響應曲面法優化山藥、薏仁藥膳牛肉丸配方條件

劉　哲,羅愛平，張　飛,楊小珍,夏義航

(貴州大學釀酒與食品工程學院,貴州貴陽 550025)

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響應曲面法優化山藥、薏仁藥膳牛肉丸配方條件

劉哲,羅愛平*，張飛,楊小珍,夏義航

(貴州大學釀酒與食品工程學院,貴州貴陽 550025)

研究山藥、薏仁、卡拉膠添加量對山藥、薏仁藥膳牛肉丸的硬度、彈性、咀嚼性的影響。響應曲面分析法研究山藥、薏仁米及卡拉膠對藥膳牛肉丸感官品質的影響。結果表明:三因素對實驗影響顯著效果順序為,山藥泥>薏仁粉>卡拉膠;優化后山藥、薏仁藥膳牛肉丸的工藝參數為:以100 g牛肉計,卡拉膠0.33 g、山藥泥 13.43 g、薏仁粉24.4 g。按該配方生產的藥膳牛肉丸具有良好的風味、口感和色澤。

藥膳牛肉丸,山藥,薏仁米,品質

肉丸是我國一種傳統的速食食品,營養、方便,是深受廣大消費者喜愛的調理產品之一。牛肉是一種營養價值較高的保健型肉類食品,具有高蛋白、低脂肪、低膽固醇的特點[1]。在美國、澳大利亞、加拿大等肉類行業發達國家,牛肉一直是人們消費的首選肉類。山藥、薏仁米富含淀粉、多糖等碳水化合物,具有較高的藥用價值和一定的保健功能[2-5]。其味皆為甘平,無藥物偏性,天然味色。淀粉、多糖等碳水化合物可以改善肉制品的凝膠特性,作為肉制品脂類物質的替代品[6]。

目前市售的肉丸,多采用肉類添加少量添加劑和淀粉制作而成,雖然滿足了口感,但是營養結構單一[7]。將山藥、薏仁米兩種藥食同源的食材經預處理后添加到牛肉丸中進行復配,不但使肉丸鮮嫩可口,香氣濃郁,富含中藥精華,提高牛肉丸健脾養胃、強骨壯精的功效,提升牛肉丸的檔次。牛肉借藥力,中藥借食威,使其成為一種能防治亞健康的藥膳佳肴。

據報道,添加功能性添加物或品質改良劑均能影響其質構特性及加工性能[7-8]。以山藥、薏仁米藥膳牛肉丸為研究對象,質構儀測定硬度、彈性、咀嚼性為肉丸品質評定指標。采用響應曲面分析法研究山藥、薏仁米及卡拉膠對藥膳牛肉丸感官品質的影響,以期為山藥、薏仁米藥膳牛肉丸的開發提供技術支持。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

牛肉貴州省貴陽市清鎮市奶牛養殖示范基地,屠宰飼養180 d的中國荷斯坦奶公犢,取其后腿肉。

山藥、薏仁米市售。

電子天平(萬分之一感量)上海奧豪斯公司;CT3質構儀美國Brookfield公司;打漿機九陽股份有限公司;絞肉機正元精密機械有限公司;微波爐廣東格蘭仕集團有限公司;烘箱蘇州奧峰烘箱制造有限公司;粉碎機上海振春粉體設備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1原料制備原料肉:清洗去掉筋膜,將肉切成長、寬約為2 cm的肉塊絞成肉糜。

山藥:山藥洗凈去皮,切片,浸置于1%(w/v)的食鹽水中,浸漬2 min(防止褐變),置攪拌機搗碎成鮮山藥泥,備用。

薏仁米:篩選、清洗,常溫浸泡10 h瀝干,80 ℃干燥5 h,微波烘焙(中火2～3 min),粉碎,過100目篩,備用。

1.2.2基本配方牛肉1 kg、水200 g、食鹽30 g、糖20 g、姜5 g、蒜泥3 g、胡椒粉1 g。

1.2.3工藝流程圖原料肉→絞碎→0～4 ℃冰箱腌制(食鹽、白砂糖)4 h→薏仁米粉、山藥泥、卡拉膠等→充分混合攪拌→乳化→成型→煮制(沸水、5 min)→成品

1.2.4質構測定參考文獻[9-11]，用直徑15 mm取樣器取樣,切成高為20 mm的圓柱體。CT3質構儀測定肉丸的硬度、彈性、咀嚼性等指標。測定條件:加載探頭類型TA11;測試前速2.0 mm/s、測試速度2.0 mm/s、測試后速2.0 mm/s、測試距離50%,兩次壓縮中停頓時間5.0 s。

1.2.5感官評價感官評分:選10名專業感官評定人員(5男5女),根據藥膳牛肉丸的色澤、滋、氣味、組織形態、彈性和口感等指標進行綜合評分,去掉最高值與最低值取平均分為最終感官得分。評分標準見表1。

