響應面法優化發酵雞肉干加工工藝

馬浩然，卜寧霞，徐昊，孔維洲，頡向紅，劉敦華

(寧夏大學 農學院，銀川 750021)

雞肉富含豐富的蛋白質、脂肪、礦物質、脂溶性維生素等營養元素[1,2]。肉干是我國傳統肉制品之一，其營養豐富,風味獨特,儲存期較長，攜帶方便，是人們喜愛的休閑食品[3,4]。傳統肉干產品的不足之處是質地堅硬、色澤深褐、營養價值有限，難以滿足人們對肉制品日益增長的消費需求[5]。發酵肉干是一種借助于微生物發酵過程中產生的代謝產物的綜合作用，賦予產品獨特的風味、色澤以及質地的發酵肉制品，其穩定性和安全性高，便于保藏[6]。

目前，用于肉品發酵的主要微生物有細菌、霉菌和酵母菌，三者具有不同的發酵特性[7-11]。本文以植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)、戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)、木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus)的混合菌株作為發酵液，接種到雞肉中，用單因素試驗選擇出在發酵時對產品感官評價和剪切力影響較大的3個因素，并在此基礎上，以剪切力為指標，進行三因素三水平的響應面優化試驗，優化出發酵雞肉干的最佳發酵工藝，以期研發出嫩度高、品質好、安全穩定、具有市場空間的發酵肉制品。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

植物乳桿菌Lactobacillusplantarum(20265)、木糖葡萄球菌Staphylococcusxylosus(21445)、戊糖片球菌Pediococcuspentosaceus(20536)：均為凍干粉，購于中國工業微生物菌種保藏管理中心(CICC)。

雞胸肉、食鹽、味精、白胡椒粉、料酒、醬油：均購于銀川新華百貨寧陽店。

1.2 儀器與設備

AIR TECH型超凈工作臺 蘇凈集團安泰公司；DSX-280型手提式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫療器械廠；FiveEasy plus型pH計 梅特勒-托利多公司；LRH-150B型生化培養箱 上海滬粵明科學儀器有限公司；WD900B型微波爐 格蘭仕集團有限公司；BGZ-146電熱鼓風干燥箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠；DZ-400D內抽真空包裝機 深圳市晟楓包裝機械有限公司；TA-XT plus型質構儀 英國SMS公司。

1.3 方法

1.3.1 雞肉干腌制劑配方

食鹽25 g/kg、味精15 g/kg、白胡椒粉20 g/kg、料酒50 g/kg、醬油20 g/kg。

1.3.2 發酵雞肉干加工工藝

參考張蘇蘇等的方法[12]，將去脂的雞胸肉經解凍、切塊、加腌制劑于4 ℃冰箱腌制5～6 h，接種發酵劑發酵后，經熱風(微波)干燥在65 ℃烘制3 h，在95 ℃烘制1 h后，待肉條冷卻、經真空包裝后得發酵雞肉干成品。

1.3.3 單因素試驗

以發酵雞肉干的剪切力值和感官評價為指標，研究不同單因素條件對成品品質的影響，并由此確定響應面試驗的主要因素和各因素的最佳水平。

1.3.3.1 菌種配比的選擇

在經過處理后的雞肉條中加入不同配比的發酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌分別為1∶1∶1,1∶1∶2,1∶1∶3,1∶2∶1,1∶2∶2，分別設為A,B,C,D,E組)，接種量為107cfu/g，在30 ℃的條件下發酵45 h，腌制并烘制后對成品進行剪切力值和感官評分值的測定。

1.3.3.2 菌種接種量的選擇

在經過處理后的雞肉條中加入發酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌為1∶1∶2)，接種量分別為105,106,107,108,109cfu/g，在30 ℃的條件下發酵45 h，腌制并烘制后對成品進行剪切力值和感官評分值的測定。

1.3.3.3 發酵溫度的選擇

在經過處理后的雞肉條中加入發酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌為1∶1∶2)，接種量為107cfu/g，分別在20,25,30,35,40 ℃的條件下發酵45 h，腌制并烘制后對成品進行剪切力值和感官評分值的測定。

1.3.3.4 發酵時間的選擇

在經過處理后的雞肉條中加入發酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌為1∶1∶2)，接種量為107cfu/g，在30 ℃的條件下分別發酵30,35,40,45,50 h，腌制并烘制后對成品進行剪切力值和感官評分值的測定。

1.3.4 響應面試驗

綜合單因素試驗結果，選擇3個主要的因素，根據Box-Benhnken的中心組合試驗設計原理，建立三因素三水平模型，對發酵雞肉干的剪切力值進行優化，確定發酵雞肉干的最佳工藝，試驗因素水平表見表1。

表1 Box-Benhnken試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of Box-Benhnken design

1.3.5 測定指標及方法

1.3.5.1 剪切力值

采用HDP/BSW探頭，測前速度：2.0 mm/s，測中速度：2.0 mm/s，測后速度：10.0 mm/s，下壓距離：30.0 mm[13]。

1.3.5.2 感官評分

參考宋佳的方法[14]，選擇10位食品專業的老師和同學組成感官評定小組，在評定前要對評定小組進行培訓，將樣品隨機編號，然后分發給感官評定小組成員。小組成員根據感官評分表對樣品的組織狀態、色澤、氣味、口感進行打分，滿分為100分，評分結果取平均值，感官評分標準表見表2。

