响应面优化黑豆皮膳食纤维鸡肉香肠工艺与品质分析

巫永华，顾冉，滕迎弟，张建萍，张新平，陈尚龙，刘恩岐*，陈罗

(1.徐州工程学院 江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室，江苏 徐州 221018；2.山西省煤炭中心医院 检验科，太原 030006；3.徐州惠农鸭业有限公司，江苏 徐州 221200)

我国的许多发酵肉制品，如传统广式香肠、川式香肠、火腿、腊肉等，大多以猪肉为主要原料制成，但猪肉尤其是肥肉含有大量的油脂，不适合患有高血压等心血管疾病的人群以及健身减脂人群食用[1]。而作为同类型产品，鸡肉制品具有原料产量大且便宜和“三高一低”的营养优势[2]，符合当代社会人们追求低脂摄入、营养均衡的饮食理念。

膳食纤维被誉为“第七大营养素”，能改善膳食结构、调节机体功能、提高人体健康水平，被广泛用于食品加工中，特别是在肉制品的加工中起到改善产品品质和营养价值的作用。孙军涛等[3]研究表明，在香肠中添加5%的豆渣膳食纤维能够改善香肠的质构特性。Eim等[4]采用人工神经网络模型考察胡萝卜膳食纤维在干发酵香肠中的最大添加量，发现胡萝卜膳食纤维的最大添加量为4.9%时，依然能保持干发酵香肠的感官和质量品质。Leonard等[5]研究表明，添加羽扇豆粉可将牛肉香肠的蒸煮损失率从22.70%降至14.30%，并获得更柔软的质地和更高的黏附性，且其外观、香气、风味和总体可接受度等方面与对照组相比没有显著差异。宋玉等[6]研究发现，添加4.2%的竹笋膳食纤维所得的低脂香肠综合品质最佳，不仅能降低产品的脂肪含量，而且能改善其营养和质量品质，表明竹笋膳食纤维可以开发作为脂肪替代品和营养添加剂。

黑豆在我国各地广泛种植，黑豆皮大多作为饲料使用，其潜在价值没有被挖掘出来。从黑豆皮中提取水溶性膳食纤维不仅有利于人们合理补充膳食纤维，改善生活质量，而且能提高黑豆皮资源的附加值，对于黑豆制品加工行业的发展和资源的高效利用具有极其重要的意义。前期研究表明，黑豆皮水溶性膳食纤维具有良好的理化性质，具有应用于食品加工的潜质[7]。本研究采用响应面优化食盐、香辛料、黑豆皮膳食纤维添加量和肥瘦比对鸡肉香肠亚硝酸盐残留量、感官评分和持水力的影响，以获得黑豆皮膳食纤维鸡肉发酵香肠的最佳工艺，并对其品质进行分析。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑豆、鸡肉、肠衣、猪脂肪、食盐、香辛料：购于农贸市场。

复合益生菌发酵剂(含植物乳杆菌、干酪乳杆菌、嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，2000 CFU/g)：江苏昊特食品科技有限公司；苯酚、甲醇、三氨基甲烷：天津市福晨化学试剂厂；3,5-二硝基水杨酸、三氯乙酸：天津市科密欧化学试剂开发中心；考马斯亮蓝：上海源叶生物科技有限公司；浓硫酸：上海伟创化工有限公司，以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

AMG31B-160多功能绞肉机 中山市欧博尔电器有限公司；BGZ-76电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司；DZ600/2L真空包装机 青岛艾讯包装设备有限公司；HH.B11.500-S电热恒温培养箱 上海跃进医疗器械有限公司；723C型可见分光光度计 上海欣茂仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 制作流程

工艺流程：鸡胸肉、猪脂肪预处理→绞肉机绞碎→混合拌料并腌制(加食盐、香辛料、黑豆皮膳食纤维等混合后低温腌制15 h)→添加0.1%的发酵剂→灌肠→恒温发酵(32 ℃发酵48 h)→终止发酵→干燥(70 ℃干燥6 h)→真空包装→杀菌→成品。

