響應曲面法優化影響清真牛肉香腸感官品質和保質期的超高壓工藝參數

王輝 楊君娜 陳文華等

摘 要：利用響應曲面法，對影響清真牛肉香腸感官品質、脂肪氧化和保質期的超高壓參數進行了試驗優化設計，建立了各響應值的二次多項式數學模型，驗證了模型的有效性。結果表明：在處理壓力200～600MPa、保壓時間5～25min、處理溫度20～60℃的模型區間內，此3者均為影響感官品質和保質期的顯著影響因子，顯著順序為處理壓力>保壓時間>處理溫度，并得出超高壓處理清真牛肉香腸感官品質和保質期的最優工藝參數：壓力473.59MPa，時間14.94min、溫度20℃。在此條件下清真牛肉香腸的硬度2785g、彈性0.6711、內聚力0.2871、咀嚼度673.8、硫代巴比妥酸還原值0.6888mg/100g，感官評價16.16，保質期26.34d。

關鍵詞：清真牛肉香腸；超高壓；響應曲面法；質構分析；感官評價；脂肪氧化；保質期

中圖分類號：TS251.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2013）11-0010-09

超高壓作為一項新型非熱加工技術，在肉制品低溫殺菌和延長貨架期[1-3]、鈍化酶類[4-6]及改善感官品質[7-9]等方面顯示出不可替代的優越性。由于該技術的作用機理是單純的物理作用，能夠最大程度地保持肉制品原有的色香味型[5]，對產品不會造成顯著的影響[10]。目前，日本及歐美發達國家已實現了超高壓加工產業化，并將其應用于肉制品加工中，如切片火腿、帕爾馬火腿、西班牙風干火腿、色拉米香腸[11]、熟制雞肉等[12]。

清真食品是中華傳統飲食文化的一個重要組成部分，其中清真牛肉香腸是其中消費量最大的一種。目前該類香腸主要按照西式低溫熏煮香腸的加工方式生產[13]，但是由于在加工過程中熱處理水平較低，在包裝過程中容易被二次污染[14]，在真空包裝且有冷鏈保藏的條件下，2周左右也會出現腐敗的現象[15]。

本實驗為探索超高壓在熏煮香腸加工方面的應用，采用不同壓力、時間和溫度的組合處理清真牛肉香腸，通過響應曲面法進行試驗設計，研究超高壓處理對清真牛肉香腸的感官品質、脂肪氧化及保質期的影響，并優化超高壓加工技術參數，為實際生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

清真牛肉香腸配方（kg）：牛肉80、雞皮20、味精0.3、食鹽2.2、亞硝酸鈉0.008、異抗壞血酸鈉0.1、磷酸鹽0.4、白糖2、香辛料0.4、紅曲0.3、淀粉5、大豆分離蛋白4、冰水40。

牛肉小黃瓜條購于北京御香苑集團公司；其他輔料均市購。

三氯乙酸、三氯甲烷、氯化鈉均為分析純 北京化學試劑公司；乙二胺四乙酸二鈉（生物技術級） 美國Amresco公司；2-硫代巴比妥酸（生化試劑） 國藥集團化學試劑有限公司；平板計數瓊脂培養基（生物試劑） 北京雙旋微生物培養基制品廠；月桂基硫酸鹽胰蛋白胨、煌綠乳糖膽鹽、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂均為生化試劑 北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

ABM-2組織粉碎機 日本日精株式會社；SCR20BC高速冷凍離心機 日本日立公司；UV/VIS-2800分光光度計 尤尼柯（上海）有限公司；TA.XT plus質構儀 英國Stable Micro System公司；HZQ-X100振蕩培養箱 哈爾濱東明醫療儀器廠；HPP600/15L高壓處理設備 包頭科發新型高技術食品機械有限責任公司；LA2-3A1生物安全柜 新加坡ESCO公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原料修整→滾揉→絞碎→配料→斬拌乳化→灌腸→煙熏蒸煮→冷卻→真空包裝。

每根香腸（40±5）g，采用膠原蛋白腸衣，每包5根，真空包裝袋為聚酰胺/聚乙烯，20℃下包裝袋的透氧率為24cm3/（m2·d）。樣品制備后在4℃條件下貯藏備用。

