原輔料對素食香腸品質的影響及對素食香腸嫩度的主成分分析

葉思源，陳林，陳琪華

(廣東工業大學 輕工化工學院，廣東 廣州，510006)

隨著人們物質生活條件日益提升，肉類食品幾乎是餐桌上的必需品。但若長期大量食用肉類食品，容易引起高血壓、肥胖等不良癥狀[1]。近年來，素食食品進入了消費者的視野，素食香腸作為一種乳化型香腸受到了關注，它不含有動物脂肪和膽固醇，并且使用的原輔料都是素食材料。但素食香腸的質地控制是生產中關鍵的一步，植物蛋白沒有像肉類蛋白那樣具有良好的乳化能力和凝膠特性，不能有效地將物質粘合在一起，同時乳化油脂含量不足，導致素食香腸的結構松散，咀嚼性不足等[2-5]。因此制作品質優良的素食香腸，在食品乳化劑、增稠劑、粘合劑和制作的工藝上都要有改進。植物組織蛋白是常用的高蛋白低脂肪肉類替代品，它具有類似肉的多孔纖維結構，能夠模仿動物肉纖維的特性和具有一定的持水持油性和咀嚼性，滿足對素食口感的基本需求。而植物拉絲蛋白是通過螺桿擠壓技術制成，它的纖維結構分布更加細微規則且均勻，質地更加接近肉的口感，常見的產品為大豆拉絲蛋白(textured fibril soy protein，TFSP)[6]。植物油脂能夠提供多汁的口感，改善產品的質構；大豆分離蛋白(soy protein isolate，SPI)不僅能夠乳化油脂，還能形成素肉糜凝膠的骨架；淀粉、谷朊粉、膠體等能夠起到粘合和乳化作用，提升產品的吸水吸油性；水分的添加能夠溶解物質起到乳化的作用，提供汁水性[3,7-8]。

以上物質是素食香腸常用的原料，前期探索發現預乳化油脂制作的素食香腸能夠顯著提升質構特性，說明原輔料的改變會影響素食香腸的質地，因此原輔料的種類和添加量尤為重要。質構特性和感官評定都能直觀反映樣品的品質，結合兩者的綜合分析是研究食品配方的常用方法之一，嫩度是消費者評價肉類產品的一個重要指標，而素食香腸是肉類香腸的替代品，因此嫩度也是重要的指標之一。目前較多文獻報道利用剪切力來評價肉類產品的嫩度，而素食香腸的嫩度評價方法較少，需要進一步結合其他質構指標進行全面研究。本文的研究主要涉及原輔料的種類和添加量對素食香腸質構的影響，因此不添加香料等物質，并且通過Warner-Bratzler剪切測試、全質構測試(texture profile analysis，TPA)和感官評定，分析質構特性與感官質構間的關系，同時進行主成分分析方法(principal component analysis，PCA)，以剪切力和質構指標為主，探索建立素食香腸嫩度綜合評價模型，結合嫩度評分和感官評定對原輔料最適添加量進行篩選，為后續素食香腸的質構分析、感官評定、嫩度研究以及配方的篩選提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

大豆拉絲蛋白(TFSP，蛋白含量≥65%)，好食在國際素食；大豆分離蛋白(SPI，蛋白含量≥90%)，山東禹王生態食品有限公司；大豆油，益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司；谷朊粉、馬鈴薯淀粉，河南蜜丹兒商貿有限公司；卡拉膠，上海北連生物科技有限公司；瓜爾豆膠、氯化鉀鹽，河南萬邦實業有限公司；食鹽，學校附近超市。

1.2 儀器與設備

THMGH350A絞肉機，廣東順德騰輝電器有限公司；FA25高速剪切分散乳化機，上海弗雷克(FLUKO)科技發展有限公司；FA2204B電子天平，上海天美天平儀器有限公司；ZN28YC808-130電蒸鍋，浙江蘇泊爾股份有限公司；LSRY0021香腸模具，樂獅居家日用店；TA.XTC-18質構儀，上海保圣實業發展有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 素食香腸的基礎配方及制作工藝流程

TFSP能夠為素食香腸提供類似肉的咀嚼感，能提高樣品硬度，同時有一定的持水持油性。TFSP相對于肉類蛋白，其乳化能力和凝膠能力較弱，雖然大量添加TFSP對樣品質構特性有顯著的變化，但會影響原輔料形成凝膠的能力，同時口感較粗糙[3,6]。因此本實驗選擇較低的TFSP添加量進行試驗。

