Box-Behnken设计-响应面法优化明炉烤羊肉串预调理复合腌料配方
2022-03-11孟宇竹雷昌贵鞠慧丽马亚龙
孟宇竹 雷昌贵 鞠慧丽 马亚龙
1.平顶山技师学院 河南平顶山 467000 2.河南质量工程职业学院 河南平顶山 467000
明炉烤羊肉串是风靡我国的一种风味小吃，受到广大人民的喜爱，特别是户外爱好者的喜欢。但往往因烤制技术和户外条件的限制，致使烤出来的羊肉串肉质偏硬，口感达不到消费者的预期效果而影响户外情绪。造成这些问题的主要原因可能是原料肉的部位和品质、腌制过程、烤制过程等环节出现问题。为了迎合消费者需求，开发一种易上手、好操作、口感好的复合预调理腌制料以简化烧烤过程对技术的要求。
近代考古发现表明烤羊肉串在我国出现至少可追溯至1 800年前，马王堆汉墓出土的烤肉用扇子以及《汉代画像全集》中收录的两幅烤羊肉串石刻画像都证明了此事。近年来对烤羊肉串的研究较少，主要集中在烤肉制品中苯并(a)芘含量的检测[1]、多环芳烃检测[2]、杂环胺检测[3]、胆固醇检测[4]、烤制工艺技术对羊肉串感官与营养物质的影响等[5～9]。R.J.Whittington[10](2010)等研究了烤制温度对烤羊腿品质的影响，并筛选了烤制温度条件；O.R.Oltra[11](2014)等研究了葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、肌苷、肌苷单磷酸和腺苷单磷酸与“甜味”、“肉味余味”、“烤羊肉味”、“烤羊肉余味”和消费者对羊肉的喜爱程度；丹麦的L.Duedahl-Olesen[12](2015)等采用加压液相萃取(PLE)、硅胶固相萃取(SPE)、气质联用(GC-MS)、凝胶渗透色谱(GPC)等技术综合检测了烤肉所含的24类多环芳烃；JavierGarcía-Lomillo[13](2017)等研究了红酒渣调味料(RWPS)和高氧气氛对烤肉肉饼中PAHs和HAs生成的影响。但关于烤羊肉串预调理腌制料的研究基本没有。
评价烤羊肉串食用品质的指标主要涉及到硬度、弹性、含水量、氯化钠含量、嫩度、咀嚼性等指标。其食用品质的影响因素包括：(1)原料品种；(2)屠宰和成熟方式；(3)原料新鲜度；(4)腌制(腌料配方、时间)；(5)烧烤条件(如温度、时间、肉块大小)等[14]。本文采用感官评价和嫩度作为主要指标，研究了食盐、玉米淀粉、鸡蛋蛋清粉、谷氨酸钠用量、腌制时间等主要因素对明炉烤羊肉串食用品质的影响。
本文旨在研究明炉烤羊肉串腌制工序中复合腌料配方，以期研制出一种烤羊肉串用预调理复合腌料配方，用于指导消费者通过简单腌制处理即可制作出食用品质较优的烤羊肉串。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
羊肉，市场采购去骨羊排肉；
洋葱粉、鸡蛋蛋清粉，河南万邦实业有限公司；
谷氨酸纳，河南莲花味精股份有限公司；
玉米淀粉、食盐、香辛料(食品级)，均为市场采购。
1.2 仪器与设备
肉嫩度测定仪(配有WBS(Warner-Bratzler Shear)刀具的相关剪切力测定仪，圆形钻孔取样器，恒温水浴锅，热电偶测温仪和真空包装机)，型号Bosin-BS，上海保圣实业发展有限公司；
电子天平，型号BSA224S，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；
红外线测温仪，型号DT-8380，广州铭睿电子科技有限公司；
明炉烤炉，型号规格长×宽为60cm×18cm，市场采购。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
1.3.1.1 明炉烤羊肉串工艺流程
明炉烤羊肉串工艺操作流程示意图如图1。
图1 明炉烤羊肉串工艺流程图Fig. 1 Process flow chart of open-hot-roasted mutton shashlik
1.3.1.2 明炉烤羊肉串操作要点
(1)原料肉选择。
一般以去骨羊肋排肉口感最佳，其次是羊臀腿、背腰的瘦肉，需要剔除影响食用的筋腱、碎骨等，本试验原料均采用去骨羊排肉[3]。
(2)清洗与整理、切块。
用温水将羊肉冲洗干净，先分割成长方肉块，然后切成大小均匀长方形肉块(3cm×1cm×2cm)，备用。
(3)腌制。
将切好的羊肉块放入盆中，加入称量好的预调理复合腌料，腌制30min。由于洋葱可改善明炉烤羊肉串成品感官品质，在腌制时加入适量洋葱粉。
(4)预烤制。
用红外扫描测温仪测试烤炉上温度，当温度上升至170℃时将羊肉串置于烤炉上进行烤制，肉表面颜色泛白时，可进行刷油。
(5)刷油。
使用混合动植物油(羊油∶植物油=1∶3)，均匀刷油，不可过多。
(6)烤制。
将羊肉串间接置于烤炉上，随时翻动，一般5～8min即可完成(烤制过程不能起明火)。
(7)撒调料。
根据工艺或口感需求在烤制过程中可适量的撒入各种调味料。
1.3.2 感官评分
感官评分由7位具有食品科学知识的人员组成感官评分小组，对样品进行评价，感官评分标准参考DB62/T 1325-2005《清真餐饮羊肉产品烤羊肉串》制定，按照GB/T 22210-2008《肉与肉制品感官评定规范》进行感官评价[15～17]，具体见表1。
表1 明炉烤羊肉串感官评价评分标准
1.3.3 嫩度测定
参照农业行业标准NY/T 1180-2006检测。
1.3.4 单因素试验设计
每份羊肉样品500g，按照1.3.1工艺流程操作，将不同配方的预调理复合腌料与50mL纯净水混匀，然后再与切好的羊肉块搅匀腌制，常温下腌制时间30min[18]。以嫩度和感官评价为指标，预调理复合腌料选择食盐、玉米淀粉、鸡蛋蛋清粉和谷氨酸钠添加量进行单因素试验，具体试验设计详见表2。
