烤羊腿過熱蒸汽聯合紅外光波烤制工藝參數優化

潘 騰，孟婷婷，馬建榮，王振宇，張德權*

（中國農業科學院農產品加工研究所，北京 100193）

烤羊腿是內蒙古、新疆、青海等地區的傳統美食，深受廣大消費者喜愛[1]。隨著消費者對綠色健康烤肉制品需求的增加[2]，現烤制的羊腿由于其獨特的烤制風味而廣受消費者喜愛[3-5]，但現烤羊腿因在高溫明火條件下長時間烤制，容易產生大量雜環胺[6-7]，長時間食用含雜環胺的烤羊腿會給人體健康帶來潛在危害[8]。另一方面，為了延長現烤羊腿的貨架期[9]，企業普遍使用高溫高壓殺菌技術加工生產烤羊腿，導致產品質構松軟、缺乏特有風味[10]。因此，產業界亟需一種既能保證烤羊腿的傳統現烤風味品質，又能延長其常溫貨架期的新型烤制技術。Kawahara[11]、Soponronnarit[12]等用過熱蒸汽加熱豬肉餅，使加熱時間縮短60%，出品率提高18.5%。研究表明，與傳統的烤制方式相比，由于過熱蒸汽加熱是在低氧或微氧環境下進行，可顯著抑制肉中油脂的氧化[13]，顯著減少有害物質的形成[14]。徐文俊[15]、謝建春[16]等研究發現，微波光波組合烤制可有效保留烤羊肉的傳統風味。

基于上述研究，如果能夠實現紅外光波烤制與過熱蒸汽的聯合烤制，就能充分發揮二者的烤制功效，使產品迅速形成特有的烤制風味[17]。為此，本研究采用過熱蒸汽聯合紅外光波的方法烤制羊腿，通過優化過熱蒸汽烤制時間和溫度、紅外光波烤制時間和溫度，分析不同烤制條件下烤羊腿的色澤、風味等品質，得到最佳烤制工藝參數，為烤羊腿工藝技術革新提供新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

8 月齡舍飼的巴寒雜交羊（內蒙古巴彥淖爾草原宏寶食品股份有限公司養殖場）清真屠宰后胴體排酸24 h，取其右側前腿牡蠣肉為實驗樣品。

二氯甲烷、氫氧化鈉（均為分析純）、氨水（分析純） 北京市通廣精細化工公司；甲醇（色譜醇）、磷酸 美國Fisher公司；乙腈（色譜純） 美國Mreda公司；三乙胺（色譜純） 天津市光復精細化工有限公司；硅藻土（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；雜環胺標準品：9H-吡啶并[3,4-b]吲哚（9H-pyrido[3,4-b]indole，Norharman）、1-甲基-9H-吡啶并[4,3-b]吲哚（1-methyl-9H-pyrido[4,3-b]indole，Harman）、2-氨基-3甲基咪唑并[4,5-f]喹啉（2-amino-3-methylimidazo[4,5-f]quinoline，IQ）、2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉（2-amino-3,8-dimethylimidazo[4,5-f]quinoxaline，MeIQx）、2-氨基-3,4,8-三甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉（2-amino-3,4,8-trimethylimidazo[4,5-f]quinoxaline，4,8-DiMeIQx）、2-氨基-1-甲基-6-苯基-咪唑并[4,5-b]吡啶（2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine，PhIP）、2-氨基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚（2-amino-9H-pyrido[2,3-b]indole，AaC）、2-氨基-3-甲基-9H-吡啶并[2,3-b]吲哚（2-amino-3-methyl-9H-pyrido[2,3-b]indole，MeAaC）、3-氨基-1-甲基-5H-吡啶并[4,3-b]吲哚（3-amino-1-methyl-5H-pyrido[4,3-b]indole，Trp-P-2） 加拿大Toronto Research Chemicals公司；Oasis MCX固相萃取小柱 美國Waters公司；Bond Elut空柱 美國Agilent公司。

1.2 儀器與設備

X7-321B烤箱 廣東美的廚房電器制造有限公司；DigiEye電子眼 英國Verivide公司；PEN 3.5電子鼻德國Airsense公司；安捷倫1260高效液相色譜儀 安捷倫科技（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 單因素試驗設計

1.3.1.1 最佳過熱蒸汽烤制溫度的確定

向飼養條件、品種和質量一致的羊腿牡蠣肉中添加占羊腿肉質量分數1%的食鹽，4 ℃腌制10 h后采用過熱蒸汽聯合紅外光波烤制。過熱蒸汽烤制溫度選擇傳統燒烤店常用的200、220、240、260、280 ℃，烤制60 min，再用230 ℃紅外光波烤制30 min取出。

