響應面法優化檸檬酸嫩化鴨肉效果的研究

徐 靜， 宋 健， 武 杰， 楊國輝， 楊 鄭

(1.蚌埠學院 食品與生物工程學院,安徽 蚌埠 233000；2.蚌埠市豐牧牛羊肉制品有限責任公司,安徽 蚌埠 233000)

鴨肉是中國傳統餐桌上的一種美味佳肴，適于滋補，是多種名菜的主要原料[1]。鴨肉的營養價值很高，蛋白質含量較一般禽肉高，酮體脂肪分布均勻，含多種單不飽和脂肪酸和低碳飽和脂肪酸，因此適量食用鴨肉對身體大有裨益[2-4]。肉品中所含有的含氮浸出物越多，味道就越鮮美，鴨肉中的含氮浸出物相對較高，因此鴨肉味道鮮美，深受國內外食客喜愛。中國各地均具有以鴨肉為主原料的特色美食，比如北京烤鴨[5]、南京鹽水鴨[6]、南京板鴨[7]、白市驛板鴨[8]等，在國內外頗受歡迎。

嫩度是指肉在咀嚼時對碎裂抵抗力的大小[9]，嫩度越高表明肉質柔軟、多汁、易于嚼爛，是肉品質的主要指標[10]。嫩度測定主要有主觀評定和客觀評定，即感官評定和儀器評定，感官評定對儀器評定具有輔助作用，而儀器評定則可以消除因個體差異帶來的誤差。目前肉類的嫩化主要采用物理法、酶法以及化學法，有機酸嫩化是化學法的一種，一般浸漬法或注射法處理。浸漬法滲透緩慢，處理時間較長，嫩化緩慢，采用注射法擴散速度快，嫩化時間較短，因此注射法是常用的嫩化方法[11-14]。本文將以鴨肉為主要原料，研究檸檬酸對鴨肉的嫩化效果，以改善鴨肉的食用品質。通過研究檸檬酸處理的濃度、處理時間、處理溫度對鴨肉嫩度的影響，在單因素試驗的基礎上，以剪切力為評價指標，應用響應面分析法對檸檬酸的濃度、處理時間、處理溫度進行優化。以期通過此研究為今后有機酸嫩化畜禽肉提供相關的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

KE01A1切片機(南京格新電器有限公司)；C21-SDHC15X恒溫水浴鍋(金壇市杰瑞爾電器有限公司)；Brookfield CT3質構儀(美國Brookfield公司)；WT-B5003電子天平(杭州萬特衡器有限公司)；MPC-5V300(A)冷藏箱(青島海爾股份有限公司)；注射器(5mL，江蘇宇陽醫療器械有限公司)；鴨肉(市售櫻桃谷鴨，飼養7周達3 kg以上，取鴨胸肉)；檸檬酸(食品級，蚌埠市華勝化工有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 肉樣采集→清洗→修整→切片→嫩化處理→冷藏過夜(2～4 ℃，12 h)→儀器測定。

1.2.2 鴨肉的嫩化處理 將處理過后的新鮮鴨肉，用切片機進行切塊，沿肌纖維切成3 cm×2 cm×1 cm的肉塊，切塊過程中，保持每塊鴨肉塊大小，形狀一致。之后，用蒸餾水沖凈鴨肉表面的瘀血。于室溫下晾干表面水分，待用。用蒸餾水配置檸檬酸溶液，用一次性注射器分別吸取一定量的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉的質量的10%，然后分12點均勻注射到鴨肉的不同部位，滾揉10 min[15]。

1.2.3 剪切力的測定 采用Warner-Bratlzer(W-B)剪切方法[16]，將處理好的鴨胸肉放入90 ℃恒溫水浴鍋中加熱，加熱煮制40 min，用數顯式溫度計測量肉的中心溫度，當肉的中心溫度達到75 ℃時，然后取出冷卻至室溫，置于4 ℃冷藏室中冷藏過夜(12 h)[17]。選擇p/5柱形探頭，對每種樣品進行穿透測定。測定條件設置如下：探頭下行速度為1.0 mm/s，探頭返回速度為1.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，下行距離為5.0 mm。樣品厚度為10 mm，每個樣品進行3次平行實驗。

