響應面優化重組牛排加工工藝

張佳敏,唐占敏,冉 渺,陳 瑤,侯彩云,王 衛,*

(1.肉類加工四川省重點實驗室,四川成都 610106;2.成都大學藥學與生物工程學院,四川成都 610106)

響應面優化重組牛排加工工藝

張佳敏1,唐占敏2,冉 渺2,陳 瑤2,侯彩云2,王 衛1,*

(1.肉類加工四川省重點實驗室,四川成都 610106;2.成都大學藥學與生物工程學院,四川成都 610106)

實驗在研究分析牛肥膘比例、天然海藻酸鈉添加量和凝膠時間對重組牛排蒸煮損失率及硬度影響的基礎上,以重組牛排蒸煮損失率和硬度的綜合評價為優化指標,采用響應面法對工藝條件進行優化。單因素實驗方差分析結果表明,三個因素對重組牛排蒸煮損失率及硬度都有極顯著影響(p<0.05)。通過擬合模型優化,最佳工藝條件為:牛肥膘比例20%、海藻酸鈉比例2.36%、凝膠時間8.75 h。在此工藝條件下,牛排的蒸煮損失率23.81%,硬度9.95 kg,綜合評價為81.734。此時重組牛排產品保水性明顯增強,硬度顯著降低,該研究結果為重組牛排加工工藝提供參考依據。

重組牛排,蒸煮損失率,硬度,響應面法,優化

牛肉是人們主要消費肉類產品之一,其高蛋白質、低脂肪、維生素及礦物質含量豐富,必需氨基酸種類齊全,是一種營養價值較高的保健型肉食品,深受國際國內市場的青睞[1]。同時牛排是牛肉加工出售的類別之一,如沙朗牛排、菲力牛排、T骨牛排等[2-3]。高品質牛排具有豐富的大理石紋,肉質細嫩,滋味鮮美,其加工生產對原料品質要求極高,且產量少,價格昂貴,難以滿足普通大眾消費。利用重組技術加工出新型重組牛排[4],可調整產品肥瘦比以使產品符合消費者口感,提升牛排品質,同時可充分利用各個部位的牛肉原料,提高產品價值,滿足不同消費群體的需求。Boles等[5]分別利用海藻酸鹽和血漿纖維蛋白作粘結劑,對大小不同粒度、預先冷凍的牛肉重組,研制生產出了小牛排[6]。根據前人的研究,發現研究牛肥膘比例、天然海藻酸鈉添加量及凝膠時間對冷鮮重組肉黏合性及加工特性綜合影響的很少。因此,本實驗利用海藻酸鈉作為天然粘合劑,以低值部位牛肉或分割碎肉及肥肉為原料,將碎牛肉加工成重組牛排,賦予產品特有質地[7]和烹調特性[8-11],并采用響應面法[12]對重組工藝進行優化,確定最佳重組工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

新鮮牛肉、牛肥膘 購于超市;海藻酸鈉 蘇州聞達配料有限公司。

TA-XT plus質構分析儀 英國Stable Micro System;YP402N電子天平 上海菁海儀器有限公司;BC/BD-218SHT冰箱或冰柜 海爾集團;攪拌機 廣東小熊電器有限公司;WK2101電磁爐 美的集團;BJRJ-98A絞肉機 杭州艾博機械工程有限公司;BQPJ-1切片機 杭州艾博機械工程有限公司;BVPJ-500TS真空包裝機 杭州艾博機械工程有限公司;100 mm×50 mm×100 mm模具 成都伍田食品有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛排重組工藝 牛排重組的工藝流程為：

1.2.1.1 操作要點:

a.預處理:將新鮮瘦牛肉、牛肥膘清洗干凈,剔除軟骨、結締組織,放入冷藏室(0～4 ℃)12～24 h[13]備用。

b.絞制:將瘦牛肉及牛肥膘切成0.8～1 cm顆粒,充分攪拌混勻。

c.膠液制備:按肉重量的20%取冰水(4±1) ℃置于容器中[14],將海藻酸鈉加入水中并充分攪打直至完全溶解,制成預制膠液。

d.混合、裝模:將絞制完成牛肉與預制膠液充分混合攪拌,分裝入模具壓制成形。

e.冷卻凝膠、急凍:置于4 ℃冷藏室凝膠后脫模,再放入-18 ℃冷凍固型。

f.切制、真空包裝:將急凍后牛肉取出,用切片機切制成型,真空包裝,形成產品。

1.2.2 牛排重組工藝研究

1.2.2.1 單因素實驗 在海藻酸鈉比例為2.00%,凝膠時間為8 h條件下研究牛肥膘比例(10%、20%、30%、40%和50%)對牛排蒸煮損失率及硬度的影響;以牛肥膘比例30%,凝膠時間8 h為條件,研究海藻酸鈉比例(0.50%、1.00%、1.50%、2.00%、和2.50%)對牛排蒸煮損失率及硬度的影響;在牛肥膘比例為30%,海藻酸鈉比例為2.00%條件下研究凝膠時間(2、4、6、8、10 h)對牛排蒸煮損失率及硬度的影響。每個水平做3次平行實驗,取平均值計算分析。