素食香腸的基礎配方：TFSP 28 g；SPI 37.5 g；乳液275 g，其中SPI 25 g，大豆油100 g，水150 g；谷朊粉40 g；馬鈴薯淀粉20 g；卡拉膠8 g；瓜爾豆膠8 g；氯化鉀鹽7.5 g；食鹽5 g；TFSP復水量200 g；額外添加水量75 g。

工藝流程如下：

制作乳液

↓

準備素食基底→絞碎→混合攪拌→模具填充→模具包裝→蒸煮殺菌→降溫冷藏

↑

原輔料

1.3.2 素食香腸的工藝要點

準備TFSP：將TFSP浸泡在充足去離子水中2 h，待其充分膨脹后，擠出多余水分至干基TFSP的3倍為止。

絞碎：將濕基TFSP放入絞肉機內絞碎。

制作乳液：將SPI粉末添加到6倍去離子水中充分混合攪拌，放入4 ℃冰箱中過夜充分溶解，次日添加4倍大豆油充分混合攪拌后，采用高速剪切分散乳化機于10 000 r/min條件下進行剪切3 min，制得乳白色奶油狀預乳化油脂。

由圖1看出，未預乳化素食香腸的腸體表面較暗且不夠平整，而預乳化素食香腸的腸體表面較明亮且較平整，這是因為乳液能保證大量油脂被束縛而不會自由擴散，從而保證蒸煮過程中不形成油斑，且乳液能保證素食香腸結構的穩定性。預乳化素食香腸的切片性對比未預乳化素食香腸已改善很多，說明乳液能夠使素食香腸內部結構更加均勻。對比TPA測定前后狀態，未預乳化素食香腸結構明顯被破壞，而預乳化素食香腸結構幾乎沒有被破壞，說明乳液能夠使素食香腸結構連接穩定，提高內聚性。因此采用預乳化油脂制作素食香腸，結構更結實，口感更類似肉，滋氣味更佳，總體可接受性更高。

a-香腸常態；b-香腸切片；c-香腸TPA測定前；d-香腸TPA測定后圖1 未預乳化(左)與預乳化(右)素食香腸結構對比Fig.1 Structure comparison of non pre-emulsified (left) and pre-emulsified (right) vegetarian sausages

混合攪拌：將乳液添加到濕基TFSP中進行攪拌后，加入剩余的原輔料充分混合攪拌至黏稠。

填充模具：采用香腸模具將混合均勻的原料進行填充，模具能夠保證香腸的長度為(7.5±0.1)cm，直徑(1.6±0.1)cm，為了保證香腸填充后結構相對均勻，控制每根質量為(20±0.1)g。

模具包裝：為了保證蒸煮過程中外界的水分不進入模具中而被香腸吸入，使用保鮮膜封緊整個模具。

蒸煮殺菌與降溫冷藏：將香腸模具放入電蒸鍋中，使用水蒸氣蒸煮20 min后立刻拿出降溫至室溫，用保鮮袋打包并放入4 ℃冰箱中冷藏。

1.3.3 原輔料的添加量

設定SPI添加量為0～67.5 g(占總體0%～10.9%，下同)8個梯度；谷朊粉添加量為0～70 g(0%～11.3%)8個梯度；馬鈴薯淀粉添加量為0～70 g(0%～11.5%)8個梯度；乳液添加量為55～440 g(16.2%～60.7%)8個梯度；額外水添加量為0～175 g(0%～26.5%)8個梯度。除了研究對象外，其余含量與1.3.1的基礎配方一致。

1.3.4 蒸煮損失率的測定

參考錢毅玲等[9]的方法，將4 ℃冷藏過夜的素食香腸取出，擦除附在表面的多余水分后進行稱重，此時失去的質量占原質量(每根香腸初始質量為20 g左右)的百分比即為蒸煮損失率。每組樣品做3次平行實驗。

1.3.5 Warner-Bratzler剪切測試

對比Y/T 1180—2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》相關內容，由于素食香腸本身質地較軟，因此采用輕質切刀測定剪切力，并且該方法在本食品科研團隊前期研究中重復性較好、穩定性較高。將冷藏一夜后的素食香腸對齊探頭中間位置放置在質構儀平臺上，使用TA/LKB輕質切刀測定其剪切力，數值為輕質切刀剪切素食香腸的最大力值。設定參數為：測試前速度1.00 mm/s，測試速度0.80 mm/s，測試后速度0.80 mm/s，目標數值70%，觸發力5.00 gf。每組樣品做3次平行實驗。測試示意圖如圖2所示，a點對應的縱坐標值為剪切力值。