烤制結束后采用電子鼻測定產品中的氫化物和廣譜醇類含量，電子眼測定亮度值（L*）和紅度值（a*），根據綜合品質評價模型方程：綜合品質得分Y=14.42×廣譜醇類含量-4.95×氫化物含量+0.04×a*+0.19×L*-9.70（R2=0.981，P＜0.05），計算出綜合品質得分。

測定各溫度條件下烤羊腿的雜環胺含量，根據綜合加權評分Y=0.7×（綜合品質得分/綜合品質最高分）×100+0.3×（1-雜環胺含量/雜環胺最高含量）×100，計算綜合加權評分，根據評分結果得到最佳過熱蒸汽烤制溫度。

1.3.1.2 最佳過熱蒸汽烤制時間的確定

向飼養條件、品種和質量一致的羊腿牡蠣肉中添加占羊腿肉質量分數1%的食鹽，4 ℃腌制10 h后采用過熱蒸汽聯合紅外光波烤制。過熱蒸汽烤制時間分別為40、50、60、70、80 min，在最適宜的過熱蒸汽烤制溫度下進行烤制，再用230 ℃紅外光波烤制30 min取出。烤制后的烤羊腿采用1.3.1.1節中的方法進行測定和評價，根據評分結果得到最佳過熱蒸汽烤制時間。

1.3.1.3 最佳紅外光波烤制溫度的確定

向飼養條件、品種和質量一致的羊腿牡蠣肉中添加占羊腿肉質量分數1%的食鹽，4 ℃腌制10 h后采用過熱蒸汽聯合紅外光波烤制。用確定出的最佳過熱蒸汽烤制溫度和烤制時間烤制后，轉換為紅外光波烤制。選擇紅外光波烤制溫度分別為210、220、230、240、250 ℃，紅外光波烤制時間30 min。烤制后的烤羊腿采用1.3.1.1節中的方法進行測定和評價，根據評分結果得到最佳紅外光波烤制溫度。

1.3.1.4 最佳紅外光波烤制時間的確定

向飼養條件、品種和質量一致的羊腿牡蠣肉中添加占羊腿肉質量分數1%的食鹽，4 ℃腌制10 h后采用過熱蒸汽聯合紅外光波烤制。用確定出的最佳過熱蒸汽烤制溫度和烤制時間烤制后，轉換為紅外光波烤制。選擇紅外光波烤制時間分別為10、20、30、40、50 min，在最適宜的紅外光波烤制溫度下烤制。烤制后的烤羊腿采用1.3.1.1節中的方法進行測定和評價，根據評分結果得到最佳紅外光波烤制時間。

1.3.2 正交試驗設計

根據單因素試驗結果確定過熱蒸汽烤制溫度及時間、紅外光波烤制溫度及時間范圍，采用L9（34）正交試驗選擇烤制工藝參數，各因素水平如表1所示。以L*、a*、氫化物含量和廣譜醇類含量為優化指標，對羊腿烤制的影響因素進行優化，采用多指標正交試驗綜合品質得分，結合雜環胺含量，得出最優烤制條件范圍[18-19]。

表1 過熱蒸汽聯合紅外光波烤制工藝參數因素水平Table 1 Levels of independent variables used for orthogonal array design

1.3.3 理化指標測定

1.3.3.1 電子鼻分析

分別取烤羊腿牡蠣肉2 g，放入電子鼻檢測小瓶中，用事先過濾2 針空氣的探針開始檢測樣品，檢測共需要270 s，前180 s等待排氣，待指針到達180 s時將檢測探頭迅速插入小瓶中，同時將干燥器針管插入小瓶中。檢測60 s后逐個拔出干燥針管和檢測探頭，感應器W2S和W6S分別對廣譜醇類和氫化物敏感[20-21]。廣譜醇類和氫化物含量以不同感應器的響應值G/G0表示，每次做3 組重復實驗，每只羊腿平行測定3 次，去除異常值，結果取平均值。

1.3.3.2 電子眼分析

用電子眼測定烤羊腿牡蠣肉的顏色。打開DigiEye電子眼，同時打開電子眼設備放入白板，點擊拍照校正白板；換入彩板機后點擊拍照校正彩板。開始對整只烤羊腿進行拍照，留樣保存，選擇檢測部位，烤羊腿表面L*、a*自動錄入[22]。每次做3 組重復實驗，每只羊腿平行測定3 次，去除異常值，結果取平均值。

