響應面法優化復合食品添加劑對豬肉蒸煮出品率的研究

田 亮，王修俊，*，王文平，牛立群，馬桂英

(1.貴州大學化學與化工學院，貴州貴陽 550003; 2.貴州省發酵工程與生物制藥重點實驗室，貴州貴陽 550003)

響應面法優化復合食品添加劑對豬肉蒸煮出品率的研究

田 亮1，2，王修俊1，2，*，王文平1，2，牛立群1，馬桂英1

(1.貴州大學化學與化工學院，貴州貴陽 550003; 2.貴州省發酵工程與生物制藥重點實驗室，貴州貴陽 550003)

為了提高豬肉的保水性，以豬肉蒸煮出品率為評價指標，首先將三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉按4∶3∶2比例復配成復合磷酸鹽添加到豬肉中，豬肉的蒸煮出品率為85.47%。在單因素工藝實驗的基礎上，應用響應面分析法對復合磷酸鹽、谷氨酰胺轉氨酶、大豆分離蛋白、卡拉膠添加量進行優化，結果表明，最佳添加量為復合磷酸鹽0.36%、TG酶0.60%、卡拉膠0.20%、大豆分離蛋白0.41%，在此條件下，豬肉蒸煮出品率可達到89.5311%。驗證實驗豬肉蒸煮出品率為89.1%±0.4%，表明實驗結果與軟件優化結果相符。

復合磷酸鹽，谷氨酰胺轉胺酶，出品率，響應面分析法

谷氨酰胺轉胺酶(Transglutaminase，TG)又稱轉谷氨酰胺酶，是一種能催化賴氨酸的ε－氨基與谷氨酸的γ－羥酰胺基形成共價鍵而導致蛋白質聚合的酶［1］。由于聚合后的蛋白質常表現出比聚合前更優良的功能特性，因此利用轉谷氨酰胺酶改良蛋白質，提高肉制品質量日益成為食品界研究的熱點［2－6］。復合磷酸鹽具有提高pH、增加離子強度、螯合金屬離子、解離肌動球蛋白等功能，與谷氨酰胺轉胺酶復合再加入一定的親水膠體可以發揮各組分的協同作用，提高肌球蛋白凝膠的保水性，從而有效解決了高溫蒸煮肉類的質地、風味和嫩度劣變的問題［7－10］。本文采用響應曲面法，以轉谷氨酰胺酶、復合磷酸鹽、卡拉膠、大豆分離蛋白為實驗的影響因子，設定3個濃度水平，對各因素單獨和協同影響豬肉蒸煮出品率指標進行了研究［11］。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

谷氨酰胺轉胺酶(Transglutaminase，TG) 石家莊市宏達生物科技有限公司，食品級，活力100U/g;三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉 鄭州天宇食品添加劑有限公司;大豆分離蛋白 安陽市得天力食品有限責任公司;к－卡拉膠 上海藍季科技發展有限公司;豬肉 市售。

電子天平 上海良平儀器儀表有限公司;潔凈工作臺 上海博迅實業公司醫療設備廠;冰箱 青島海爾股份有限公司;電子恒溫水浴鍋 江蘇金壇市中大儀器廠;電動立式絞切兩用機 上海林生廚具有限公司;PE保鮮袋。

1.2 實驗方法

1.2.1 復合磷酸鹽配比的確定

1.2.1.1 工藝流程 豬肌肉→清洗→分割成50g的小塊→切碎→加入一定比例的磷酸鹽→溫度0～4℃冰箱中靜置24h→70℃恒溫水浴30min→冷卻至室溫→測定蒸煮出品率

1.2.1.2 蒸煮出品率的測定［12］將切碎的肉加入一定比例的磷酸鹽置于聚乙烯塑料袋內后抽去袋內空氣封住袋口，務必使肉樣表面與塑料袋緊貼(無氣泡)，于0～4℃冰箱中靜置24h。然后將肉樣袋置于75℃水浴中保持30min，務必使肉樣袋完全沒入水中。水浴后的肉樣袋置于15℃流水中冷卻40min，然后打開塑料袋用濾紙擦去肉樣表面水分后稱重。蒸煮出品率的表達如下∶

1.2.1.3 復合磷酸鹽最佳配比確定 復合磷酸鹽主要由三聚磷酸鈉(STP)、焦磷酸鈉(SAP)、六偏磷酸鈉(HMP)組成;在單因素實驗基礎上，按L9(33)進行正交實驗，因素水平見表1。

表1 正交實驗L9(33)因素水平

1.2.2 復合添加劑最佳比例的確定

1.2.2.1 工藝流程 豬肌肉→清洗→分割成50g的小塊→切碎→加入最佳配比磷酸鹽、卡拉膠、大豆分離蛋白→溫度0～4℃冰箱中靜置24h→加入谷氨酰胺轉胺酶(TG)→常溫下放置2h→70℃恒溫水浴30min→冷卻至室溫→測定蒸煮出品率