圖2 TFSP素食香腸剪切質構特征曲線Fig.2 Shear texture feature curve of TFSP vegetarian sausages

1.3.6 全質構測試(texture profile analysis，TPA)

TPA是測試探頭進行2次壓縮，全面模擬人口腔咀嚼食品的一種測試方法。將冷藏一夜后的素食香腸切成2 cm長度對齊探頭中間位置放置在質構儀平臺上，使用TA/36柱形探頭測定其硬度、咀嚼性、黏性、內聚性、彈性。設定參數為：測試前速度3.00 mm/s，測試速度1.00 mm/s，測試后速度1.00 mm/s，目標數值50%，時間2.00 s，觸發力5.00 gf。每組樣品做3次平行實驗。測試示意圖如圖3所示。

圖3 TFSP素食香腸的TPA測定曲線Fig.3 TPA test curve of TFSP vegetarian sausages

1.3.7 感官評定

感官評定小組由本食品科研團隊8名成員組成(年齡分布為22～40歲，男生女生各4名)，并接受評定前的培訓，要求評定人員在評定前一段時間內不得食用對味覺產生較大影響的食物。同時評價人員之間不得進行交流，獨立完成，在評定不同素食香腸前要用清水漱口。

結合SB/T 10279—2017《熏煮香腸》感官標準、趙改名等[10]的感官評定方法與丁武等[11]的嫩度評定方法，稍作修改，感官評定成員參照表1與表2的評價內容和評價標準對素食香腸的感官質構、滋氣味、總體可接受性進行評價。每組樣品做3次平行實驗，根據成員各項打分，得出平均分。

表1 素食香腸的描述型評定Table 1 Descriptive evaluation of vegetarian sausages

續表1

表2 素食香腸的喜愛型評定Table 2 Favorite evaluation of vegetarian sausages

1.3.8 數據分析

采用SPSS 21.0分析軟件對結果進行顯著性分析、相關性分析、主成分分析等，采用Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 原輔料添加量的測定結果

將W-B剪切測試、全質構測試和感官評定結果進行分析得出表3、表4。從表3可知，質構儀測定指標與感官質構特性指標數值間均存在極顯著正相關，說明W-B剪切測試和TPA質構測試能夠明顯準確測試出素食香腸的質構特性，模擬人口腔咀嚼。

表3 質構與感官質構的相關性Table 3 Correlation between texture and sensory texture

表4 原輔料添加量與測定指標間的相關性Table 4 Correlation between raw materials addition and measurement index

從表4可知，原輔料種類及添加量的改變，共有26組數據呈現極顯著水平(即P<0.01，下同)。谷朊粉與馬鈴薯淀粉的增加能夠極顯著降低樣品的蒸煮損失率，說明它們有良好的水合作用，能夠保持素肉中水油物質的穩定。SPI、谷朊粉與馬鈴薯淀粉的增加均能極顯著提升樣品的剪切力、硬度、咀嚼性和彈性，說明這些物質能夠改變樣品的質地和結構，與蛋白質聚集形成素肉凝膠的骨架結構，大大地提升樣品的質構特性。乳液與水的增加會極顯著降低這些指標，乳液有很強的持水持油能力，但大量添加乳液的同時，水的含量也會增加，會使樣品存在大量的水油物質，且TFSP、谷朊粉等素食品原料本身的持水持油能力有限，不能與足夠多的乳液進行結合，因此導致結構的軟爛，口感油膩；水的大量添加同樣也會使樣品存在大量的水分，甚至游離水較多，也會導致樣品軟爛黏稠。

從原輔料種類來看，SPI、谷朊粉與馬鈴薯淀粉的增加均與樣品質構指標呈現正相關(除了谷朊粉的黏性指標)，乳液與水的增加則呈現負相關，由此可以看出各原輔料的種類及添加量對樣品質構具有一定程度的改變。合理選擇原輔料及確定添加量對素食香腸的品質具有很大影響，因此要進一步對結果進行分析。

2.2 影響素食香腸嫩度指標的相關分析

肉的嫩度直接影響著肉制品的品質，是重要的指標之一。而素食香腸是替代肉香腸的產品之一，優良的素食香腸產品也不能忽視嫩度這一重要指標，這也是配方選擇的重點考量對象，因此需要對質構數據進行全面分析，研究質構數據與嫩度之間的關系。

主成分分析方法是將多個原來的相關指標轉化成少數相互無關的綜合指標，從而實現降維達到更直觀的評價效果，提升結果準確性的方法，因此將采用主成分分析方法來對素食香腸嫩度進行綜合評價。