1.2.2.2 優化實驗 以牛肥膘比例、海藻酸鈉比例及凝膠時間為因子,采用BOX-Behnken響應面法對牛排重組工藝的最佳條件參數進行優化,每組實驗做3個平行,結果取平均值。優化實驗設計見表1,綜合評分(Y)的計算方法為:

Y=100-(0.6×蒸煮損失率×100+0.4×硬度)

表1 響應面分析實驗設計因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface analysis

1.2.3 測定方法

1.2.3.1 蒸煮損失率的測定 將重組牛排均勻地切成長為3 cm,寬為3 cm,厚度為2 cm長方體,稱其質量m1;再放入沸水中煮7 min,放置冷卻至室溫,用吸水紙吸干樣品表面的水,再次稱得質量m2,計算式如下:

1.2.3.2 硬度的測定 將重組牛排均勻地切成長為3 cm,寬為3 cm,厚度為2 cm的長方體,放入沸水中煮7 min后,冷卻至室溫,用吸水紙吸干樣品表面的水,采用質構剖面分析(TPA)模式測定樣品的硬度。

質構分析儀參數:探頭:P/36R-圓柱型平底探頭;測試模式與選擇:TPA;測試前速度:5.00 mm/s;測試速度:5.00 mm/s;測試后速度:5.00 mm/s;壓縮距離:10.0 mm;測試時間:5.00 s。

1.2.4 統計分析 采用SPSS Statistix 8.1軟件對單因素數據進行方差分析;優化實驗設計采用Design Expert 8.0.6軟件的BOX-Behnken響應面分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 牛肥膘比例對重組牛排的蒸煮損失率及硬度的影響 牛肥膘比例對牛排蒸煮損失率及硬度的影響如圖1所示,通過對蒸煮損失率及硬度單因素方差分析,p值均小于0.01,說明牛肥膘比例對牛排的蒸煮損失率和硬度的影響是極顯著的。牛肥膘比例在10%～30%,樣品的蒸煮損失率較小且變化不大,比例大于30%時,蒸煮損失率急劇增大。這是因為適量脂肪具有保水保濕性能,當大于30%時,瘦肉量減少,鹽溶性蛋白攝取不足,保水性下降,這與劉永安[15]等研究一致。肥膘添加量在10%～30%時,適量肥膘由于油脂多,質軟、密度小使硬度降低,而比例為30%～50%時硬度升高,可能是由于蒸煮損失率增大,保水性變差,蛋白質結構由疏松變緊密[16]。因此,本實驗選擇牛肥膘最適比例為30%,即肥瘦比例為3∶7。

圖1 牛肥膘比例對重組牛排蒸煮損失率及硬度的影響Fig.1 Effects of fatty ratio on cooking loss and hardness of restructured steak

2.1.2 海藻酸鈉添加量對重組牛排的蒸煮損失率及硬度的影響 天然海藻酸鈉比例對牛排蒸煮損失率及硬度的影響如圖2所示,通過單因素方差分析,蒸煮損失率和硬度的p值均小于0.01,說明海藻酸鈉比例對牛排的蒸煮損失率和硬度的影響是極顯著的。隨著海藻酸鈉比例增加,樣品蒸煮損失率降低,硬度先上升再下降,最后急劇升高。由于海藻酸鈉具有凝固、增稠、乳化、穩定和保水功能[17-19],對加熱后變性蛋白質有很強的包裹保護作用,蒸煮損失率隨之增加而減小;海藻酸鈉比例在0.50%～2.00%時,硬度先升高后降低,當海藻酸鈉比例為0.50%時,可能是多糖與蛋白質相互吸引作用[20]弱導致碎肉凝結效果差,故硬度小,海藻酸鈉為1.00%～2.00%,蛋白質與多糖兩種大分子共同形成復雜致密網絡結構增加了牛排嫩度和韌性[21],因此硬度降低。在海藻酸鈉添加量為2.50%時,由于海藻酸鈉中過多鈉離子導致pH>pI[22],蛋白質和多糖之間表現為排斥作用,嫩度下降,硬度升高。實驗中驗證了海藻酸鈉凝膠的保水性能,且在一定添加比例下,能改善肉制品的彈性、外觀及硬度[23]。因此,本實驗選擇海藻酸鈉最適添加比例為2.00%。