1.3.5 响应面优化试验设计
本试验采用响应面法中的Box-Behnken试验设计[19]，用以确定影响烤羊肉串预调理复合腌料配方的关键因素和最佳因素水平，并用Design Expert 8.06软件进行试验优化分析。将不同预调理复合腌料配方处理的明炉烤羊肉串，以样品的感官评分和嫩度为评价指标，优化获得最佳明炉烤羊肉串预调理复合腌料配方。试验设计如表3所示。
表3 中心组合试验设计因素及水平
1.4 数据处理
使用excel软件作折线图，采用Design Expert 8.06软件中的Box-Behnken进行中心组合试验设计及数据分析。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 食盐添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响
由图2可知，烤羊肉串感官评分在食盐添加量<2.5%时，随着食盐添加量的增加而上升，当食盐添加量是2.5%，感官评分89.3。当食盐添加量>2.5%时，感官评分呈现下降趋势。这可能是由于食盐添加量为2.5%时咸淡适中，符合大部分人的口味，故而评分最高。烤羊肉串嫩度随着食盐添加量的增加逐渐降低，当添加量>2.5%时，羊肉串的嫩度值变化不大，趋于平稳。嫩度值的变化情况与吴亮亮[20](2016)等研究的结论基本一致，即食盐对肉类可以起到一定的嫩化作用。
图2 食盐添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响Fig. 2 Effects of salt addition on sensory evaluation and tenderness of roasted mutton string
2.1.2 玉米淀粉添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响
由图3可知，当玉米淀粉添加量小于2.4%时，烤羊肉串的感官评分随着添加量的增加呈现快速上升趋势，当玉米淀粉添加量大于2.4%时，感官评分增长缓慢，这说明玉米淀粉添加量为2.4%时，感官评分已达到较佳状态。玉米淀粉添加量对烤羊肉串嫩度的影响与王羽[21](2014)等研究结果基本一致，即淀粉能显著提高烤羊肉串的嫩度[22]。
图3 玉米淀粉添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响Fig. 3 Effects of Corn Starch Addition on Sensory Evaluation and Tenderness of roasted mutton string
2.1.3 鸡蛋蛋清粉添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响
由图4可知，鸡蛋蛋清粉的添加量对烤羊肉串的感官评分影响不大，添加量增大仅使评分略微上扬，当大于0.6%时略有降低。鸡蛋蛋清粉添加量的增加可造成烤羊肉串的嫩度值显著下降，添加量大于0.5%时嫩度值变化趋于平缓。
图4 鸡蛋蛋清粉添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响Fig. 4 Effects of egg white powder addition on sensory evaluation and tenderness of roasted mutton string
2.1.4 谷氨酸钠添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响
由图5可知，烤羊肉串的感官评分随着谷氨酸钠添加量的增加呈缓慢上升趋势，而当谷氨酸钠添加量大于1.1%以后感官评分略有下降。谷氨酸钠添加量对烤羊肉串嫩度的影响与马现永[23](2009)等研究结果基本一致，即谷氨酸钠能提高烤羊肉串的嫩度。
图5 谷氨酸钠添加量对烤羊肉串感官评价和嫩度的影响Fig. 5 Effects of sodium glutamate addition on sensory evaluation and tenderness of roasted mutton string
2.2 Box-Behnken响应面试验结果
2.2.1 回归模型的建立
Box-Behnken设计方案及试验结果见表4。
表4 Box-Behnken设计方案及试验结果
采用Box-Behnken对明炉烤羊肉串预调理复合腌料配方进行响应面法优化，使用Design-Expert 8.06软件对表4的试验数据进行回归分析处理，进而得到嫩度值(R1)和感官评分(R2)回归模型分别为：
嫩度值=34.25-0.26A-0.37B-0.25C-0.17D-0.18AB-0.21AC-0.25AD+0.20BC-0.050BD-0.035CD+0.92A2+0.55B2+0.43C2+0.075D2
(1)
感官评分=90.08+1.76A+2.10B+1.04C-0.28D+0.050AB-0.075AC+0.60AD-0.85BC-0.80BD+0.20CD-2.46A2-3.78B2-0.87C2-1.18D2
(2)
2.2.2 回归模型的方差分析
表5 二次响应面回归模型方差分析
2.2.3 响应面交互作用分析
2.2.3.1 响应面交互作用对烤羊肉串嫩度值的影响