表1　感官質量評分標準[12](滿分100分)

1.2.6實驗設計

1.2.6.1單因素實驗在基本配方的基礎上,設定以100 g牛肉計,山藥泥15 g、薏仁粉15 g、卡拉膠0.2 g進行單因素實驗考察山藥泥添加量:10、15、20、25、30 g;薏仁粉的添加量:10、15、20、25、30 g;卡拉膠的添加量:0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g質構儀測定硬度、彈性、咀嚼性為肉丸品質評定指標。研究山藥泥、薏仁粉及卡拉膠對低脂藥膳牛肉丸質構的影響。

1.2.6.2響應面實驗肉丸被消費者接受程度的高低,很大一部分是由消費者感官評價所決定[13]。因此,在單因素實驗的基礎上,選取影響藥膳牛肉丸品質的主要因素山藥泥添加量、薏仁粉添加量、卡拉膠添加量為自變量,以感官評分為響應值,根據 Box-Benhnken中心組合實驗設計原理設計三因素三水平的響應面分析實驗。實驗因素與水平見表2。

1.2.7數據處理實驗數據采用Design Expert8.0.6作圖,Design Expert8.0.6軟件進行方差分析。

表2　響應面設計因素水平

2　結果與分析

2.1單因素實驗結果

硬度、彈性、咀嚼性是反映肉丸質構特性的重要參數。硬度過大則肉丸口感不細膩、不易咀嚼;而硬度過小則口感綿軟、無脆感、無韌度。因此肉丸硬度值要適中。彈性越好,肉丸口感越爽脆,越有嚼勁且不易破裂。因此,要求肉丸要有好的彈性。咀嚼性越好,肉丸口感越好。

2.1.1卡拉膠添加量對藥膳牛肉丸質構影響卡拉膠添加量對藥膳牛肉丸質構影響見表3。

表3　卡拉膠添加量對藥膳牛肉丸質構影響

表3可知,隨著卡拉膠添加量增加,藥膳牛肉丸的硬度也不斷增加,同時彈性逐漸減低。經Design Expert8.0.6軟件分析數據,卡拉膠的添加量對藥膳牛肉丸的質構影響極顯著(p<0.01)。當卡拉膠添加量為0.4 g時,咀嚼性最好;當卡拉膠添加量為0.1 g時,藥膳牛肉丸彈性最佳;當卡拉膠添加量為0.2 g時,肉丸硬度、彈性、咀嚼性適中。綜合考慮硬度、彈性、咀嚼性三者之間對藥膳牛肉丸質構的影響,兼顧硬度與彈性,選取卡拉膠添加量0.2 g與0.4 g作為響應面實驗的最低值與最高值,選擇卡拉膠添加量為0.3 g作為后期響應面優化實驗的中心點。

2.1.2山藥泥添加量對藥膳牛肉丸質構影響山藥泥添加量對藥膳牛肉丸質構影響見表4。

表4　山藥泥添加量對藥膳牛肉丸質構影響

表4可知,隨著山藥泥添加量增加,藥膳牛肉丸的硬度先增加后減小;彈性則先減小后增加,但變化范圍較小。經Design Expert8.0.6軟件分析數據,山藥泥的添加量對藥膳牛肉丸的質構影響極顯著(p<0.01)。當山藥泥添加量為15 g時,藥膳牛肉丸的硬度達到最大,此時咀嚼性也最佳。因此,選擇山藥泥添加量為15 g作為后期響應面優化實驗的中心點。

2.1.3薏仁粉添加量對藥膳牛肉丸質構影響薏仁粉添加量對藥膳牛肉丸質構影響見表5。

表5　薏仁粉添加量對藥膳牛肉丸質構影響

表5可知,隨著薏仁粉的添加量增加,藥膳牛肉丸的硬度先增加后減小,而彈性先下降后增加,咀嚼性呈先下降后升高。當薏仁粉的添加量為20 g時,藥膳牛肉丸的硬度達到最大。經Design Expert8.0.6軟件分析數據,薏仁粉的添加量對藥膳牛肉丸的質構影響極顯著(p<0.01),在薏仁粉添加量理論值為20 g時,藥膳牛肉丸的綜合品質較好。因此,選擇薏仁粉添加量為20 g作為后期響應面優化實驗的中心點。

綜上所述,根據 Box-Benhnken中心組合實驗設計原理,選取影響藥膳牛肉丸品質的卡拉膠、山藥泥、薏仁粉為主要因素,其添加量分別為0.3 g、15 g、20 g,作為響應面優化實驗的中心點。