圖2 天然海藻酸鈉比例對重組牛排蒸煮損失率及硬度的影響Fig.2 Effects of sodium alginate ratio on cooking loss and hardness of restructured steak

2.1.3 凝膠時間對重組牛排的蒸煮損失率及硬度的影響 凝膠時間對牛排蒸煮損失率及硬度的影響如圖3所示。通過方差分析,蒸煮損失率和硬度的p值均小于0.01。說明凝膠時間對牛排的蒸煮損失率和硬度影響極顯著。反應開始時海藻酸鈉與蛋白質的凝膠還不充分,保水性差,在2～8 h隨著凝膠時間增加蒸煮損失率逐漸減小,當凝膠時間為10 h時,蒸煮損失率又增大,這是因為凝膠時間延長,海藻酸鈉中反應底物逐漸減少,與蛋白質反應逐漸停止,粘結效果變差。這表明反應時間過長會使得蛋白質膠體發生不可逆變化,使位于凝膠網狀結構中的水分不能繼續保持而流出肌肉組織之外[24]。凝膠時間在2～6 h時,硬度逐漸升高,在8 h時,硬度最小,凝膠10 h,蒸煮損失率的增大導致硬度升高。但孔保華等[24]對重組牛肉研究,得出反應時間為3 h的質構特性最佳,可能是因為粘結劑種類不同、使用條件不同所致的緣故。因此,本實驗選擇最適凝膠時間為8 h。

2.2 優化實驗

Y=-45.8539+0.4748A-2.4433B+29.0152C+0.0501AB-0.0821AC+3.418BC+1.0505×10-3A2-5.9798B2-2.03045C2

重組牛排的最佳工藝條件為:牛肥膘比例20%、天然海藻酸鈉比例2.36%、凝膠時間8.75 h,此時綜合評價Y為81.996。在優化實驗確定的牛排的最佳工藝條件下進行驗證實驗,測得蒸煮損失率為23.81%,硬度為9.95 kg,代入回歸方程,求得綜合評價Y為81.734,與預測值(Y=81.996)非常接近,說明回歸方程能夠較好地反映各因素對牛排蒸煮損失率及硬度的影響。

表2 Box-Behnken實驗設計及結果Table 2 Box-Behnken design with experimental results

表3 回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance for regression model

注:** 表示差異極顯著(p<0.01)。

圖4 各因素的交互作用對牛排綜合評價的影響Fig.4 Interactons of factors on comprehensive assessment of restructured steak

3 結論

牛肥膘比例、天然海藻酸鈉添加量和凝膠時間對重組牛排蒸煮損失率及硬度影響有顯著影響。采用響應面法對牛肥膘比例、海藻酸鈉比例、凝膠時間進行Box-Behnken優化表明,添加牛肥膘能有效地改善重組牛排的質構,提升口感,牛肥膘適宜比例20%;添加海藻酸鈉有利于提高牛排的保水性,降低硬度,海藻酸鈉適宜比例2.36%;凝膠時間對重組牛排的影響顯著,適宜凝膠時間8.75 h。在此條件下綜合評價為81.734,產品的保水性明顯增強,硬度顯著降低。

[1]尚祖萍.重組肉制品的研究進展[J].肉類研究,2010,131(1):23-25.

[2]丁輝,魏躍勝.鮮洋蔥汁對西餐牛扒嫩化工藝效果研究[J].中國調味品,2013,38(7):117-118.

[3]大菜,Getty,牛排的秘密[J].讀者欣賞,2012(7):90-93.

[4]梁海燕,馬儷珍.重組肉制品的研究進展[J].肉類工業,2005(5):284.

[5]Boles J A,Shand P J. Effects of raw binder syetem,meat cut and prior freezing on restructed beef[J].Meat Science,1999,53(4):233-239.

[6]黃莉,孔保華,江連洲,等.食用膠對重組牛肉加工特性的影響[J].食品科學,2009,30(23):114-118.

[7]夏亞男,侯麗娟,王頡.牛肉的質構特性研究進展[J].食品研究與開發,2015,36(7):144.

[8]景慧.羊肉無磷保水劑和粘結劑的研究[D].呼和浩特:內蒙古農業大學,2008.

