超聲波低溫烹煮鹵牛肉工藝優化

王心詩，劉琨，鄭萬琴，侯青，曹舒，倪勇杰

四川天味食品集團股份有限公司（成都 610000）

低溫烹煮技術（low-temperature long-time，LTLT）是指根據不同肉類原料特性，設置恒定加熱溫度（一般加熱溫度＜100 ℃），加熱時間相對較長的一種烹飪工藝[1-2]。其原理主要是不同恒定溫度和加熱時長對肌原纖維蛋白、肌漿蛋白和蛋白結締組織的變性、聚合、氧化降解作用產生影響，從而改善肉制品的色澤、口感、組織狀態及出品率[3-5]。但由于低溫烹煮技術加熱時間較長，工業化生產能耗較高，生產效率相對低下。相關研究表明，低溫烹煮技術對肉自身老嫩程度有一定要求，對于本身較老的肉質來說無論增加加熱溫度還是延長加熱時間，均對肉質無明顯改善[6-7]。

超聲波法主要通過“空化效應”和“機械效應”[8-10]加速肉制品宰后成熟速率，提高pH，降低剪切力及蒸煮損失率，是常用的物理嫩化法。超聲波的“機械效應”可以改變細胞膜的通透性及蛋白合成率，破壞物質結構，軟化結締組織等；超聲波的“空化效應”可以促進溶液水分快速滲透，導致空洞可以容納更多的水分和小分子營養物質，增加肉制品的保水性[11-12]。

以牛腱肉為研究對象，在低溫烹煮條件下結合超聲波技術，通過響應面法探究超聲功率、煮制時間及加熱溫度對鹵牛肉感官品質的影響，旨在為肉制品低溫烹煮技術的工業化生產提供一定參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

凍牛腱、食用鹽、老姜、洋蔥、紅花椒、新一代辣椒節、八角、桂皮、山奈、小茴香、白胡椒、草果、月桂（成都海霸王農貿市場）；復合磷酸鹽（廈門市頂味興業香料發展有限公司）；料酒、醬油（千禾味業食品股份有限公司）；五香鹵料（四川天味食品集團股份有限公司）；大豆油（安徽中糧油脂有限公司）；豬油（青島華泰油脂有限公司）。

1.2 試驗儀器與設備

低溫慢煮棒（SV1600C，Creative Chef）；真空滾揉機（PF-75A，山東寶運機電設備有限公司）；超聲波清洗機（AK-030ST，深圳市鈺潔白清洗設備有限公司）；真空封口機（OX-001，青島歐信設備制造有限公司）；電子天平（WT1002，杭州萬特衡器有限公司）；冰箱（BBL0541，銀都餐飲設備股份有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 主要原料配比[13-14]

凍牛腱1 kg、食用鹽3 g、老姜40 g、洋蔥40 g、紅花椒2 g、新一代辣椒節5 g、八角3 g、桂皮2 g、山奈0.5 g、小茴香1 g、白胡椒0.5 g、草果2 g、月桂0.5 g、料酒50 g、醬油20 g、五香鹵料100 g、水1 000 g、大豆油100 g、豬油50 g。

1.3.2 工藝流程

1.3.3 操作要點

1.3.3.1 凍牛腱預處理凍牛腱自然解凍后清洗干凈，控干表面水分，切成約8 cm×10 cm的肉塊。

1.3.3.2 腌料制備

將食用鹽、老姜片、洋蔥片、紅花椒、新一代辣椒節、八角、桂皮、山奈、小茴香、白胡椒、草果、月桂、料酒和醬油混合均勻后，備用。

1.3.3.3 鹵水制備

將大豆油、豬油及五香鹵料，加入水中，一起煮開至沸騰，冷卻至常溫備用。

1.3.3.4 真空滾揉及密封包裝[15-16]

將預處理后的牛腱肉與制備好的腌料放入真空滾揉機，設置真空度0.06 MPa，滾揉40 min后取出，將滾揉后的牛腱肉與冷卻后的鹵水、腌料裝袋并密封包裝，確保牛肉完全浸沒于鹵水中。

1.3.3.5 超聲波低溫慢煮

將低溫慢煮棒的加熱端固定在裝入一定量水的超聲波清洗機中，確保水位在低溫慢煮棒的要求位置。打開低溫慢煮棒的加熱開關，待水溫恒定至設定溫度，將密封包裝后的樣品完全浸沒于水中，并按要求設定超聲功率及煮制時間。