1.3.2 樣品高壓處理

根據設計，將樣品在20～60℃條件下分別以200～600MPa處理5～25min，處理時間不包括升、卸壓時間。傳壓介質為水，水溫由溫控系統控制，升壓速度為4MPa/min，降壓為瞬時卸壓，保壓期間波動壓力不大于5%，處理結束后，樣品于4℃條件下冷卻備用。每組樣品設3個平行肉樣，并設控制組樣品。

1.3.3 質構分析

測定使用物性測試儀進行，測定方法采用質構剖面分析法（texture profile analysis，TPA）。參數設置：測試前速度2.0mm/s、測試速度1.0mm/s、測試后速度1.0mm/s、樣品壓縮比75%、兩次壓縮中停頓時間為5s，探頭類型P50，樣品規格1.5cm高的圓柱體，測定時環境溫度25℃。測定結果取硬度、彈性、內聚力、咀嚼度4個指標。

1.3.4 脂肪氧化的測定

采用硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）法檢測[16]。稱取10g樣品，用組織破碎機充分絞碎后，置于100mL三角燒瓶中，加入50mL質量濃度為7.5g/100mL三氯乙酸溶液（含有質量濃度為0.1g/100mL乙二胺四乙酸二鈉），在4℃條件下振搖30min。所得樣液經雙層濾紙過濾2次，取5mL濾液與5mL 0.02mol/L的2-硫代巴比妥酸溶液混合于50mL離心管中，混合液在90℃水浴條件下保持40min，取出后以流水冷卻至室溫。混合液5000×g離心5min，取5mL上清液與5mL三氯甲烷混合振蕩，待樣品分層后，取上層有機相進行在532nm和600nm處進行比色，記錄吸光度。每個樣品設3個平行樣測定，TBARS值按照以下公式計算：

式中：TBARS為硫代巴比妥酸還原值/（mg/100g）；A532及A600分別為丙二醛與2-硫代巴比妥酸的反應產物在532nm和600nm處的最大和最小吸光度；155為丙二醛在532nm處的毫摩爾消光系數。

1.3.5 感官評定

本實驗感官評定按照SB/T10279—2008《熏煮香腸》[17]進行，采用雙盲法進行檢驗，即對樣品進行密碼隨機編號（本研究采用3位隨機數字）。評定分數采用1～7分制，1分最低，7分最高。每次評定由每個評定人員單獨進行不同樣品評定之間用溫水漱口。感官指標包括：外觀、色澤、組織狀態、風味。

1.3.6 保質期測定

保質期為樣品在4℃低溫條件下，其微生物指標符合國標GB 2726—2005《熟肉制品衛生標準》[18]相關規定的保藏時間。具體操作方法參考國標GB4789.2—2010《菌落總數測定》[19]和GB4789.3—2010《大腸菌群計數》[20]進行。

1.4 響應曲面法試驗設計

采用Box-Behnken 三因素三水平的響應曲面設計方法，以處理壓力、保壓時間和處理溫度3個因子為自變量，分別表示為x1、x2、x3，確定各試驗因子取值范圍為200～600MPa、5～25min和20～60℃，分別以X1、X2、X3來表示，并以1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平，按方程xi=（Xi-X0）/ΔX對自變量進行編碼，其中xi為自變量的編碼值，Xi為自變量的真實值，X0為試驗中心點處自變量的真實值，ΔX為自變量的變化步長，試驗中自變量因素編碼及水平見表1。

以超高壓處理清真牛肉香腸的硬度、彈性、內聚力、咀嚼度、脂肪氧化、感官評價及保質期為響應值（Yn），分別進行二次多項回歸方程擬合及優化分析，預測模型響應值由最小二乘法擬合的二次多項方程表示：

Yn=B0+B1x1+B2x2+B3x3+B12x1x2+B13x1x3+B23x2x3+B11x12+B22x22+B33x32

式中：Yn為各檢測項目的響應值，B0為常數項；B1、B2、B3分別為線性系數；B13、B13、B23分別為交互項系數；B11、B22、B33為二次項系數，需進行至少17組試驗來求得各響應值方程的各項系數。

