響應面法優化黃桃皮渣膳食纖維雞肉丸加工工藝的研究

王福紅 劉希鳳 山東畜牧獸醫職業學院 山東濰坊 261061

肉丸是人們節假日、喜慶團圓的必備菜肴，民間素有“無圓(丸)不成席”之說[1]，年消費量持續增長。雞肉丸脂肪含量少、食用方便、深受廣大消費者喜愛[2]。但傳統雞肉丸缺乏膳食纖維，加工過程中添加劑的種類、比例不合適，不僅影響肉丸的質構特性和感官評分[3]，還會對消費者健康產生不利影響。

膳食纖維(dietary fiber，DF)被認為繼蛋白質、脂肪、糖類、礦物質、維生素和水之后的第七大營養素[4]，對人類有著顯著的健康益處。黃桃皮渣是黃桃罐頭加工后的副產物，約占果重的8%～10%，富含膳食纖維、多種微量元素,硒、鋅等含量明顯高于其他水果。據統計2019年全國黃桃皮渣副產物達4 000噸左右，為食品工業提供重要的原料。目前諸多研究表明，植物膳食纖維添加到肉類制品中[5～9]，可一定程度的改善肉類產品質構特性，增加產品的保健功能，市場開發潛力大。

本研究將黃桃皮渣應用至雞肉丸，通過響應曲面試驗設計方法，優化加工工藝，改善肉丸質構特性，調節居民膳食平衡，實現廢棄物綜合利用[10]，以期為肉丸產品開發提供創新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞肉、豬肥膘，濰坊中百實業有限公司；

改性玉米淀粉，諸城興貿玉米淀粉廠；

大豆分離蛋白，山東福旺嘉生物科技有限公司；

復合磷酸鹽(六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉)，山東愛采生物科技有限公司；

黃桃皮渣粉末，山東臨朐相亮果蔬合作社；

卡拉膠，山東高光生物科技有限公司；

食鹽、白糖、味精、胡椒粉、蔥粉、姜粉等均為食品級，購自本地佳樂家超市。

1.2 主要儀器設備

電子天平BSA2245，廣州市授科儀器科技有限公司；

絞肉機JRJ，山東諸城瑞恒食品機械廠；

攪拌機S0260，北京市世紀天建科技有限公司；

蒸煮鍋QK-QYY001，諸城市青科機械制造有限公司；

包裝機DZ-600/4S，山東康貝特食品包裝機械有限公司；

斬拌機ZBZ125，河北曉進機械制造股份有限公司；

肉丸成型機WZJ-1，諸城金博威食品機械有限公司；

質構儀TA-XT2i，英國SMS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 基本配方

雞胸肉90kg、豬肥膘10kg、食用鹽3kg、大豆分離蛋白2.5kg、白糖2kg、蔥姜各1.5kg、復合磷酸鹽500g、胡椒粉300g、味精200g，黃桃皮渣粉末(水分含量<5%)、改性玉米淀粉、卡拉膠和冰水的添加量根據研究結果確定。

1.3.2 制作方法

按比例選擇雞胸肉和豬肥膘，用6mm孔徑的絞肉機絞碎，于攪拌機中攪拌5min后，加入食鹽、復合磷酸鹽和1/3量冰水，繼續攪拌15min,腌制24h，腌制間溫度0～4℃。肉餡倒入斬拌機中，按比例加入改性玉米淀粉、大豆分離蛋白、胡椒粉、黃桃皮渣(過60目篩)，先慢斬2min，加入其它輔料和剩余冰水，快斬5min，斬拌溫度不超過4℃。制好的肉餡經肉丸成型機擠壓成肉丸，100℃沸水煮15～20min，撈出及時送入冷卻間降溫，晾干水分，包裝。

1.3.3 單因素試驗

在保持其他工藝條件不變情況下，分別改變黃桃皮渣添加量、改性玉米淀粉添加量、卡拉膠添加量、冰水添加量，探究不同原料添加量對雞肉丸質構、感官評分的影響，確定不同因素添加量的最佳水平。具體單因素水平變化見表1。

表1 不同原料添加量的單因素水平表

1.3.4 感官評價

感官評分標準見表2。

表2 感官指標評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria

由10名食品專業學生組成感官評定小組，對產品色澤、組織狀態、彈性、口感等進行評定，4項指標總分100分[11，12]。評定采用盲雙法[13]，即樣品隨機編號、樣品隨機抽取。

