王新穎,陳煉紅,杜榮勝,蔡自建,張 巖,王琳琳,*
(1.西南民族大學食品科學與技術學院,四川成都 610041;2.中農威特生物科技股份有限公司,甘肅蘭州 730030;3.西南民族大學畜牧獸醫學院,四川成都 610041)
豬肉腸是豬肉原料經腌制、斬拌后與調味料等輔料混合灌腸和熟制等工序加工而成的灌腸類制品,不僅風味獨特、營養豐富,而且體積小,便于儲藏且攜帶方便,是深受廣大消費者喜愛的豬肉制品之一[1]。然而,在豬肉腸生產加工過程中還存在一些問題,如產品種類少、出品率低、保水性差、彈性差、韌性低及感官品質不佳等。近年來在肉制品加工過程中常適當添加一些不同種類和數量的食用膠,這可在一定程度上改善灌腸類肉制品的品質,增加其彈性和黏合性,并能提高其持水性能和出品率[2]。
食用膠是一類使用非常廣泛的膠體類穩定劑,尤其在食品工業較發達的地區食用膠的使用更為廣泛。食用膠被應用于各類食品生產加工中,尤其在肉制品中的應用量逐年增加,原因在于食用膠對改善肉制品品質具有重要作用,可提高肉制品的凝膠保水性、改善出油性、增強體系的穩定性,賦予肉制品良好的口感和提高出品率等[3?4]。自然界中食用膠的來源較為廣泛,主要包括植物、動物、微生物及海藻等原料。目前,在食品工業中允許使用的食用膠有60 余種,我國允許使用的約有40 種,而常應用于肉制品加工中的食用膠主要有卡拉膠、黃原膠、瓜爾豆膠、魔芋膠、瓊脂、明膠和亞麻籽膠等[5?6]。研究指出在肉制品中添加食用膠既能夠改善肉制品的風味、顏色、保水率等品質,也能降低生產成本[7]。扶慶泉等[8]發現,在低溫火腿中加入卡拉膠,能顯著提高產品的感官評分。趙百忠等[9]研究表明,因黃原膠能與水之間相互作用形成很強的凝膠,因而在火腿腸加工過程中添加黃原膠,能使產品具有更好的保水性,還能防止淀粉的回生。趙謀明等[10]研究也表明,在豬肉脯中添加瓜爾豆膠和魔芋膠,不僅能提高豬肉脯的感官品質,還能改善豬肉脯的質構特性。不同種類的食用膠都有其各自的優勢與不足,單一添加一種膠對產品品質的影響不及幾種食用膠復配使用效果明顯,因此在使用過程中常選擇幾種食用膠以復配形式加入到肉制品當中,以起到優勢互補的作用。目前,在肉腸中有關于加入黃原膠、卡拉膠、瓜爾豆膠、魔芋膠等的研究尚有報道[11?13],而關于亞麻籽膠、瓜爾豆膠和魔芋膠3 種食用膠復配添加到豬肉腸中的研究還尚未見報道。因此,有必要探究上述3 種食用膠復配對豬肉腸品質和出品率的影響,以期為提高肉腸類制品品質和出品率提供數據支持和理論依據。本試驗以豬肉腸為研究對象,探究亞麻籽膠、瓜爾豆膠和魔芋膠3 種食用膠復配對豬肉腸出品率、保水率和感官品質的影響,并篩選得到3 種食用膠的最佳復配比例,進而確定豬肉腸最佳制備工藝條件。
新鮮豬后腿瘦肉和脂肪、食鹽、胡椒粉、蔗糖、玉米淀粉、味精、腸衣 東航中心云錦天地超市;亞硝酸鹽 河南味之雅食化有限公司;紅曲紅色素、復合磷酸鹽、亞麻籽膠、瓜爾豆膠、魔芋膠 河南萬邦實業有限公司。