1.5 數據處理及分析

采用統計軟件Design Expert V8.0.6（Stat-Ease Inc.， Minneapolis， MN， USA.）進行試驗設計與數據分析。

2 結果與分析

2.1 響應曲面法優化試驗的設計方案與試驗結果

采用統計軟件Design Expert進行設計并優化出的17組試驗安排以及試驗結果見表2。

2.2 回歸模型建立、方差分析及系數顯著性分析

采用統計軟件Design Expert對表2試驗數據進行二元回歸擬合，分別獲得硬度（Y1）、彈性（Y2）、內聚力（Y3）、咀嚼度（Y4）、脂肪氧化（Y5）、感官評價（Y6）及保質期（Y7）對編碼自變量處理壓力、保壓時間和處理溫度的二次多項式模型方程：

從回歸模型方程系數顯著性檢驗表4中可知，一次項x1（壓力）、x2（時間）、x3（溫度）對于清真牛肉香腸的硬度、彈性、內聚力、咀嚼度、脂肪氧化、感官評價及保質期的影響均極顯著（P<0.0001）；二次項x12對清真牛肉香腸的硬度、彈性、內聚力、咀嚼度、感官評價的影響極顯著（P<0.01），對脂肪氧化的影響顯著（P<0.05），x22對各指標的影響均極顯著（P<0.01），x32對于清真牛肉香腸的彈性、咀嚼度、脂肪氧化的影響均極顯著（P<0.01），對內聚力的影響顯著（P<0.05）；交互項x1x2對清真牛肉香腸的彈性、內聚力、脂肪氧化及保質期的影響均極顯著（P<0.01），對硬度、咀嚼度和感官評價的影響顯著（P<0.05），x1x3對清真牛肉香腸的硬度、彈性、脂肪氧化的影響極顯著（P<0.01），對內聚力、咀嚼度、感官評價、保質期的影響顯著（P<0.05），x2x3對清真牛肉香腸的咀嚼度和保質期的影響顯著（P<0.05）。

2.3 超高壓處理清真牛肉香腸質構的響應面分析

2.3.1 超高壓處理清真牛肉香腸硬度的響應面分析

2.3.2 超高壓處理清真牛肉香腸彈性的響應面分析

通過對以上響應曲面的分析可知，超高壓處理能夠有效地延長清真牛肉香腸的微生物保質期，改善香腸的質構指標，但會促進產品的脂肪氧化，對感官品質的影響也逐漸增強。其中處理壓力是影響清真牛肉香腸質構、脂肪氧化和保質期的最主要因素，其后為保壓時間和溫度。對于質構分析中硬度和內聚力的影響，都呈現逐漸下降的趨勢，而彈性和咀嚼度則呈現先降后升的情況。隨著壓力、時間和溫度的升高，保質期明顯延長，由此也導致脂肪氧化的加劇和感官品質的惡化。通過Design Expert統計軟件分別對質構、感官評價、脂肪氧化及保質期進行分析，在600MPa、18min和34.19℃條件下，質構分析中的4個指標達到最好的狀態；在597.15MPa、24.94min和33.44℃條件下，保質期可達到47.21d；在200MPa、5min和40℃條件下，TBARS值為0.4371mg/100g；在201.40MPa、5.85min和22.82℃條件下，感官評價達到19.45。對清真牛肉香腸的試驗結果進行硬度、彈性、內聚力、咀嚼度、TBARS值、感官評價和保質期等7項指標聯合最優求解，獲得最優超高壓加工參數：處理壓力為473.59MPa、處理時間為14.94min、保壓溫度為20℃，此時7項指標分別為：硬度2785g，彈性0.6711，內聚力0.2871，咀嚼度673.8；TBARS值0.6888mg/100g，感官評價16.16，保質期26.34d。

3 結 論

3.1 將響應曲面分析法中的Box-Behnken模式應用于清真牛肉香腸超高壓處理參數的優化分析，建立并驗證了各相應響應值的回歸方程及其有效性。

3.2 數據表明：在處理壓力、保壓時間和處理溫度是超高壓處理影響清真牛肉香腸質構、感官評價、脂肪氧化及保質期的顯著相應因子，分析表明在試驗設計區間內，自變量因子的顯著順序為處理壓力>保壓時間>處理溫度。

3.3 綜合優化得出超高壓處理清真牛肉香腸的最優工藝參數：處理壓力473.59MPa、處理時間14.94min、保壓溫度20℃。在此條件下，得出香腸的各響應值：硬度2785g，彈性0.6711，內聚力0.2871，咀嚼度673.8；感官評價16.16，TBARS值0.6888mg/100g，保質期26.34d。

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