響應面法優化鴨胸肉保水工藝中復合磷酸鹽配比

劉學軍，周麗麗

（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

肉的保水性是影響肉制品的重要品質之一[1]，在肉制品的生產過程中使用較多的保水劑是復合磷酸鹽[2]。在食品加工中，磷酸鹽的功能主要有兩個方面，首先是作為品質改良劑，磷酸鹽的特殊結構使他具有多種作用，例如：它可以絡合金屬離子，與蛋白質反應；其次是作為營養強化劑，可以用于兒童食品以及專門的營養強化食品的鈣鐵強化劑[3]。另外，在肉制品的加工過程中，磷酸鹽具有保持肉的持水性、增進結著力等作用[4]。

肉制品的嫩度是肉主要的感官指標之一[5]，肉的嫩度與其本身的保水性有密切的關系，測定肉的嫩度和保水性具有重要的意義[6-7]。肉的保水性是指肉類在加工過程中，對自身的水分以及添加到肉中水分的保持能力，它的保水性是通過蛋白質凝膠狀結構和靜電作用實現的[8]。體現磷酸鹽作用的例子有很多，例如：在模擬零售展覽時，單一磷酸鹽對牛肉色澤的作用[9]、復合磷酸鹽對魚糜制品的保水效果研究[10]、混合磷酸鹽對老齡鴨肉的品質改善效果研究[11]、磷酸鹽對雞胸肉制品的影響[12]、磷酸鹽對五香牛肉出品率的影響[13]。另外，國外研究報道了氯化鈉、磷酸鹽種類及濃度和注射率對牛肉品質及感官特性的影響[14]。在磷酸鹽的保水作用方面，已經廣泛地應用于肉制品中，例如添加復合磷酸鹽的海鱸魚具有較小的蒸煮損失[15]、草魚魚糜因添加了焦磷酸鈉而形成硬而具有彈性的凝膠[16]。分別采用僵直前、成熟后和冷凍的肉做成香腸，考察磷酸鹽對肉的保水性的影響[17]，結果表明：用僵直前的肉制作的香腸具有更加好的產率與相對持久的硬度，但是，在貯存的過程中，單一磷酸鹽相對于氯化鈉的質量分數已到達3%，且此種香腸的持水性和質構不佳，說明單獨使用一種磷酸鹽是不可行的。磷酸鹽混合物對雞胸肉鹽溶蛋白凝膠具有一定的影響，不同磷酸鹽混合物改善凝膠特性的程度不同。磷酸鹽與真空包裝對延長冷藏鱸魚片的貨架期也具有組合效應[18]。

本研究應用響應面法，建立復合磷酸鹽與保水率指標之間的數學模型，以得到最優的磷酸鹽配比，從而提高鴨胸肉的保水性，為企業的生產提供良好的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用經國家衛生標準檢驗檢疫合格的同一批次同一日齡（42 d）屠宰的櫻桃谷鴨的鴨胸肉，來源于四平市遼河畜禽有限公司。

焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉（均為食品級） 杭州聚和生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

BAS124S-CW電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料肉的處理方法

將整理后放入冷庫中貯存的鴨胸肉塊取出，按照工藝要求切成大小相近、厚薄一致的肉片，將10片分為一組并編號稱質量，記為m1，選擇3 組進行實驗，最終結果取3 組的平均值。將肉片放入腌制液中腌制，待腌制結束后，將肉片擺放到鐵質網篩上靜置，等到肉片不再有液滴滲落時稱質量，記為m2。

1.3.2 保水率的測定

式中：m1為腌制前鴨胸肉的質量/g；m2為腌制后鴨胸肉的質量/g。

1.3.3 單因素試驗

在試驗的過程中，考察不同質量分數的焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響情況。

1.3.4 響應面法試驗設計

表1 響應面因素水平表Table 1 Factors and levels used in RSM design

采用響應面法（response surface methodology，RSM）[19-21]優化工藝條件。本研究在單因素試驗基礎上，選擇焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉3 個因素為響應變量，鴨胸肉保水率為響應值，試驗因素和水平見表1。

1.4 數據處理與分析

利用Design-Expert 8.05b軟件對數據進行處理分析，建立回歸方程，并作等高線圖及曲面圖，利用該組圖可以對任何兩種因素的交互效應進行分析與評價，并從中確定最佳方案。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 焦磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響

圖1 焦磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響Fig.1 Effect of sodium pyrophosphate at different concentrations on WHC of duck breast meat

由圖1可以看出，不同質量分數的焦磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響較大，隨著質量分數增加鴨胸肉的保水率明顯增加；但當其高于0.24%時，鴨肉的保水率緩慢地降低，所以選擇0.24%的焦磷酸鈉。

2.1.2 三聚磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響

圖2 三聚磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響Fig.2 Effect of sodium tripolyphosphate at different concentrations on WHC of duck breast meat

由圖2可以看出，不同質量分數的三聚磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響較大，隨著質量分數增加鴨胸肉的保水率明顯增加；但當質量分數高于0.24%時，鴨胸肉的保水率呈現略微下降的趨勢，此時三聚磷酸鈉質量分數的增加對鴨胸肉的保水率有較小的影響。

2.1.3 六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響

圖3 六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響Fig.3 Effect of calgon at different concentrations on WHC of duck breast meat

由圖3可以看出，不同質量分數的六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響較大，隨著質量分數的增加鴨胸肉的保水率明顯增加；當質量分數達到0.12%時，鴨胸肉的保水率達到最高；當其繼續增加，鴨胸肉的保水率處于平緩的趨勢，由此單因素試驗可看出，六偏磷酸鈉的最適添加質量分數為0.12%。

