響應面法優化超聲波輔助姜汁嫩化炸豬排工藝

劉樹萍，方偉佳，馮 爽

（哈爾濱商業大學旅游烹飪學院，黑龍江 哈爾濱 150076）

超聲波是由超聲換能器將電能轉換為振動聲能的一種振動能形式，目前已應用于某些特定領域的食品加工，如肉類嫩化、傳熱傳質和干燥[1]。研究超聲波的一個關鍵目標是研究和分析超聲波處理導致的食品中的理想和不理想降解現象，而這一現象在肉類行業尤為重要，與肉類的腌制、嫩化緊密相關[2-3]。豬肉以其獨特的感官特征和加工技術在我國現代肉類工業中具有巨大的發展潛力和連續性。隨著我國經濟的快速增長，消費者對肉類產品的需求越來越大，對豬肉的品質和安全也越來越關注，逐漸成為研究熱點。Zeng Weicai等[4]綜述豬肉產品的加工技術和研究進展；Liu Chenxing等[5]以中國45 家網店冷藏豬肉為研究對象，研究冷藏豬肉的品質與安全性；蔣兆景等[6]研究包裝方式對冷鮮豬肉貯藏品質的影響；朱明明等[7]研究低變溫高濕解凍這一新型解凍方式對豬肉品質變化的影響。炸豬排是以豬肉為原料，以煎炸為主要烹飪方法的一道民間菜肴，其中嫩度是其成功與否的關鍵指標。目前，在超聲波領域中對生肉的研究較多[8-10]，研究大多集中在添加嫩化劑或超聲波輔助嫩化對生鮮豬肉品質的影響[11-13]，而將超聲波應用于烹飪過程中肉的嫩化的探討較少。本研究針對炸豬排的制作，采用超聲波輔助姜汁處理法，通過單因素試驗結合響應曲面優化試驗，以感官評價、質構、pH值及系水力等作為評定指標，探究制作外酥里嫩、香氣濃郁的炸豬排產品的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

雞蛋、豬里脊肉、生姜、面包糠、鹽、黑胡椒、白胡椒、料酒、生姜、一級大豆油，購于哈爾濱新陽路家樂福超市。

1.2 儀器與設備

KQ-100DB數控超聲儀 昆山市超聲儀器有限公司；FE28 pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；AXTD4高速冷凍離心機 鹽城市安信實驗儀器有限公司；JD200-3電子天平 福州華志科學儀器有限公司；TA-XT Plus物性測定儀 英國SMS公司。

1.3 方法

1.3.1 炸豬排的制作工藝

炸豬排的制作工藝：豬肉切片→姜汁嫩化→超聲處理→腌制→裹糊→煎制→冷卻

操作要點：1）切片：將里脊肉去筋膜，切成6 cmh4 cmh1 cm的豬肉片；2）生姜原液制作：取生姜與蒸餾水比例為1∶1.5（m/m），打汁，用3 層紗布過濾，置于4 ℃封口保鮮備用；3）超聲處理：將2.5 mL姜汁均勻涂抹在豬肉片表面，置于自封袋中，封口包裝，用于超聲處理；4）腌制：以肉質量計，準確稱取鹽5.0%（質量分數，下同）、料酒15.0%、黑胡椒0.5%、白胡椒0.5%，均勻攪拌，配制足量腌制液，將腌制液均勻涂抹于豬肉片表面，于4 ℃冰箱中腌制40 min；5）掛糊：里脊肉表面拍一層面粉，再均勻裹一層蛋液，最后均勻蘸一層面包糠，重復裹蛋液和面包糠1 次；6）煎制：掛糊里脊肉170 ℃煎制5 min，處理一半時間時翻面（用油量50 mL）。

1.3.2 工藝優化試驗設計

1.3.2.1 單因素試驗設計

分別固定生姜汁添加量2.5 mL、姜汁體積分數30%（生姜原液/（生姜原液+蒸餾水））、超聲功率60 W、超聲時間30 min，研究姜汁體積分數（20%、30%、40%、50%）、超聲功率（50、60、70、80 W）、超聲時間（10、20、30、40 min）對炸豬排感官品質、pH值、系水力、質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）及剪切力等品質的影響，每組實驗重復5 次。

