響應面法優化荸薺山藥豬肉丸配方

張可欣，屠康，李心悅

1.新加坡國立大學 理學院（新加坡 117542）；2.南京農業大學 食品與工程學院（南京 210014）

肉丸是我國一種傳統的肉類加工產品，通常由剔除筋膜、切塊、絞肉、混合攪拌、成型等工藝制成[1]，制作工藝簡單，風味鮮美，深受廣大消費者的喜愛。傳統豬肉丸一般按照一定肥瘦比并添加少量淀粉制成，由于添加了豬肥膘且豬肉的飽和脂肪酸含量較其他肉類高，傳統豬肉丸風味單一、營養成分種類較少且具有高脂肪的特點[2]，易引起人體高血壓、高血脂、高尿酸等疾病[3]，已逐漸不再符合我國消費者對食品兼具健康與營養的要求。

近年來，有關新型肉制品的研究層出不窮：林偉鋒等[4]研究功能性添加物卡拉膠、大豆蛋白對碎肉制品肉丸的質構特性及加工性能的影響；賈娜等[5]發現迷迭香提取物可抑制牛肉丸的脂肪氧化程度；劉哲等[6]研究山藥、薏仁米兩種藥食同源的食材添加到牛肉丸中進行復配；胡勝杰等[7]在肉丸傳統工藝的基礎上添加玉米膳食纖維研究最優工藝配方；楊悅等[8]總結出燕麥膳食纖維壓縮豬肉丸的最佳配比；方媛媛等[9]通過優化制作出質構特性良好的功能性寧鄉花豬肉丸產品；陳紅等[10]研制了營養豐富的香菇胡蘿卜汁牛肉丸；Joanna等[11]研究表明銀杏葉提取物對豬肉丸脂質和膽固醇氧化有穩定的抑制作用。現今，開發健康美味的果蔬型肉丸類產品成為了當下的研究熱點，并相繼有果蔬類肉丸產品[12]，如抹茶牛肉丸[13]、芋泥豬肉丸[14]、金針菇牛肉丸[15]和香菜牛肚肉丸[16]等產品上市。在新型肉制品的研究中，有關新式復合型肉丸的研究占了多數，雖然各不相同，但基本上以高蛋白、低脂肪、低鹽、高鈣為研究目的。因此，開發品種多樣的豬肉丸，改善其食用品質，通過加入一些功能性物質提高其營養價值，制成高膳食纖維、高維生素、營養均衡且風味獨特的新式復合型肉丸制品是現如今值得研究和解決的問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬里脊肉、荸薺、食鹽、綿白糖、雞精、味精、木薯淀粉、食用小蘇打、復合磷酸鹽、大豆蛋白粉、山藥粉均為市售。

電動絞肉機HX-J3051（佛山海迅電器有限公司）；電磁爐C21-WK2102（美的有限公司）；冰箱BCD-219SKDC（海爾有限公司）；索氏抽提器GY-ZFCDY-4P（上海歸永電子有限公司）；電熱鼓風干燥箱THYQ（長沙天恒科學儀器設備有限公司）；質構儀TA.XTC-16（上海保圣實業發展有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 基本配方

新鮮豬里脊肉3 kg、食鹽45 g、綿白糖60 g、雞精30 g、味精30 g、木薯淀粉120 g、食用小蘇打6 g、復合磷酸鹽9 g、大豆蛋白粉60 g、山藥粉30 g、荸薺600 g、清水120 mL。

1.2.2 工藝流程

新鮮豬里脊肉→預處理→絞碎→添加輔料（食鹽、白砂糖等）→0~4 ℃冰箱中腌制4 h→添加山藥、荸薺等材料→定型→蒸煮（沸水、5 min）→成品

1.2.3 感官評價

根據SB/T 10610——2011《肉丸》[17]的感官評價相關要求制定了如表1所示的感官評價標準。選擇10位具有一定感官評定經驗的人員（5男5女）組成感官評定小組，依照口感、風味、外觀、組織形態四項指標進行綜合評分，從而得到最終感官評分。

表1 感官評分標準

1.2.4 食用品質的測定

1.2.4.1 質構特性

將熟制的肉丸切成均一高度為1 cm、大小為2 cm×2 cm的方塊狀，每組樣品進行5次平行試驗，測定采用TPA法，測定條件：力量感應元量程1 000 N、探頭類型TA/36、探頭直徑36 mm、觸發力0.7 N、測試速度60 mm/min、形變量50%、停留時間2 s。

