响应面优化真空包装羊肉块加工工艺

董阳阳,阿衣古丽·阿力木 ,阿依古扎尔·木合塔尔江,冯作山

(新疆农业大学 食品科学与药学学院,乌鲁木齐 830052)

羊肉作为一种药食两用的优质肉类,肉质较猪肉和牛肉更加鲜美,有利于人们的消化和吸收。不仅如此,羊肉还具有良好的营养品质和保健功能,深受消费者的青睐[1]。我国肉类加工产品种类繁多,基于羊肉的去膻等关键技术还没完全解决,并且我国目前对于羊肉的加工技术还处在初级阶段,羊肉制品相对较少[2]。

由于生活条件逐渐变好,人们对于饮食的要求也随之发生了巨大的改变,尤其是对一些肉类食品需求的转变,不仅要求产品种类丰富、数量充足、质量优质,还追求其有丰富的营养价值、良好的保健性能、安全、干净、便利且耐久贮的各种小包装产品[3]。食品安全也是人们关注的重要问题[4],为了杜绝食品在包装过程中产生污染,最常用的一种方法是真空包装,它不仅可以隔绝外界不良环境,还可以破坏微生物生长的有利条件,因此真空包装可以达到延长产品保质期的目的[5]。例如真空包装的牛肉干、鸡胸脯肉、猪肉脯等都受到广泛的欢迎。但真空包装的羊肉制品却不是很多,这对于喜爱羊肉的人们来说无疑不是一种损失。肉类经过烹饪加工,蛋白质变性,味道更加鲜美且容易被消化[6],羊肉的营养理化品质反映了羊肉的市场价值和生产效益,品质越高的羊肉越容易被消费者接受[7]。目前,对于羊肉制品的研究主要有母雨等[8]对羊肉肠工艺的研究、母应春等[9]对蔬菜羊肉丸工艺的研究以及张同刚等[10]对手抓羊肉工艺的研究,但是对于真空小包装羊肉块的工艺还没有太多的文献报道,因此开展对羊肉块工艺优化的研究很有必要。本试验以羊肉为主要原材料,通过加入不同香辛料对真空小包装羊肉块的加工工艺进行优化。因为不同种类的调味料在烹饪食品中所体现的风味是不同的[11],所以本试验选择添加可以掩盖羊肉膻味的调味料。羊肉加工过程中的腌制时间、煮制温度以及煮制时间都会导致羊肉品质发生不同程度的变化[12]。本次单因素试验以感官评分作为指标,基于此条件,用Box-Behnken响应面优化试验来探究真空包装羊肉块的最佳工艺,试验设计了三因素三水平,为羊肉方便食品的研制和科学化加工提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜羊肉:购于乌鲁木齐市友好超市,主要选取羊后腿瘦肉部分。

食盐:新疆盐湖制盐有限责任公司;生姜粉、胡椒粉、料酒:新疆笑厨食品有限公司;花椒面:重庆小香村食品有限公司;真空包装袋(PA-PE复合而成,规格为 13 cm×10 cm)：购于新疆乌鲁木齐碾子沟皓宇星彩印包装公司。

HH-4数显恒温水浴锅；真空包装机 温州丰年机械有限公司;TA-XT2i型质构仪 英国BMS有限公司;CM-600D色差仪 柯尼卡美能达办公系统有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 真空小包装羊肉块的加工工艺流程

原材料的预处理→去除羊肉上的皮和油脂以及羊骨→称量→切块→腌制→煮制→冷却→真空包装→成品。

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料酒、花椒面、生姜粉、胡椒粉、食盐

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原材料的预处理

将在超市购买的新鲜羊肉放在清水中浸泡大约20 min后去除羊肉上的皮和油脂以及羊骨,保留羊肉的瘦肉部分以备后续试验使用。

1.2.2.2 称量

将羊肉分为150 g，为一组试验所需要的羊肉量。

1.2.2.3 切块

把用清水处理好以及称重完成的羊肉进行切块处理,以备后续试验使用,羊肉切块规格为2 cm3。

1.2.2.4 腌制香辛料的复配比

香辛料的复配比为所有调料(食盐+生姜粉+胡椒粉+花椒面+料酒)的质量占总质量的百分比。其中食盐6 g,生姜粉、胡椒粉以及花椒面各0.5 g,料酒7.5 g。

1.2.2.5 腌制

将切块完成的150 g羊肉按照香辛料所给出的量依次进行添加,包括食盐、生姜粉、胡椒粉、花椒面以及料酒,将其放在容器中搅拌均匀,然后将其于室温下腌制60 min,以达到去膻的效果。