1.3.2.2 響應面優化試驗設計

綜合單因素試驗結果，根據Box-Behnken中心組合試驗設計原理，建立3因素3水平模型，確定炸豬排的最佳工藝，試驗因素水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素水平表Table 1 Code and level of independent variables used in Box Behnken design

1.3.3 指標測定

1.3.3.1 感官評價

以10 位經過培訓的烹飪專業人士為感官評定小組，對炸豬排的色澤、氣味、組織狀態、口感和滋味5 個感官特性進行評定，評價標準如表2所示。

表2 炸豬排感官評價標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of deep-fried pork steaks

1.3.3.2 TPA測定

選取3 cmh1 cmh1 cm的炸豬排進行TPA測定。采用P50探頭、“2 次壓縮”模式，參數設置為TPA250 N，回程距離20 mm，起始力2 N，測試速率60 mm/s，形變量30%。

1.3.3.3 剪切力測定

順著肌纖維方向切取3 cmh1 cmh1 cm的肉條，用單刀剪切復合探頭測定，探頭型號為HDP/BS（W型無豁口刀具）。參數設置為：力量感應元250 N，起始力0.2 N，測試速率30 mm/s，回程速率50 mm/s，回程距離20 mm。每組樣品重復測定5 次。

1.3.3.4 pH值測定

將帶殼豬排切碎，稱取5 g，于25 mL蒸餾水中均質30 s，浸漬30 min，采用pH計測定pH值。

1.3.3.5 系水力測定

將帶殼豬排切碎，稱取10 g于離心管中，離心（1 500 r/min，30 min），吸去表面滲出水分。系水力計算公式如下。

式中：m1為離心前樣品質量/g；m2為離心后樣品質量/g。

1.4 數據處理

每個實驗重復5 次，實驗數據以平均值±標準差表示，采用Statistic 8.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 姜汁體積分數對炸豬排品質的影響

2.1.1.1 姜汁體積分數對炸豬排感官品質的影響

表3 姜汁體積分數對炸豬排感官品質的影響Table 3 Effect of ginger juice concentration on sensory quality of deep-fried pork steaks

由表3可知，姜汁體積分數對炸豬排感官品質影響顯著（P＜0.05）。隨著姜汁體積分數的遞增，炸豬排的感官評分呈現先上升后下降的趨勢，當姜汁體積分數為30%時，炸豬排的組織狀態、口感及滋味評分顯著高于其他組（P＜0.05）。肉成熟嫩化的一個主要原因是內源性蛋白水解，即肉的結構蛋白水解，這一過程需要酶的參與，所以肉類的嫩化本質就是酶促反應[14]。當姜汁體積分數為20%時，炸豬排氣味較淡，口感較硬。這可能是由于生姜蛋白酶是一種巰基蛋白酶，其對肌原纖維蛋白具有水解能力，可增加膠原蛋白溶解度，而過低的生姜蛋白酶含量使得水解效果不顯著，導致肉的嫩化效果不明顯[15]。當姜汁體積分數為30%時，炸豬排香氣濃郁，肉質鮮嫩多汁。當姜汁體積分數過高時，肉的口感疏爛，彈性較小，姜汁氣味較重，這與Tsai等[16]的實驗結論相同，均驗證了生姜蛋白酶對肌肉結構蛋白完整性的破壞作用。

2.1.1.2 姜汁體積分數對炸豬排TPA與剪切力的影響

表4 姜汁體積分數對炸豬排TPA與剪切力的影響Table 4 Effect of ginger iuice concentration on TPA parameters and shear force of deep-fried pork steaks