1.3.3.3 雜環胺含量測定

將烤羊腿絞碎，準確稱取2 g肉泥，加入2 mol/L NaOH溶液10 mL，用磁力攪拌器均質30 min，然后超聲提取30 min，將超聲后的混合物與12 g硅藻土充分混合后填入Bond Elut柱中，使填充物均勻，緊實；用80 mL二氯甲烷洗脫，使洗脫液自然流下，待收集的洗脫液通過Bond Elut萃取柱，在最大負壓（-34 kPa）下抽真空3 min。將洗脫液通過預先用2 mL二氯甲烷活化的Oasis MCX小柱，待洗脫液完全通過小柱后依次用2 mL二氯甲烷、2 mL 0.1 mol/L HCl-甲醇（40∶60，V/V）、2 mL甲醇及2 mL水淋洗小柱，將雜質洗脫；最后用2 mL 15%氨水-甲醇（15∶85，V/V）將雜環胺洗脫；收集洗脫液，于50 ℃條件下用氮氣吹干，再用200 μL甲醇復溶，過0.2 μm濾膜后待用。

色譜條件：安捷倫XDB-C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相：乙腈、0.01 mol/L磷酸-三乙胺緩沖溶液（pH 3.6）[23-24]。

1.4 數據處理

采用SAS 8.0軟件對實驗數據進行分析，結果均以平均值±標準差的形式記錄，采用GLM的Duncan極差法對數據進行方差分析（P=0.05），烤制溫度和時間是固定變量。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 過熱蒸汽烤制溫度的選擇

表2 過熱蒸汽烤制溫度對烤羊腿綜合品質的影響Table 2 Effect of superheated stream temperature on comprehensive quality of roast lamb legs

由表2可知，在200～260 ℃過熱蒸汽烤制溫度范圍內，隨著烤制溫度的升高，烤羊腿的綜合品質評分也相應增加，烤制溫度為240 ℃時評分最高，這是由于烤制溫度逐漸升高，烤羊腿逐漸顯示出烤制品的特點；隨著烤制溫度的升高，烤羊腿的氫化物含量逐漸降低，表面色澤紅亮，光澤度好，烤香味濃。當烤制溫度達到280 ℃時，烤羊腿氫化物含量升高，表面出現焦糊，L*降低。在200～260 ℃烤制溫度范圍內，隨著溫度的升高，肉中NH3、H2S等氫化物逐漸揮發，肉中氫化物含量逐漸降低，當溫度達到280 ℃時，羊腿表面快速形成“硬殼”，降低了肉中NH3、H2S等氫化物的揮發，從而導致氫化物含量升高，同時肉中引起膻味和焦糊味物質的相對含量增加[25-26]，L*降低。隨著溫度的升高，樣品中雜環胺的種類和含量均增加，其中總雜環胺含量由200 ℃時的16.24 ng/g增加到260 ℃時的56.40 ng/g。當烤制溫度為240 ℃時，烤羊腿的綜合加權評分最高，即烤羊腿品質最優。

2.1.2 過熱蒸汽烤制時間的選擇

表3 過熱蒸汽烤制時間對烤羊腿綜合品質的影響Table 3 Effect of superheated stream time on comprehensive quality of roast lamb legs

由表3可知：過熱蒸汽烤制溫度為240 ℃，烤制時間40 min時，烤羊腿的綜合品質得分較低（6.19），這可能是由于烤羊腿中各種反應尚未完全，風味物質還沒有完全釋放出來，沒有達到烤制品的品質要求；隨著烤制時間延長到60 min，烤羊腿表面色澤紅棕，烤香味濃郁，無焦糊現象，綜合品質評分高達7.83，這可能是由于烤制時間長有利于美拉德反應的進行，賦予羊腿較濃郁的烤香味，烤羊腿逐漸顯示出烤制品的特點，進而提高其綜合品質評分。烤制時間為40～60 min時，隨著烤制時間的延長，肉中NH3、H2S等氫化物逐漸揮發，導致烤制過程中氫化物含量逐漸降低，由烤制40 min時的1.04減少到60 min時的1.01，表面L*由30.02增加至38.55，表面a*由14.68增加至22.31，說明烤羊腿的L*和a*在烤制過程中逐漸提升。烤羊腿的總體品質在烤制60 min時開始下降。烤制70 min時，烤羊腿的氫化物含量由1.01增加至1.02，L*顯著降低（P＜0.05），烤羊腿表面色澤越來越暗，并且出現焦糊現象，綜合品質評分由7.83降低至5.72，這可能是由于隨著烤制時間的延長，美拉德反應初級階段生成的各種前體物質進一步降解，生成如噻吩、噻唑、吡嗪等雜環化合物[27-28]，進而增加烤羊腿中的異味物質；同時，羊腿肌肉中的蛋白質開始發生碳化反應，導致羊腿色澤變差，進而降低烤羊腿的綜合品質評分。隨著烤制時間的延長，烤羊腿中雜環胺的種類和含量均增加，當烤制時間延長至60 min時，雜環胺總量可達26.73 ng/g。因此，當烤制時間在60 min時，烤羊腿的綜合加權評分最高，即烤羊腿品質最優。