1.2.4.2 出品率

參考Agbeniga等[18]的方法，將直徑為2.5 cm的生肉丸稱重，記為M。將肉丸經熟制后立即放入冰水中降溫，待肉丸冷卻至室溫后于4 ℃下冷藏2 h。吸干樣品表面水分和油脂后稱量樣品質量，記凈質量m。按式（1）計算荸薺山藥豬肉丸的出品率。

1.2.4.3 蒸煮損失率

參考湯高奇等[12]的方法，將直徑為 2.5 cm的生肉丸用濾紙吸干樣品表面的水分后進行第一次稱重（W1）；樣品熟制后在室溫下冷卻，將表面水分吸干后進行第二次稱重（W2）。按式（2）計算荸薺山藥豬肉丸的蒸煮損失率。

1.2.5 營養品質的測定

對熟制肉丸的水分含量按照GB 5009.3——2016[19]《食品安全國家標準 食品中水分的測定》、脂肪含量按照GB 5009.6——2016[20]《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》、蛋白質含量按照GB 5009.5——2016[21]《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》進行測定。

1.2.6 試驗設計

1.2.6.1 單因素試驗

在基本配方的基礎上，以100 g豬肉計，進行單因素試驗考察：食鹽添加量0.5，1，1.5，2和2.5 g；木薯淀粉添加量0，2，4，6和8 g；食用小蘇打添加量0.1，0.2，0.3，0.4和0.5 g；山藥粉添加量0.6，0.8，1.0，1.2和1.4 g；荸薺添加量10，15，20，25和30 g；蒸煮時間3，4，5，6和7 min。考察這些因素對肉丸硬度、彈性、咀嚼型、內聚性、膠黏性質構品質的影響。

1.2.6.2 響應面試驗

采用Design-Export 12軟件，根據Box-Behnken Design響應曲面設計進行試驗設計和計算分析，并結合單因素試驗結果，將山藥粉添加量（A）、木薯淀粉添加量（B）、食用小蘇打添加量（C）作為制備荸薺山藥豬肉丸的三個主要考察因素，設計三因素三水平試驗。以感官評分為因變量Y，作為Box-Behnken的試驗相應指標，如表2所示。

表2 響應面水平編碼表 單位：%

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

硬度、彈性、咀嚼性、內聚性、膠黏性是反映豬肉丸質構特性的五個重要指標。通過試驗結果可知，食鹽添加量、荸薺添加量和蒸煮時間對豬肉丸的質構特性無顯著影響，而木薯淀粉添加量、食用小蘇打添加量、山藥粉添加量對豬肉丸的質構特性則有顯著影響，以下為顯著影響因子的試驗結果分析。

2.1.1 木薯淀粉添加量單因素試驗結果

由表3可知，木薯淀粉添加量對荸薺山藥豬肉丸的硬度、膠黏性有極顯著影響，對其咀嚼性有顯著影響。當木薯淀粉添加量在4%時，肉丸的硬度適中；隨著木薯淀粉的添加，彈性先增大后減小，在添加量為2%時彈性最大；咀嚼性在添加量為6%時達到最高水平。因此選取木薯淀粉添加量2%和6%作為后續響應面試驗的最低值和最高值，木薯淀粉添加量4%作為響應面優化試驗的中心點。

表3 木薯淀粉添加量對荸薺山藥豬肉丸質構的影響

2.1.2 食用小蘇打添加量單因素試驗結果

由表4可知，食用小蘇打添加量對荸薺山藥豬肉丸的硬度、咀嚼性、膠黏性均有極顯著影響。肉丸硬度隨著食用小蘇打添加量的增加而降低，添加量為0.3%時硬度適中；彈性在添加量為0.2%和0.4%時較高；食用小蘇打添加量越大，咀嚼性越低。因此選取小蘇打添加量0.2%和0.4%作為后續響應面試驗的最低值和最高值，添加量0.3%作為響應面優化試驗的中心點。

表4 食用小蘇打添加量對荸薺山藥豬肉丸質構的影響

2.1.3 山藥粉添加量單因素試驗結果

由表5可知，山藥粉添加量對荸薺山藥豬肉丸的硬度、膠黏性有極顯著影響，對彈性有顯著影響。當山藥粉添加量為1%時，肉丸硬度適中；彈性隨著山藥粉添加量的增加，先減小后增大，在添加量為0.2%時為最高值；咀嚼性在添加量為1.4%時達到最高峰。選取其添加量0.6%和1.4%作為后續響應面試驗的最低值和最高值，添加量1%作為響應面優化試驗的中心點。