由表4可知：姜汁體積分數對炸豬排的硬度影響顯著（P＜0.05）；隨著姜汁體積分數的增加，炸豬排的彈性、膠黏性、咀嚼性呈現先上升后下降的趨勢，硬度、剪切力呈現逐漸下降的趨勢；其中當姜汁體積分數為30%時，炸豬排的膠黏性和咀嚼性顯著高于其他各組（P＜0.05）；姜汁體積分數過低時，炸豬排口感偏硬，難以咀嚼，當姜汁體積分數達到30%時，炸豬排口感軟嫩，彈性適中，姜汁體積分數過高時，口感較渣，無彈性。這可能是由于隨著姜汁體積分數增加，生姜蛋白酶與底物反應的程度也逐漸增加，適度反應會增加肉的嫩度，但過度反應會破壞豬肉組織完整性，降低食用價值[17]。

2.1.1.3 姜汁體積分數對炸豬排系水力和pH值的影響

表5 姜汁體積分數對炸豬排系水力和pH值的影響Table 5 Effect of ginger juice concentration on water-holding capacity and pH value of deep-fried pork steaks

由表5可知，姜汁體積分數對炸豬排pH值和系水力影響顯著（P＜0.05）。隨著姜汁體積分數的增加，炸豬排的pH值和系水力均呈現先上升后下降的趨勢，當姜汁體積分數為30%時，炸豬排的系水力與pH值顯著高于其他各組（P＜0.05），此時炸豬排香氣濃郁、軟嫩多汁。肌肉pH值的變化是肌肉糖原酵解速率和肌肉中乳酸含量變化的體現，它的變化程度和速率反映了肌肉品質，pH值的大小與肉質的嫩度有很大關系，過高的姜汁體積分數會導致肌肉酶解過度，部分蛋白質變質，保水性下降，影響炸豬排口感[18-19]。

2.1.2 超聲時間對炸豬排品質的影響

2.1.2.1 超聲時間對炸豬排感官品質的影響

由表6可知，超聲時間對炸豬排的感官評分影響顯著（P＜0.05）。隨著超聲時間的延長，炸豬排的感官評分均呈現先上升后下降的趨勢，當超聲時間為30 min時，炸豬排的組織狀態、口感、滋味評分顯著高于其他組（P＜0.05）。超聲時間過短，炸豬排的組織緊密，口感較干；當超聲時間達到30 min時，炸豬排外酥里嫩，汁液豐富；當超聲時間過長時，炸豬排的口感發柴，香氣不足。而且超聲時間過短，豬排嫩化效果不明顯，過長的超聲時間會導致豬排化學反應程度加深，肉的氧化加劇，影響豬排感官質量[20]。

表6 超聲時間對炸豬排感官品質的影響Table 6 Effect of ultrasonic time on sensory quality of deep-fried pork steaks

2.1.2.2 超聲時間對炸豬排TPA與剪切力的影響

表7 超聲時間對炸豬排TPA和剪切力的影響Table 7 Effects of ultrasonic time on TPA parameters and shear force of deep-fried pork steaks

由表7可知，超聲時間對炸豬排的彈性、膠黏性、咀嚼性及剪切力影響顯著（P＜0.05）。隨著超聲時間的增加，炸豬排的硬度、膠黏性呈現先上升后下降趨勢，咀嚼性、彈性、剪切力呈現先下降后上升趨勢。超聲時間過短時，肉質緊密、較硬，超聲嫩化作用不明顯；當超聲時間為30 min時，肉質軟嫩，彈性十足；超聲時間過長時，肌肉紋理疏松，口感軟爛，這與Zou Ye等[21]實驗結果一致。短時間的超聲處理可增加肉的韌性，降低肉的嫩度，但處理時間過長會使蛋白質發生不良變性，影響口感和嫩度[22]。