2.1.3 紅外光波烤制溫度的選擇

由表4可知：烤制時間為30 min時，在210～240 ℃烤制溫度范圍內，隨著烤制溫度的升高，烤羊腿的綜合品質評分由5.61增加至7.17，這可能是由于烤制溫度越高，越有利于美拉德反應的進行，進而賦予羊腿較濃郁的烤香味，烤羊腿逐漸顯示出烤制品的特點，從而提高其綜合品質評分；隨著烤制溫度的升高，烤羊腿的氫化物含量由1.01減少至1.00，表面L*由最初的29.09增加至37.35，表面a*由15.38增加至24.13，說明較高的烤制溫度可以賦予羊腿更好的L*和a*。烤羊腿的總體品質在240 ℃時開始下降，250 ℃時烤羊腿的氫化物含量由240 ℃時的1.00增加至1.03，L*顯著降低（P＜0.05），烤羊腿表面色澤越來越暗，并且表面出現焦糊現象，綜合品質評分由7.17降低至5.48，說明250 ℃時烤制溫度過高，羊腿中的水分含量減少，從而增加了氫化物的相對含量，影響烤羊腿的風味；同時，羊腿中的肌肉蛋白質開始發生碳化反應而出現焦糊現象，導致可食性降低，烤羊腿綜合品質評分降低。240 ℃過熱蒸汽烤制60 min后，再分別用210、220、230、240、250 ℃光波烤制30 min后，當光波烤制溫度逐漸升高時，樣品中雜環胺的種類和含量均增加，240 ℃時，雜環胺總含量達到53.14 ng/g。因此，當烤制溫度在240 ℃時，烤羊腿的綜合加權評分最高，即烤羊腿品質最優。

表4 紅外光波烤制溫度對烤羊腿綜合品質的影響Table 4 Effect of infrared light wave temperature on comprehensive quality of roast lamb legs

2.1.4 紅外光波烤制時間的選擇

表5 紅外光波烤制時間對烤羊腿綜合品質的影響Table 5 Effect of infrared light wave time on comprehensive quality of roast lamb legs

由表5可知，在10～50 min烤制時間范圍內，隨著烤制時間的延長，烤羊腿的風味和色澤品質也相應提高。烤制時間為10 min時，烤羊腿的綜合品質評分較低（6.38），這是由于烤制時間較短導致羊腿中的風味物質和各種反應還沒有完全表現出來，還沒有表現出烤制品的品質特征。隨著烤制時間延長到50 min，烤羊腿完全顯示出傳統烤羊腿應有的表面色澤紅棕、烤香味濃郁、無焦糊現象的特點，綜合品質評分最高（8.30）。烤制時間由30 min延長至40 min時，隨著烤制時間的延長，肉中NH3、H2S等氫化物逐漸揮發，導致烤制過程中氫化物含量逐漸降低。由于肌肉內部水分與脂肪逐漸從內部向外部遷移，導致表面L*由最初的32.07增加至烤制40 min時的38.23，表面a*由15.62增加至22.56，說明羊腿的亮度和紅度在烤制過程中逐漸提升。烤羊腿的總體品質在烤制40 min時開始下降，烤制50 min時，烤羊腿的氫化物含量由烤制40 min時的1.01增加至1.05，這是由于羊腿表面形成“硬殼”，降低了肉中NH3、H2S等氫化物的揮發，從而導致氫化物含量升高。烤制50 min時，烤羊腿表面a*顯著低于40 min時的a*，這是由于肌肉蛋白質開始發生碳化反應，導致羊腿色澤變差；但烤羊腿的綜合品質評分由7.30上升至8.30，這可能是由于隨著烤制時間的延長，美拉德反應促進風味物質的生成，賦予羊腿較濃郁的烤香味和較好的色澤[29-30]。在240 ℃紅外光波下分別烤制10、20、30、40、50 min后，隨著烤制時間的延長，雜環胺含量增加，當烤制時間延長至40 min時，雜環胺總含量高達49.97 ng/g。紅外光波烤制時間為50 min時，烤羊腿的綜合加權評分最高，即烤羊腿品質最優。

