響應面法優化羊肉脯工藝配方

◎ 嚴丹敏，鄧源喜

（蚌埠學院，安徽 蚌埠 233030）

隨著人們生活水平的不斷提高，羊肉脯成為一種新型的休閑食品，逐漸受到人們的關注。消費者對羊肉脯的品質、營養和安全的要求也越來越高。羊肉脯的消費開始向功能化、營養化、保健化轉變，以傳統工藝加工的羊肉脯制品已難以滿足消費者的需求。目前，國內對羊肉脯的研究較為滯后，存在較大的市場空白和商業潛力。研發和制作高品質的羊肉脯是羊肉加工制作研究的重要方向。

羊肉因其特有的膻味使一部分人難以接受，在普通傳統羊肉脯的基礎上添加適量的胡蘿卜和芹菜汁，可以增加維生素B2、維生素C、胡蘿卜素及鈣、磷、鉀和鎂等礦物質的含量，使成品具有特殊的復合風味，且芹菜汁作為發色劑代替硝酸鹽和亞硝酸鹽作用于羊肉脯中，能去除羊肉中的膻味，改善口感，且能通過控制肉脯的氧化速率來延長其保質期[1]。王吉等[2]通過研究得出，添加發酵芹菜汁的調理肉餅在貯藏過程中表現出較好的感官品質和較低的亞硝酸鹽殘留，并能抑制脂質氧化。混合了蔬菜的羊肉脯口感好、健康營養，具有很好的市場前景，能被大多數人接受和喜愛。

本文以綿羊肉原料為主料，胡蘿卜為輔料加工制作羊肉脯。對腌制時間、胡蘿卜添加量、烘干時間和烘烤溫度進行單因素試驗，并檢測羊肉脯的質構（彈性和硬度）和感官評分，利用Box-Benhnken中心組合試驗設計4因素3水平的響應面試驗，確定羊肉脯的最佳工藝參數，為更多羊肉產品研發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

綿羊肉（取后腿肉置于-20 ℃冰箱中保存并備 用）；胡蘿卜、芹菜、五香粉、食鹽、料酒，購于超市。

1.2 儀器與設備

JA1003N電子天平，上海菁海儀器有限公司；Hu-500 Series Hurom榨汁機，上海韓惠人愛家電科技有限公司；SZ-12A絞肉機，廣州旭眾食品機械有限公司；40斬拌機，諸城市華杰機械有限公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；KQD50F烤箱，寧波方太廚具有限公司；TAXT2i質構儀，英國Stable Micro System公司；Vs2210真空包裝機，東莞市廣俊電子電器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

羊肉脯制作工藝流程見圖1。

1.3.2 操作要點

①原料的選擇。選擇國家衛生檢疫標準合格的新鮮優質綿羊肉。②原料的預處理。將挑選好的原料仔細剔除碎骨、軟骨、筋膜等，進行清洗，瀝干水備用。③絞碎。將洗干凈的羊肉放入絞肉機中進行絞碎。④腌制。將攪拌好的肉糜取出，加入食鹽、白砂糖等攪拌均勻。用保鮮膜包好，放入0～4 ℃冰箱內腌制。⑤斬拌壓片。取出腌制好的羊肉放入斬拌機，加入五香粉、料酒、胡蘿卜（包括胡蘿卜汁）和芹菜汁等輔料進行斬拌（所有輔料均需提前準備好，其中胡蘿卜切成小塊榨汁，多余的胡蘿卜渣切碎混合在胡蘿卜汁內，芹菜也進行榨汁）。取出肉糜用保鮮膜包好放到模具內壓成2 mm厚的片狀。⑥靜置。將壓好的肉片放在室溫下靜置成型，使其表面光滑。⑦烘干。將肉片放入電熱鼓風干燥箱進行烘制，溫度65 ℃，風速1.5 m·s-1，烘制時間按試驗設計進行，每隔30 min翻一次面。⑧冷卻。將烘干好的肉片拿出冷卻。⑨烤制。烤制將冷卻好的肉片再放入烤箱進行烘烤，烤制溫度按試驗設計進行，烤制時間為15 min。⑩包裝成品。采用真空包裝機，將烤制好的羊肉脯包裝成成品。

1.3.3 質構測定

參照梅譚等[3]的試驗方法，采用質構儀對樣品進行質構剖面分析（Texture Profile Analysis，TPA），在測定前校正高度，并在電腦上對參數進行修改，測定樣品的硬度和彈性值等。將樣品切成2 cm×2 cm×2 mm 大小，每個因素準備5個大小相同的方塊，每個量準備5個，在室溫（25 ℃）下進行3次平行試驗。選用P/36R探頭，測定速度1.00 mm·s-1，觸發力5 g，時間間隔5 s，壓縮比30%，循環次數3次。將準備好的樣品依次放入質構儀中進行檢測。