2.1.2.3 超聲時間對炸豬排系水力和pH值的影響

由表8可知，隨著超聲時間的延長，炸豬排的pH值與系水力均呈現先上升后下降的趨勢，當超聲時間為30 min時，炸豬排的pH值、系水力顯著高于其他各組（P＜0.05）。超聲時間過短時，豬排嫩化效果不明顯，炸豬排的口感緊致、偏硬，汁液不夠豐富；當超聲時間為30 min時，炸豬排皮酥肉嫩，香氣濃郁；超聲時間過長時，炸豬排的口感發柴，香氣不足。超聲前期，炸豬排的pH值呈現上升趨勢，這與Wójciak等[23]的實驗結果一致。這可能是超聲波導致蛋白水解酶和脫氨酶的釋放，酸性蛋白減少所致[24]。過短和過長的超聲時間均會導致系水力顯著下降（P＜0.05）。

2.1.3 超聲功率對炸豬排品質的影響

2.1.3.1 超聲功率對炸豬排感官品質的影響

表9 超聲功率對炸豬排感官品質的影響Table 9 Effect of ultrasonic power on sensory quality of deep-fried pork steaks

由表9可知，超聲功率對炸豬排的組織狀態、口感、滋味影響較顯著（P＜0.05）。隨著超聲功率的增加，炸豬排的感官評分均呈現先上升后下降的趨勢，其中超聲功率為60 W時，炸豬排的組織狀態、口感、滋味得分均顯著高于其他各組（P＜0.05）。超聲功率過小，炸豬排的香氣不足；超聲功率過大，炸豬排的滋味油膩，這與Esmeralda等[25]的實驗結果一致，可能是由于過高的微波功率賦予豬肉油膩的滋味。

2.1.3.2 超聲功率對炸豬排TPA與剪切力的影響

表10 超聲功率對炸豬排TPA和剪切力的影響Table 10 Effect of ultrasonic power on TPA parameters and shear force of deep-fried pork steaks

由表10可知，超聲功率對炸豬排質構影響顯著（P＜0.05）。隨著超聲功率的增加，炸豬排的硬度、膠黏性、咀嚼性和剪切力呈現先下降后上升的趨勢，彈性變化趨勢相反。當超聲功率為60 W時，炸豬排的硬度、咀嚼性、膠黏性和剪切力均為最小值（P＜0.05），而彈性達到最大值（P＜0.05）。超聲功率過小時，炸豬排肉質較硬，口感不佳；當超聲功率達到60 W時，炸豬排軟硬適中，彈性適中；當微波功率過大時，炸豬排肉質發柴，嫩度下降。超聲波對肉類的作用主要體現在蛋白質變性和膠原溶解兩方面，隨著超聲功率的增加，二者呈現此消彼長的關系，嫩度也發生相應的變化[26]。

2.1.3.3 超聲功率對炸豬排系水力和pH值的影響

表11 超聲功率對炸豬排系水力和pH值的影響Table 11 Effect of ultrasonic power on water-holding capacity and pH value of deep-fried pork steaks

由表11可知，隨著超聲功率的增加，炸豬排的pH值與系水力均呈現先上升后下降的趨勢，當超聲功率為60 W時，炸豬排的pH值與系水力均達到最大值（P＜0.05），此時的炸豬排鮮嫩多汁，彈性十足，與肌肉成熟期pH值升高、肉質變嫩理論吻合[27]。超聲處理對系水力有一定的影響，適度的超聲會增強肌肉的伸展和回縮幅度，提高肉的持水能力，但過度的超聲處理會破壞肌肉的完整程度，降低肉的持水性[28]。

2.2 響應面法優化炸豬排的嫩化條件試驗設計及回歸分析

以超聲時間（A）、超聲功率（B）、姜汁體積分數（C）為自變量，剪切力為響應值（Y），進行響應面分析試驗。采用Design-Expert 8.0.6軟件對表12中的數據對進行多項式擬合回歸，建立多元二次響應面回歸模型，所得方程為Y=24.96－1.90A－2.18B－1.01C+2.66AB+3.70AC+2.67BC+2.43A2+2.96B2+4.91C2。

表12 Box-Benhnken試驗設計及結果Table 12 Box-Benhnken design with experimental and predicted results