2.2響應面實驗設計結果

根據表1的實驗因素和水平,以藥膳牛肉丸的感官評分為響應值,按照Box-Benhnken的中心組合實驗設計原理進行實驗,結果見表6。

2.3建立模型及其顯著性分析

采用Design Expert8.0.6軟件對實驗結果進行多元回歸擬合,得到卡拉膠、山藥泥、薏仁粉的模型,其二次多項回歸模擬方程為:Y(感官評分)=94.60+1.87A-3.75B+2.38C-0.50AB+0.75AC-1.00BC-10.43A2-9.67B2-2.43C2。同時得到回歸顯著檢驗與方差分析表如表7。

表6　Box-Benhnken設計方案及實驗結果

2.4回歸顯著性檢驗與方差分析

由方差分析可知,本實驗模型的p值<0.01(極顯著);失擬項的p值>0.05(不顯著)。表示該實驗的模型建立合理,實驗設計可行。以感官評分為響應值,實驗三因素A(卡拉膠)、B(山藥泥)、C(薏仁粉)的p值均小于0.01,表明其都對結果影響極顯著。根據A(卡拉膠)、B(山藥泥)、C(薏仁粉)的F值28.33、113.31、45.45可知三因素對實驗影響顯著效果順序為B(山藥泥)>C(薏仁粉)>A(卡拉膠)。交互項中AC、BC、AB的p值>0.05,表示對結果影響不顯著。二次項中,A2、B2、C2的p值<0.05,表明對結果影響顯著。各因素對藥膳牛肉丸感官評分的響應曲面分析見圖1、圖2和圖3所示。

表7　回歸方程方差分析表

圖1　Y=f(A,B)的響應面圖Fig.1　Response surface of the function Y=f(A,B)

圖2　Y=f(A,C)的響應面圖Fig.2　Response surface of the function Y=f(A,C)

圖3　Y=f(B,C)的響應面圖Fig.3　Response surface the function Y=f(B,C)

2.5響應面曲面圖分析

等高線的形狀可反映出交互效應的強弱,橢圓形表示兩因素交互作用顯著,而圓形則與之相反[14-15]。

由圖1～圖3可以看出,A(卡拉膠)、B(山藥泥)、C(薏仁粉)之間的相互作用對藥膳牛肉的感官評分的影響不顯著。圖形還反映了各因素對響應值的影響。從等高線圖可以看出極值條件應在圓心處[16],比較3張圖可知三因素對產品的感官評分都有顯著影響。

2.6驗證實驗

使用Design Expert8.0.6軟件優化設計,分析可得:以100 g牛肉計,添加卡拉膠0.33 g、山藥泥 13.43 g薏仁粉24.4 g時,感官評分值為95.3分。

為驗證響應曲面法所得結果的可靠性,采用最佳工藝配方進行藥膳牛肉丸的制作:以100 g牛肉計,添加卡拉膠0.33 g、山藥泥13.43 g、薏仁粉24.4 g。在此條件下經5次平行實驗,實際測得感官評分為96分,相對誤差為0.7%,與預測值很接近,表明響應面分析法得到的藥膳牛肉丸的工藝配方真實可靠。

3　結論

經響應面實驗分析,利用實驗設計軟件Design-Expert 8.0.6,采用Box-behnken實驗設計法對藥膳牛肉丸配方各因素的添加量進行優化,結果表明:三因素對實驗影響顯著效果順序為,B(山藥泥)>C(薏仁粉)>A(卡拉膠);優化后的最優配方為,以100 g牛肉計,添加卡拉膠0.33 g、山藥泥 13.43 g、薏仁粉24.4 g。按此配方生產的藥膳牛肉丸經感官評定后得分較高,具有良好的風味、口感和色澤。

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Optimization of formula of the yam and myotonin medicinal beef balls by response surface methodology

LIU Zhe,LUO Ai-ping*,ZHANG Fei,YANG Xiao-zhen,XIA Yi-hang

(School of Liquor and Food Engineering,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

The effect of contents yam rhizome,myotonin,carrageenan on the hardness,elasticity and chewiness of yams,myotonin medicinal beef balls was investigated. The effect of yam rhizome puree,myotonin powder and carrageenan on the sensory quality of medicinal beef balls was studied by the response surface analysis. Results showed that the sequence of three significant effect on the test results was Yam rhizome puree>myotonin powder>carrageenan. The process parameters of optimized Yam,myotonin medicinal beef balls were carrageenan of 0.33 g,Yam rhizome puree of 13.43 g,myotonin powder of 24.4 g in terms of beef 100 g. The medicinal beef balls produced according to this formula had good flavor,taste and color.

medicinal beef balls;yam rhizome;myotonin;quality

2015-12-16

劉哲(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：畜產品加工，E-mail：liuzwade@sina.com。

羅愛平(1958-)，女，本科，教授，研究方向：畜產品加工研究與開發，E-mail：luoaiping58@126.com。

貴州省科技廳攻關課題(黔科合NZ字[2012]3010號)。

TS251.5

B

1002-0306(2016)13-0127-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.017