由表5可知，5種不同原輔料且添加量不同的情況下，素食香腸嫩度指標中，除了蒸煮損失率指標外，其余指標之間都呈現極顯著相關性。可以發現蒸煮損失率對素食香腸各指標沒有太大的相關性，而對于眾多的肉類食品，蒸煮損失率可極大地影響其他質構指標，原因可能是在肉類香腸中，起持水作用的主要結構單位是肉糜凝膠網絡，肉蛋白會因為自身的水油損失導致凝膠形成能力下降，因此蒸煮損失率的變化意味著肉糜凝膠結構發生變化，對其質構特性必然有顯著影響。然而在TFSP素食香腸配方中，添加了TFSP、SPI、谷朊粉、馬鈴薯淀粉和乳液，這些原輔料都具有很強的持水持油性，即使素食香腸基質網絡結構發生變化，它們本身也可起到良好的持水持油作用。由此可見，由于素食香腸的原輔料與肉類香腸不同，素食香腸蒸煮損失率的變化不能準確反映該類產品品質的變化。因此下一步素食香腸主成分分析方法不必考慮蒸煮損失率這一指標。

表5 測定指標間的相關矩陣Table 5 Correlation matrix between measurement index

2.3 主成分分析

使用SPSS 21軟件對6項質構指標數值進行KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗和Bartlett’s球狀檢驗，得出KMO值>0.6，Sig值<0.05，證明6項質構指標進行主成分分析能夠得到比較理想的結果，參考萬紅兵等[12]的嫩度分析方法進行主成分分析[13-14]得出表6(截取部分結果)、表7結果。

由表6可知，主成分1、2的方差貢獻率分別為66.616%、21.103%，根據累計方差貢獻率≥85%的標準，主成分1、2基本涵蓋了原有質構指標的大部分信息，且它們之間相互獨立不影響，因此將素食香腸嫩度綜合評價的主成分數定為2，即將6項指標降維為2項綜合指標。

表6 相關矩陣的特征值Table 6 Eigenvalues of the correlation matrix

由表7可知，剪切力X1、硬度X2、咀嚼性X3、內聚性X5和彈性X6對主成分1有主要的正向影響，并且前3個值占到了前三的貢獻度，因此將主成分1定義為素食香腸的咀嚼特性；黏性X4對主成分2有主要的正向影響，因此將主成分2直接定義為素食香腸的黏性。

表7 成分矩陣Table 7 Component matrix

主成分1、2由軟件計算得出每項成分得分矩陣，即(1)(2)式中的具體數值，確定主成分1、2與素食香腸嫩度指標之間的線性關系，同時以主成分1、2的方差貢獻率作為嫩度的綜合評價函數，如公式(1)～公式(3)所示：

Y1=0.268X1+0.278X2+0.296X3-0.301X4+0.145X5+0.202X6

(1)

Y2=-0.101X1-0.140X2-0.163X3+1.075X4+0.124X5-0.032X6

(2)

Y=75.808%Y1+11.911%Y2

(3)

式中：Y1，主成分1成分分數；Y2，主成分2成分分數；X1～6，對應質構指標數值；Y，素食香腸嫩度的綜合得分。

2.4 原輔料對素食香腸嫩度的綜合評價及原輔料添加量的篩選

將降維后的質構結果坐標點作于圖4，該圖為中心點局部圖，部分坐標點位于圖外，由于添加量過高，不符合實際生產添加需求而不展示。由圖4看出，SPI、谷朊粉和馬鈴薯淀粉的添加量質構結果點大多在主成分1和主成分2上的總體變化分布比較均勻，說明它們對咀嚼性質和黏性有較大的影響。乳液的添加量質構結果點在主成分1上的變化分布比較寬，說明乳液在很大程度上影響咀嚼性質，而水的添加量質構結果點在主成分1和主成分2上的總體變化分布比較擴散，說明額外水的添加在很大程度上影響咀嚼性質和黏性。因此合適的添加量尤為關鍵，此時將素食香腸嫩度的綜合得分(組內排名)與喜愛型評分進行比較分析。

圖4 主成分分析結果散點圖Fig.4 Scatter plot principal component analysis result

由于各指標數值的單位不一致，因此需要對數據進行標準化后再代入公式(1)(2)(3)中得出嫩度綜合得分，見圖5，并且將喜愛型評定分數列入圖5進行對比。在圖5-a中，嫩度綜合得分隨著SPI添加量的增加呈現總體先下降后上升的趨勢，滋氣味得分和總體可接受性得分同時處于上升的趨勢。當添加量位于47.5～67.5 g時，嫩度綜合得分明顯上升后趨于平緩，3種得分曲線也處于平緩上升趨勢。為了避免其他原輔料相互作用時粉質感明顯，造成口感的干澀，SPI最適添加量為57.5 g(占總體9.9%，下同)。

