原辅料对素食香肠品质的影响及对素食香肠嫩度的主成分分析

叶思源，陈林，陈琪华

(广东工业大学 轻工化工学院，广东 广州，510006)

随着人们物质生活条件日益提升，肉类食品几乎是餐桌上的必需品。但若长期大量食用肉类食品，容易引起高血压、肥胖等不良症状[1]。近年来，素食食品进入了消费者的视野，素食香肠作为一种乳化型香肠受到了关注，它不含有动物脂肪和胆固醇，并且使用的原辅料都是素食材料。但素食香肠的质地控制是生产中关键的一步，植物蛋白没有像肉类蛋白那样具有良好的乳化能力和凝胶特性，不能有效地将物质粘合在一起，同时乳化油脂含量不足，导致素食香肠的结构松散，咀嚼性不足等[2-5]。因此制作品质优良的素食香肠，在食品乳化剂、增稠剂、粘合剂和制作的工艺上都要有改进。植物组织蛋白是常用的高蛋白低脂肪肉类替代品，它具有类似肉的多孔纤维结构，能够模仿动物肉纤维的特性和具有一定的持水持油性和咀嚼性，满足对素食口感的基本需求。而植物拉丝蛋白是通过螺杆挤压技术制成，它的纤维结构分布更加细微规则且均匀，质地更加接近肉的口感，常见的产品为大豆拉丝蛋白(textured fibril soy protein，TFSP)[6]。植物油脂能够提供多汁的口感，改善产品的质构；大豆分离蛋白(soy protein isolate，SPI)不仅能够乳化油脂，还能形成素肉糜凝胶的骨架；淀粉、谷朊粉、胶体等能够起到粘合和乳化作用，提升产品的吸水吸油性；水分的添加能够溶解物质起到乳化的作用，提供汁水性[3,7-8]。

以上物质是素食香肠常用的原料，前期探索发现预乳化油脂制作的素食香肠能够显著提升质构特性，说明原辅料的改变会影响素食香肠的质地，因此原辅料的种类和添加量尤为重要。质构特性和感官评定都能直观反映样品的品质，结合两者的综合分析是研究食品配方的常用方法之一，嫩度是消费者评价肉类产品的一个重要指标，而素食香肠是肉类香肠的替代品，因此嫩度也是重要的指标之一。目前较多文献报道利用剪切力来评价肉类产品的嫩度，而素食香肠的嫩度评价方法较少，需要进一步结合其他质构指标进行全面研究。本文的研究主要涉及原辅料的种类和添加量对素食香肠质构的影响，因此不添加香料等物质，并且通过Warner-Bratzler剪切测试、全质构测试(texture profile analysis，TPA)和感官评定，分析质构特性与感官质构间的关系，同时进行主成分分析方法(principal component analysis，PCA)，以剪切力和质构指标为主，探索建立素食香肠嫩度综合评价模型，结合嫩度评分和感官评定对原辅料最适添加量进行筛选，为后续素食香肠的质构分析、感官评定、嫩度研究以及配方的筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

大豆拉丝蛋白(TFSP，蛋白含量≥65%)，好食在国际素食；大豆分离蛋白(SPI，蛋白含量≥90%)，山东禹王生态食品有限公司；大豆油，益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司；谷朊粉、马铃薯淀粉，河南蜜丹儿商贸有限公司；卡拉胶，上海北连生物科技有限公司；瓜尔豆胶、氯化钾盐，河南万邦实业有限公司；食盐，学校附近超市。

1.2 仪器与设备

THMGH350A绞肉机，广东顺德腾辉电器有限公司；FA25高速剪切分散乳化机，上海弗雷克(FLUKO)科技发展有限公司；FA2204B电子天平，上海天美天平仪器有限公司；ZN28YC808-130电蒸锅，浙江苏泊尔股份有限公司；LSRY0021香肠模具，乐狮居家日用店；TA.XTC-18质构仪，上海保圣实业发展有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 素食香肠的基础配方及制作工艺流程

TFSP能够为素食香肠提供类似肉的咀嚼感，能提高样品硬度，同时有一定的持水持油性。TFSP相对于肉类蛋白，其乳化能力和凝胶能力较弱，虽然大量添加TFSP对样品质构特性有显著的变化，但会影响原辅料形成凝胶的能力，同时口感较粗糙[3,6]。因此本实验选择较低的TFSP添加量进行试验。

