響應面優化黑豆皮膳食纖維雞肉香腸工藝與品質分析

巫永華，顧冉，滕迎弟，張建萍，張新平，陳尚龍，劉恩岐*，陳羅

(1.徐州工程學院 江蘇省食品資源開發與質量安全重點建設實驗室，江蘇 徐州 221018；2.山西省煤炭中心醫院 檢驗科，太原 030006；3.徐州惠農鴨業有限公司，江蘇 徐州 221200)

我國的許多發酵肉制品，如傳統廣式香腸、川式香腸、火腿、臘肉等，大多以豬肉為主要原料制成，但豬肉尤其是肥肉含有大量的油脂，不適合患有高血壓等心血管疾病的人群以及健身減脂人群食用[1]。而作為同類型產品，雞肉制品具有原料產量大且便宜和“三高一低”的營養優勢[2]，符合當代社會人們追求低脂攝入、營養均衡的飲食理念。

膳食纖維被譽為“第七大營養素”，能改善膳食結構、調節機體功能、提高人體健康水平，被廣泛用于食品加工中，特別是在肉制品的加工中起到改善產品品質和營養價值的作用。孫軍濤等[3]研究表明，在香腸中添加5%的豆渣膳食纖維能夠改善香腸的質構特性。Eim等[4]采用人工神經網絡模型考察胡蘿卜膳食纖維在干發酵香腸中的最大添加量，發現胡蘿卜膳食纖維的最大添加量為4.9%時，依然能保持干發酵香腸的感官和質量品質。Leonard等[5]研究表明，添加羽扇豆粉可將牛肉香腸的蒸煮損失率從22.70%降至14.30%，并獲得更柔軟的質地和更高的黏附性，且其外觀、香氣、風味和總體可接受度等方面與對照組相比沒有顯著差異。宋玉等[6]研究發現，添加4.2%的竹筍膳食纖維所得的低脂香腸綜合品質最佳，不僅能降低產品的脂肪含量，而且能改善其營養和質量品質，表明竹筍膳食纖維可以開發作為脂肪替代品和營養添加劑。

黑豆在我國各地廣泛種植，黑豆皮大多作為飼料使用，其潛在價值沒有被挖掘出來。從黑豆皮中提取水溶性膳食纖維不僅有利于人們合理補充膳食纖維，改善生活質量，而且能提高黑豆皮資源的附加值，對于黑豆制品加工行業的發展和資源的高效利用具有極其重要的意義。前期研究表明，黑豆皮水溶性膳食纖維具有良好的理化性質，具有應用于食品加工的潛質[7]。本研究采用響應面優化食鹽、香辛料、黑豆皮膳食纖維添加量和肥瘦比對雞肉香腸亞硝酸鹽殘留量、感官評分和持水力的影響，以獲得黑豆皮膳食纖維雞肉發酵香腸的最佳工藝，并對其品質進行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑豆、雞肉、腸衣、豬脂肪、食鹽、香辛料：購于農貿市場。

復合益生菌發酵劑(含植物乳桿菌、干酪乳桿菌、嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，2000 CFU/g)：江蘇昊特食品科技有限公司；苯酚、甲醇、三氨基甲烷：天津市福晨化學試劑廠；3,5-二硝基水楊酸、三氯乙酸：天津市科密歐化學試劑開發中心；考馬斯亮藍：上海源葉生物科技有限公司；濃硫酸：上海偉創化工有限公司，以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

AMG31B-160多功能絞肉機 中山市歐博爾電器有限公司；BGZ-76電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司；DZ600/2L真空包裝機 青島艾訊包裝設備有限公司；HH.B11.500-S電熱恒溫培養箱 上海躍進醫療器械有限公司；723C型可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 制作流程

工藝流程：雞胸肉、豬脂肪預處理→絞肉機絞碎→混合拌料并腌制(加食鹽、香辛料、黑豆皮膳食纖維等混合后低溫腌制15 h)→添加0.1%的發酵劑→灌腸→恒溫發酵(32 ℃發酵48 h)→終止發酵→干燥(70 ℃干燥6 h)→真空包裝→殺菌→成品。