FA1604N 分析電子天平 蘇珀儀器廠;HH-6 型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;DGF-4S 恒溫干燥箱 博偉儀器。
1.2.1 豬肉腸基本配方 參考文獻[14]的方法,豬瘦肉和脂肪質量比為40:17,冰水占肉總質量的25%;按質量分數添加食鹽2%、蔗糖0.6%、胡椒粉0.14%、玉米淀粉8%、復合磷酸鹽0.19%、亞硝酸鹽0.009%、紅曲紅色素0.22%、味精0.06%,其中所有配料的添加量均為豬瘦肉、脂肪、冰水總和的質量分數。
1.2.2 豬肉腸加工工藝及操作要點
1.2.2.1 原料修整 按配方準確稱取健康新鮮的豬腿肉,將其切成小塊。
1.2.2.2 腌制 在稱量好的豬肉中按比例加入食鹽、復合磷酸鹽和亞硝酸鹽等攪拌均勻,并腌制過夜。
1.2.2.3 斬拌 將腌制好的豬肉斬拌1 min 再將其他輔料加入后再斬拌3 min,之后再加入已經混勻的亞麻籽膠、瓜爾豆膠和魔芋膠等食用膠和玉米淀粉等混合物繼續斬拌2 min,使最終肉糜的溫度不高于12 ℃。
1.2.2.4 灌腸 灌腸前需要先將腸衣用溫水浸泡30 min,洗凈后灌腸,并且用針刺排氣。擦干表面水分后,稱重。
1.2.2.5 煮制 將稱量好的豬肉腸在80 ℃的水浴鍋中煮制40 min。
1.2.2.6 保存 將豬肉腸冷卻至室溫,在4 ℃的冰箱中保存。
1.2.3 響應面試驗設計及統計學分析
1.2.3.1 單因素實驗設計 對腌制處理后的豬肉腸,分別設計亞麻籽膠添加量為0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,瓜爾豆膠添加量為0.0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%,魔芋膠添加量為0.0%、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%、0.90%的單因素實驗并對單因素實驗所得產品測定出品率和保水率。當篩選其中一個參數時,其余參數分別設為:亞麻籽膠添加量0.3%、瓜爾豆膠添加量0.9%、魔芋膠添加量0.45%。
1.2.3.2 響應面試驗設計 根據單因素實驗結果,進行Box-Benhnken 中心組合試驗設計,以亞麻籽膠添加量(A)、瓜爾豆膠添加量(B)、魔芋膠添加量(C)三個因素為試驗變量,以出品率、保水率和感官評分為響應值設計三因素三水平響應面試驗。根據響應面試驗設計結果,優化豬肉腸最佳加工工藝條件。響應面試驗因素水平編碼表如表1所示。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factor and level table of response surface test
1.2.4 測定指標
1.2.4.1 出品率 參照文獻[15]方法。把豬肉腸蒸煮冷卻至室溫后,在4 ℃冰箱中冷卻一夜后,吸干樣品表面水分和油脂,精確稱量的樣品質量定義為制品凈質量(m1)。豬肉腸灌好后,吸干樣品表面水分和油脂后,準確稱量的樣品質量定義為生質量(m2)。