素食香肠的基础配方：TFSP 28 g；SPI 37.5 g；乳液275 g，其中SPI 25 g，大豆油100 g，水150 g；谷朊粉40 g；马铃薯淀粉20 g；卡拉胶8 g；瓜尔豆胶8 g；氯化钾盐7.5 g；食盐5 g；TFSP复水量200 g；额外添加水量75 g。

工艺流程如下：

制作乳液

↓

准备素食基底→绞碎→混合搅拌→模具填充→模具包装→蒸煮杀菌→降温冷藏

↑

原辅料

1.3.2 素食香肠的工艺要点

准备TFSP：将TFSP浸泡在充足去离子水中2 h，待其充分膨胀后，挤出多余水分至干基TFSP的3倍为止。

绞碎：将湿基TFSP放入绞肉机内绞碎。

制作乳液：将SPI粉末添加到6倍去离子水中充分混合搅拌，放入4 ℃冰箱中过夜充分溶解，次日添加4倍大豆油充分混合搅拌后，采用高速剪切分散乳化机于10 000 r/min条件下进行剪切3 min，制得乳白色奶油状预乳化油脂。

由图1看出，未预乳化素食香肠的肠体表面较暗且不够平整，而预乳化素食香肠的肠体表面较明亮且较平整，这是因为乳液能保证大量油脂被束缚而不会自由扩散，从而保证蒸煮过程中不形成油斑，且乳液能保证素食香肠结构的稳定性。预乳化素食香肠的切片性对比未预乳化素食香肠已改善很多，说明乳液能够使素食香肠内部结构更加均匀。对比TPA测定前后状态，未预乳化素食香肠结构明显被破坏，而预乳化素食香肠结构几乎没有被破坏，说明乳液能够使素食香肠结构连接稳定，提高内聚性。因此采用预乳化油脂制作素食香肠，结构更结实，口感更类似肉，滋气味更佳，总体可接受性更高。

a-香肠常态；b-香肠切片；c-香肠TPA测定前；d-香肠TPA测定后图1 未预乳化(左)与预乳化(右)素食香肠结构对比Fig.1 Structure comparison of non pre-emulsified (left) and pre-emulsified (right) vegetarian sausages

混合搅拌：将乳液添加到湿基TFSP中进行搅拌后，加入剩余的原辅料充分混合搅拌至黏稠。

填充模具：采用香肠模具将混合均匀的原料进行填充，模具能够保证香肠的长度为(7.5±0.1)cm，直径(1.6±0.1)cm，为了保证香肠填充后结构相对均匀，控制每根质量为(20±0.1)g。

模具包装：为了保证蒸煮过程中外界的水分不进入模具中而被香肠吸入，使用保鲜膜封紧整个模具。

蒸煮杀菌与降温冷藏：将香肠模具放入电蒸锅中，使用水蒸气蒸煮20 min后立刻拿出降温至室温，用保鲜袋打包并放入4 ℃冰箱中冷藏。

1.3.3 原辅料的添加量

设定SPI添加量为0～67.5 g(占总体0%～10.9%，下同)8个梯度；谷朊粉添加量为0～70 g(0%～11.3%)8个梯度；马铃薯淀粉添加量为0～70 g(0%～11.5%)8个梯度；乳液添加量为55～440 g(16.2%～60.7%)8个梯度；额外水添加量为0～175 g(0%～26.5%)8个梯度。除了研究对象外，其余含量与1.3.1的基础配方一致。

1.3.4 蒸煮损失率的测定

参考钱毅玲等[9]的方法，将4 ℃冷藏过夜的素食香肠取出，擦除附在表面的多余水分后进行称重，此时失去的质量占原质量(每根香肠初始质量为20 g左右)的百分比即为蒸煮损失率。每组样品做3次平行实验。

1.3.5 Warner-Bratzler剪切测试

对比Y/T 1180—2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》相关内容，由于素食香肠本身质地较软，因此采用轻质切刀测定剪切力，并且该方法在本食品科研团队前期研究中重复性较好、稳定性较高。将冷藏一夜后的素食香肠对齐探头中间位置放置在质构仪平台上，使用TA/LKB轻质切刀测定其剪切力，数值为轻质切刀剪切素食香肠的最大力值。设定参数为：测试前速度1.00 mm/s，测试速度0.80 mm/s，测试后速度0.80 mm/s，目标数值70%，触发力5.00 gf。每组样品做3次平行实验。测试示意图如图2所示，a点对应的纵坐标值为剪切力值。