1.3.2 黑豆皮膳食纤维的制备

根据前期试验所得的方法制备黑豆皮膳食纤维。

1.3.3 黑豆皮膳食纤维鸡肉发酵香肠的优化

1.3.3.1 食盐添加量对鸡肉香肠的影响

在香辛料添加量4.0%、黑豆皮膳食纤维添加量4.0%、肥瘦比1∶5 (质量比)的条件下，考察不同食盐添加量(0%～4.0%)对发酵鸡肉香肠亚硝酸盐残留量、感官评分、pH值、蒸煮损失率和持水力的影响。

1.3.3.2 香辛料添加量对鸡肉香肠的影响

在食盐添加量2.5%、黑豆皮膳食纤维添加量4.0%、肥瘦比1∶5 (质量比)的条件下，考察不同香辛料添加量(1.0%～7.0%)对发酵鸡肉香肠品质的影响。

1.3.3.3 黑豆皮膳食纤维添加量对鸡肉香肠的影响

在食盐添加量2.5%、香辛料添加量3.0%、肥瘦比1∶5 (质量比)的条件下，考察不同黑豆皮膳食纤维添加量(1.0%～7.0%)对发酵鸡肉香肠品质的影响。

1.3.3.4 肥瘦比对鸡肉香肠的影响

在食盐添加量2.5%、香辛料添加量3.0%、黑豆皮膳食纤维添加量4.0%的条件下，考察不同肥瘦比对发酵鸡肉香肠品质的影响。

1.3.3.5 响应面试验设计

响应面设计因素编码及水平见表1。

表1 响应面设计因素及水平Table 1 The factors and levels of response surface design

1.3.4 指标测定方法

1.3.4.1 感官评定

邀请10名已经修完感官评价课程的学生从形态、色泽、组织、口感等方面对产品进行感官评价。评价前先按表2中的评分依据进行说明。

表2 感官评分依据Table 2 The sensory scoring basis

1.3.4.2 亚硝酸盐残留量的测定

参考国标中盐酸萘乙二胺法测定亚硝酸盐含量，标准曲线方程为y=0.0173x-0.0021(R2=0.999)，计算样品中的亚硝酸盐含量。

1.3.4.3 持水力的测定

参考秦跃奇等[8]的测定方法。先将发酵鸡肉香肠切成小碎丁，直径约1～2 mm，在离心管内添加30%棉花，再称取3 g鸡肉香肠碎丁加入其中，以2000 r/min离心20 min，取出并计算样品的失水量；另取3 g发酵鸡肉香肠的碎丁置于烘箱中于105 ℃烘干至质量不再减少，计算其水分含量。香肠持水力按式(1)计算：

持水力(%)=(C1-C2)/C1×100%。

(1)

式中：C1为香肠总水分含量，%；C2为香肠离心出的水分含量，%。

1.3.4.4 蒸煮损失率的测定

参考王林等[9]的方法。取2.0 g发酵鸡肉香肠碎丁装入蒸煮损失袋中，密封，在80 ℃水浴锅中水浴加热，加热至蒸煮损失袋中样品的中心温度为75 ℃时，取出样品，再把样品放置于干燥器中，等样品冷却至室温以后再使用电子分析天平对其称重。蒸煮损失率按式(2)计算：

蒸煮损失率(%)=(m1-m2)/m1×100%。

(2)