1.2.4.2 保水率 參照文獻[13]方法,并加以修改,先將樣品切成5 mm 厚的切片,然后將樣品稱好質量后放入恒溫干燥箱中(m3),設置干燥箱的溫度為60 ℃,干燥恒重后稱質量(m4),每次取三個平行值計算保水率。

式中:m0為坩堝質量(g);m3為樣品干燥前的質量(g);m4為樣品干燥后的質量(g)。
1.2.4.3 感官評價 感官評價標準參照文獻[16]方法,嚴格按照感官評價要求對豬肉腸進行評價,感官評分計算公式如下。

試驗數據用Microsoft 2016 Excel 進行整理,使用origin 8.0 作圖,用SPSS 19.0 進行多重比較,用Design Expert 8.05 軟件中Box-Behnken 進行試驗設計與回歸分析,數據采用平均值±標準差(Mean±SD)表示,每個試驗重復測定三次。
2.1.1 亞麻籽膠對豬肉腸出品率和保水率的影響亞麻籽膠因其能較好地提高肉制品的保水性和保油性,并能改善肉制品的感官品質和切片性而被廣泛應用于肉制品的生產加工中[17]。由圖1可知,亞麻籽膠添加量不同對豬肉腸的出品率和保水性均具有不同影響。其中,隨著亞麻籽膠添加量的增加,豬肉腸的出品率整體呈先上升后下降的變化,并在添加量為0.4%時達到最大值96.0%,原因可能是亞麻籽膠與肌肉蛋白之間的相互作用改變了肌肉蛋白的凝膠特性,提高了豬肉腸的持水能力,在肌肉蛋白本身吸水能力的基礎之上,進一步吸附了不能被蛋白質網絡結構保留的水,減少了蒸煮損失,進而提高了豬肉腸的出品率[18?19];但并不是亞麻籽膠添加量越高越有利于豬肉腸的出品率,原因可能是過多的食用膠不利于凝膠對水分的吸附。陳志剛等[20]研究也證明,亞麻籽膠可較大程度提高鹽水火腿的出品率,與本研究結果一致。同時,當亞麻籽膠添加量為0.4%時,豬肉腸的出品率顯著高于其他比例時豬肉腸的出品率(P<0.05)。

圖1 亞麻籽膠對豬肉腸出品率和保水率的影響Fig.1 Effect of flaxseed gum on pork sausage yield and water retention rate
隨著亞麻籽膠添加量的增加,豬肉腸的保水率整體呈先上升后下降的變化,原因可能是亞麻籽膠的親水性較強,與淀粉等多糖之間有強烈的相互作用,增強了淀粉等多糖物質與水結合的穩定性,防止了肉制品水分的析出。張曉冬等[21]研究也證明,亞麻籽膠的添加可以提高斬拌型肉腸的保水率,與本研究結果相似。同時,當亞麻籽膠添加量為0.4%時,豬肉腸的保水率高于其他比例時的保水率,但無顯著性差異。結合出品率的結果,選擇亞麻籽膠添加量0.4%為響應面試驗參數。
2.1.2 瓜爾豆膠對豬肉腸出品率和保水率的影響瓜爾豆膠是天然食用膠中黏度最高的一種,具有較好的保水性[22]。由圖2可知,隨著瓜爾豆膠添加量的增加,豬肉腸的出品率呈先顯著上升后緩慢下降的變化,原因可能是瓜爾豆膠屬于線性甘露聚糖鏈帶有半乳聚糖支鏈,穩定性比較強,并能有效提高肉制品的保水性,降低其蒸煮損失,從而提高了豬肉腸的出品率;同時因瓜爾豆膠沒有凝膠特性,故在使用時需要注意其使用量,當添加量過大時,會導致肌原纖維蛋白凝膠的形成受阻,從而會降低肉制品的出品率,并提高蒸煮損失率[23?24]。當瓜爾豆膠添加量為0.3%時,豬肉腸的出品率達到最大值96.9%,顯著高于未添加瓜爾豆膠豬肉腸的出品率(P<0.05),說明添加瓜爾豆膠可有效提高豬肉腸的出品率,但當瓜爾豆膠添加量高于0.3%時,豬肉腸的出品率則呈緩慢下降變化,并均低于添加量為0.3%時的出品率,說明過多添加瓜爾豆膠反而不利于肉制品的出品率,并不是添加量越大越好。
同時,當瓜爾豆膠添加量為0.3%時,豬肉腸的保水率也達到最大值87.22%,顯著高于未添加瓜爾豆膠豬肉腸的保水率(P<0.05),但與其他添加量無顯著差異。瓜爾豆膠因其結構具有很強的吸水性,且自身溶脹性也很強,因而在制作肉糜時可直接與相鄰的水分子和蛋白質發生相互作用,提高分子間的鍵合作用,會使肌肉蛋白形成較大有序的空間網絡結構,從而提高豬肉腸的保水性;但因其本身不能形成凝膠,過多的添加瓜爾豆膠會阻礙肌肉蛋白凝膠對水分的吸收,從而導致豬肉腸保水率的下降。綜上所述,當瓜爾豆膠添加量為0.3%時,豬肉腸的出品率和保水率均最高,并從生產實際出發,選擇瓜爾豆膠添加量0.3%為響應面試驗參數。
2.1.3 魔芋膠對豬肉腸出品率和保水率的影響 魔芋膠是優質的膳食纖維,有效成分為葡甘露聚糖,具有穩定的乳化性、增稠性和吸水性,在食品加工體系中能使體系中各組分均勻分散,形成穩定的凝膠網絡結構[25]。如圖3所示,添加不同比例的魔芋膠對豬肉腸出品率的影響無明顯規律,但總體呈上升變化,并在添加量為0.75%時達到最大值97.42%,但與其他添加量所制豬肉腸出品率相比無顯著差異。

