響應面法優化香茅草風味牛肉干工藝

李澤林，李茸茸，楊曉倩，聶凡秋，艾媛媛，付艷麗，樊瑩潤，彭 君，任麗蓉，郭其洪，廖小琳

（云南農業大學食品科學技術學院，云南 昆明 650201）

牛肉在我國肉類食品中占有重要位置，是我國的第二大肉類食品，僅次于豬肉，牛肉蛋白質含量高，而脂肪含量低，所以味道鮮美，受人喜愛[1-2]。牛肉含有豐富的蛋白質，氨基酸組成比豬肉更接近人體需要，能提高機體抗病能力，對生長發育及手術后、病后調養的人在補充失血、修復組織等方面特別適宜[3-4]。香茅草又稱檸檬草，是生長在亞熱帶的一種茅草香料，天然含檸檬香味，具有和胃通氣、止咳、抗菌等功效[5]。經常被用來當佐料食用，并且深受年輕人喜歡。

牛肉干作為一種休閑食品，越來越受到人們的喜愛[6]，它具有口味佳、營養價值好、保質期長等優點。調查顯示，目前我國牛肉干產量雖然大，但是口味和加工工藝都比較傳統，消費還是受到一定程度的限制，就牛肉行業總體而言，仍保持著追求產量的模式[7-8]。且目前市場上口味比較單一，采用傳統的加工模式會使牛肉干產品品質受到損害，消費受到一定的限制[9]。因此，增加牛肉食品的生產和消費，提高牛肉品質，改善人民生活質量乃是行業發展的戰略重點[10]。然而，現在市場上有的牛肉干主要以香辣味、原味和椒鹽味為主，還可以對牛肉干產品進行多元化開發。李剛鳳等人[11]成功研制了帶有空心李果汁風味的香辣牛肉干。任志剛[12]使用木瓜蛋白酶、復合磷酸鹽和氯化鈣的最佳復配物成功研發了嫩化型五香牛肉干。李嘉輝等人[13]研發了海苔風味牛肉干。但是，還未見到有關香茅草風味牛肉干的報道。

因此，擬通過單因素試驗確定每個因素的最優值，然后運用響應面優化香茅草風味牛肉干工藝。旨在將香茅草的特殊風味與新鮮牛肉結合，滿足人們日益增長的口味和營養需求的目標，為牛肉的綜合開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮牛后腿肉、新鮮檸檬草、精鹽、味精、雞精、醬油、花椒、干辣椒粉、五香粉、白砂糖、大蒜、生姜均為市售。

1.2 設備

HX1002Z型電子天平，慈溪市天東衡器廠產品；C21-WK2102型電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司產品；HXRB-6P型肉類烘干機，諸城市華信自動化設備有限公司產品；DZ-600/2S型真空包裝機，山東方源惠眾智能裝備有限公司產品；BHD388/05型電吹風，荷蘭皇家飛利浦電子公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

選料→清洗處理牛肉→切塊→加配料混勻→腌制→干燥→高溫烤制→冷卻→真空包裝→成品。

1.3.2 操作要點

（1）原料與處理。選擇優質健康的牛后腿肉，剔去其脂肪、筋腱，冷凍牛肉室溫下解凍至半解凍狀態。

（2）切塊。將已經剔除筋腱、皮、脂肪后的牛肉切成長4 cm，寬2 cm，厚1 cm的牛肉塊，清水洗凈。

（3）加配料混勻。加入精鹽、味精、雞精、醬油、花椒、干辣椒粉、五香粉、白砂糖、醬油、大蒜、生姜攪拌混合均勻。

（4）腌制。在25℃條件下腌制23 h。

（5）微波爐干燥。置于微波爐中以95℃的溫度烘烤15 min。

（6）高溫烤制。將牛肉塊平鋪在烤盤上，放入烘干機（80℃）中烘制4 h。

（7）真空包裝。烘烤后立即取出均勻攤開用風機吹冷或自然冷卻至38℃左右送入無菌室采用真空抽氣包裝。

1.3.3 單因素試驗

選取烘烤溫度、腌制時間、食鹽添加量和香茅草添加量為4個單因素，每個因素設置5組試驗，以感官評分為評價指標進行試驗。其中，香辛料的添加參考周亞軍等人[14]的研究稍加修改，試驗分為5組，每組加入等量以下香辛料：味精2.5 g，雞精2.5 g，醬油10 g，花椒10 g，辣椒粉15 g，五香粉10 g，白砂糖15 g，生姜、大蒜各10 g。

