響應(yīng)面優(yōu)化真空包裝羊肉塊加工工藝

董陽陽,阿衣古麗·阿力木 ,阿依古扎爾·木合塔爾江,馮作山

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830052)

羊肉作為一種藥食兩用的優(yōu)質(zhì)肉類,肉質(zhì)較豬肉和牛肉更加鮮美,有利于人們的消化和吸收。不僅如此,羊肉還具有良好的營養(yǎng)品質(zhì)和保健功能,深受消費者的青睞[1]。我國肉類加工產(chǎn)品種類繁多,基于羊肉的去膻等關(guān)鍵技術(shù)還沒完全解決,并且我國目前對于羊肉的加工技術(shù)還處在初級階段,羊肉制品相對較少[2]。

由于生活條件逐漸變好,人們對于飲食的要求也隨之發(fā)生了巨大的改變,尤其是對一些肉類食品需求的轉(zhuǎn)變,不僅要求產(chǎn)品種類豐富、數(shù)量充足、質(zhì)量優(yōu)質(zhì),還追求其有豐富的營養(yǎng)價值、良好的保健性能、安全、干凈、便利且耐久貯的各種小包裝產(chǎn)品[3]。食品安全也是人們關(guān)注的重要問題[4],為了杜絕食品在包裝過程中產(chǎn)生污染,最常用的一種方法是真空包裝,它不僅可以隔絕外界不良環(huán)境,還可以破壞微生物生長的有利條件,因此真空包裝可以達到延長產(chǎn)品保質(zhì)期的目的[5]。例如真空包裝的牛肉干、雞胸脯肉、豬肉脯等都受到廣泛的歡迎。但真空包裝的羊肉制品卻不是很多,這對于喜愛羊肉的人們來說無疑不是一種損失。肉類經(jīng)過烹飪加工,蛋白質(zhì)變性,味道更加鮮美且容易被消化[6],羊肉的營養(yǎng)理化品質(zhì)反映了羊肉的市場價值和生產(chǎn)效益,品質(zhì)越高的羊肉越容易被消費者接受[7]。目前,對于羊肉制品的研究主要有母雨等[8]對羊肉腸工藝的研究、母應(yīng)春等[9]對蔬菜羊肉丸工藝的研究以及張同剛等[10]對手抓羊肉工藝的研究,但是對于真空小包裝羊肉塊的工藝還沒有太多的文獻報道,因此開展對羊肉塊工藝優(yōu)化的研究很有必要。本試驗以羊肉為主要原材料,通過加入不同香辛料對真空小包裝羊肉塊的加工工藝進行優(yōu)化。因為不同種類的調(diào)味料在烹飪食品中所體現(xiàn)的風(fēng)味是不同的[11],所以本試驗選擇添加可以掩蓋羊肉膻味的調(diào)味料。羊肉加工過程中的腌制時間、煮制溫度以及煮制時間都會導(dǎo)致羊肉品質(zhì)發(fā)生不同程度的變化[12]。本次單因素試驗以感官評分作為指標(biāo),基于此條件,用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化試驗來探究真空包裝羊肉塊的最佳工藝,試驗設(shè)計了三因素三水平,為羊肉方便食品的研制和科學(xué)化加工提供了一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮羊肉:購于烏魯木齊市友好超市,主要選取羊后腿瘦肉部分。

食鹽:新疆鹽湖制鹽有限責(zé)任公司;生姜粉、胡椒粉、料酒:新疆笑廚食品有限公司;花椒面:重慶小香村食品有限公司;真空包裝袋(PA-PE復(fù)合而成,規(guī)格為 13 cm×10 cm)：購于新疆烏魯木齊碾子溝皓宇星彩印包裝公司。

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋；真空包裝機 溫州豐年機械有限公司;TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國BMS有限公司;CM-600D色差儀 柯尼卡美能達辦公系統(tǒng)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 真空小包裝羊肉塊的加工工藝流程

原材料的預(yù)處理→去除羊肉上的皮和油脂以及羊骨→稱量→切塊→腌制→煮制→冷卻→真空包裝→成品。

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料酒、花椒面、生姜粉、胡椒粉、食鹽

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原材料的預(yù)處理

將在超市購買的新鮮羊肉放在清水中浸泡大約20 min后去除羊肉上的皮和油脂以及羊骨,保留羊肉的瘦肉部分以備后續(xù)試驗使用。

1.2.2.2 稱量

將羊肉分為150 g，為一組試驗所需要的羊肉量。

1.2.2.3 切塊

把用清水處理好以及稱重完成的羊肉進行切塊處理,以備后續(xù)試驗使用,羊肉切塊規(guī)格為2 cm3。

1.2.2.4 腌制香辛料的復(fù)配比

香辛料的復(fù)配比為所有調(diào)料(食鹽+生姜粉+胡椒粉+花椒面+料酒)的質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比。其中食鹽6 g,生姜粉、胡椒粉以及花椒面各0.5 g,料酒7.5 g。