图2 TFSP素食香肠剪切质构特征曲线Fig.2 Shear texture feature curve of TFSP vegetarian sausages

1.3.6 全质构测试(texture profile analysis，TPA)

TPA是测试探头进行2次压缩，全面模拟人口腔咀嚼食品的一种测试方法。将冷藏一夜后的素食香肠切成2 cm长度对齐探头中间位置放置在质构仪平台上，使用TA/36柱形探头测定其硬度、咀嚼性、黏性、内聚性、弹性。设定参数为：测试前速度3.00 mm/s，测试速度1.00 mm/s，测试后速度1.00 mm/s，目标数值50%，时间2.00 s，触发力5.00 gf。每组样品做3次平行实验。测试示意图如图3所示。

图3 TFSP素食香肠的TPA测定曲线Fig.3 TPA test curve of TFSP vegetarian sausages

1.3.7 感官评定

感官评定小组由本食品科研团队8名成员组成(年龄分布为22～40岁，男生女生各4名)，并接受评定前的培训，要求评定人员在评定前一段时间内不得食用对味觉产生较大影响的食物。同时评价人员之间不得进行交流，独立完成，在评定不同素食香肠前要用清水漱口。

结合SB/T 10279—2017《熏煮香肠》感官标准、赵改名等[10]的感官评定方法与丁武等[11]的嫩度评定方法，稍作修改，感官评定成员参照表1与表2的评价内容和评价标准对素食香肠的感官质构、滋气味、总体可接受性进行评价。每组样品做3次平行实验，根据成员各项打分，得出平均分。

表1 素食香肠的描述型评定Table 1 Descriptive evaluation of vegetarian sausages

续表1

表2 素食香肠的喜爱型评定Table 2 Favorite evaluation of vegetarian sausages

1.3.8 数据分析

采用SPSS 21.0分析软件对结果进行显著性分析、相关性分析、主成分分析等，采用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 原辅料添加量的测定结果

将W-B剪切测试、全质构测试和感官评定结果进行分析得出表3、表4。从表3可知，质构仪测定指标与感官质构特性指标数值间均存在极显著正相关，说明W-B剪切测试和TPA质构测试能够明显准确测试出素食香肠的质构特性，模拟人口腔咀嚼。

表3 质构与感官质构的相关性Table 3 Correlation between texture and sensory texture

表4 原辅料添加量与测定指标间的相关性Table 4 Correlation between raw materials addition and measurement index

从表4可知，原辅料种类及添加量的改变，共有26组数据呈现极显著水平(即P<0.01，下同)。谷朊粉与马铃薯淀粉的增加能够极显著降低样品的蒸煮损失率，说明它们有良好的水合作用，能够保持素肉中水油物质的稳定。SPI、谷朊粉与马铃薯淀粉的增加均能极显著提升样品的剪切力、硬度、咀嚼性和弹性，说明这些物质能够改变样品的质地和结构，与蛋白质聚集形成素肉凝胶的骨架结构，大大地提升样品的质构特性。乳液与水的增加会极显著降低这些指标，乳液有很强的持水持油能力，但大量添加乳液的同时，水的含量也会增加，会使样品存在大量的水油物质，且TFSP、谷朊粉等素食品原料本身的持水持油能力有限，不能与足够多的乳液进行结合，因此导致结构的软烂，口感油腻；水的大量添加同样也会使样品存在大量的水分，甚至游离水较多，也会导致样品软烂黏稠。

从原辅料种类来看，SPI、谷朊粉与马铃薯淀粉的增加均与样品质构指标呈现正相关(除了谷朊粉的黏性指标)，乳液与水的增加则呈现负相关，由此可以看出各原辅料的种类及添加量对样品质构具有一定程度的改变。合理选择原辅料及确定添加量对素食香肠的品质具有很大影响，因此要进一步对结果进行分析。

2.2 影响素食香肠嫩度指标的相关分析

肉的嫩度直接影响着肉制品的品质，是重要的指标之一。而素食香肠是替代肉香肠的产品之一，优良的素食香肠产品也不能忽视嫩度这一重要指标，这也是配方选择的重点考量对象，因此需要对质构数据进行全面分析，研究质构数据与嫩度之间的关系。

主成分分析方法是将多个原来的相关指标转化成少数相互无关的综合指标，从而实现降维达到更直观的评价效果，提升结果准确性的方法，因此将采用主成分分析方法来对素食香肠嫩度进行综合评价。