2.2 正交試驗結果

2.2.1 正交試驗結果及分析

烤羊腿過熱蒸汽聯合紅外光波烤制工藝參數優化的正交試驗結果如表6所示。

表6 過熱蒸汽聯合紅外光波烤制羊腿工藝參數的正交試驗結果Table 6 Orthogonal array design with experimental results

由表7可知，標準回歸系數越大，該因素作用越大。烤制過程中，烤羊腿的綜合品質評分所對應的4 個影響因素主次順序有所不同，D＞A＞C＞B，即紅外光波烤制時間對綜合品質最為重要，最佳組合為A2B1C2D3。由Pr可以看出，在P=0.05顯著水平上，因素D對烤羊腿的綜合品質影響極顯著（P＜0.01），因素A和C影響顯著（P＜0.05）。因此，選擇最佳組合為A2B1C2D3。

表7 過熱蒸汽聯合紅外光波烤制羊腿工藝參數正交試驗結果的極差分析和方差分析Table 7 Range analysis and analysis of variance for the effect of process parameters on comprehensive quality of roast lamb legs

表8 不同過熱蒸汽聯合紅外光波烤制工藝對烤羊腿雜環胺含量的影響Table 8 Effect of process parameters on the contents of individual and total heterocyclic aminesng/g

由表8可知，在P=0.05顯著水平上，因素A對雜環胺總量影響不顯著（P=0.070），因素C影響不顯著（P=0.052），且因素C在4 個因素中影響最大。

綜上所述，確定過熱蒸汽聯合紅外光波烤制羊腿的最佳工藝組合為A2B1C2D3，即過熱蒸汽烤制溫度240℃、過熱蒸汽烤制時間50 min、紅外光波烤制溫度240 ℃、紅外光波烤制時間60 min。由于A2B1C2D3未出現在正交試驗中，因此對其進行驗證實驗。

2.2 驗證實驗結果

由圖1和表9可知，驗證組（第10組）烤羊腿與其他9 組烤羊腿的風味物質差異顯著。其中，氫化物含量為1.10，廣譜醇類含量為1.02，a*為27.92，L*為38.73。通過綜合品質評價方程計算出第10組烤羊腿的綜合品質評分為9.62，顯著高于除第4組以外的其余8 組烤羊腿（表6）。

圖1 過熱蒸汽聯合紅外光波烤制正交驗證實驗中烤羊腿風味物質影響的方差分析Fig.1 Analysis of variance for the effect of process parameters on flavor compounds of roast lamb legs

表9 過熱蒸汽聯合紅外光波烤制正交驗證實驗中烤羊腿風味物質影響的顯著性分析Table 9 Significant test for the effect of process parameters on flavor compounds of roast lamb leg

表10 驗證組烤羊腿的雜環胺含量Table 10 Heterocyclic amine contents in validation group

表11 不同正交試驗組烤羊腿的綜合加權評分Table 11 Comprehensive weighted scores of roast lamb legs in 10 experimental runs from orthogonal array design

由表10～11可知，驗證組（第10組）烤羊腿的總雜環胺含量為19.28 ng/g，綜合加權評分為87.09 分。故烤羊腿過熱蒸汽聯合紅外光波烤制的最佳工藝組合為過熱蒸汽烤制溫度240 ℃、過熱蒸汽烤制時間50 min、紅外光波烤制溫度240 ℃，紅外光波烤制時間60 min。

3 結 論

通過過熱蒸汽聯合紅外光波烤制烤羊腿的單因素試驗和正交試驗發現，過熱蒸汽烤制對雜環胺有抑制作用，紅外光波烤制對烤羊腿的綜合品質有改善作用。綜合考慮烤羊腿的品質和雜環胺含量，過熱蒸汽聯合紅外光波烤制的最佳工藝參數為過熱蒸汽烤制溫度240 ℃、過熱蒸汽烤制時間50 min、紅外光波烤制溫度240 ℃，紅外光波烤制時間60 min，此條件下烤羊腿的綜合品質最優，其中氫化物含量為1.10，廣譜醇類含量為1.02，a*為27.92，L*為38.73，雜環胺含量為19.28 ng/g，綜合加權評分為87.09 分，屬于一級烤羊腿。本研究為實現烤羊腿的綠色制造提供了技術支撐和方法指導。