由表13可知，模型的F值為13.30，R2為0.944 8，說明該預測模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P=0.073 6），說明該模型具有統計學意義。在嫩化影響因素中，一次項B（超聲功率）對模型影響極顯著（P＜0.01），C（姜汁體積分數）對模型影響不顯著（P=0.145 4）；交互因素中AC（超聲時間與姜汁體積分數）交互作用極顯著（P＜0.01）；二次項C2（姜汁體積分數）對模型影響極顯著（P＜0.01）。由F值可判斷出，單因素的影響大小順序為超聲功率（B）＞超聲時間（A）＞姜汁體積分數（C）；交互項影響大小為AC＞BC＞AB；二次項影響大小為C2＞B2＞A2。

表13 回歸模型方差分析Table 13 Analysis of variance of regression model

2.3 交互作用分析及實驗結果驗證

2.3.1 交互作用分析

由圖1可知，當超聲時間恒定時，炸豬排的剪切力隨著超聲功率的增大呈現先緩慢下降后迅速上升的趨勢。當超聲功率恒定時，隨著超聲時間的延長，炸豬排剪切力呈現出先減小后增大的拋物線變化趨勢。超聲處理通過改變蛋白質結構，降低肉的剪切力，提高肉的嫩度與彈性，但頻率較低或時間較短的超聲波對連接肌肉組織的肌原纖維蛋白結構破壞作用不顯著，嫩化效果不明顯[29-31]。

由圖2可知，當超聲時間恒定時，隨著姜汁體積分數的增加，炸豬排剪切力呈先減小后增加趨勢，而當姜汁體積分數恒定時，隨著超聲時間的延長，炸豬排剪切力呈現先下降后上升的趨勢，但變化趨勢較平緩。這可能是由于生姜汁中的生姜蛋白酶可使肉嫩化，但是過度嫩化使肉表面軟爛，剪切力下降幅度增加[32]。超聲處理使得蛋白質碎片增加，適度的破碎使口感變嫩，剪切力緩慢下降[33]。

由圖3可知：當超聲功率恒定時，隨著姜汁體積分數的增大，炸豬排剪切力呈現先下降后上升的趨勢；當姜汁體積分數恒定時，隨著超聲功率的增大，炸豬排剪切力也呈現先下降后上升的趨勢。這可能是由于超聲波可在不同程度上對肌肉結構造成物理破壞，增強蛋白質的水解和變性，從而改變肉的肌理和多汁性，姜汁體積分數過高會刺激導致豬肉老化的物質增加，剪切力隨之受到影響[34-35]。

2.3.2 實驗結果驗證

通過Design Expert V8.0.6軟件預測出炸豬排的最佳嫩化工藝為姜汁體積分數2 9.5 7%（添加量2.5 mL）、超聲時間31.54 min、超聲功率61.35 W。在上述條件下，炸豬排剪切力的預測值為24.41 N。考慮到實際操作的可行性，將得到的最佳工藝參數調整為姜汁體積分數30%（添加量2.5 mL）、超聲時間30 min、超聲功率60 W進行驗證實驗，重復5 次。驗證實驗結果顯示，用該嫩化條件處理的調理豬肉剪切力為25.11 N，實測值與預測值之間誤差不大，說明實驗得到的模型有效。炸豬排的感官評價為8.9 分，整體可接受性良好。

3 結 論

針對炸豬排嫩化工藝進行研究，選擇炸豬排工藝中的影響因素進行單因素試驗，進一步通過響應面試驗得出，交互作用因素影響大小為AC＞BC＞AB（超聲時間與姜汁體積分數＞超聲功率與姜汁體積分數＞超聲時間與超聲功率）。經優化后的嫩化條件為姜汁體積分數29.57%（添加量2.5 mL）、超聲時間31.54 min、超聲功率61.35 W。經優化調整后的嫩化條件可使炸豬排感官評分達到8.9 分，與對照組（7.4 分）相比提高33.7%。采用優化后工藝可制作出外酥里嫩、香氣濃郁的炸豬排。