1.3.3.6 冷卻

取出超聲波低溫慢煮后的樣品，放入0～4 ℃冷藏室靜置約8 h，待中心溫度降至4 ℃左右，取出備用。

1.3.3.7 感官評定

低溫烹煮的加熱溫度不高，一般在100 ℃以下。烹煮時間過短會造成牛肉中心部位的蛋白質沒有完全變性、熟化，切開后有血水流出；烹煮時間過長又會造成牛肉熟化過度，肉質變老，影響口感[17-19]。因此，選擇牛肉中心部位的色澤、組織狀態進行及整體口感進行感官評價。由20名專業品評人員對超聲波低溫烹煮鹵牛肉中心部位色澤、組織狀態以及整體口感進行感官品評，總分為100分，打分結果取平均值，評分標準見表1。

表1 感官評價標準

1.3.4 試驗方案設計

1.3.4.1 單因素試驗設計

按照工藝流程，確定煮制時間2 h、加熱溫度70 ℃，分別考察超聲功率（500，600，700，800和900 W）對鹵牛肉品質的影響，每組測定3次。

按照工藝流程，確定超聲功率600 W、加熱溫度70 ℃，分別考察煮制時間（1.0，1.5，2.0，2.5和3.0 h）對鹵牛肉品質的影響，每組測定3次。

按照工藝流程，確定超聲功率600 W、煮制時間2 h，分別考察加熱溫度（60，64，68，72和76 ℃）對鹵牛肉品質的影響，每組測定3次。

1.3.4.2 響應面法試驗設計

在單因素試驗基礎上，利用三因素三水平Box- Behnken中心組合試驗，將超聲功率（A）、煮制時間（B）和加熱溫度（C）3個因素分別設置不同的梯度，以感官評價作為響應變量（Y），通過響應面法對超聲波低溫烹煮鹵牛肉工藝條件進行進一步優化，響應面試驗因素及水平見表2。

表2 響應面試驗因素及水平

1.3.4.3 數據處理與分析

采用SPSS 19.0統計軟件進行方差分析和顯著性檢驗（P＜0.05）；采用Origin 8.0統計分析軟件進行作圖；利用Design-Expert 8.0.6軟件進行Box-Behnken中心組合試驗設計。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 超聲功率對鹵牛肉感官評分的影響

研究表明，利用超聲波對肉制品進行處理，可以增加肌原纖維小片化指數，軟化結締組織，降低肌肉的剪切力。由圖1可知，超聲功率500～700 W時，鹵牛肉的感官評分隨著超聲功率的增大而提高，在700 W時達到感官評分最高值，此時鹵牛肉的口感嫩滑且有一定彈性。但隨著超聲功率進一步增大，鹵牛肉口感松散，彈性減弱，感官評分呈下降趨勢，這可能是由于在高強度超聲波條件下，介質產生較強的壓力和劇烈振蕩，破壞細胞膜和細胞組織，導致肌原纖維蛋白降解過度和蛋白黏度降低[12,20-22]。因此，選擇700 W作為最佳超聲功率。

圖1 超聲功率對鹵牛肉感官評分的影響

2.1.2 煮制時間對鹵牛肉感官評分的影響

由圖2可知，由于烹煮溫度較低，熱傳遞效應較慢，煮制時間在1.0～1.5 h，肉質沒有完全變性熟化，切開后中心部位有血水流出，因此感官評分較低。隨著煮制時間的延長，在2.0～2.5 h牛肉開始熟化，感官評分呈上升趨勢，在2.5 h達到最高點。隨著煮制時間進一步延長，牛肉內部水分開始流失，肌肉纖維開始變粗糙，感官評分呈下降趨勢[17,23]。因此，選擇2.5 h作為最佳煮制時間。

圖2 煮制時間對鹵牛肉感官評分的影響

2.1.3 加熱溫度對鹵牛肉感官評分的影響

由圖3可知，隨著加熱溫度增加，鹵牛肉的感官評分呈現先增加后降低的變化趨勢。加熱溫度在60～ 64 ℃時，鹵牛肉切開后中心部位有血水流出。加熱溫度在64～72 ℃時，鹵牛肉切開后中心部位無血絲，在68 ℃時感官評分達到最高值。溫度升高至72 ℃以上，牛肉肉質變老、口感粗糙、彈性下降，這可能是由于該溫度條件下長時間加熱，膠原蛋白逐漸流失造成的，該結果與文獻[3]的研究結論一致。因此，選擇68 ℃作為最佳加熱溫度。

