響應面法優化超高壓牛肉保鮮工藝

楊君娜 王輝 劉偉等

摘 要：應用響應面法研究壓力、時間和溫度3因素對超高壓牛肉保鮮效果的影響。分別以感官評分、菌落總數、硫代巴比妥酸值、嫩度值、紅度值（a*）為響應值建立數學模型，模型的決定系數R2和顯著性檢驗水平分別為0.9862（P<0.0001）、0.9929（P<0.0001）、0.9930（P<0.0001）、0.9970（P<0.0001）、0.9537（P=0.0007），具有較高的擬合度和可信度。綜合優化得出超高壓牛肉保鮮工藝條件為處理壓力368MPa、保壓時間5min、處理溫度4℃。

關鍵詞：響應面法；超高壓；牛肉；保鮮

中圖分類號：TS251.5 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2013）11-0024-06

食品高壓處理技術是食品加工高新技術之一，從20世紀80年代開始風靡全球。超高壓技術是指將食品密封于彈性容器或置于無菌壓力系統中（常以水或其他流體介質作為傳遞壓力的媒介）在高靜壓（一般為100～900MPa）下處理一段時間，以達到加工保藏的目的[1]。超高壓技術以其獨特的加工方法和效果，被稱為除高溫殺菌外的第二大食品滅菌技術，1899年美國化學家Hite首次將超高壓技術應用于食品保藏中[2]。超高壓技術作用于鮮肉有明顯改善肉類品質的作用，例如可以殺滅微生物[3-5]，改善肉品嫩度[6-7]，但同時也會導致鮮肉顏色變化[8-9]、脂肪氧化加劇[10-11]等鮮肉理化性質的劣變。馬漢軍等[8]將牛肉在室溫下用不同壓力處理，結果顯示隨著壓力的升高，牛肉肉色的亮度值增加、紅度值下降、黃度值基本不變，肉色逐漸變為熟肉的灰白色。段旭昌等[12]研究了用400～700MPa分別處理20～60min對生、熟牛肉感官品質、保藏性和殘存微生物的影響，結果表明超高壓處理對鮮牛肉感官品質有顯著影響，37℃恒溫培養下，超高壓處理將鮮牛肉的保質時間由12h延長到20h。靳燁[13]對牛肉不同部位進行超高壓處理，發現超高壓能明顯降低牛肉的剪切力。超高壓牛肉保鮮最佳工藝條件研究目前尚屬于空白，主要難點在于嫩化和殺滅微生物所需壓力較高，而高壓力下對鮮牛肉顏色等感官品質影響較大。響應曲面法是通過對響應曲面及等高線的分析尋求最優工藝參數，采用多元二次回歸方程來擬合響應值與因素之間函數關系的1種優化統計方法[14-15]。利用響應曲面法擬合的回歸方程模型和繪制的響應曲面及等高線，可以求出各試驗因素相應水平的響應值，在此基礎上優化最優響應值以及最佳試驗條件。本實驗采用響應曲面法，以處理壓力、保壓時間和溫度為試驗因素，超高壓鮮牛肉的感官評分、菌落總數、硫代巴比妥酸（thibabituric acid，TBA）值、嫩度值和紅度值（a*）為響應值，分別進行二次多項回歸方程擬合，最后對超高壓保鮮牛肉的工藝條件進行綜合優化，得到超高壓牛肉保鮮工藝的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉（小黃瓜條） 北京御香苑畜牧有限公司；CM101平板計數瓊脂 北京陸橋技術有限責任公司；氯化鈉、三氯甲烷、乙二胺四乙酸二鈉均為分析純；2-硫代巴比妥酸為生化試劑。

1.2 儀器與設備

SL-502N電子秤 上海民橋精密科學儀器有限公司；DZ-600/2S真空包裝機 山東小康機械有限公司；HPP600MPa-15L超高壓設備 包頭科發高壓科技有限責任公司；GI54DWS高壓蒸汽滅菌 致微儀器有限公司；ESCO二級生物安全柜 上海金鵬分析儀器有限公司；F1-45培養箱 日本東洋公司；SCR20BA離心機 日本日立Hitachi公司；TA-XT plus物性測試儀 英國Stable Micro System公司；CR400色彩色差計 日本柯尼卡美能達公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將鮮牛肉（小黃瓜條）分割切成2cm厚的片，用復合膜包裝袋每袋裝100g，真空包裝后于0～4℃冰箱保存。