（1）烘烤溫度對感官評分的影響。稱取500 g新鮮牛肉，清洗干凈，每組固定香茅草添加量2%，食鹽添加量1.5%，腌制21 h，考查在不同溫度（70，75，80，85，90℃）下分別烘烤4 h后各組樣品感官評分的高低。

（2）腌制時間對感官評分的影響。稱取500 g新鮮牛肉，清洗干凈，每組固定香茅草添加量2%，食鹽添加量1.5%，分別腌制（17，19，21，23，25 h）后，80℃烘箱烘烤4 h，評定各組樣品感官評分高低。

（3）食鹽添加量對感官評分的影響。稱取500 g新鮮牛肉，清洗干凈，每組固定香茅草添加量2%，腌制23 h，食鹽添加量分別為（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%）置于80℃烘箱烘烤4 h，評定各組樣品感官評分高低。

（4）香茅草添加量的影響。稱取500 g新鮮牛肉，清洗干凈，每組固定食鹽添加量1.5%，分別加入不同香茅草添加量（1%，2%，3%，4%，5%），腌制23 h，置于80℃烘箱中烘烤4 h，評定各組樣品感官評分高低。

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素基礎上確定出3個水平，以烘烤溫度、腌制時間、食鹽添加量和香茅草添加量為4個因素，分別編碼為A、B、C、D進行四因素三水平的響應曲面分析。

響應面因素與水平設計見表1。

表1 響應面因素與水平設計

1.3.5 感官評定

感官評價小組成員由9名從事食品科學研究的研究生組成，分別為5名女生和4名男生，以9人的平均值作為評價結果。

香茅草牛肉干感官評分標準見表2。

表2 香茅草牛肉干感官評分標準

1.4 數據處理

運用Excel 2016和SPSS 19.0軟件進行數據處理與分析，利用Design Expert 8.0.5對表中的數據進行多元回歸擬合分析。

2 結果與分析

2.1 單因素結果

2.1.1 烘烤溫度對香茅草牛肉干的感官評分的影響

烘烤溫度對感官評分的影響見圖1。

由圖1可知，烘烤溫度對香茅草牛肉干感官評分影響較為明顯，隨著烘烤溫度的升高，感官評分先上升后下降。當烘烤溫度達到80℃時，感官評分為82.8分達到最大值。此時，牛肉干色澤呈現深紅色，有香茅草特有的味道，無異味，組織質地均勻，無黏液。當烘烤溫度為85～90℃時，隨著烘烤溫度的升高，牛肉干色澤變深，口感變硬；當達到90℃時，顏色黑沉，口感較差。因此，選擇80℃為最優烘烤溫度。

圖1 烘烤溫度對感官評分的影響

2.1.2 腌制時間對香茅草牛肉干的感官評分的影響

腌制時間對感官評分的影響見圖2。

圖2 腌制時間對感官評分的影響

由圖2可知，腌制時間對香茅草牛肉干感官評分影響較為明顯，隨著腌制時間的延長，感官評分先上升再下降。當腌制時間達到23 h時，感官評分為83.4分達到最大值，此時牛肉干色澤呈現深紅色，有香茅草特有的味道，味道較好，組織質地均勻，無黏液；當腌制時間為25 h時，牛肉干口味較濃厚，組織質地不均，口感較硬。因此，選擇腌制時間23 h最優。

2.1.3 食鹽添加量對香茅草牛肉干的感官評分的影響

食鹽添加量對感官評分的影響見圖3。

圖3 食鹽添加量對感官評分的影響

由圖3可知，食鹽添加量對香茅草牛肉干感官評分影響較為明顯，隨著食鹽添加量的增加，感官評分先上升再下降。當食鹽添加量達到1.5%時，感官評分85.2分達到最大值。此時，牛肉干色澤呈現深紅色，有香茅草特有的味道，味道、口感較好，組織質地均勻，無黏液。當食鹽添加量為2.5%～3.0%時，牛肉干色澤較深，口味較咸厚，口感較硬。因此，選擇1.5%為最優食鹽添加量。