1.3.4 感官評定

根據《肉與肉制品感官評定規范》（GB/T 22210— 2008）中的方法，并結合羊肉脯本身的特點，對色澤等感官評價指標進行調整。隨機抽取10位食品專業人員作為評定人員，其中男女參半，要求評定人員在評定前12 h不吸煙飲酒、不吃辛辣等刺激性食物。在感官檢驗試驗室中進行（室溫25 ℃，相對濕度65%），每種樣品隨機分發，樣品評定前需清水漱口，每隔 10 min再評定下一個樣品，評定人員均單獨進行，評定過程中不得進行交流。羊肉脯的感官評分采用百分制，通過對羊肉脯的外觀形態、色澤、滋味、氣味、組織狀態、口感和咬感等指標進行打分，評分標準如表1所示。

表1 羊肉脯感官評分表

1.3.5 單因素試驗

研究單因素變化對羊肉脯硬度、彈性和感官評分的影響，各因素水平為腌制時間為2 h、4 h、6 h、8 h 和10 h，胡蘿卜添加量為0%、10%、20%、30%和40%，烘干時間為1 h、2 h、3 h、4 h和5 h，烘烤溫度為110 ℃、120 ℃、150 ℃、170 ℃和190 ℃。

1.3.6 響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，選取腌制時間、胡蘿卜添加量、烘干時間和烘烤溫度這4個因素為自變量，采用Design Expert8.0.6軟件，通過Box-Behnken的中心組合試驗設計原理，選取3個較優水平，綜合單因素試驗的結果，感官評分為響應值，建立4因素3水平的Box-Behnken design模型，確定最優的羊肉脯加工工藝配方。研究各個因素對羊肉脯硬度、彈性和感官評價的影響，確定胡蘿卜添加量、腌制時間、烘干時間和烘烤溫度的最適范圍。試驗因素及水平設計見表2。

表2 羊肉脯的響應面試驗因素水平表

1.3.7 數據處理

通過質構儀測定樣品的硬度、彈性數值，每次試驗做5個平行，通過感官評定得到感官評分數值。采用Design-Expert8.0.6軟件對試驗數據進行二次多元回歸擬合，得到回歸方程模擬的方差分析和回歸系數估計值，得到羊肉脯的感官評分值對腌制時間、胡蘿卜添加量、烘干時間和烘烤時間的回歸方程，根據二次回歸的數學模型分析結果，得出最佳配方。最后將響應面二次回歸所得最佳配方重復試驗3次，對比所得的實際值和理論值，驗證響應面法的可行性，得出最佳工藝配方。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 腌制時間對羊肉脯彈性、硬度和感官評分的影響

如圖2和圖3所示，隨著羊肉脯腌制時間的延長，硬度呈下降趨勢，彈性呈上升趨勢，感官評分則呈先上升再下降趨勢。腌制時間為8 h時，感官評分達到最高85分。隨著腌制時間的延長，肌球蛋白頭部、尾部和肌動蛋白的變性熱焓值均顯著降低，使得彈性提高，硬度降低[4]。綜上，選取腌制時間為8 h時最佳。

2.1.2 胡蘿卜添加量對羊肉脯彈性、硬度和感官評分的影響

如圖4和圖5所示，隨著胡蘿卜添加量的增加，羊肉脯的硬度呈下降趨勢，彈性呈上升趨勢，感官評分則呈先上升再下降趨勢。胡蘿卜添加量為20%時，感官評分達到最高82分。胡蘿卜富含膳食纖維，能與肌纖維蛋白結合，生成的產物凝膠能改善肉制品質構，降低其硬度提高彈性[5]。綜上，選取胡蘿卜添加量為20%時最佳。

2.1.3 烘干時間對羊肉脯彈性、硬度和感官評分的影響

如圖6和圖7所示，隨著羊肉脯烘干時間的延長，硬度呈上升趨勢，彈性呈下降趨勢，感官評分呈先上升再下降趨勢。烘干時間為3 h時，感官評分達到最高82分。表明烘干過程中肉內部和外部的水-蛋白相互作用不同，肉表皮的溫度比內部溫度高，且表皮水分含量下降速度比內部快，導致了硬殼的形成[6]。綜上，選取烘干時間為3 h時最佳。