式中：m1为蒸煮前香肠质量，g；m2为蒸煮后香肠质量，g。

1.3.4.5 其他指标的测定

参考杨华等[10]的方法测定游离脂肪酸含量；参照相关国家标准分别测定样品的pH值、蛋白质、过氧化值和挥发性盐基氮含量。

2 结果与分析

2.1 黑豆皮膳食纤维鸡肉发酵香肠工艺的确定

2.1.1 食盐添加量的确定

表3 食盐添加量对鸡肉香肠的影响Table 3 Effect of salt additive amount on chicken sausage

由表3可知，香肠中亚硝酸盐残留量和pH值随着食盐添加量的增加呈现先下降后上升的趋势，当食盐添加量为2.5%时，二者最低，这可能是因为发酵菌降解亚硝酸盐时，适量的食盐会帮助发酵菌形成酸性pH值环境，有助于提高发酵菌的繁殖能力和活性，进而加速亚硝酸盐的降解。但是，食盐添加量大于3%会使鸡肉香肠内的渗透压过大，导致发酵菌细胞失水，影响其数量和活性，使得分解亚硝酸盐的效率下降[11]。同时，食盐添加量在0%～2.5%时，鸡肉香肠的持水力和感官评分逐渐增大，但是，食盐添加量过高或过低会造成鸡肉香肠味道太咸或太淡，感官评分自然就会随之下降。综上，食盐添加量为2.5%左右较为合适。

2.1.2 香辛料添加量的确定

表4 香辛料添加量对鸡肉香肠的影响Table 4 Effect of spice additive amount on chicken sausage

由表4可知，随着香辛料添加量的增加，亚硝酸盐残留量呈现先下降后上升的趋势，在香辛料添加量为3.0%时，亚硝酸盐残留量和pH最低，可能是由于适量添加香辛料有助于阻止亚硝酸盐的形成，而过高的香辛料会抑制发酵菌的生长繁殖和代谢，从而导致其降解亚硝酸盐的速率降低[12]。另外，香辛料的添加量对产品的持水性影响不明显。由于香辛料具有遮盖腥味、提高风味的作用，缺少香辛料的产品腥味较重，而过量的香辛料会遮盖原有的鸡肉自然风味，导致感官评分降低。综上，香辛料添加量为3.0%左右较为合适。

2.1.3 黑豆皮膳食纤维添加量的确定

表5 黑豆皮膳食纤维添加量对鸡肉香肠的影响 Table 5 Effect of black soybean peel dietary fiber additive amount on chicken sausage

由表5可知，黑豆皮膳食纤维添加量对鸡肉香肠的持水力和感官评分有一定的影响，对亚硝酸盐残留量和pH值的影响不明显。感官评分呈现先上升后下降的趋势，超过4.0%的黑豆皮膳食纤维添加量会降低香肠的感官评分，结果与宋玉等报道的相似。综上所述，黑豆皮膳食纤维添加量为4.0%左右较为合适。

2.1.4 肥瘦比的确定

表6 肥瘦比对鸡肉香肠的影响Table 6 Effect of ratio of fat to lean on chicken sausage

由表6可知，肥瘦比对鸡肉香肠感官评分的影响较大，对亚硝酸盐残留量、持水力和pH值无显著影响。肥瘦比为1∶6时感官评分最高，过高或者过低的肥瘦比会导致感官评分不佳，可能是因为脂肪在香肠发酵过程中被分解成了风味物质[13]。当脂肪含量过低时，风味物质缺乏且口感寡淡粗糙；当脂肪含量过高时，口感过于油腻且有悖于低脂香肠的初衷。综上所述，肥瘦比为1∶6左右较为合适。

2.1.5 响应面优化黑豆皮膳食纤维鸡肉发酵香肠制备工艺

根据BBD原理，以感官评分为响应值，选取食盐添加量、香辛料添加量和黑豆皮膳食纤维添加量3个因素进行优化，结果见表7。

表7 响应面试验设计及结果Table 7 The response surface experimental design and results

以感官评分为响应值，利用Design Expert 10.0.4 软件，将表7中试验数据进行统计分析，得到二次多项式回归方程：Y=9.21-0.029A-0.11B-0.39C+0.42AB+0.49AC-0.098BC-0.82A2-0.23B2-1.09C2。

表8 以感官评分为响应值的二次响应面回归模型方差分析Table 8 Analysis of variance of quadratic response surface regression model with sensory score as response value