1.2.2.6 煮制

在锅中放入适量水,待水沸腾后将腌制好的羊肉块放到锅中进行煮制,温度保持在90 ℃,煮制时间为60 min。

1.2.2.7 真空包装

取出煮制完成的羊肉块,将其放在室温下进行冷却,冷却时间大概在10～15 min,然后用真空包装机进行产品包装。真空包装条件:真空度0.1 MPa,真空时间35 s,热封时间2 s,排气时间3 s。

1.2.2.8 成品

在灭菌设备中放入包装完成的羊肉块,对其进行灭菌处理,随后将灭菌处理完成的羊肉块放在室温下避光贮存,制备成品完成。

1.2.3 真空包装羊肉块加工工艺单因素试验设计

1.2.3.1 腌制时间对真空包装羊肉块品质的影响

处理好的羊肉150 g,煮制时间为60 min,煮制温度为90 ℃,香辛料按照给出的量进行添加,研究腌制时间分别为30,60,90,120 min时对羊肉块品质的影响。

1.2.3.2 煮制时间对真空包装羊肉块品质的影响

处理好的羊肉150 g,煮制温度为90 ℃,腌制时间为60 min,香辛料按照给出的量进行添加,研究煮制时间分别为20,40,60,80 min为对羊肉块品质的影响。

1.2.3.3 煮制温度对真空包装羊肉块品质的影响

处理好的羊肉150 g,腌制时间为60 min,煮制时间为60 min,香辛料按照给出的量进行添加,研究煮制温度分别为70,80,90,100 ℃时对羊肉块品质的影响。

1.2.4 真空包装羊肉块加工工艺响应面试验设计

在单因素试验的基础上,将腌制时间(A)、煮制时间(B)、煮制温度(C)设为自变量,以感官评分为响应值,根据Box Behnken响应面中心组合,利用Design-Expert 12分析软件设计响应面优化试验,试验所代表的因素水平及编码见表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3 指标测定

1.3.1 色差测定

色差仪具有快捷、无损以及测定范围广等优势,所以被广泛用于果蔬、肉品以及谷物等的研究中[13-14]。本试验使用CM-600D色差仪对真空包装的羊肉块进行肉色的检测,用白板进行颜色校正,将同一种条件下的样品一同进行检测,并做3次平行试验,结果取其平均值,最后记录L*、a*、b*值。

1.3.2 质构测定

使用雷云峰等[15]的方法,并稍加改动,利用质构仪检测真空包装羊肉块的质构,其中包括羊肉的硬度、弹性、回复性以及咀嚼性。将羊肉块均匀的切成2 cm3的肉块,采用TPA的模式,使用P/36R探头,测前速度保持在1 mm/s,测后速度为1 mm/s,测试距离为20 mm,触发力为5 g,数据采集速率为400 pps,应变率为50%。

1.3.3 感官评价

以定量描述法作为感官评价的方法,组织12名食品专业的研究生(6男6女)组成感官评价小组,评价人员参照Ricardo 等[16]的方法进行培训,采用刘国艳等[17]的方法从4个方面对真空包装的羊肉块进行感官评价,分别是色泽(20分)、滋味与风味(20分)、口感(40分)以及组织状态(20分),具体感官评分标准见表2。

表2 真空包装羊肉块感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria of vacuum-packaged mutton chunks

1.4 数据处理

本试验处理数据和显著性分析采用软件IBMSPSS 25,通过软件Design Expert 12进行Box-Behnken设计及响应面优化分析。

2 结果分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 腌制时间对真空包装羊肉块品质的影响

肉制品在制作加工的过程中一般都要经过腌制,这一步骤可以加速肉制品的成熟,并且加强肉制品特有的滋味和风味,使肉制品的感官呈现最佳状态[18]。经过腌制后的羊肉再进行煮制对其质构、色泽以及感官评分都有不同程度的影响。