2.1.4 烘烤溫度對羊肉脯彈性、硬度和感官評分的影響

如圖8和圖9所示，隨著羊肉脯烘烤溫度的升高，硬度呈上升趨勢，彈性呈下降趨勢，感官評分呈先上升后下降趨勢。烘烤溫度為150 ℃時，感官評分達到最高82分。

隨著燒烤溫度的升高，水分蒸發過多，與硬度呈正相關性，與彈性呈負相關性[7]。綜上，選取烘烤溫度為150 ℃時最佳。

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 響應面法試驗結果

根據單因素試驗結果，以腌制時間8 h，胡蘿卜添加量20%，烘干時間3 h，烘烤溫度150 ℃作為中心點，羊肉脯的感官評分為響應值，設計響應面試驗。按照所述方案制作羊肉脯，結果如表3所示。對表3中的數據使用軟件Design Expert 8.0.6進行方差分析和多元回歸擬合分析，得到羊肉脯的感官評分（Y）關于各因素的回歸方程為Y=84.20-1.42A+2.00B+3.58C-3.33D-0.75AB-1.50AC+0.50AD+3.50BC-4.75BD-12.25CD-5.68A2-7.06B2-12.18C2-11.56D2。

表3 響應面試驗結果表

2.2.2 響應面試驗方差分析

響應面試驗回歸模型方差分析結果見表4。由表4可知，回歸模型P＜0.000 1，說明該模型具有統計學意義。其中失擬項P=0.637 5＞0.05為不顯著，說明該模型與羊肉脯感官評分實際值具有較高的擬合度，可用該回歸方程代替試驗進行分析。該回歸模型R2為0.979 5，表明該模型相關度好，經調整后的系數R2Adj為0.959 0，說明95.90%測試值可被模型準確反應，自變量與響應值之間線性關系顯著，可用于有效預測感官評分并進行羊肉脯加工工藝的理論推測。F值則表示變量對響應值的影響程度，得到各因素對羊肉脯的影響程度依次為C（烘干時間）＞D（烘烤溫度）＞B（胡蘿卜添加量）＞A（腌制時間），由顯著性分析可知，B、C、D、BC、BD、CD、A2、B2、C2和D2達到極顯著水平，A達到顯著水平。綜上，可以使用該模型進一步確定羊肉脯的最優工藝。

表4 回歸方程方差分析表

2.2.3 響應面曲面分析

由圖10、11可知，當烘干時間不變時，隨著胡蘿卜添加量的增加，感官評分先增加后降低。

由圖12、13可知，當烘烤溫度不變時，隨著胡蘿卜添加量的增加，感官評分先增加后降低。

由圖14、15可知，當烘干時間不變時，隨著烘烤溫度的增加，感官評分先增加后降低。

綜上，響應面曲面較陡峭，等高線圖呈橢圓形，說明各因素交互作用顯著[8-9]。4因素中烘干時間和胡蘿卜添加量之間交互作用達到極顯著（P＜0.01），烘烤溫度和胡蘿卜添加量之間交互作用達到極顯著 （P＜0.01），烘干時間和烘烤溫度之間交互作用達到極顯著（P＜0.01）。

通過Design-Expert的響應面試驗設計與分析后得到羊肉脯最佳工藝參數為腌制時間7.35 h、胡蘿卜添加量22.18%、烘干時間3.40 h以及烘烤溫度141.61 ℃，在該條件下羊肉脯的感官評分為86.121 1。考慮到實際生產條件，將工藝參數調整為腌制時間7.5 h、胡蘿卜添加量20%、烘干時間3.5 h以及烘烤溫度140 ℃。在此工藝下進行3次試驗，得到羊肉脯硬度為11 683.6 g，彈性為0.922，感官評分為85.666 7分。產品感官性質令人滿意，同預測值非常接近，表明模型預測結果準確，優化工藝條件較為可靠，可用此工藝條件進行制作。

3 結論

本文以綿羊肉和胡蘿卜為原料研究了羊肉脯的加工工藝。在腌制時間、胡蘿卜添加量、烘干時間和烘烤溫度等單因素基礎上，以羊肉脯的感官評分為評價標準，利用Box-Benhnken中心組合試驗設計4因素3水平響應面試驗，對得到的數據進行線性回歸和方差分析，確定最佳工藝參數，并檢測其質構（硬度和彈性）來探究羊肉脯品質的相關性，通過響應面試驗得出羊肉脯最佳工藝參數為腌制時間7.35 h、胡蘿卜添加量22.18%、烘干時間3.40 h、烘烤溫度141.61 ℃，在該條件下羊肉脯的感官評分為86.121 1。經調整后確定的最佳工藝條件為腌制時間7.5 h、胡蘿卜添加量20%、烘干時間3.5 h、烘烤溫度140 ℃，實際試驗得到羊肉脯的硬度為11 683.6 g，彈性為0.922，感官評分為85.666 7分。試驗值與預測值基本相符，證實了該回歸方程的準確性，具有實用價值。