1.3.5 質構特性測定

采用質構多面剖析法(Texture profile analysis TPA)對肉丸品質進行測定。具體參數設定為：柱形探頭(P/50)，壓縮比70%，觸發力5g，測前速度、測定速度和測后速度均為1mm/s，2次下壓樣品模擬咀嚼情形。測試3次，取平均值。

1.3.6 響應面試驗

由前單因素試驗結果，分別選取對產品感官品質有影響的黃桃皮渣添加量(A)、改性玉米淀粉添加量(B)、卡拉膠添加量(C)及冰水添加量(D)這4個因素為自變量，每個變量分別以-1，0，1表示，以感官評分為響應值，設計響應曲面試驗，試驗因素水平如表3。

表3 響應面試驗因素水平表

1.4 數據處理

根據Box-Benhnken模型的中心組合試驗設計原理，采用Design-Expert V8.0.6.1軟件中多元線性回歸方程擬合分析響應曲面試驗結果。

2 結果與討論

2.1 單因素結果分析

2.1.1 黃桃皮渣添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

黃桃皮渣添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響，見表4。

表4 黃桃皮渣添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

由表4可知，黃桃皮渣添加量對雞肉丸硬度、咀嚼性和感官評分影響顯著(p<0.05)，對雞肉丸彈性影響不顯著。隨著黃桃皮渣添加量的增加，硬度、咀嚼性、感官評分先升高后降低。硬度直接影響咀嚼性，兩者變化趨勢相似，黃桃皮渣膳食纖維添加量為5%時雞肉丸感官評分最高。黃桃皮渣是肉類制品膳食纖維的重要來源，皮渣中的膳食纖維含有豐富的多聚糖，有良好的親水性，會結合肉丸中一部分水分，形成網絡結構，起到水合作用，使肉的結合更加緊密[14]，在一定程度上保持雞肉丸的完整性。王瑤[15](2019)等研究，膳食纖維添加到肉制品中提高產品的乳化穩定性，并有較好的持油性、成膠性，賦予產品適當的流變學特性，提高出品率、延長貨架期。同時減少脂肪攝入量，食用后產生飽腹感，增加肉丸的保健功能。但黃桃皮渣添加量過高，雞肉丸中蛋白質的網絡結構逐漸擴展，凝膠結構破壞，質構會出現一系列改變，組織結構變差，色澤暗淡，口感粗糙，影響感官評分，這與張博華[16](2019)等研究結果一致。因此，考慮到試驗中的口感因素，選4%～6%為因素水平，整體接受度較佳。

2.1.2 改性玉米淀粉添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

改性玉米淀粉添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響，見表5。

表5 改性玉米淀粉添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響Table 5 Effects of modified corn starch on texture and sensory score of chicken meatballs

由表5可知，改性玉米淀粉添加量對雞肉丸質構及感官評分影響顯著(p<0.05)。在試驗范圍內，雞肉丸的彈性、咀嚼性、感官評分先升高后降低，硬度一直呈上升趨勢。隨著改性玉米淀粉添加量的增加，雞肉丸的彈性和咀嚼性增大，這是因為在加熱過程中，改性玉米淀粉糊化和肌肉蛋白變性形成的網狀結構相互混溶，形成致密的微孔結構，從而增加其凝膠強度，提高了保水性與粘著性，使雞肉丸具有良好彈性和組織狀態。當玉米淀粉添加量超過14%時，淀粉吸收大量水分，淀粉漿液過于稠密，不能被徹底斬拌乳化，淀粉形成的小團沒有完全分散，導致淀粉不均勻的裸露在網狀結構體系中，肉餡內部的空隙減少，肉丸硬度增加，彈性減弱，組織結構粗糙，嫩度不足，肉香味被掩蓋，口感差，影響感官評分，這與已有研究結果一致[17～19]。而玉米淀粉添加量過少，粘著性低，肉丸成型較難，且硬度、彈性不足[20]。經綜合評價，考慮成本因素，選擇玉米淀粉10%～14%為因素水平。