表3 腌制时间对真空包装羊肉块品质的影响Table 3 Effect of curing time on the quality of vacuum-packaged mutton chunks

由表3可知,随着腌制时间的延长,羊肉块的硬度和咀嚼性指标变化较为明显,腌制时间为60 min时羊肉块的硬度和咀嚼性达到最大;在羊肉块的腌制时间为90 min以上时,由于香辛料有更加充分的时间进入羊肉内部,羊肉加工后的硬度和咀嚼性逐渐变小,主要原因是将腌制的羊肉块进行煮制处理后,其中蛋白质分子的性质发生改变,导致羊肉块内部结构不稳定;随着腌制时间的增加，羊肉块的L*值呈现逐渐上升的趋势,而a*值则呈现先上升后下降的趋势,主要是由于有大量的盐分在腌制调料中,羊肉块长时间的腌制处理会使水分子发生裂解反应产生羟基自由基,肉中肌红蛋白将氧合肌红蛋白氧化出来,所以羊肉块的红度值升高,这和Ozuna等[19]的研究结果大致相同。综合感官评分,腌制时间为60 min时羊肉块的品质最优。

2.1.2 煮制时间对真空包装羊肉块品质的影响

经过一定时间的腌制后,羊肉在煮制过程中的品质也随着煮制时间的延长发生一定的变化,由表4可知,羊肉的硬度、L*值和b*值都在不断增大,a*则呈先减小后增大的趋势,主要是因为肉中的高铁肌红蛋白被氧化,同时和其肉质结构密切相关,与邱澄宇[20]的研究结果大致相同;羊肉块的咀嚼性、弹性、回复性以及感官评分都在煮制时间为60 min时达到最大;煮制时间短会使羊肉的营养成分没有被完全释放出来,口感较差,没有煮羊肉应有的风味;煮制时间过长,会使羊肉肉质变老,颜色稍有发黑,并且缺少羊肉的芳香味,与张兰等[21]的研究结果相似。根据感官评分,品质最佳的羊肉块煮制时间为60 min。

表4 煮制时间对真空包装羊肉块品质的影响Table 4 Effect of cooking time on the quality of vacuum-packaged mutton chunks

2.1.3 煮制温度对真空包装羊肉块品质的影响

羊肉块的质构以及色泽也受到煮制温度的影响,不同煮制温度的影响程度不同。由表5可知,随着煮制温度的增加,羊肉块的L*值、a*值和b*值逐渐增大;而羊肉块的弹性先增大后减小;羊肉的硬度则处于逐渐减小的趋势。当羊肉的煮制温度达到80 ℃时,肉类呈现酸性反应时,胶原转化,盐类及浸出物从肉中析出,肌纤维强烈收缩,羊肉块颜色变得越来越深,肌球蛋白与此同时也发生变性,随着时间的延长，肌动蛋白也完全发生变性,而且肌球蛋白含量较少,a*值变化不显著。当煮制温度达到100 ℃时,羊肉中水分流失过多,导致其弹性、硬度、咀嚼性等指标逐渐下降,这与姜启兴[22]的研究结果相同。最后，综合感官评分和其他各项指标,羊肉块的最佳煮制温度为90 ℃。

表5 煮制温度对真空包装羊肉块品质的影响Table 5 Effect of cooking temperature on the quality of vacuum-packaged mutton chunks

2.2 Box-Behnken结果以及分析

2.2.1 Box-Behnken结果

基于单因素试验结果,此次试验设计了三因素三水平的响应面分析，见表6。本试验运用Design Expert 12软件对感官评分进行多元回归拟合,所得的回归方程为79.48-0.93A+0.91B-1.744C+1.22AB-1.73AC+0.40BC-0.74A2-2.62B2-2.86C2,并且对所得回归方程进行了方差分析,结果见表7。