1.3.2 黑豆皮膳食纖維的制備

根據前期試驗所得的方法制備黑豆皮膳食纖維。

1.3.3 黑豆皮膳食纖維雞肉發酵香腸的優化

1.3.3.1 食鹽添加量對雞肉香腸的影響

在香辛料添加量4.0%、黑豆皮膳食纖維添加量4.0%、肥瘦比1∶5 (質量比)的條件下，考察不同食鹽添加量(0%～4.0%)對發酵雞肉香腸亞硝酸鹽殘留量、感官評分、pH值、蒸煮損失率和持水力的影響。

1.3.3.2 香辛料添加量對雞肉香腸的影響

在食鹽添加量2.5%、黑豆皮膳食纖維添加量4.0%、肥瘦比1∶5 (質量比)的條件下，考察不同香辛料添加量(1.0%～7.0%)對發酵雞肉香腸品質的影響。

1.3.3.3 黑豆皮膳食纖維添加量對雞肉香腸的影響

在食鹽添加量2.5%、香辛料添加量3.0%、肥瘦比1∶5 (質量比)的條件下，考察不同黑豆皮膳食纖維添加量(1.0%～7.0%)對發酵雞肉香腸品質的影響。

1.3.3.4 肥瘦比對雞肉香腸的影響

在食鹽添加量2.5%、香辛料添加量3.0%、黑豆皮膳食纖維添加量4.0%的條件下，考察不同肥瘦比對發酵雞肉香腸品質的影響。

1.3.3.5 響應面試驗設計

響應面設計因素編碼及水平見表1。

表1 響應面設計因素及水平Table 1 The factors and levels of response surface design

1.3.4 指標測定方法

1.3.4.1 感官評定

邀請10名已經修完感官評價課程的學生從形態、色澤、組織、口感等方面對產品進行感官評價。評價前先按表2中的評分依據進行說明。

表2 感官評分依據Table 2 The sensory scoring basis

1.3.4.2 亞硝酸鹽殘留量的測定

參考國標中鹽酸萘乙二胺法測定亞硝酸鹽含量，標準曲線方程為y=0.0173x-0.0021(R2=0.999)，計算樣品中的亞硝酸鹽含量。

1.3.4.3 持水力的測定

參考秦躍奇等[8]的測定方法。先將發酵雞肉香腸切成小碎丁，直徑約1～2 mm，在離心管內添加30%棉花，再稱取3 g雞肉香腸碎丁加入其中，以2000 r/min離心20 min，取出并計算樣品的失水量；另取3 g發酵雞肉香腸的碎丁置于烘箱中于105 ℃烘干至質量不再減少，計算其水分含量。香腸持水力按式(1)計算：

持水力(%)=(C1-C2)/C1×100%。

(1)

式中：C1為香腸總水分含量，%；C2為香腸離心出的水分含量，%。

1.3.4.4 蒸煮損失率的測定

參考王林等[9]的方法。取2.0 g發酵雞肉香腸碎丁裝入蒸煮損失袋中，密封，在80 ℃水浴鍋中水浴加熱，加熱至蒸煮損失袋中樣品的中心溫度為75 ℃時，取出樣品，再把樣品放置于干燥器中，等樣品冷卻至室溫以后再使用電子分析天平對其稱重。蒸煮損失率按式(2)計算：

蒸煮損失率(%)=(m1-m2)/m1×100%。

(2)