2.1.3 卡拉膠添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

卡拉膠添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響，見表6。

表6 卡拉膠添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

由表6可知，卡拉膠添加量對雞肉丸硬度、咀嚼性和感官評分影響顯著(p<0.05),對彈性影響不顯著。在試驗范圍內，隨著卡拉膠添加量的增加，感官評分先升高后降低，硬度、咀嚼性一直呈上升趨勢。卡拉膠具有半醋化硫酸酯的半乳糖殘基為主鏈的高分子多糖，其分子結構中的強陰離子性硫酸酯基團，能與游離水形成額外的氫鍵，保水能力強大[21]；卡拉膠與蛋白質具有強烈的交互作用和乳化穩定作用，能將蛋白質有效的結合在其膠體體系中，提高蛋白質的構象穩定性、乳化特性、凝膠能力、溶解性、黏度等特性[22]，使雞肉丸硬度、咀嚼性一直呈上升趨勢，形成良好的組織結構，賦予雞肉丸細膩的口感和光滑的切片。而卡拉膠添加量過高，彈性降低，可能與其基團和分子間相互作用形成的結構體系遭到破壞、改變了蛋白質分子吸引力和排斥力，導致凝膠強度降低有關。綜合考慮，確定卡拉膠在雞肉丸中的添加量為0.3%～0.5%作為因素水平。

2.1.4 冰水添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

冰水添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響，見表7。

表7 冰水添加量對雞肉丸質構及感官評分的影響

由表7可知，冰水添加量對雞肉丸的質構及感官評分影響顯著(p<0.05)。在試驗范圍內，質構及感官評分先升高后降低，冰水添加量在30%時，各項指標最優。冰水是雞肉丸的主要成分之一，其添加量是影響雞肉丸質構特性和穩定性的關鍵因素之一。冰水能改變雞肉丸的物性和流變性[28]。雞肉和膳食纖維等原輔料通過斬拌乳化形成致密的三維空間結構體系，包埋更多的水分子，提高持水性，保證了肉丸的彈性。適量的冰水在雞肉丸加工過程中，既能使雞肉鹽溶蛋白的析出更徹底，有助于凝膠結構的形成，又使淀粉加熱時完全糊化[23]，將水分鎖定在雞肉丸的凝膠混合體中，保留更多的風味物質，保證了雞肉丸的咀嚼性。而冰水添加量過高，蛋白質分子間的相互作用力減弱，降低肉糜的粘著力，蛋白質的凝膠結構穩定性下降[24]，則產品的感官和質構指標會下降。綜合考慮，選取冰水添加量25%～35%為因素水平。

2.2 響應曲面試驗分析

2.2.1 響應曲面試驗結果及方差分析

以雞肉丸感官評分為響應值(Y)，進行4因素3水平共29個試驗點的 Box-Behnken試驗設計。試驗設計見表8。

表8 Box-Behnken試驗設計及結果

通過數據進行多元回歸擬合，得到回歸方程為：Y=92.92+3.25A-0.72B-0.77C+1.05D-3.40AB-5.33AC-2.57AD-0.25BC-0.1BD-0.42CD-7.41A2-3.26B2-8.89C2-3.96D2。

公式中：各項系數絕對值的大小，表示各影響因素對雞肉丸加工工藝的影響大小，系數正負表示該因素影響的方向，各因素對雞肉丸加工工藝影響順序的大小是A>D>C>B。

從表9可看出，因素A(黃桃皮渣添加量)對雞肉丸感官評分影響極顯著(p<0.01)，因素B(改性玉米淀粉添加量)、因素C(卡拉膠添加量)、因素D(冰水添加量)影響不顯著；AB交互作用影響顯著(p<0.05)，AC交互作用影響極顯著(p<0.01)；A2、C2、D2影響極顯著(p<0.01)，B2影響顯著(p<0.05)，其他交互作用影響不顯著。以雞肉丸感官得分為響應值，模型p=0.0001小于0.01，表明回歸方程模型極顯著，該模型失擬項(p=0.0523)大于0.05影響不顯著，說明試驗結果和數學模型有良好的擬合度，可以用其預測試驗結果。

表9 感官評分試驗結果方差分析表

2.2.2 因素交互作用分析

黃桃皮渣添加量、改性玉米淀粉添加量、卡拉膠添加量及冰水添加量對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖見圖1～圖6。

圖1 黃桃皮渣添加量和改性玉米淀粉添加量對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖Fig. 1 Response surface and contour plots of the interaction of yellow peach peel residue and modified corn starch on sensory scores of chicken meatballs