表2 感官評分標準表Table 2 Sensory scoring standardTable

續 表

1.3.6 數據處理

用Excel 2010對數據進行統計分析并繪圖；用Design Expert 8.0.6進行方差分析并繪制響應面圖；用SPSS 20的ANOVA方差分析分析數據的顯著性，差異顯著水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 菌種配比的選擇

菌種配比對雞肉干剪切力和感官評價的影響結果見圖1。

圖1 菌種配比對雞肉干剪切力和感官評價的影響Fig.1 Effect of strains' ratio on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖1可知，5組中C，D，E這3組的剪切力值較低，其中，C組即菌種配比1∶1∶3的剪切力值最低，為5323 g，與其他組呈顯著性差異(P<0.05)。植物乳桿菌和戊糖片球菌為乳桿菌，具有較強的產酸能力，而木糖葡萄球菌產酸較弱。趙巖[15]指出木糖葡萄球菌的產酸能力明顯低于植物乳桿菌和戊糖片球菌。因此，酸度過高會降低消費者對產品的接受度，這也是E組感官評分值最低的原因，而乳酸菌比例的多少直接影響人們對產品感官品質的評價。結合感官評分來看，C組的感官評分值較高且剪切力值最低，這是由于：同A組和B組相比，C組中木糖葡萄球菌比例的增加有利于延緩產酸速率，柔和產品口味，且木糖葡萄球菌具有分泌蛋白酶的能力，可分解雞肉中的蛋白質來降低產品的剪切力，改善產品的質地。綜上，戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖片球菌為1∶1∶3是發酵劑的最佳菌種配比組合。

2.1.2 菌種接種量的選擇

菌種接種量對雞肉干剪切力和感官評價的影響結果見圖2。

圖2 發酵劑接種量對雞肉干剪切力和感官評價的影響Fig.2 Effect of inoculation amount of starter on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖2可知，隨著接種量的增加，剪切力值均顯著降低(P<0.05)，發酵劑接種量為105cfu/g時剪切力值最大，這是因為在相同發酵時間內，菌種接種量小的產品發酵尚未完全，對產品質地改變較小，而接種量大的產品在較短時間內就能達到發酵要求。結合感官評分來看，109cfu/g的接種量雖剪切力值較低，但由于接種量大產酸過多等原因導致產品感官品質較差，感官評分值降低，這與季中梅[16]的研究結果一致。隨著接種量的增大，微生物產酸能力過強，隨著發酵時間的增加，蛋白質分解成氨基酸大量積累，有機酸的積累抑制了微生物的生長，不利于風味的形成。而接種量為106，107，108cfu/g的產品感官評分值較高且剪切力值較低，因此，選擇這3個接種量進行下一步優化。

2.1.3 發酵溫度的選擇

發酵溫度對雞肉干剪切力和感官評價的影響結果見圖3。

圖3 發酵溫度對雞肉干剪切力和感官評價的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖3可知，發酵溫度為25，30，35 ℃時剪切力值較低，說明菌種在這個溫度范圍內生長代謝情況較好，同時，在這3個溫度下發酵的產品感官評分值也較高，與另2個溫度差異顯著(P<0.05)，彼此之間差異不顯著(P>0.05)，20 ℃發酵溫度過低，40 ℃發酵溫度又稍高，不適于作為混合發酵劑的發酵溫度。菌種都有一個最適生長溫度范圍，在利用菌種進行發酵時，發酵溫度過高會使菌體失活或有助于雜菌在發酵初期的快速增長，發酵溫度過低會降低菌種的生長增殖速度和產酸速率，影響菌種的發酵性能[17]。因此，選擇25，30，35 ℃為發酵劑的最適發酵溫度范圍。

2.1.4 發酵時間的選擇

發酵時間對雞肉干剪切力和感官評價的影響結果見圖4。

圖4 發酵時間對雞肉干剪切力 和感官評價的影響Fig.4 Effect of fermentation time on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖4可知，隨著發酵時間的增加，在30～50 h的5個發酵時間階段內，發酵時間越長，雞肉干的剪切力值越低，在40，45，50 h時剪切力值相對較低，但彼此間差異不顯著(P>0.05)。從感官評價來看，隨著發酵時間的增加，發酵雞肉干的感官評價先增大后減小，這與王志威等[18]研究的關于發酵時間對鵝肉發酵香腸的感官評價影響一致。發酵時間在35，40，45 h時的感官評分值較高，40 h時顯著高于其他溫度(P<0.05)，發酵時間過短會降低發酵劑對產品質地的改善作用，同時也不利于風味物質的形成，發酵時間過長又會使肉干過于軟爛，成型度差，酸度過大，產品安全性難以保障，且會增加生產成本，不利于發酵雞肉干的推廣應用。因此，綜合來看，發酵時間在35，40，45 h時，能達到較好的發酵雞肉干品質。