式中：m1為蒸煮前香腸質量，g；m2為蒸煮后香腸質量，g。

1.3.4.5 其他指標的測定

參考楊華等[10]的方法測定游離脂肪酸含量；參照相關國家標準分別測定樣品的pH值、蛋白質、過氧化值和揮發性鹽基氮含量。

2 結果與分析

2.1 黑豆皮膳食纖維雞肉發酵香腸工藝的確定

2.1.1 食鹽添加量的確定

表3 食鹽添加量對雞肉香腸的影響Table 3 Effect of salt additive amount on chicken sausage

由表3可知，香腸中亞硝酸鹽殘留量和pH值隨著食鹽添加量的增加呈現先下降后上升的趨勢，當食鹽添加量為2.5%時，二者最低，這可能是因為發酵菌降解亞硝酸鹽時，適量的食鹽會幫助發酵菌形成酸性pH值環境，有助于提高發酵菌的繁殖能力和活性，進而加速亞硝酸鹽的降解。但是，食鹽添加量大于3%會使雞肉香腸內的滲透壓過大，導致發酵菌細胞失水，影響其數量和活性，使得分解亞硝酸鹽的效率下降[11]。同時，食鹽添加量在0%～2.5%時，雞肉香腸的持水力和感官評分逐漸增大，但是，食鹽添加量過高或過低會造成雞肉香腸味道太咸或太淡，感官評分自然就會隨之下降。綜上，食鹽添加量為2.5%左右較為合適。

2.1.2 香辛料添加量的確定

表4 香辛料添加量對雞肉香腸的影響Table 4 Effect of spice additive amount on chicken sausage

由表4可知，隨著香辛料添加量的增加，亞硝酸鹽殘留量呈現先下降后上升的趨勢，在香辛料添加量為3.0%時，亞硝酸鹽殘留量和pH最低，可能是由于適量添加香辛料有助于阻止亞硝酸鹽的形成，而過高的香辛料會抑制發酵菌的生長繁殖和代謝，從而導致其降解亞硝酸鹽的速率降低[12]。另外，香辛料的添加量對產品的持水性影響不明顯。由于香辛料具有遮蓋腥味、提高風味的作用，缺少香辛料的產品腥味較重，而過量的香辛料會遮蓋原有的雞肉自然風味，導致感官評分降低。綜上，香辛料添加量為3.0%左右較為合適。

2.1.3 黑豆皮膳食纖維添加量的確定

表5 黑豆皮膳食纖維添加量對雞肉香腸的影響 Table 5 Effect of black soybean peel dietary fiber additive amount on chicken sausage

由表5可知，黑豆皮膳食纖維添加量對雞肉香腸的持水力和感官評分有一定的影響，對亞硝酸鹽殘留量和pH值的影響不明顯。感官評分呈現先上升后下降的趨勢，超過4.0%的黑豆皮膳食纖維添加量會降低香腸的感官評分，結果與宋玉等報道的相似。綜上所述，黑豆皮膳食纖維添加量為4.0%左右較為合適。

2.1.4 肥瘦比的確定

表6 肥瘦比對雞肉香腸的影響Table 6 Effect of ratio of fat to lean on chicken sausage

由表6可知，肥瘦比對雞肉香腸感官評分的影響較大，對亞硝酸鹽殘留量、持水力和pH值無顯著影響。肥瘦比為1∶6時感官評分最高，過高或者過低的肥瘦比會導致感官評分不佳，可能是因為脂肪在香腸發酵過程中被分解成了風味物質[13]。當脂肪含量過低時，風味物質缺乏且口感寡淡粗糙；當脂肪含量過高時，口感過于油膩且有悖于低脂香腸的初衷。綜上所述，肥瘦比為1∶6左右較為合適。

2.1.5 響應面優化黑豆皮膳食纖維雞肉發酵香腸制備工藝

根據BBD原理，以感官評分為響應值，選取食鹽添加量、香辛料添加量和黑豆皮膳食纖維添加量3個因素進行優化，結果見表7。

表7 響應面試驗設計及結果Table 7 The response surface experimental design and results

以感官評分為響應值，利用Design Expert 10.0.4 軟件，將表7中試驗數據進行統計分析，得到二次多項式回歸方程：Y=9.21-0.029A-0.11B-0.39C+0.42AB+0.49AC-0.098BC-0.82A2-0.23B2-1.09C2。

表8 以感官評分為響應值的二次響應面回歸模型方差分析Table 8 Analysis of variance of quadratic response surface regression model with sensory score as response value