由表5可知，5种不同原辅料且添加量不同的情况下，素食香肠嫩度指标中，除了蒸煮损失率指标外，其余指标之间都呈现极显著相关性。可以发现蒸煮损失率对素食香肠各指标没有太大的相关性，而对于众多的肉类食品，蒸煮损失率可极大地影响其他质构指标，原因可能是在肉类香肠中，起持水作用的主要结构单位是肉糜凝胶网络，肉蛋白会因为自身的水油损失导致凝胶形成能力下降，因此蒸煮损失率的变化意味着肉糜凝胶结构发生变化，对其质构特性必然有显著影响。然而在TFSP素食香肠配方中，添加了TFSP、SPI、谷朊粉、马铃薯淀粉和乳液，这些原辅料都具有很强的持水持油性，即使素食香肠基质网络结构发生变化，它们本身也可起到良好的持水持油作用。由此可见，由于素食香肠的原辅料与肉类香肠不同，素食香肠蒸煮损失率的变化不能准确反映该类产品品质的变化。因此下一步素食香肠主成分分析方法不必考虑蒸煮损失率这一指标。

表5 测定指标间的相关矩阵Table 5 Correlation matrix between measurement index

2.3 主成分分析

使用SPSS 21软件对6项质构指标数值进行KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)检验和Bartlett’s球状检验，得出KMO值>0.6，Sig值<0.05，证明6项质构指标进行主成分分析能够得到比较理想的结果，参考万红兵等[12]的嫩度分析方法进行主成分分析[13-14]得出表6(截取部分结果)、表7结果。

由表6可知，主成分1、2的方差贡献率分别为66.616%、21.103%，根据累计方差贡献率≥85%的标准，主成分1、2基本涵盖了原有质构指标的大部分信息，且它们之间相互独立不影响，因此将素食香肠嫩度综合评价的主成分数定为2，即将6项指标降维为2项综合指标。

表6 相关矩阵的特征值Table 6 Eigenvalues of the correlation matrix

由表7可知，剪切力X1、硬度X2、咀嚼性X3、内聚性X5和弹性X6对主成分1有主要的正向影响，并且前3个值占到了前三的贡献度，因此将主成分1定义为素食香肠的咀嚼特性；黏性X4对主成分2有主要的正向影响，因此将主成分2直接定义为素食香肠的黏性。

表7 成分矩阵Table 7 Component matrix

主成分1、2由软件计算得出每项成分得分矩阵，即(1)(2)式中的具体数值，确定主成分1、2与素食香肠嫩度指标之间的线性关系，同时以主成分1、2的方差贡献率作为嫩度的综合评价函数，如公式(1)～公式(3)所示：

Y1=0.268X1+0.278X2+0.296X3-0.301X4+0.145X5+0.202X6

(1)

Y2=-0.101X1-0.140X2-0.163X3+1.075X4+0.124X5-0.032X6

(2)

Y=75.808%Y1+11.911%Y2

(3)

式中：Y1，主成分1成分分数；Y2，主成分2成分分数；X1～6，对应质构指标数值；Y，素食香肠嫩度的综合得分。

2.4 原辅料对素食香肠嫩度的综合评价及原辅料添加量的筛选

将降维后的质构结果坐标点作于图4，该图为中心点局部图，部分坐标点位于图外，由于添加量过高，不符合实际生产添加需求而不展示。由图4看出，SPI、谷朊粉和马铃薯淀粉的添加量质构结果点大多在主成分1和主成分2上的总体变化分布比较均匀，说明它们对咀嚼性质和黏性有较大的影响。乳液的添加量质构结果点在主成分1上的变化分布比较宽，说明乳液在很大程度上影响咀嚼性质，而水的添加量质构结果点在主成分1和主成分2上的总体变化分布比较扩散，说明额外水的添加在很大程度上影响咀嚼性质和黏性。因此合适的添加量尤为关键，此时将素食香肠嫩度的综合得分(组内排名)与喜爱型评分进行比较分析。

图4 主成分分析结果散点图Fig.4 Scatter plot principal component analysis result

由于各指标数值的单位不一致，因此需要对数据进行标准化后再代入公式(1)(2)(3)中得出嫩度综合得分，见图5，并且将喜爱型评定分数列入图5进行对比。在图5-a中，嫩度综合得分随着SPI添加量的增加呈现总体先下降后上升的趋势，滋气味得分和总体可接受性得分同时处于上升的趋势。当添加量位于47.5～67.5 g时，嫩度综合得分明显上升后趋于平缓，3种得分曲线也处于平缓上升趋势。为了避免其他原辅料相互作用时粉质感明显，造成口感的干涩，SPI最适添加量为57.5 g(占总体9.9%，下同)。