2.2 響應面試驗

Box-Benhnken試驗設計及結果見表3。

表3 Box-Benhnken試驗設計及結果Table 3 Box-Benhnken experimental design and results

續 表

2.3 回歸分析

利用Design Expert 8.0.6軟件對表3中的數據進行方差分析和多元回歸擬合分析，得到剪切力值對A(發酵劑接種量)、B(發酵溫度)、C(發酵時間)的二次多項回歸模型：

剪切力=5363.40-679.13A-101.75B-172.13C-177.75AB-91.00AC-52.25BC+134.55A2+635.80B2+511.55C2

回歸模型方差分析結果見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

注：“*”表示差異顯著(P<0.05)，“**”表示差異極顯著(P<0.01)。

2.4 交互作用分析

利用Design Expert 8.0.6軟件繪制出的響應面三維立體曲面圖和等高線圖見圖5～圖7，反映了在發酵劑接種量(A)、發酵溫度(B)、發酵時間(C)這3個因素中，每2個因素對發酵雞肉干剪切力的交互影響。

圖5 發酵劑接種量和發酵溫度對雞肉干剪切力的影響Fig.5 Effect of inoculation amount of starter and fermentation temperature on shear force of chicken jerky

圖6 發酵劑接種量和發酵時間對雞肉干剪切力的影響Fig.6 Effect of inoculation amount of starter and fermentation time on shear force of chicken jerky

圖7 發酵溫度和發酵時間對雞肉干剪切力的影響Fig.7 Effect of fermentation temperature and fermentation time on shear force of chicken jerky

由圖5可知，發酵溫度一定時，隨著發酵劑接種量的增加，響應值剪切力不斷減小，且變化幅度較大，這是由于發酵劑接種量越大，菌種分泌的蛋白酶和脂肪酶的量就越大，對雞肉干中蛋白質和脂肪的分解能力也隨之增強，故使產品的剪切力值減小，改善雞肉干的質地；發酵劑接種量一定時，隨著發酵溫度的增加，響應值剪切力先減小后增大，變化幅度也較大，發酵溫度與發酵劑的生長代謝息息相關，只有在一個最適的溫度范圍內，發酵劑的發酵性能才能達到最佳，發酵溫度過高或過低都會影響發酵性能，雞肉干剪切力值隨發酵劑的代謝能力發生改變，呈先減小后增大的變化趨勢。由圖6可知，發酵時間一定時，剪切力值隨發酵劑接種量的增加呈下降趨勢，但下降幅度較小；發酵劑接種量一定時，剪切力值隨發酵時間的增加呈先下降后增加的變化趨勢，變化幅度較小。由圖7可知，發酵時間一定時，剪切力值隨發酵溫度的增加先降低后增加，但變化幅度小；發酵溫度一定時，剪切力值隨發酵時間的增加呈先降低后增加的變化趨勢，變化幅度也較小。

等高線圖能直觀反映兩因素交互作用對響應值的影響，其中，橢圓形表示交互作用顯著，圓形表示交互作用不顯著[19]。由圖5～圖7中的等高線圖可知，圖5中的等高線圖呈橢圓形，故A、B項交互作用顯著(P<0.05)，即發酵劑接種量和發酵溫度的交互作用對響應值剪切力的影響顯著(P<0.05)；圖6和圖7中的等高線圖形趨于圓形，表明A(發酵劑接種量)和C(發酵時間)，B(發酵溫度)和C(發酵時間)之間的交互作用不顯著(P>0.05)，該結論與方差分析結果一致，均表明交互項中僅有A、B項交互作用顯著。

2.5 最優發酵工藝優化及驗證

經Design Expert 8.0.6軟件分析優化出的最佳發酵工藝條件為：發酵劑接種量108cfu/g，發酵溫度31.16 ℃，發酵時間41.35 h，在此優化條件下剪切力值為4751.18 g，結合生產實際，為了方便操作，將各工藝條件調整為：發酵劑接種量108cfu/g，發酵溫度31 ℃，發酵時間41 h，在此工藝條件下進行3次平行驗證試驗，測得發酵雞肉干的平均剪切力值為4983.67 g，與預測值的誤差僅為4.89%，說明該模型與實際情況擬合度高，因此在實際操作中可用此模型優化出的工藝條件進行生產。

3 結論

本研究通過單因素試驗篩選出對發酵雞肉干品質影響最大的3個因素：發酵劑接種量、發酵溫度、發酵時間。再通過Box-Benhnken試驗得到發酵雞肉干剪切力值與A(發酵劑接種量)、B(發酵溫度)和C(發酵時間)的二次多項回歸模型：剪切力=5363.40-679.13A-101.75B-172.13C-177.75AB-91.00AC-52.25BC+134.55A2+635.80B2+511.55C2。說明該模型擬合程度較好，可以用來分析和預測發酵雞肉干的剪切力值。

用響應面法分析優化出發酵雞肉干的最佳發酵工藝條件為：發酵劑接種量108cfu/g，發酵溫度31 ℃，發酵時間41 h，在此工藝條件下得到的發酵雞肉干剪切力值最小，為4983.67 g，產品具有較好的嫩度品質。