續 表

由表8可知，感官評分的P<0.0001，表明模型能準確模擬響應值與3個自變量之間的關系。失擬項的P=0.9521>0.05，說明該模型的擬合程度較好，所得試驗值與預測值較為接近，可以用該模型來分析和預測黑豆皮膳食纖維雞肉發酵香腸的制作工藝。一次項C極顯著，交互項AB、AC極顯著，二次項B2顯著，A2和C2極顯著。

圖1 食鹽和香辛料添加量的交互作用對感官評分的影響Fig.1 Effects of interaction of salt additive amount and spice additive amount on sensory score

圖2 食鹽和黑豆皮膳食纖維添加量的交互作用對感官評分的影響Fig.2 Effects of interaction of salt additive amount and BPDF additive amount on sensory score

各因素之間的相互作用和影響可以通過響應面中曲線趨勢的陡峭程度以及等高線圖中等高線的密集程度被直觀地反映出來，由圖1和圖2可知，產品的感官評分隨著食鹽、香辛料和BPDF添加量的增大而增大，到達中心點最高后開始回落。黑豆皮膳食纖維添加量的響應面相對更陡峭，等高線更密集，其次是香辛料添加量，食鹽添加量的響應面相對平滑，等高線最稀疏，說明3個因素對產品感官評分影響大小的排序為C>B>A。

2.1.6 最優工藝的確定及驗證

運用Design Expert分析軟件可知，最佳工藝條件為食鹽添加量2.45%、香辛料添加量2.90%、黑豆皮膳食纖維添加量3.90%、肥瘦比1∶6，此模型預測的產品感官評分為9.27分。以響應面優化條件進行3次平行試驗，試驗所得的產品外形整潔，組織緊密，呈淺紅色，口感良好，無異味，感官評分為9.42±0.21，與模型預測結果誤差為1.59%，說明該模型能較好地預測產品的感官評分，進一步說明優化的條件可靠。

2.2 黑豆皮膳食纖維雞肉發酵香腸的理化分析結果

表9 產品的理化分析結果Table 9 The physical and chemical analysis results of products

由表9可知，所得產品中亞硝酸鹽殘留量為9.77 mg/kg，蛋白質含量為21.20%，過氧化值為0.23 g/100 g，游離脂肪酸為1.30%，揮發性鹽基氮TVB為4.36 mg/100 g，pH值為5.18，整體達到了國家對發酵肉制品的品質要求。另外，產品的持水力為94.23%，蒸煮損失率為4.31%，有研究報道認為在肉制品中添加適量的膳食纖維能提高產品的持水力和降低蒸煮損失率[14]。

3 結論

在肉制品中添加一定量的膳食纖維，既能豐富其營養價值，也可以改善肉制品中水分和脂肪與膳食纖維的結合能力，增強了蛋白質的凝膠網絡結構，使得產品的蒸煮損失率降低，乳化穩定性和質構特性得以提高[15]。但是，這與所添加的膳食纖維的來源、種類和添加量有關，特別是添加量過高可能會使得產品的整體可接受水平下降。本研究以感官評分為指標，采用響應面法確定了最佳食鹽添加量、香辛料添加量、黑豆皮膳食纖維添加量以及肥瘦比。結果表明，黑豆皮膳食纖維發酵雞肉香腸的最優方案為食鹽添加量2.45%、香辛料添加量2.90%、黑豆皮膳食纖維添加量3.90%、肥瘦比1∶6 (質量比)。此條件下所得產品外形整潔，呈淺紅色，組織緊密，口感良好，無異味，感官綜合評分為9.42分；亞硝酸鹽殘留量為9.77 mg/kg，pH值為5.18，蛋白質含量為21.20%，游離脂肪酸為1.30%，過氧化值為0.23 g/100 g，揮發性鹽基氮TVB為4.36 mg/100 g，持水力為94.23%，蒸煮損失率為4.31%，達到了GB/T 23493-2009《中式香腸》中優級的水平。試驗結果為黑豆皮膳食纖維在肉制品中的應用提供了一定的依據，后續將針對纖維對發酵肉制品的乳化性、微觀結構和質構特性進行深入研究。