2.2 響應面優化試驗

2.2.1 響應面試驗結果與分析

根據試驗設計對復合磷酸鹽配比進行優化，試驗方案及結果見表2。

表2 響應面試驗方案及結果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

如表2所示，共17 個試驗點，其中有12 個析因點，5 個是零點，析因點是自變量取值在A、B、C所構成的三維頂點；零點為區域的中心點，零點試驗進行5 次重復試驗，用以估算試驗誤差。

2.2.2 回歸方程的建立及顯著性檢驗

利用Design-Expert 8.0 軟件對數據進行回歸分析，得到的回歸方程如下：

保水率=31.99＋0.97A＋1.28B＋0.61C－0.84AB－0.14AC＋2.38BC－1.58A2－1.75B2－2.82C2

保水率回歸模型十分顯著，P＜0.000 1，R2和校正R2分別為 0.991 8、0.981 2，一次項A、B、C，二次項A2、B2、C2及交互項AB、BC對保水率都有非常顯著影響（P＜0.01）。

表3 二次回歸模型的方差分析結果Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic regression model

由方差分析（表3）可以看出，模型P值小于0.000 1，表明該回歸模型極顯著，不同處理間的差異高度顯著，說明這種試驗方法是準確可靠的，使用該方程模擬真實的三因素三水平的分析是可行的。由表中P值可以知道，在所選的各因素水平范圍內，對結果的影響排序為：三聚磷酸鈉＞焦磷酸鈉＞六偏磷酸鈉；并且模型的復相關系數R2為 99.18%，大于90%，說明模型擬合程度良好，試驗誤差小，可以用該模型方程來分析和預測不同配比的磷酸鹽對鴨胸肉保水率的變化情況。

由表3的P值可以知道，方程中B、BC、A2、B2、C2對保水率有極顯著影響（P＜0.001），A、C、AB對保水率有非常顯著影響（P＜0.01），表明試驗因素對響應值的影響不是簡單的線性關系，二次項對響應值也有很大的影響，交互項作用的影響較小。

2.2.3 保水率響應曲面分析與優化

根據回歸模型作出相應的等高線和響應面見圖4～9，比較兩組圖響應面最高點和等高線可知，在所選范圍內存在極值，即響應面最高點，同時也是等高線最小橢圓的中心點。

當六偏磷酸鈉的添加質量分數為0.12%時，焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響見圖4和圖5。由圖4、5可以看出，焦磷酸鈉的質量分數在0.16%～0.32%范圍內，鴨胸肉的保水率變化不大；三聚磷酸鈉的質量分數在0.16%～0.32%的范圍內，鴨胸肉的保水率變化呈緩慢趨勢。

圖4 焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對鴨胸肉保水率影響的等高線圖Fig.4 Contour plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate on WHC of duck breast meat

圖5 焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對鴨胸肉保水率影響的響應面圖Fig.5 Response surface plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate on WHC of duck breast meat

圖6 焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率影響的等高線圖Fig.6 Contour plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and calgon on WHC of duck breast meat

當三聚磷酸鈉的添加質量分數為0.24%時，焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響見圖6和圖7。由圖6、7可以看出，焦磷酸鈉的質量分數在0.16%～0.24%的范圍內，鴨胸肉的保水率呈上升趨勢，但當其超過0.24%時，保水率變化呈下降趨勢；六偏磷酸鈉的質量分數在0.08%～0.12%的范圍內，鴨胸肉的保水率呈上升趨勢，但當其超過0.12%時，保水率變化呈緩慢下降趨勢。

圖7 焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率影響的響應面圖Fig.7 Response surface plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and calgon on WHC of duck breast meat

圖8 三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率影響的等高線圖Fig.8 Contour plot showing the interactive effects between sodium tripolyphosphate and calgon on WHC of duck breast meat

圖9 三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率影響的響應面圖Fig.9 Response surface plot showing the interactive effects between sodium tripolyphosphate and calgon on WHC of duck breast meat

當焦磷酸鈉的質量分數為0.24%時，三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對鴨胸肉保水率的影響見圖8和圖9。由圖8、9可以看出，三聚磷酸鈉的質量分數在0.16%～0.24%的范圍內，鴨胸肉的保水率趨于平緩，但當其超過0.24%時，保水率變化呈明顯下降趨勢；六偏磷酸鈉的質量分數在0.08%～0.14%的范圍內，鴨胸肉的保水率呈明顯上升趨勢，但當其超過0.14%時，保水率變化呈緩慢下降趨勢。

通過軟件分析，得到復合磷酸鹽的最佳配比為：焦磷酸鈉質量分數為0.25%、三聚磷酸鈉質量分數為0.29%和六偏磷酸鈉質量分數為0.13%，此時保水率達到32.51%。為檢驗響應面法所得結果的可靠性，采用上述優化配比進行驗證實驗，得到的實際平均保水率為32.28%，其相對誤差不到1%，因此基于響應曲面法所得的優化參數準確可靠，得到的最佳配比具有實際應用價值。

3 結 論

本研究利用試驗設計軟件Design-Expert 8.05 b，通過二次回歸設計得到了鴨胸肉的保水率與焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉添加量的回歸模型，經檢驗證明該模型合理可靠，能較好地預測鴨胸肉的保水率。由該模型得到的優化配比為焦磷酸鈉質量分數為0.25%、三聚磷酸鈉質量分數為0.29%和六偏磷酸鈉質量分數為0.13%，實際鴨胸肉的平均保水率為32.28%。

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