1.2.4 單因素試驗

1.2.4.1 檸檬酸濃度的選擇 用一次性注射器沿肌纖維方向向鴨肉注射0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mol/L的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉質量的10%，在40 ℃恒溫水浴下浸泡1 h，之后將處理好的鴨胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再測定剪切力并確定最優水平。

1.2.4.2 處理時間的選擇 準備6份形狀大小基本相同的鴨肉，依次編號1、2、3、4、5、6，依次注射最優水平濃度的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉質量的10%，在40 ℃的恒溫水浴下浸泡1、2、3、4、5 h，之后將處理好的鴨胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再測定剪切力并確定最優水平。

1.2.4.3 處理溫度的選擇 準備6份形狀大小基本相同的鴨肉，依次編號1、2、3、4、5、6，依次注射最優水平濃度的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉質量的10%，放入設定好溫度為20、30、40、50、60 ℃的恒溫水浴鍋中處理一定時間。之后將處理好的鴨胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再測定剪切力并確定最優水平。

1.2.5 響應面試驗設計 以最大剪切力作為響應值，采用Design-Expert 8.0 6的Box-Behnken響應面設計，確定檸檬酸嫩化鴨肉的最佳條件。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 不同濃度檸檬酸處理對鴨肉剪切力的影響 由圖1可知，隨著檸檬酸濃度的升高，肉樣的剪切力逐漸降低，當檸檬酸濃度達到0.15 mol/L，剪切力值最低，這是因為低濃度檸檬酸不僅能弱化肌原纖維，還能弱化結締組織，降低了肉的機械抵抗力，達到相關組織蛋白酶的適宜pH范圍[18-20]。當檸檬酸濃度達到0.25 mol/L后，剪切力數值明顯升高。因為檸檬酸濃度過高，pH進一步下降對鴨肉中的組織蛋白酶活性產生影響，并導致鴨肉失水嚴重，對鴨肉的品質造成不良影響。因此檸檬酸濃度為0.15 mol/L時，檸檬酸對鴨肉的嫩化效果最好。

2.1.2 處理時間對鴨肉剪切力的影響 由圖2可知，隨著處理時間的增加，鴨肉的剪切力值逐漸降低，這是由于隨著檸檬酸處理時間增加，肌原纖維蛋白質溶解度呈現減小的趨勢，肌內膜和肌束膜結構完整性受到破壞，逐漸顆粒化，顆粒化有利于嫩度的改善[21-24]。但處理時間過長的話，鴨肉會逐漸失水，肉質變老，嫩化效果較差，所以水浴時間控制在5 h最佳，鴨肉的嫩化效果最好。

圖1 不同濃度的檸檬酸處理對鴨肉剪切力的影響

圖2 處理時間對鴨肉剪切力的影響

2.1.3 處理溫度對鴨肉剪切力的影響 由圖3可知，隨著處理溫度的增加，處理后的鴨肉的剪切力也隨之降低，處理溫度在40 ℃時，鴨肉剪切力數值最低，超過40 ℃時，反而有所上升，這是因為肌原纖維蛋白在40～70 ℃內加熱并保溫后形成的凝膠硬度隨溫度上升而增大，導致鴨肉樣品的嫩度和食用品質受到不良影響。所以處理溫度控制在40 ℃時最佳，鴨肉的嫩化效果最好。

圖3 不同處理溫度對鴨肉剪切力的影響

2.2 響應面試驗結果

在單因素試驗的基礎上進行響應面優化試驗，采用Design-Expert 8.0 6軟件中的Box-Behnken響應面設計原理，選取檸檬酸濃度、處理時間、處理溫度3個因素做試驗因素，以最大剪切力作為響應值，進行響應面試驗[25]。響應面試驗設計因素及水平見表1，響應面法優化試驗設計及結果見表2。