1.2.2.2 蒸煮出品率的測定 同1.2.1.2。

1.2.2.3 復合添加劑的最佳配比參數確定 復合添加劑主要由復合磷酸鹽、谷氨酰胺轉胺酶(TG)、大豆分離蛋白、卡拉膠所組成。采用四元二次中心旋轉正交實驗設計。

表2 Box－Behnken實驗因素水平

2 結果與討論

2.1 復合磷酸鹽最佳配比實驗結果分析

2.1.1 單因素結果分析 按食品添加劑使用衛生標準GB2760－2011用量規定，復合磷酸鹽使用時以磷酸鹽計，不得超過5g/kg。實驗中單一磷酸鹽的用量按肉重的0.4%添加，其蒸煮出品率效果見圖1。

圖1 三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉對豬肉蒸煮出品率的影響

新鮮肉的蒸煮出品率是75%左右，從圖1可知，在豬肉中添加磷酸鹽，可大大提高蒸煮出品率，三聚磷酸鈉在添加量為0.2%左右出現最大值，焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉在0.1%處有最大峰值，但隨著添加量的增加，由于凝膠的均一性變差，將導致保水性下降［10］，從而導致蒸煮出品率下降。

2.1.2 復合磷酸鹽最佳配比的確定 在單因素實驗的基礎上，并以食品添加劑使用衛生標準GB2760－2011鹽用量規定(復合磷酸鹽使用時以磷酸鹽計不得超過5g/kg)為依據，考查焦磷酸鈉(SAP)、三聚磷酸鈉(STP)、六偏磷酸鈉(HMP)復合磷酸鹽對豬肉蒸煮出品率的影響，使用正交設計助手Ⅱv3.1軟件進行數據分析，實驗結果見表3，方差分析見表4。

表3 L9(33)正交實驗結果與分析

表4 L9(33)正交實驗結果方差分析(a=0.05)

從正交實驗結果表3可以看出，在取值范圍內，將STP、SAP和HMP復合以后，對豬肉的保水性具有一定的協同效應，影響豬肉保水性的因素主次關系為∶A＞B＞C，即三聚磷酸鈉(STP)對蒸煮出品率影響最大，焦磷酸鈉(SAP)次之，六偏磷酸鈉(HMP)影響最小，最佳配比為A3B3C2，即三聚磷酸鈉(STP)∶焦磷酸鈉(SAP)∶六偏磷酸鈉(HMP)=4∶3∶2。蒸煮出品率可達85.47%。從表4方差分析可以看出STP和 SAP兩因素有顯著影響，HMP不顯著，這與極差分析的結果一致。

2.2 復合添加劑對豬肉蒸煮出品率的響應面實驗結果分析

2.2.1 單因素實驗結果 新鮮肉的蒸煮出品率是75%，從圖2可以看出，添加0.4%的大豆分離蛋白能顯著提高豬肉的蒸煮出品率，最高值可達77.15%。這主要是因為大豆分離蛋白本身具有很強的吸水性，而且通過添加到肌肉中與鹽溶蛋白結合，可提高肌肉的持水性和蒸煮出品率。

圖2 大豆分離蛋白對豬肉蒸煮出品率的影響

卡拉膠的分子結構中含有強陰離子性硫酸酯基團，能和游離水形成額外氫鍵。此外卡拉膠還能和蛋白反應形成強有力的三維結構—凝膠，因此卡拉膠可以把游離水牢牢“鎖住”。從圖3可看出，卡拉膠添加量為 0.3%時，豬肉的蒸煮出品率可達77.34%。

圖3 卡拉膠對豬肉蒸煮出品率的影響

TG酶可催化其中的蛋白質分子之間發生交聯，將蛋白質分子粘合起來形成新的共價鍵，而分子間疏水基、離子鍵、共價鍵等對于蛋白質凝膠體系的形成發揮著重要作用，改變共價鍵的數目和強度都會使蛋白質的凝膠性能發生轉變，從而改變肌肉的持水性，提高蒸煮出品率［13］，從圖4可以看出，當添加TG酶0.6%時，蒸煮出品率可達78.53%。

圖4 TG酶對豬肉蒸煮出品率的影響

磷酸鹽可調節豬肉的pH，并通過協助肌球蛋白和肌動蛋白溶解以及提高肉的保水性來改善嫩度，使之偏離其等電點，螯合肉中的金屬離子，使肌肉蛋白的網狀結構所釋放的極性基團，無法與水相結合而提高其持水性，改善豬肉的嫩度、口感、質地和產量［14］。從圖5可以看出，復合磷酸鹽添加量的增加可以顯著提高豬肉的蒸煮出品率，但是，當添加量達到0.4%時豬肉色澤出現發黃現象，所以在選擇復合磷酸鹽添加量時不宜過多。

