程无显著影响，说明瓜尔豆胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠保水率的影响不显著。

2.3 猪肉肠响应面交互作用分析

2.3.1 三个因素对猪肉肠出品率影响响应曲面图分析 对试验自变量亚麻籽胶、瓜尔豆胶与魔芋胶之间的两两交互作用进行分析，得到交互因子的响应面图。等高线和响应曲面反映了两个变量之间的交互作用，以及每个变量水平对响应值的影响程度[28]，响应曲面越陡峭表示该变量对响应值的影响作用越大，响应曲面越缓表明该变量对响应值的影响作用越小[29−30]，由此可知各试验变量及彼此间的交互作用对猪肉肠出品率、保水率和感官品质的影响程度。由图4可知各响应值二次回归方程的响应曲面均随自变量的变化呈现出不同的变化情况。其中，如图4（a）所示，亚麻籽胶与瓜尔豆胶之间的交互作用对猪肉肠的出品率有显著影响，猪肉肠的出品率随着亚麻籽胶添加量的增加呈上升趋势且响应曲面逐渐变陡，随着瓜尔豆胶添加量的增加，猪肉肠出品率整体也呈上升变化，这与表4中猪肉肠出品率回归方程的方差分析结果相一致。同时，如图4（c）所示，亚麻籽胶与魔芋胶之间的相互作用对猪肉肠的出品率也有显著影响。当固定其中一个影响因素水平的情况下，猪肉肠的出品率均分别随着亚麻籽胶和魔芋胶添加量的增加呈上升变化，且亚麻籽胶的影响更为显著。

表4 不同试验因素回归系数检验Table 4 Test of regression coefficients of different test factors

图4 三个因素的交互作用对猪肉肠出品率影响响应曲面Fig.4 Response surface graph of interaction of flaxseed gum,guar gum and konjac gum on pork sausage yield

2.3.2 三个因素对猪肉肠保水率影响响应曲面图分析 如图5（a）所示，亚麻籽胶与瓜尔豆胶之间的交互作用对猪肉肠的保水率也有显著影响。猪肉肠的保水率随着亚麻籽胶和瓜尔豆胶添加量的增加呈逐渐上升趋势且响应曲面逐渐变陡峭，且当亚麻籽胶添加量增加后，曲面变得更加陡峭，说明添加亚麻籽胶对猪肉肠保水率的影响更为显著。如图5（b）所示，亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用形成的响应曲面近似一个平面，等高线近似一条直线，说明亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠保水率的影响不显著。如图5（c）所示，猪肉肠的保水率随着亚麻籽胶与瓜尔豆胶添加量的增加呈逐渐上升趋势且响应曲面逐渐变陡，说明瓜尔豆胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠的保水率也有显著影响。当固定其中一个影响因素水平的情况下，猪肉肠的保水率均分别随着瓜尔豆胶和魔芋胶添加量的增加呈上升趋势，且瓜尔豆胶的影响更为显著，以上分析结果与表4中猪肉肠保水率回归方程的方差分析结果相一致。

图5 三个因素的交互作用对猪肉肠保水率影响响应曲面Fig.5 Response surface graph of interaction of flaxseed gum,guar gum and konjac gum on water retention rate of pork sausage

2.3.3 三个因素对猪肉肠感官评分影响响应曲面图分析 如图6（a）所示，亚麻籽胶和瓜尔豆胶之间交互作用对猪肉肠的感官评分有显著影响。猪肉肠的感官评分随着亚麻籽胶添加量和瓜尔豆胶添加量的增加呈现逐渐上升的趋势且响应面逐渐变陡，原因可能是适当添加亚麻籽胶可以使猪肉肠的硬度降低，从而使其口感有所改善。如图6（b）所示，亚麻籽胶和魔芋胶之间交互作用对猪肉肠的感官评分也有显著影响。猪肉肠的感官评分随着亚麻籽胶添加量和魔芋胶添加量的增加呈上升变化且响应面逐渐变陡，原因可能是亚麻籽胶使产品消除淀粉感且能增强肉肠的咀嚼感，魔芋胶可使肉肠的弹性、切片性、复水性和咀嚼感变得更好，且魔芋胶的凝胶具有协同作用，可使猪肉肠的切片性和弹韧性得到提高，其粘稠性可以防止肉制品中水分的析出，提高猪肉肠的保水性和和黏结力。

图6 三个因素的交互作用对猪肉肠感官评分影响响应曲面图Fig.6 Response surface graph of interaction of flaxseed gum,guar gum and konjac gum on the sensory score of pork sausage

2.4 亚麻籽胶、瓜尔豆胶和魔芋胶最佳复配比例的预测及验证

响应面图形是由亚麻籽胶添加量、瓜尔豆胶添加量和魔芋胶添加量以及猪肉肠的出品率、保水率和感官评分等响应值共同构成的三维网络结构图，在上述响应面模型分析的基础之上，对综合指标的二次回归方程求解，得到3 种食用胶的最佳复配比例为：亚麻籽胶添加量为0.47%、瓜尔豆胶添加量为0.40%、魔芋胶添加量为0.65%，预测所得猪肉肠出品率为98.5%、保水率为90.69%、感官评分为8.39。

为了检验响应面法的可行性以及比较实测值和预测值之间的准确性，并考虑实际生产加工的可操作性，进一步利用最优的预测试验条件（亚麻籽胶添加量为0.50%、瓜尔豆胶添加量为0.40%、魔芋胶添加量为0.65%）对模型进行验证试验，试验重复三次，得到实际猪肉肠的出品率为98.97%、保水率为90.26%、感官评分为8.14，与预测结果的接近度为100.5%、99.53%、97.02%，说明利用响应面法优化猪肉肠中食用胶复配配方工艺参数准确可靠，回归方程能较真实地反映各因素对猪肉肠的影响，可为实际生产提供理论参考。

3 结论

响应面优化试验得到猪肉肠的最佳工艺条件为亚麻籽胶添加量为0.50%、瓜尔豆胶添加量为0.40%、魔芋胶添加量为0.65%，经过三次平行实验，所制产品弹性较好，整体可接受度较高，出品率为98.97%、保水率为90.26%、感官评分为8.14，与模型所预测理论值相接近，说明回归方程能较真实地反映各因素对猪肉肠出品率、保水率和感官评分的影响，具有一定的实践指导价值。亚麻籽胶与瓜尔豆胶、亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用均对猪肉肠的出品率有显著影响；亚麻籽胶与瓜尔豆胶、瓜尔豆胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠的保水率也有显著影响；同时，亚麻籽胶与瓜尔豆胶、亚麻籽胶与魔芋胶之间的交互作用对猪肉肠的感官品质也有显著影响，说明这3 种胶复配后添加到猪肉肠中能够有效提高制品的出品率、保水率和感官品质且效果较好。