[9]張佳敏,張雯,盧曉黎.轉谷氨酰胺酶對淡水魚魚肉彈性和烹飪損失影響研究[J].四川食品與發酵,2008,44(2):51.

[10]Serrano A,Cofrades S,Jimenez-colmenero F. Transglutaminase as binding agent in fresh restructured steak steak with added walnuts[J]. Food Chemistry,2004,85(3):423-429.

[11]聶興龍,張慧旻,陳從貴.谷氨酰胺轉氨酶對低脂牛肉凝膠保水性和硬度的影響[J].肉類工業,2007,316(8):20-22.

[12]唐啟義,馮明光.DPS數據處理系統:實驗設計,統計分析及模型優化[M].北京:科學出版社,2006.

[12]麻海峰,常征,楊光輝.牛肉的營養價值及排酸、速凍工藝研究[J].農業科技與裝備,2010(7):34-36.

[14]Thomas R,Anjaneyulu A S R,Kondaiah N. Quality and shelf life evaluation of emulsion and restructured buffalo meat nuggets at cold storage(4±1) ℃[J]. Meat Science,2006,72(3):373-379.

[15]劉永安,趙改名,黃現青,等.張建威脂肪添加量對熏煮香腸質構的影響[J].食品與發酵工業,2012,38(6):204-207.

[16]范素琴,陳鑫炳,張娟娟.海藻酸鈉添加方式對肉丸品質的影響[J].肉類工業,2013(9):33-35.

[17]于功明,孫春祿,王成忠,等.海藻酸鈉在低溫肉制品中的應用研究[J].肉類研究,2008(3):41-43.

[18]楊琴,胡國華,馬正智.海藻酸鈉的復合特性及其在肉制品中的應用研究進展[J].中國食品添加劑,2010(1):164-168.

[19]李雨露,劉麗萍.提高肉制品保水性方法的研究進展[J].食品工業科技.2012,33(20):398-400.

[20]熊拯,郭興風,談天.蛋白質-陰離子多糖相互作用研究進展[J].糧食與油脂.2006(10):15-17.

[21]張慧旻.結冷膠與海藻酸鈉對低脂豬肉糜凝膠性質的影響[D].合肥:合肥工業大學,2007:11-12.

[22]酈金龍,趙文婷,蘇春元,等.乳化界面上蛋白質-多糖相互作用的研究進展[J].中國食物與營養,2010(12):31-34.

[23]王秀娟,張紳生,任云霞,等.海藻酸鈉凝膠特性的研究[J].食品工業科技,2008,29(2):260-262.

[24]孔保華,馬芙俊,刁亞琨.粘結劑使用條件對重組牛肉品質的影響[J].食品科學,2012,33(1):92-97.

[25]周悅,李雪峰,姜國川,等.響應面分析法對重組牛肉脯色澤的改善[J].肉類工業,2013(7):28-30.

Optimization of processing conditions for restructured steakby response surface methodology

ZHANG Jia-min1,TANG Zhan-min2,RAN Miao2,CHEN Yao2,HOU Cai-yun2,WANG Wei1,*

(1. Meat Processing Key Laboratory of Sichuan Province,Chengdu 610106,China;2.Pharmacy And Bioengineering of Chengdu University,Chengdu 610106,China)

Based on the study of the effects of fatty ratio,sodium alginate content and gelation time on the cooking loss and hardness value of restructured steak,the processing condition was optimized with response surface method by setting the comprehensive assessment score of cooking loss and hardness value as optimization target.The results showed that:the three single factors had significant influence on cooking loss and hardness of restructured steak(p<0.05). By using the fitting model to optimize the processing condition,the optimum conditions were determined as follows:fatty ratio 20%,sodium alginate content 2.36% with 8.75 h. In this condition,the cooking loss 23.81%,the hardness value 9.95 kg and the comprehensive assessment 81.734. Cooking loss of restructured steak could increase and hardnessr value reduce mostly under the condition,results could provide references for restructured steak processed.

restructured steak;cooking loss;hardness;response surface methodology;optimization

2016-07-20

張佳敏(1982-)，女，碩士，講師，研究方向：農產品加工與貯藏食品工程，E-mail：492346884@qq.com。

*通訊作者:王衛(1958-)，男，碩士，教授，研究方向：農產品加工與貯藏食品工程，E-mail：wangwei8619@163.com。

成都市產業集群協同創新項目；四川省科技計劃項目(2016NZ0006)；四川省省級大學生創新訓練計劃項目(2016306)。

TS251.5

B

:1002-0306(2017)04-0263-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.041