在图5-b中，3种得分曲线随着谷朊粉添加量的增加总体处于上升的趋势。当添加量处于40和60 g时，3种得分曲线前后变化不大，50 g时滋气味反而稍微下降，但考虑40 g时谷朊粉已经满足了改变质构的需求以及起到了良好的保水保油作用，因此谷朊粉最适添加量为40 g(8.8%)。

在图5-c中，3种得分曲线随着马铃薯淀粉添加量的增加总体处于上升的趋势。在添加量处于40～60 g时，3个值都上升后趋于平缓，说明此时素食香肠质地得到了明显改善，满足了一定的口感需求，同时马铃薯淀粉起到了一定的凝胶作用，而添加过多导致粉质感明显，因此马铃薯淀粉的最适添加量为50 g(8.5%)。

在图5-d中，嫩度综合得分随着乳液添加量的增加而下降，滋气味得分与总体可接受性得分同时处于先升后减的趋势。虽然乳液添加量为55 g时嫩度综合得分最高，但是此时的滋气味得分与总体可接受性得分并没有添加量为110 g时高，说明一定量的乳液能够保证素食香肠口感以及汁水性，太软或太硬都会造成质地不符合口感的要求，因此乳液的最适添加量为110 g(27.8%)。

a-SPI添加量；b-谷朊粉添加量；c-马铃薯淀粉添加量；d-乳液添加量；e-水添加量图5 嫩度综合得分及喜爱型评价得分Fig.5 Tenderness comprehensive score and favorite evaluation score

在图5-e中，除了嫩度综合得分最后稍微上升，3种得分曲线几乎都呈现下降趋势。水添加量为25 g时，能在保证素食香肠嫩度的同时提升口感，不额外添加水会导致素食香肠结构的散烂，而过多的水会造成游离水偏多，使素食香肠的质地变软而黏稠，合适的水量能够使其他原辅料形成乳化凝胶的同时，保证一定的汁水性，因此额外水的最适添加量为25 g(4.9%)。

以上单因素筛选结果均考虑后续素食香肠生产中各原辅料间的复配研究、相互影响以及口感。可以看出SPI、谷朊粉与马铃薯淀粉的添加量不是越多越好，虽然能得到更高的嫩度值(或质构指标)，但考虑各原辅料间的相互影响后，若干基的添加量太高，会造成素食香肠水分不足，并且质地坚硬而难咀嚼，各原辅料间也会由于添加量太大而不能形成良好的凝胶结构和蛋白质骨架。乳液、额外水的添加量也不是越低越好，湿基的合适添加能够为素食香肠提供良好的汁水性，也能使干基物质更好地形成凝胶结构物质，保证油脂含量损失较少。

3 结论

本文的研究主要涉及原辅料的不同添加量对素食香肠质构的影响，并且通过剪切力测定、质构测定、感官评定以及主成分分析方法，建立素食香肠嫩度综合评价模型，筛选原辅料最适添加量。结论如下：

(1)质构仪测定指标与感官质构特性指标数值间均存在极显著正相关，可表征素食香肠的剪切力、硬度、咀嚼性等各项指标，说明W-B剪切测试和TPA质构测试能够明显准确测试出素食香肠的质构特性，模拟人口腔咀嚼。

(2)素食香肠质构指标主成分分析得出主成分1(咀嚼特性)和主成分2(黏性)，建立素食香肠嫩度综合评价函数。结合素食香肠质构特性的变化，主成分分析以及喜爱型评价得分，综合考虑后续素食香肠生产中各原辅料间的复配研究、相互影响以及口感，得出SPI、谷朊粉、马铃薯淀粉、乳液和额外水的最适添加量分别为57.5(9.9%)、40(8.8%)、50(8.5%)、110(27.8%)和25 g(4.9%)。

(3)研究结果建立了素食香肠嫩度综合评价模型，主成分分析方法证明素食香肠的嫩度评价不仅与剪切力有关，还与质构特性有关，两者结合能更好地综合分析素食香肠的嫩度，而不能仅把剪切力作为唯一主要评价指标。

(4)质量优良的食品，它的实际口感与接受度更为重要，与肉类香肠不同的是，素食香肠蒸煮损失率与质构特性无关，说明原辅料的种类和添加量会对素食香肠的评价方法产生变化，要结合各方面因素进行综合考虑。