续 表

由表8可知，感官评分的P<0.0001，表明模型能准确模拟响应值与3个自变量之间的关系。失拟项的P=0.9521>0.05，说明该模型的拟合程度较好，所得试验值与预测值较为接近，可以用该模型来分析和预测黑豆皮膳食纤维鸡肉发酵香肠的制作工艺。一次项C极显著，交互项AB、AC极显著，二次项B2显著，A2和C2极显著。

图1 食盐和香辛料添加量的交互作用对感官评分的影响Fig.1 Effects of interaction of salt additive amount and spice additive amount on sensory score

图2 食盐和黑豆皮膳食纤维添加量的交互作用对感官评分的影响Fig.2 Effects of interaction of salt additive amount and BPDF additive amount on sensory score

各因素之间的相互作用和影响可以通过响应面中曲线趋势的陡峭程度以及等高线图中等高线的密集程度被直观地反映出来，由图1和图2可知，产品的感官评分随着食盐、香辛料和BPDF添加量的增大而增大，到达中心点最高后开始回落。黑豆皮膳食纤维添加量的响应面相对更陡峭，等高线更密集，其次是香辛料添加量，食盐添加量的响应面相对平滑，等高线最稀疏，说明3个因素对产品感官评分影响大小的排序为C>B>A。

2.1.6 最优工艺的确定及验证

运用Design Expert分析软件可知，最佳工艺条件为食盐添加量2.45%、香辛料添加量2.90%、黑豆皮膳食纤维添加量3.90%、肥瘦比1∶6，此模型预测的产品感官评分为9.27分。以响应面优化条件进行3次平行试验，试验所得的产品外形整洁，组织紧密，呈浅红色，口感良好，无异味，感官评分为9.42±0.21，与模型预测结果误差为1.59%，说明该模型能较好地预测产品的感官评分，进一步说明优化的条件可靠。

2.2 黑豆皮膳食纤维鸡肉发酵香肠的理化分析结果

表9 产品的理化分析结果Table 9 The physical and chemical analysis results of products

由表9可知，所得产品中亚硝酸盐残留量为9.77 mg/kg，蛋白质含量为21.20%，过氧化值为0.23 g/100 g，游离脂肪酸为1.30%，挥发性盐基氮TVB为4.36 mg/100 g，pH值为5.18，整体达到了国家对发酵肉制品的品质要求。另外，产品的持水力为94.23%，蒸煮损失率为4.31%，有研究报道认为在肉制品中添加适量的膳食纤维能提高产品的持水力和降低蒸煮损失率[14]。

3 结论

在肉制品中添加一定量的膳食纤维，既能丰富其营养价值，也可以改善肉制品中水分和脂肪与膳食纤维的结合能力，增强了蛋白质的凝胶网络结构，使得产品的蒸煮损失率降低，乳化稳定性和质构特性得以提高[15]。但是，这与所添加的膳食纤维的来源、种类和添加量有关，特别是添加量过高可能会使得产品的整体可接受水平下降。本研究以感官评分为指标，采用响应面法确定了最佳食盐添加量、香辛料添加量、黑豆皮膳食纤维添加量以及肥瘦比。结果表明，黑豆皮膳食纤维发酵鸡肉香肠的最优方案为食盐添加量2.45%、香辛料添加量2.90%、黑豆皮膳食纤维添加量3.90%、肥瘦比1∶6 (质量比)。此条件下所得产品外形整洁，呈浅红色，组织紧密，口感良好，无异味，感官综合评分为9.42分；亚硝酸盐残留量为9.77 mg/kg，pH值为5.18，蛋白质含量为21.20%，游离脂肪酸为1.30%，过氧化值为0.23 g/100 g，挥发性盐基氮TVB为4.36 mg/100 g，持水力为94.23%，蒸煮损失率为4.31%，达到了GB/T 23493-2009《中式香肠》中优级的水平。试验结果为黑豆皮膳食纤维在肉制品中的应用提供了一定的依据，后续将针对纤维对发酵肉制品的乳化性、微观结构和质构特性进行深入研究。