在圖5-b中，3種得分曲線隨著谷朊粉添加量的增加總體處于上升的趨勢。當添加量處于40和60 g時，3種得分曲線前后變化不大，50 g時滋氣味反而稍微下降，但考慮40 g時谷朊粉已經滿足了改變質構的需求以及起到了良好的保水保油作用，因此谷朊粉最適添加量為40 g(8.8%)。

在圖5-c中，3種得分曲線隨著馬鈴薯淀粉添加量的增加總體處于上升的趨勢。在添加量處于40～60 g時，3個值都上升后趨于平緩，說明此時素食香腸質地得到了明顯改善，滿足了一定的口感需求，同時馬鈴薯淀粉起到了一定的凝膠作用，而添加過多導致粉質感明顯，因此馬鈴薯淀粉的最適添加量為50 g(8.5%)。

在圖5-d中，嫩度綜合得分隨著乳液添加量的增加而下降，滋氣味得分與總體可接受性得分同時處于先升后減的趨勢。雖然乳液添加量為55 g時嫩度綜合得分最高，但是此時的滋氣味得分與總體可接受性得分并沒有添加量為110 g時高，說明一定量的乳液能夠保證素食香腸口感以及汁水性，太軟或太硬都會造成質地不符合口感的要求，因此乳液的最適添加量為110 g(27.8%)。

a-SPI添加量；b-谷朊粉添加量；c-馬鈴薯淀粉添加量；d-乳液添加量；e-水添加量圖5 嫩度綜合得分及喜愛型評價得分Fig.5 Tenderness comprehensive score and favorite evaluation score

在圖5-e中，除了嫩度綜合得分最后稍微上升，3種得分曲線幾乎都呈現下降趨勢。水添加量為25 g時，能在保證素食香腸嫩度的同時提升口感，不額外添加水會導致素食香腸結構的散爛，而過多的水會造成游離水偏多，使素食香腸的質地變軟而黏稠，合適的水量能夠使其他原輔料形成乳化凝膠的同時，保證一定的汁水性，因此額外水的最適添加量為25 g(4.9%)。

以上單因素篩選結果均考慮后續素食香腸生產中各原輔料間的復配研究、相互影響以及口感。可以看出SPI、谷朊粉與馬鈴薯淀粉的添加量不是越多越好，雖然能得到更高的嫩度值(或質構指標)，但考慮各原輔料間的相互影響后，若干基的添加量太高，會造成素食香腸水分不足，并且質地堅硬而難咀嚼，各原輔料間也會由于添加量太大而不能形成良好的凝膠結構和蛋白質骨架。乳液、額外水的添加量也不是越低越好，濕基的合適添加能夠為素食香腸提供良好的汁水性，也能使干基物質更好地形成凝膠結構物質，保證油脂含量損失較少。

3 結論

本文的研究主要涉及原輔料的不同添加量對素食香腸質構的影響，并且通過剪切力測定、質構測定、感官評定以及主成分分析方法，建立素食香腸嫩度綜合評價模型，篩選原輔料最適添加量。結論如下：

(1)質構儀測定指標與感官質構特性指標數值間均存在極顯著正相關，可表征素食香腸的剪切力、硬度、咀嚼性等各項指標，說明W-B剪切測試和TPA質構測試能夠明顯準確測試出素食香腸的質構特性，模擬人口腔咀嚼。

(2)素食香腸質構指標主成分分析得出主成分1(咀嚼特性)和主成分2(黏性)，建立素食香腸嫩度綜合評價函數。結合素食香腸質構特性的變化，主成分分析以及喜愛型評價得分，綜合考慮后續素食香腸生產中各原輔料間的復配研究、相互影響以及口感，得出SPI、谷朊粉、馬鈴薯淀粉、乳液和額外水的最適添加量分別為57.5(9.9%)、40(8.8%)、50(8.5%)、110(27.8%)和25 g(4.9%)。

(3)研究結果建立了素食香腸嫩度綜合評價模型，主成分分析方法證明素食香腸的嫩度評價不僅與剪切力有關，還與質構特性有關，兩者結合能更好地綜合分析素食香腸的嫩度，而不能僅把剪切力作為唯一主要評價指標。

(4)質量優良的食品，它的實際口感與接受度更為重要，與肉類香腸不同的是，素食香腸蒸煮損失率與質構特性無關，說明原輔料的種類和添加量會對素食香腸的評價方法產生變化，要結合各方面因素進行綜合考慮。