由图6～图11响应面图和等高线图可知，从各因素交互作用对烤羊肉串嫩度值影响可以直观地看出，交互项AC、AD、BC影响均显著，交互项AB、BD、CD影响均不显著，食盐添加量2.4%～2.6%、玉米淀粉添加量2.3%～2.5%、鸡蛋蛋清粉添加量0.4%～0.6%、谷氨酸钠添加量0.9%～1.3%之间时，烤羊肉串的嫩度值最小。
图6 食盐添加量和玉米淀粉添加量交互作用对烤羊肉串嫩度值影响Fig. 6 The interaction of salt addition and corn starch addition on the tenderness of roasted mutton string
图7 食盐添加量和鸡蛋蛋清粉添加量交互作用对烤羊肉串嫩度值影响Fig. 7 The interaction of salt addition and egg white powder addition on the tenderness of roasted mutton string
图8 食盐添加量和谷氨酸钠添加量交互作用对烤羊肉串嫩度值影响Fig. 8 The interaction of salt addition and sodium glutamate addition on the tenderness of roasted mutton string
图9 玉米淀粉添加量和鸡蛋蛋清粉添加量交互作用对烤羊肉串嫩度值影响Fig. 9 The interaction of corn starch addition and egg white powder addition on the tenderness of roasted mutton string
图11 鸡蛋蛋清粉添加量和谷氨酸钠添加量交互作用对烤羊肉串嫩度值影响Fig. 11 The interaction of egg white powder addition and sodium glutamate addition on the tenderness of roasted mutton string
2.2.3.2 响应面交互作用对烤羊肉串感官评分的影响
由图12～图17响应面图和等高线图可知，从各因素交互作用对烤羊肉串感官评分的影响可以直观地看出，交互项BC、BD影响均极显著，交互项AD影响显著，交互项AB、AC、CD影响均不显著，食盐添加量2.4%～2.6%、玉米淀粉添加量2.3%～2.5%、鸡蛋蛋清粉添加量0.4%～0.6%、谷氨酸钠添加量0.9%～1.3%之间时，烤羊肉串的感官评分最理想。
图12 食盐添加量和玉米淀粉添加量交互作用对烤羊肉串感官评分影响Fig. 12 The interaction of salt addition and corn starch addition on the tenderness of roasted mutton string
图13 食盐添加量和鸡蛋蛋清粉添加量交互作用对烤羊肉串感官评分影响Fig. 13 The interaction of salt addition and egg white powder addition on the tenderness of roasted mutton string
图14 食盐添加量和谷氨酸钠添加量交互作用对烤羊肉串感官评分影响Fig. 14 The interaction of salt addition and sodium glutamate addition on the tenderness of roasted mutton string
图15 玉米淀粉添加量和鸡蛋蛋清粉添加量交互作用对烤羊肉串感官评分影响Fig. 15 The interaction of corn starch addition and egg white powder addition on the tenderness of roasted mutton string
图16 玉米淀粉添加量和谷氨酸钠添加量交互作用对烤羊肉串感官评分影响Fig. 16 The interaction of corn starch addition and sodium glutamate addition on the tenderness of roasted mutton string
图17 鸡蛋蛋清粉添加量和谷氨酸钠添加量交互作用对烤羊肉串感官评分影响Fig. 17 The interaction of egg white powder addition and sodium glutamate addition on the tenderness of roasted mutton string
2.2.4 回归模型寻优
利用Design-Expert软件对4因素的模型进行寻优，得到的预调理复合腌料配方为食盐添加量2.59%、玉米淀粉添加量2.48%、鸡蛋蛋清粉添加量0.54%、谷氨酸钠添加量1.16%，进行验证实验，结果嫩度值为34.12N，感官评分为90.5分。与理论值基本接近，说明采用响应面优化预调理复合腌料配方是可行的，有一定的应用价值。
3 结论
本试验通过单因素试验筛选，Box-Behnken设计优化试验配方，采用响应面分析法进行优化明炉烤羊肉串预调理复合腌料配方参数，得到明炉烤羊肉串预调理复合腌料最佳配方为食盐添加量2.59%、玉米淀粉添加量2.48%、鸡蛋蛋清粉添加量0.54%、谷氨酸钠添加量1.16%，采用试验优选出的最佳配方预调理复合腌料处理后，按试验条件烤出来的羊肉串嫩度值高，为34.12N，感官评分为90.5分。说明此配方对于明炉烤羊肉串嫩度和感官品质的提高还是比较显著。