表5 山藥粉添加量對荸薺山藥豬肉丸質構的影響

2.2 響應面試驗

以荸薺山藥豬肉丸的感官評分為響應值，按Box-Behnken中心組合試驗設計原理進行試驗，結果如表6所示。

表6 響應面分析設計及結果

2.2.1 回歸模型的建立與方差分析

通過Design-Expert 12統計軟件對各水平和感官評定分值Y進行分析。以山藥粉添加量（A）、木薯淀粉添加量（B）和食用小蘇打添加量（C）為自變量，以感官評分為因變量Y，得到回歸方程：Y=72.26-2.20A+1.40B+3.20C-4.08AB+0.525 0AC-0.275 0BC-2.89A2+0.357 5B2+3.01C2。方差分析結果如表7所示。

表7 回歸模型方差分析

從表7可看出：模型的整體顯著水平為0.011 7，屬于顯著水平；試驗失擬項不顯著，表明所選用的二次多項模型有效，試驗方法合理且結果可靠；決定系數為0.890 9，校正決定系數為0.750 6，二者基本保持一致，則說明此模型與實際試驗擬合程度較高，可用此模型進行最優配方的預測；觀察F值可知，各因素對荸薺山藥豬肉丸的感官評定分值的作用大小順序依次為食用小蘇打添加量＞山藥粉添加量＞木薯淀粉添加量；食用小蘇打添加量的一次項、山藥粉和木薯淀粉添加量的交互作用對荸薺山藥豬肉丸的感官評定結果都有極顯著影響（P＜0.01）。

2.2.2 響應面曲面圖分析

通過Design-Expert 12統計軟件得到以感官評定分值為響應值的響應面曲線圖，分別如圖1~圖3所示。響應面的坡度越陡，說明該指標變化對響應值影響較大；響應面的坡度越緩，說明該指標的變化對響應值影響較小。如圖1所示，固定食用小蘇打的添加量不變，AB的曲線圖坡度陡峭，說明山藥粉和木薯淀粉的添加量對荸薺山藥豬肉丸感官評分的交互作用顯著，與方差分析的結果相吻合。從圖2和圖3可看出山藥粉和食用小蘇打、木薯淀粉和食用小蘇打的添加量對感官評分均無顯著的交互作用。

圖1 山藥粉添加量（A）和木薯淀粉添加量（B）對感官評定結果的響應面

圖2 木薯淀粉添加量（B）和食用小蘇打添加量（C）對感官評定結果的響應面

圖3 山藥粉添加量（A）和食用小蘇打添加量（C）對感官評定結果的響應面

2.3 驗證試驗

2.3.1 最優配方的確定

由模型得到荸薺山藥豬肉丸的最佳工藝條件：山藥粉添加量為0.6%，木薯淀粉添加量為6%，食用小蘇打添加量為0.4%。在該條件下，模型預測感官評分為82.808分。

2.3.2 感官評價

為驗證響應面法所得結果的準確性，采用上述最佳工藝配方進行荸薺山藥豬肉丸的制作，并進行5次平行驗證試驗。通過感官評價小組的評定，實際感官評分為80.5分，與預測感官評分相對誤差為0.03%。

2.3.3 營養及食用品質分析

分別測定肉丸的水分、脂肪、蛋白質含量等營養品質和硬度、彈性、蒸煮損失、出品率、蒸煮損失等食用品質，并與普通市售肉丸進行對比分析。由表8可知，試驗優化制成的荸薺山藥豬肉丸的蛋白質含量明顯高于市售豬肉丸，且脂肪含量明顯低于市售豬肉丸，表明試驗所得的荸薺山藥豬肉丸具有高蛋白、低脂肪的特點，更具有營養價值。且試驗所得的荸薺山藥豬肉丸硬度小于市售肉丸，彈性、咀嚼性均高于市售肉丸。

表8 荸薺山藥豬肉丸與市售丸子的營養及食用品質比較

3 結論

通過單因素試驗與響應面試驗得到荸薺山藥豬肉丸的最優配方：山藥粉添加量0.6%、木薯淀粉添加量6%、食用小蘇打添加量0.4%。在此最優配方條件下，產品的感官評分較高且與預測值接近。對其營養品質和食用品質進行測定，產品指標為含水量69.06%、含肉量72.05%、淀粉6%、蛋白質12.22%、脂肪1.95%，各理化指標均符合SB/T 10610——2011《肉丸》標準[17]。與市售普通豬肉丸進行比較，蛋白質含量明顯高于市售豬肉丸，脂肪含量明顯低于市售豬肉丸。因此，試驗研制的荸薺山藥豬肉丸為特級肉丸，風味和口感良好，具有高蛋白、低脂肪的特點。