表6 响应面试验结果Table 6 Response surface experiment results

续 表

续 表

表7 感官评分方差结果分析Table 7 Analysis of variance of sensory score

由表7可知,本次试验感官评分回归模型的F值为54.55,P<0.01,表现为极显著,结果显示,试验得到的拟合方程回归模型显著性较好。本试验回归模型的失拟项(P=0.365 2)不显著,说明本试验回归模型的稳定性较好。R2=0.985 9,表示感官评分指数大约有98.59%是由独立变量所决定的;RAdj2=0.967 9,表明该回归模型相关性较高,并且拟合程度也较好,该回归方程可以更好地反映该响应值的变化。该模型A(腌制时间),B(煮制时间)以及C(煮制温度)都表现为极显著(P<0.01);二次项A2表现为显著(P<0.05),B2、C2都表现为极显著(P<0.01);交互项AB、AC表现为极显著(P<0.01),而BC表现为不显著(P>0.05)。由以上结论可知,3个因素对感官评分的影响顺序为C(煮制温度)>A(腌制时间)>B(煮制时间)。

2.2.2 响应面分析

响应面分析法是利用合理的试验设计方法并通过试验得到一定数据,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析来寻求最优工艺参数,解决多变量问题的一种统计方法[23]。自变量对响应值的影响程度一般可以通过响应面图直观地反映出来,通过观察等高线图,可以清楚地看出各自变量之间的直接相互作用;各因素之间的交互作用越弱，等高线形状越圆,而等高线图呈椭圆形则表明各因素之间的交互作用强[24]。

图1 腌制时间和煮制时间交互作用的响应面和等高线图Fig.1 Response surface diagram and contour plot of interaction between curing time and cooking time

由表7和图1可知,腌制时间和煮制时间的交互作用较为明显，表现为在0水平交互,在此条件下,它们对羊肉块感官评分的影响显著。当羊肉块的腌制时间一定时,羊肉块的感官评分随着煮制时间的增大而增大,在腌制时间达到60～70 min左右时,羊肉块的感官评分最高;当煮制时间一定时,羊肉块的感官评分逐渐下降,从等高线的疏密程度来看,腌制时间比煮制时间对羊肉块感官品质的影响更大。

图2 腌制时间和煮制温度交互作用的响应面和等高线图Fig.2 Response surface diagram and contour plot of interaction between curing time and cooking temperature

由表7和图2可知,等高线呈现椭圆形,腌制时间和煮制温度在0水平交互时作用较为明显,对真空包装的羊肉块感官评分的影响显著。在煮制温度为80～90 ℃左右时羊肉块的感官评分达到最大,之后感官评分开始逐渐降低,当煮制温度一定时,羊肉块的感官评分随着腌制时间的延长先增大后平衡,整体表现为平稳的趋势,并且从等高线的疏密程度来看,煮制温度对真空包装的羊肉块感官评分的影响比腌制时间的影响要大。

2.3 参数优化及验证试验

通过响应面分析软件Design Expert 12,以感官评分最大为主要目的,腌制时间为59.63 min,煮制时间为61.67 min,煮制温度为90.02 ℃,在此条件下真空包装的羊肉块的感官评分为79.86分,硬度为18 975.7 g,回复性为0.24,L*值为54.60,a*值为6.43,b*值为7.53。结合实际操作,调整最佳工艺条件为:腌制时间为60 min,煮制时间为60 min,煮制温度为90 ℃,在此条件下,得到真空包装的羊肉块的感官评分为79.90,硬度为18 863.46 g,弹性为0.77 mm,回复性为0.29,L*值为54.73,a*值为6.27,b*值为7.61。由以上结果可知，羊肉块的感官评分与理论预测值接近,说明此模型吻合度较高,最佳工艺可靠。

3 结果分析

为了探究真空包装羊肉块的品质影响因素,本试验结合色差值、质构以及感官评价研究腌制时间、煮制时间以及煮制温度对真空包装的羊肉块品质的影响。在此基础上利用响应面优化试验进行分析,得到羊肉块的最佳工艺条件:新鲜羊肉150 g,腌制时间60 min，煮制时间60 min，煮制温度90 ℃,经过验证该模型可靠合理。在此条件下真空包装的羊肉块产品色泽均匀、口感鲜嫩、香气浓郁,为未来工业化生产羊肉方便产品提供了一定的技术参数和理论指导。