由圖1可知，曲面坡度較陡，等高線為橢圓形，說明黃桃皮渣添加量和改性淀粉添加量二者影響雞肉丸感官得分的交互作用顯著。改性玉米添加量在10%～14%時，雞肉丸感官得分隨著改性玉米淀粉添加量的增加先增大后減小，12%時達到最高點；雞肉丸感官得分在黃桃皮渣添加量5.5%時開始下降，但下降趨勢比較緩慢。

由圖2可知，曲面坡度較陡，等高線為橢圓形，說明黃桃皮渣添加量和卡拉膠添加量二者影響雞肉丸感官得分的交互作用極顯著，這與表9的分析結果一致。當黃桃皮渣添加量為4%～6%時，雞肉丸感官得分先增大后減少，添加量5.5%時感官得分最高；卡拉膠添加量超過0.4%時，雞肉丸感官得分呈明顯下降趨勢。

圖2 黃桃皮渣添加量和卡拉膠添加量對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖Fig. 2 Response surface and contour plots of the interaction of yellow peach peel residue and carrageenan on sensory scores of chicken meatballs

由圖3可知，曲面坡度平緩，等高線為橢圓形，說明黃桃皮渣添加量和冰水添加量二者有交互作用，但交互作用不顯著，這與表9分析結果一致。當黃桃皮渣添加量為4%～6%時雞肉丸感官得分先增大后減小，添加量5.5%時得分最高；冰水添加量為25%～35%時，感官得分先增大后減小，添加量33%時得分最高。

圖3 黃桃皮渣添加量和冰水添加量對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖Fig. 3 Response surface and contour plots of the interaction of yellow peach peel residue and ice water on sensory scores of chicken meatballs

由圖4可知，曲面坡度平緩，等高線為橢圓形，說明改性玉米淀粉添加量和卡拉膠添加量二者有交互作用，但交互作用不顯著，這與表9分析結果一致。當卡拉膠添加量為0.3%～0.5%時，雞肉丸感官得分先增加后減小，添加量0.4%時感官得分最高；改性玉米淀粉添加量在10%～14%范圍內，感官得分先增加后減小，添加量12%時感官得分最高。

圖4 改性淀粉添加量和卡拉膠添加量對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖Fig. 4 Response surface and contour plots of the interaction of modified starch and carrageenan on sensory scores of chicken meatballs

由圖5可知，曲面坡度平緩，等高線為橢圓形，說明改性玉米淀粉添加量和冰水添加量二者有交互作用，但交互作用不顯著，這與表9分析結果一致。隨著改性玉米淀粉添加量和卡拉膠添加量的增加，感官得分先增加后減小，改性玉米淀粉添加量12%、冰水添加量33%時感官得分最高。

圖5 改性淀粉和冰水添加量對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖Fig. 5 Response surface and contour plots of interaction between modified starch and ice water on sensory scores of chicken meatballs

由圖6可知，曲面坡度平緩，等高線為橢圓形，說明卡拉膠添加量和冰水添加量二者有交互作用，但交互作用不顯著，這與表9分析結果一致。當卡拉膠添加量0.3%～0.5%時，感官得分先增加后減小，添加量0.4%時感官得分最高；冰水添加量在25%～35%時，先增加后減小，添加量為33%時感官得分最高。

圖6 卡拉膠添加量和冰水對雞肉丸感官得分交互作用的響應面圖和等高線圖Fig. 6 Response surface and contour plots of interaction between carrageenan content and ice water on sensory scores of chicken meatballs

通過響應曲面優化黃桃皮渣膳食纖維雞肉丸最佳配方：黃桃皮渣添加量5.5%,改性玉米淀粉添加量12%，卡拉膠添加量0.4%，冰水添加量33%，雞肉丸感官評分92.78。

對黃桃皮渣膳食纖維雞肉丸進行驗證性試驗，試驗3次，感官得分平均值92.50，理論預測值92.78，差異不顯著，證明該回歸模型較好的預測雞肉丸配方，具備可靠性。

3 結論

本研究基于單因素試驗，以感官評價分值為響應值，通過Box-Behnken響應曲面分析方法，對制得的黃桃皮渣膳食纖維雞肉丸進行工藝優化。最終得出最佳工藝條件：黃桃皮渣添加量5.5%、改性玉米淀粉添加量12%、卡拉膠添加量0.4%、冰水添加量33%，產品外表光滑，彈性、硬度適中，咀嚼性好，感官評分最高。