圖3 魔芋膠對豬肉腸出品率和保水率的影響Fig.3 Effect of konjac gum on pork sausage yield and water retention rate
同時,隨著魔芋膠添加量的增加,豬肉腸的保水率也呈上升趨勢,原因主要是魔芋膠的主要成分葡甘露聚糖具有很強的粘性和保水性,可使不能自由流動的水充滿在網絡縫隙中,另外魔芋膠分子結構中的親水基團,也可束縛住水分子,避免水分的外流,這與黃明發[26]的研究結果一致。當魔芋膠添加量為0.75%時,豬肉腸的出品率和保水率均達到最大值并高于其他添加量,故選擇魔芋膠添加量0.75%為響應面試驗參數。
2.2.1 回歸模型建立及其方差分析 在單因素實驗基礎之上,以亞麻籽膠添加量(A)、瓜爾豆膠添加量(B)、魔芋膠添加量(C)為試驗因子進行三因素三水平Box-Behnken 試驗設計,以豬肉腸出品率(Y1)、保水率(Y2)和感官評分(Y3)為響應值,得到不同食用膠復配后制品出品率、保水率和感官評分的結果見表2。

表2 Box-Behnken 響應面試驗設計結果Table 2 The results of Box-Behnken response surface test design
用Design Expert 軟件對上述試驗結果進行回歸分析,得到豬肉腸出品率、保水率和感官評分的二次回歸方程如下:
a.豬肉腸出品率回歸方程:

對上述回歸模型進行方差分析,并對模型系數進行顯著性檢驗,如表3所示,豬肉腸出品率所建立的回歸方程的模型:F值為10.35,P=0.0028<0.01,表明該模型極顯著,二次模型的失擬項P=0.2026>0.05不顯著。

表3 回歸模型的方差分析Table 3 Variance analysis of regression models
b.豬肉腸保水率回歸方程:

豬肉腸保水率所建立的回歸方程的模型:F值為3.99,P=0.0266<0.05,表明該模型顯著,二次模型的失擬項P=0.1506>0.05 不顯著。
c.豬肉腸感官評分回歸方程:

豬肉腸感官評分所建立的回歸方程的模型:F值為6.59,P=0.049<0.05,表明該模型顯著,二次模型的失擬項P=0.0742>0.05 不顯著。上述三個模型的R2均接近1,說明所得模型預測值與實測值之間具有良好的擬合性,試驗誤差較小,試驗自變量與響應值之間的關系顯著,可用于豬肉腸制備工藝參數的預測與優化。
2.2.2 不同試驗因素回歸模型系數檢驗 各模型回歸系數顯著性檢驗結果見表4,F值和P值用于表征試驗因素對響應值影響的程度,F值越大,P越小,說明該因素在方程中的影響越顯著[27]。如表4所示,在豬肉腸出品率回歸模型中,一次項A(P=0.0018<0.01)、C(P=0.0004<0.01)均對方程的影響極顯著,說明亞麻籽膠和魔芋膠對豬肉腸的出品率影響極顯著,B(P=0.0197<0.05)對方程影響顯著,說明瓜爾豆膠也對豬肉腸的出品率有顯著影響,3 個因素對豬肉腸出品率的影響大小排序為C>A>B。交互項AB(P=0.0278<0.05)、AC(P=0.0230<0.05)均對方程有顯著影響,說明亞麻籽膠與瓜爾豆膠、亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸的出品率有顯著影響,但BC(P=0.7823>0.05)對方程無顯著影響,說明瓜爾豆膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸保水率的影響不顯著,同時添加瓜爾豆膠和魔芋膠比單獨添加其中任意一種時對豬肉腸的出品率都有較大程度提高,但二者之間的交互作用對豬肉腸的出品率無顯著影響。
在豬肉腸保水率回歸模型中,一次項A(P=0.0297<0.05)對方程的影響顯著,B(P=0.3363>0.05)、C(P=0.9287>0.05)對方程均無顯著影響,說明亞麻籽膠對豬肉腸保水率有顯著影響,3 個因素對豬肉腸保水率的影響大小排序為A>B>C。交互項AB(P=0.0182<0.05)、BC(P=0.0182<0.05)對方程的影響均顯著,說明亞麻籽膠與瓜爾豆膠、瓜爾豆膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸的保水率有顯著影響,但AC(P=0.4467>0.05)對方程無顯著影響,說明亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸保水率的影響不顯著,同時添加亞麻籽膠和魔芋膠比單獨添加其中任意一種時對均豬肉腸的保水率有較大程度提高,但二者之間的交互作用對豬肉腸的保水率無顯著影響。
在豬肉腸感官評分回歸模型中,一次項A(P=0.251>0.05)、B(P=0.0565>0.05)、C(P=0.7156>0.05)對方程均無顯著影響,說明單獨任意添加一種食用膠對豬肉腸感官評分均無顯著影響。交互項AB(P=0.0005<0.01)、AC(P=0.0193<0.05)對方程的影響均顯著,說明亞麻籽膠與瓜爾豆膠、亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸的感官評分有顯著影響,但BC(P=0.6993>0.05)對方程無顯著影響,說明瓜爾豆膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸保水率的影響不顯著。
2.3.1 三個因素對豬肉腸出品率影響響應曲面圖分析 對試驗自變量亞麻籽膠、瓜爾豆膠與魔芋膠之間的兩兩交互作用進行分析,得到交互因子的響應面圖。等高線和響應曲面反映了兩個變量之間的交互作用,以及每個變量水平對響應值的影響程度[28],響應曲面越陡峭表示該變量對響應值的影響作用越大,響應曲面越緩表明該變量對響應值的影響作用越小[29?30],由此可知各試驗變量及彼此間的交互作用對豬肉腸出品率、保水率和感官品質的影響程度。由圖4可知各響應值二次回歸方程的響應曲面均隨自變量的變化呈現出不同的變化情況。其中,如圖4(a)所示,亞麻籽膠與瓜爾豆膠之間的交互作用對豬肉腸的出品率有顯著影響,豬肉腸的出品率隨著亞麻籽膠添加量的增加呈上升趨勢且響應曲面逐漸變陡,隨著瓜爾豆膠添加量的增加,豬肉腸出品率整體也呈上升變化,這與表4中豬肉腸出品率回歸方程的方差分析結果相一致。同時,如圖4(c)所示,亞麻籽膠與魔芋膠之間的相互作用對豬肉腸的出品率也有顯著影響。當固定其中一個影響因素水平的情況下,豬肉腸的出品率均分別隨著亞麻籽膠和魔芋膠添加量的增加呈上升變化,且亞麻籽膠的影響更為顯著。

表4 不同試驗因素回歸系數檢驗Table 4 Test of regression coefficients of different test factors

圖4 三個因素的交互作用對豬肉腸出品率影響響應曲面Fig.4 Response surface graph of interaction of flaxseed gum,guar gum and konjac gum on pork sausage yield
2.3.2 三個因素對豬肉腸保水率影響響應曲面圖分析 如圖5(a)所示,亞麻籽膠與瓜爾豆膠之間的交互作用對豬肉腸的保水率也有顯著影響。豬肉腸的保水率隨著亞麻籽膠和瓜爾豆膠添加量的增加呈逐漸上升趨勢且響應曲面逐漸變陡峭,且當亞麻籽膠添加量增加后,曲面變得更加陡峭,說明添加亞麻籽膠對豬肉腸保水率的影響更為顯著。如圖5(b)所示,亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用形成的響應曲面近似一個平面,等高線近似一條直線,說明亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸保水率的影響不顯著。如圖5(c)所示,豬肉腸的保水率隨著亞麻籽膠與瓜爾豆膠添加量的增加呈逐漸上升趨勢且響應曲面逐漸變陡,說明瓜爾豆膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸的保水率也有顯著影響。當固定其中一個影響因素水平的情況下,豬肉腸的保水率均分別隨著瓜爾豆膠和魔芋膠添加量的增加呈上升趨勢,且瓜爾豆膠的影響更為顯著,以上分析結果與表4中豬肉腸保水率回歸方程的方差分析結果相一致。