圖3 加熱溫度對鹵牛肉感官評分的影響

2.2 響應面優化試驗

2.2.1 響應面試驗設計和結果[24-25]

在單因素試驗結果基礎上，選取超聲功率（A）、煮制時間（B）、加熱溫度（C）為自變量，以感官評分為響應值，運用Box-Behnken中心組合試驗進行三因素三水平優化試驗，共包括17組試驗方案，結果見表3。

利用Design-Expert 8.0.6軟件，對表3中試驗結果進行二元多項回歸擬合，得到以感官評分（Y）為目標函數的二元多項回歸方程：Y=92.26-3.89A-1.86B+0.78C-2.57AB+3.59AC-0.17BC-5.97A2-6.52B2-5.50C2。

表3 響應面試驗設計及結果

2.2.2 模型方差分析

擬合方程的系數R2=0.999 2，校正系數Radj2=0.998 1，回歸模型P＜0.000 1，差異極顯著，且失擬項P= 0.160 9＞0.05，差異不顯著，表明該回歸模型具有良好的擬合度，可以對超聲波低溫烹煮鹵牛肉的感官評分進行分析。由表4可知，一次項超聲功率、煮制時間和加熱溫度差異極顯著。由F值可知，在試驗交互影響當中，超聲功率和煮制時間、超聲功率和加熱溫度交互作用極顯著，煮制時間和加熱溫度交互作用差異不顯著。根據F值可知，對超聲波低溫烹煮鹵牛肉感官評價影響程度依次為超聲功率＞煮制時間＞加熱溫度。

表4 二元回歸方程各項方差分析

2.2.3 響應面分析

超聲波低溫烹煮鹵牛肉感官評價交互影響三維圖和等高線分析圖，如圖4所示。

圖4為雙因素交互作用曲面圖和等高線圖，根據等高線的位點不同可判斷交互作用是否顯著，等高線越接近于橢圓表示因素之間的交互作用越顯著，而圓形則表示交互不顯著[26-27]。響應面的坡度變化反映各因素變化時，對應響應值的變化情況。由圖4（a）（b）可知：等高線均呈橢圓形，表明超聲功率和煮制時間、超聲功率和加熱溫度之間的交互作用對感官評分有顯著影響；超聲功率比煮制時間、加熱溫度的變化曲面較陡峭，對試驗結果影響更為顯著性。由圖4（c）可知：等高線接近于圓形，表明煮制時間和加熱溫度交互作用對感官評分的影響不顯著；煮制時間的變化曲面較加熱溫度的變化曲面較陡峭，由此可得出，3個因素的影響程度依次為超聲功率＞煮制時間＞加熱溫度。

圖4 各因素交互作用對解凍失水率影響的響應面和等高線圖

2.2.4 回歸模型驗證試驗

利用Design-Expert 8.0.6軟件，得到超聲波低溫烹煮鹵牛肉感官評分最高值的因素水平：超聲功率684.08 W、煮制時間2.48 h及加熱溫度67.91 ℃。在此條件下得到的感官評分為92.94分。實際操作中稍作調整確定最佳工藝條件：超聲功率680 W、煮制時間2.5 h及加熱溫度68 ℃。在此條件下進行驗證試驗，3次平行試驗得到的感官評分為92.53±0.52分，與預測值非常接近。

3 結論

通過對超聲功率、煮制時間以及加熱溫度進行單因素試驗，并在單因素試驗基礎上，通過響應面法優化超聲波低溫烹煮鹵牛肉工藝。結果表明：對鹵牛肉感官評分影響程度依次為超聲功率＞煮制時間＞加熱溫度。經驗證試驗證明該模型合理可靠，由該模型得到的最佳工藝條件：超聲功率680 W、煮制時間2.5 h及加熱溫度68 ℃，實際得到的感官評分為92.53±0.52分。此次試驗為超聲波低溫烹煮鹵牛肉工藝優化提供可參考依據。