2.1.4 香茅草添加量對香茅草牛肉干的感官評分的影響

香茅草添加量對感官評分的影響見圖4。

圖4 香茅草添加量對感官評分的影響

由圖4可知，香茅草添加量對香茅草牛肉干感官評分影響較為明顯，隨著香茅草添加量的增加，感官評分先上升再下降。當香茅草添加量達到3%時，感官評分83.6達到最大值。此時，牛肉干色澤呈現深紅色，有香茅草特有的味道，味道較好，組織質地均勻，無黏液。當香茅草添加量為5%時，牛肉干口味較濃厚，口感較差。因此，選擇3%為最優香茅草添加量。

2.2 響應曲面試驗設計結果

2.2.1 試驗結果

對烘烤溫度、腌制時間、食鹽添加量和香茅草添加量4個影響因素使用響應面法進行優化。

響應面試驗結果見表3。

表3 響應面試驗結果

利用Design Expert 8.0.5對表中的數據進行多元回歸擬合分析，得到感官評定值對烘烤溫度、腌制時間、食鹽添加量和香茅草添加量的二次多項回歸：

Y=83.40-1.17A-1.40B-0.38C+0.92D+0.050AB+

響應面試驗結果分析見表4。

由表4可知，p值小于0.05表示模型項顯著，大于0.05表示模型項不顯著，研究模型p值為0.000 4＜0.01模型極顯著，失擬項p值為0.147＞0.05不顯著，說明模型是合適的。模型R2=0.961 3，R2Adj=0.913 2，表明該模型中的試驗值與預測值具有較好的相關性，該模型擬合度較好試驗重現性較好。根據各因素顯著水平，結合F值大小可以判斷，各單因素對果膠提取率影響程度的主次順序為腌制時間（B）＞烘烤溫度（A）＞香茅草添加量（D）＞食鹽添加量（C）。

表4 響應面結果分析

2.2.2 交互作用分析

響應面3D圖的弧度與等高線圖的密集程度反映了各因素作用的大小[15]，各個因素的交互作用對響應值的影響可通過等高線圖直觀地反映出來，等高線圖的形狀可以反映出各因素交互效應的強弱，橢圓形的等高線圖表明兩因素的交互作用對牛肉干的品質影響顯著，當等高線圖呈現圓形時，則表明兩因素交互作用不顯著[16-17]。

交互作用對感官評分的影響見圖5。

圖5 交互作用對感官評分的影響

由圖5可知，隨著烘烤溫度和食鹽添加量的增加，香茅牛肉干的感官評分均呈現先增加后減少的關系，且隨著烘烤溫度時和食鹽添加量的增加，感官評分具有最大值。響應面等高線接近橢圓形，說明烘烤溫度與食鹽添加量的交互作用顯著。

2.2.3 驗證試驗

利用Design Exoert 8.0.5對最佳工藝參數進行優化，預測香茅牛肉干的最佳工藝為烘烤溫度78.45℃，腌制時間為22.46 h，食鹽添加量1.38%，香茅草添加量3.03%，在此條件下，預測感官評分為83.9分。通過3次驗證試驗得到的感官評分平均值為84.8分，與預測值接近。得到的香茅草風味牛肉干顏色呈現深紅色，無暗沉；氣味芳香，有香茅草和牛肉干香味；滋味鮮美、軟硬適中、口感較好；組織質地均勻，無黏液、無雜質。

3 結論

牛肉風味獨特、營養價值高，而且人體對其的利用度大，有很大的多元開發價值。通過單因素為確定出各因素的最優工藝參數，再利用Box-behnken進行響應曲面設計，得到數學模型，確定出香茅草風味牛肉干的最佳工藝參數為烘烤溫度78.45℃，腌制時間22.46 h，食鹽添加量1.38%，香茅草添加量3.03%，經驗證試驗得到感官評分平均值為84.8分。該工藝可以很好地保留香茅草原有的特殊風味，且不流失牛肉本身的營養物質，豐富了牛肉干的風味和口感。