1.3.2 感官評價

由6名經過培訓的感官評價員對超高壓處理牛肉的色澤、黏性、彈性、氣味4個方面進行感官評價，評價方法采用7分法（1～7），依次對應非常差、很差、差、一般、好、很好、非常好。評價結果以6名評價員評價的平均分表示，最終的感官評價分為色澤、黏性、彈性、氣味4個方面得分之和。

1.3.3 菌落總數的測定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》進行測定。

1.3.4 TBA值的測定

按Pearson法[16]測定。

1.3.5 嫩度的測定

按照NY/T 1180—2006《肉嫩度的測定：剪切力測定法》進行測定。

1.3.6 顏色（紅度值（a*））的測定

將超高壓處理的鮮牛肉自真空包裝袋中取出后，在空氣中暴露5min后測定，每個樣品測定6次，取平均值。

1.3.7 單因素試驗

選取壓力、時間和溫度3個因素對超高壓牛肉保鮮效果的影響進行研究。

1.3.8 響應面試驗設計

在單因素試驗結果基礎上，采用Box-Behnken3因素3水平的響應曲面（response surface methodology，RSM）設計方法，以壓力、時間和溫度為試驗因素（自變量），以感官評分、菌落總數、TBA值、嫩度值和紅度值（a*）為評價指標（響應值），分別進行二次多項回歸方程擬合及其優化分析。試驗設計因素編碼及水平見表1。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

嫩度值及紅度值的影響

2.2 模型建立及顯著性檢驗

方程Y1的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9862，失擬項不顯著（P=0.7209>0.05）；方程Y2的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9929，失擬項不顯著（P=0.1576>0.05）；方程Y3的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9930，失擬項不顯著（P=0.2476>0.05）；方程Y4的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9970，失擬項不顯著（P=0.5519>0.05）；方程Y5的模型顯著性P=0.0007，R2=0.9537，失擬項不顯著（P=0.7355>0.05）；說明以上建立的5個模型擬合程度良好，試驗誤差小，可以用于對樣品感官評分、菌落總數、TBA值、嫩度值、紅度值進行分析預測。

表8回歸方程系數顯著性檢驗結果表明，一次項X1（壓力）、X2（時間）對感官評分、菌落總數、TBA值、嫩度值、紅度值的影響都為顯著；X3（溫度）對感官評分、TBA值的影響顯著。交互項X1X2對感官評分、菌落總數、TBA值、嫩度值的影響顯著；X1X3對TBA值的影響顯著。二次項X12對感官評分、菌落總數、嫩度值、紅度值的影響顯著；X22對菌落總數、嫩度值的影響顯著；X32感官評分、TBA值、嫩度值的影響顯著。其他系數項均不顯著。

2.3 響應曲面分析及結果

2.3.1 感官評分

2.3.2 菌落總數

2.3.3 TBA值

2.3.4 嫩度

2.3.5 紅度值（a*）

2.3.6 工藝優化結果

綜合考慮生產效率和牛肉品質，利用Design-Expert軟件的優化功能，在試驗因素取值范圍內，響應值感官評分和紅度值選取最大值，菌落總數、TBA值、嫩度值選取最小值，并設定菌落總數和嫩度權重為++++，感官評分、TBA值和紅度值權重為+++，綜合優化得出超高壓牛肉保鮮最佳工藝條件為處理壓力368MPa、保壓時間5min、處理溫度4℃。經該工藝條件處理的真空包裝鮮牛肉0～4℃保藏8d后菌落總數達到鮮牛肉標準106CFU/g，而未經超高壓處理的真空包裝鮮牛肉0～4℃保藏4d后菌落總數就已經達到鮮牛肉標準106CFU/g，經過超高壓處理的鮮牛肉比未經超高壓處理的鮮牛肉保藏時間延長了1倍，說明該工藝條件能有效的延長牛肉的保鮮期。

3 結 論

3.1 采用響應曲面法分別建立了感官評分、菌落總數、TBA值、嫩度值、紅度值（a*）的二次多項回歸模型，5個模型擬合程度良好，試驗誤差小，可以用于對樣品感官評分、菌落總數、TBA值、嫩度值、紅度值進行分析預測。

3.2 綜合優化得出超高壓牛肉保鮮工藝條件為處理壓力為368MPa、保壓時間5min、處理溫度4℃，該工藝條件可以有效的延長牛肉的保鮮期。

3.3 由于超高壓設備穩定性和價格問題，超高壓保鮮牛肉實現工業化生產還存在一定的困難，在我國商品化的超高壓肉制品上市銷售還尚需時日，超高壓設備和技術的研究任重而道遠，還需廣大科研工作者的不斷努力研究和提高。

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