圖5 復合磷酸鹽對豬肉蒸煮出品率的影響

2.2.2 復合添加劑對豬肉蒸煮出品率的響應面實驗分析 復合添加劑對豬肉蒸煮出品率的響應面實驗分析根據Box－Behnken設計［15］進行了29組實驗，利用Design Expert 7.1.3軟件對實驗數據進行多元回歸擬合，得到復合添加劑對豬肉蒸煮出品率的回歸方程如下∶

從該模型的方差分析表5可見，所選用的二次多項模型具有高度的顯著性(P＜0.0001)。失擬項在α=0.05水平上不顯著(P=0.8252＞0.05)，其決定系數為0.9880，校正決定系數為0.9759，說明該模型能解釋97.59%響應值的變化，僅有總變異的2.41%不能用此模型來解釋，說明該模型擬合程度良好，用該模型研究復合添加劑對豬肉蒸煮出品率的影響是合適的。

表5 二次多項模型方差分析表

對上述方程的回歸系數顯著性檢驗表明(表6)，實驗中A、B、D、AB、BC和CD這幾個因素對蒸煮出品率的影響顯著，表明復合添加劑添加到豬肉中，對豬肉蒸煮出品率有顯著影響;AB、BC、CD的交互作用影響也顯著，即在蒸煮過程中，復合磷酸鹽添加量和TG酶、TG酶和大豆分離蛋白、大豆分離蛋白和卡拉膠之間的交互作用也對蒸煮出品率造成顯著影響。

2.3 驗證實驗

根據Box－Behnken實驗所得的結果和二次多項回歸方程，利用Design Expert 7.1.3軟件獲得了各個因素的最佳蒸煮條件組合為復合磷酸鹽0.36%、TG酶0.60%、卡拉膠0.20%、大豆分離蛋白0.41%，在此條件下，蒸煮出品率可達到89.5311%。為了檢驗模型預測的準確性，在此添加量的條件下，做3組平行實驗所得結果為89.1%±0.4%，由此可得，采用響應面分析法對復合添加劑對豬肉蒸煮出品率影響條件的優化是行之有效的。

表6 回歸方程系數顯著性檢驗

3 結論

本文以蒸煮出品率為指標，來衡量復合添加劑對豬肉保水性的好壞;蒸煮出品率越高說明對豬肉的保水性越好，豬肉的品質越高。本實驗在單因素基礎上，通過三因素三水平正交實驗確定復合磷酸鹽的配比為三聚磷酸鈉∶焦磷酸鈉∶六偏磷酸鈉= 4∶3∶2，在此最佳配比下豬肉的蒸煮出品率可達85.47%;同時在復合磷酸鹽的添加量、TG酶、卡拉膠、大豆分離蛋白添加量等單因素基礎上，通過四因素三水平的響應面實驗設計，建立了響應值與各因素之間的數學模型，依此模型可以預測豬肉蒸煮的理論出品率。依據此二次回歸模型，確定了各添加劑的最佳添加量為復合磷酸鹽0.36%、TG酶0.60%、卡拉膠0.20%、大豆分離蛋白0.41%。在此條件下，蒸煮出品率可達到89.5311%。

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Optimization of compound food additives for the yield of cooking pork by response surface methodology

TIAN Liang1，2，WANG Xiu－jun1，2，*，WANG Wen－ping1，2，NIU Li－qun1，MA Gui－ying1
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，China; 2.Guizhou Province Key Laboratory of Fermentation Engineering and Biological Pharmacy，Guiyang 550003，China)

In order to improve pork water－holding capacity，using the yield of cooking pork as evaluation index，sodium tripolyphosphate(STP)，sodium pyrophosphate(SAP)and sodium hexametaphosphate(HMP)were mixed as compound phosphate food additive by a ratio of 4∶3∶2 applied to the meat，the predicted yield of cooking pork was 85.47%.The effects of compound phosphates，transglutaminase，isolated soy protein and carrageenan on the yield of cooking pork was discussed through Box－Benhnken response surface analysis on the basis of singlefactor experiments.The results showed that the optimal additive amount were obtained as follows:the addition of compound phosphates(STP∶SAP∶HMP=4∶3∶2)0.36%，the content of Transglutaminase(TG)0.60%，the content of carrageen 0.20%and the content of isolated soy protein 0.41%.Under these conditions，the predicted yield of cooking pork was 89.5311%，which was consistent with the average value 89.1%±0.4%from verification tests.

compound phosphate;Transglutaminase(TG);yield of pork product;response surface methodology

TS202.3

A

1002－0306(2011)11－0354－04

2011－07－14 *通訊聯系人

田亮(1985－)，男，碩士，研究方向:食品生物技術。

貴州省工業攻關項目(黔科合GY字(2008)3018);貴州省科技廳工業攻關項目(黔科合GY［2009］3052);貴州省社會發展攻關項目(黔科合GY字(2010)3041);貴陽市科技重大專項(［2010］筑科農合同字第8－2號)。