圖5 三個因素的交互作用對豬肉腸保水率影響響應曲面Fig.5 Response surface graph of interaction of flaxseed gum,guar gum and konjac gum on water retention rate of pork sausage
2.3.3 三個因素對豬肉腸感官評分影響響應曲面圖分析 如圖6(a)所示,亞麻籽膠和瓜爾豆膠之間交互作用對豬肉腸的感官評分有顯著影響。豬肉腸的感官評分隨著亞麻籽膠添加量和瓜爾豆膠添加量的增加呈現逐漸上升的趨勢且響應面逐漸變陡,原因可能是適當添加亞麻籽膠可以使豬肉腸的硬度降低,從而使其口感有所改善。如圖6(b)所示,亞麻籽膠和魔芋膠之間交互作用對豬肉腸的感官評分也有顯著影響。豬肉腸的感官評分隨著亞麻籽膠添加量和魔芋膠添加量的增加呈上升變化且響應面逐漸變陡,原因可能是亞麻籽膠使產品消除淀粉感且能增強肉腸的咀嚼感,魔芋膠可使肉腸的彈性、切片性、復水性和咀嚼感變得更好,且魔芋膠的凝膠具有協同作用,可使豬肉腸的切片性和彈韌性得到提高,其粘稠性可以防止肉制品中水分的析出,提高豬肉腸的保水性和和黏結力。

圖6 三個因素的交互作用對豬肉腸感官評分影響響應曲面圖Fig.6 Response surface graph of interaction of flaxseed gum,guar gum and konjac gum on the sensory score of pork sausage
響應面圖形是由亞麻籽膠添加量、瓜爾豆膠添加量和魔芋膠添加量以及豬肉腸的出品率、保水率和感官評分等響應值共同構成的三維網絡結構圖,在上述響應面模型分析的基礎之上,對綜合指標的二次回歸方程求解,得到3 種食用膠的最佳復配比例為:亞麻籽膠添加量為0.47%、瓜爾豆膠添加量為0.40%、魔芋膠添加量為0.65%,預測所得豬肉腸出品率為98.5%、保水率為90.69%、感官評分為8.39。
為了檢驗響應面法的可行性以及比較實測值和預測值之間的準確性,并考慮實際生產加工的可操作性,進一步利用最優的預測試驗條件(亞麻籽膠添加量為0.50%、瓜爾豆膠添加量為0.40%、魔芋膠添加量為0.65%)對模型進行驗證試驗,試驗重復三次,得到實際豬肉腸的出品率為98.97%、保水率為90.26%、感官評分為8.14,與預測結果的接近度為100.5%、99.53%、97.02%,說明利用響應面法優化豬肉腸中食用膠復配配方工藝參數準確可靠,回歸方程能較真實地反映各因素對豬肉腸的影響,可為實際生產提供理論參考。
響應面優化試驗得到豬肉腸的最佳工藝條件為亞麻籽膠添加量為0.50%、瓜爾豆膠添加量為0.40%、魔芋膠添加量為0.65%,經過三次平行實驗,所制產品彈性較好,整體可接受度較高,出品率為98.97%、保水率為90.26%、感官評分為8.14,與模型所預測理論值相接近,說明回歸方程能較真實地反映各因素對豬肉腸出品率、保水率和感官評分的影響,具有一定的實踐指導價值。亞麻籽膠與瓜爾豆膠、亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用均對豬肉腸的出品率有顯著影響;亞麻籽膠與瓜爾豆膠、瓜爾豆膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸的保水率也有顯著影響;同時,亞麻籽膠與瓜爾豆膠、亞麻籽膠與魔芋膠之間的交互作用對豬肉腸的感官品質也有顯著影響,說明這3 種膠復配后添加到豬肉腸中能夠有效提高制品的出品率、保水率和感官品質且效果較好。