表1 響應面試驗設計因素及水平

表2 響應面法優化試驗設計及結果

對表2數據進行多元二次回歸擬合，建立嫩化工藝參數回歸模型。二次多元回歸方程為：

Y=1.21+0.006 250A-0.007 500B-0.076C-0.015AB-0.007 500AC+0.015BC+0.27A2+0.15B2+0.084C2。

由表3可知，二次回歸模型的F值為14.92，P值為0.000 9，均表明此模型顯著。試驗模型的決定系數R2=0.950 5，說明該模型能解釋95.05%響應值的變化。且試驗模型的校正系數R2=0.886 9，試驗結果有88.69%受試驗因素的影響，可以利用該方程對試驗結果進行分析和預測。此外，由F檢驗可知影響鴨肉嫩化效果的主次因素為檸檬酸濃度>處理時間>處理溫度，通過Design-Expert 8.0.6軟件對回歸方程進行計算，檸檬酸對鴨肉的嫩化效果研究參數為：檬酸濃度為0.15 mol/L、處理時間為5.46 h、處理溫度為40.01 ℃，預計值為1.192 56 kg。

表3 響應面回歸模型方差分析

2.3 響應面分析

根據上述回歸方程繪出響應曲面圖及等高線圖(圖4)，分析檸檬酸濃度、不同處理溫度、不同處理時間，這3個因素對處理后鴨肉的嫩化效果影響的交互作用。

通過Design-Expert 8.0 6軟件對回歸模型進行分析，得到了各因素交互作用對鴨肉剪切力值影響的等高線圖和響應面圖，使得各試驗因素之間的交互作用更加直觀。響應面的坡度越陡峭，等高線圖的形狀趨于橢圓形，各因素之間的交互作用顯著。反之，響應面的坡度越趨于平緩，等高線圖的形狀趨于圓形，則表明各因素之間的交互作用不顯著[26-27]。根據響應面和等高線圖的性質分析所得的響應面和等高線圖，檸檬酸濃度與處理時間兩因素之間的交互作用顯著，檸檬酸濃度與處理溫度兩因素之間的交互作用次之，處理溫度與處理時間兩因素之間的交互作用不顯著，這與回歸模型的方差分析結果一致，因此，可用該模型來分析和預測檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝。

圖4 各因素交互作用對鴨肉剪切力值影響的響應面及等高線圖

2.4 最佳工藝條件確定與驗證試驗

通過Design-Expert 8.0 6軟件求得預測檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝條件為：檸檬酸濃度為0.15 mol/L、處理時間為5.46 h、處理溫度為40.01 ℃，剪切力預測值為1.192 56 kg，考慮到實際操作的可行性，將檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝條件調整為：檬酸濃度為0.15 mol/L、處理時間為5.50 h、處理溫度為40.00 ℃，在此條件下進行3次重復試驗，得到剪切力值為1.225 3 kg，實際值與預測值之間偏差較小，因此說明通過響應面試驗對檸檬酸嫩化鴨肉的工藝進行優化是可行的，具有實際意義。

3 結論與討論

單因素實驗結果表明，在檸檬酸濃度達到0.15 mol/L，處理時間為5 h，處理溫度達到40 ℃時，鴨肉的剪切力值最小，嫩化效果最佳。

由響應面結果得出：二次線性回歸方程前的系數絕對值A>C>B，說明鴨肉嫩化效果的影響因素：檸檬酸處理濃度>處理溫度>處理時間。結合響應面的最佳處理條件與實際操作條件，將檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝改為檸檬酸處理濃度為0.15 mol/L，處理時間為5.50 h，處理溫度為40.00 ℃。采用此條件進行驗證，剪切力的實測值為1.225 3 kg。

用外源酸浸泡是傳統的肉類嫩化方法之一，但有機酸在肌肉中的擴散速度較慢，需要浸泡的時間較長，導致這一方法受到很大的限制。本實驗利用有機酸注射法，直接將有機酸注射進鴨肉肌肉中，可以顯著加快嫩化速度，改善鴨肉的嫩化效果，而且低濃度檸檬酸具有一定的抑菌防腐的作用。但當檸檬酸濃度達到0.40 mol/L時，隨著有機酸濃度的升高，導致鴨肉產生不良的風味，酸味較重，嚴重影響鴨肉的食用品質。因此，檸檬酸對鴨肉的嫩化機理及使用量還需進一步探究。