1.2.2.5 腌制

將切塊完成的150 g羊肉按照香辛料所給出的量依次進行添加,包括食鹽、生姜粉、胡椒粉、花椒面以及料酒,將其放在容器中攪拌均勻,然后將其于室溫下腌制60 min,以達到去膻的效果。

1.2.2.6 煮制

在鍋中放入適量水,待水沸騰后將腌制好的羊肉塊放到鍋中進行煮制,溫度保持在90 ℃,煮制時間為60 min。

1.2.2.7 真空包裝

取出煮制完成的羊肉塊,將其放在室溫下進行冷卻,冷卻時間大概在10～15 min,然后用真空包裝機進行產(chǎn)品包裝。真空包裝條件:真空度0.1 MPa,真空時間35 s,熱封時間2 s,排氣時間3 s。

1.2.2.8 成品

在滅菌設(shè)備中放入包裝完成的羊肉塊,對其進行滅菌處理,隨后將滅菌處理完成的羊肉塊放在室溫下避光貯存,制備成品完成。

1.2.3 真空包裝羊肉塊加工工藝單因素試驗設(shè)計

1.2.3.1 腌制時間對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響

處理好的羊肉150 g,煮制時間為60 min,煮制溫度為90 ℃,香辛料按照給出的量進行添加,研究腌制時間分別為30,60,90,120 min時對羊肉塊品質(zhì)的影響。

1.2.3.2 煮制時間對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響

處理好的羊肉150 g,煮制溫度為90 ℃,腌制時間為60 min,香辛料按照給出的量進行添加,研究煮制時間分別為20,40,60,80 min為對羊肉塊品質(zhì)的影響。

1.2.3.3 煮制溫度對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響

處理好的羊肉150 g,腌制時間為60 min,煮制時間為60 min,香辛料按照給出的量進行添加,研究煮制溫度分別為70,80,90,100 ℃時對羊肉塊品質(zhì)的影響。

1.2.4 真空包裝羊肉塊加工工藝響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上,將腌制時間(A)、煮制時間(B)、煮制溫度(C)設(shè)為自變量,以感官評分為響應(yīng)值,根據(jù)Box Behnken響應(yīng)面中心組合,利用Design-Expert 12分析軟件設(shè)計響應(yīng)面優(yōu)化試驗,試驗所代表的因素水平及編碼見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 色差測定

色差儀具有快捷、無損以及測定范圍廣等優(yōu)勢,所以被廣泛用于果蔬、肉品以及谷物等的研究中[13-14]。本試驗使用CM-600D色差儀對真空包裝的羊肉塊進行肉色的檢測,用白板進行顏色校正,將同一種條件下的樣品一同進行檢測,并做3次平行試驗,結(jié)果取其平均值,最后記錄L*、a*、b*值。

1.3.2 質(zhì)構(gòu)測定

使用雷云峰等[15]的方法,并稍加改動,利用質(zhì)構(gòu)儀檢測真空包裝羊肉塊的質(zhì)構(gòu),其中包括羊肉的硬度、彈性、回復(fù)性以及咀嚼性。將羊肉塊均勻的切成2 cm3的肉塊,采用TPA的模式,使用P/36R探頭,測前速度保持在1 mm/s,測后速度為1 mm/s,測試距離為20 mm,觸發(fā)力為5 g,數(shù)據(jù)采集速率為400 pps,應(yīng)變率為50%。

1.3.3 感官評價

以定量描述法作為感官評價的方法,組織12名食品專業(yè)的研究生(6男6女)組成感官評價小組,評價人員參照Ricardo 等[16]的方法進行培訓(xùn),采用劉國艷等[17]的方法從4個方面對真空包裝的羊肉塊進行感官評價,分別是色澤(20分)、滋味與風(fēng)味(20分)、口感(40分)以及組織狀態(tài)(20分),具體感官評分標(biāo)準見表2。

表2 真空包裝羊肉塊感官評分標(biāo)準Table 2 Sensory scoring criteria of vacuum-packaged mutton chunks

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗處理數(shù)據(jù)和顯著性分析采用軟件IBMSPSS 25,通過軟件Design Expert 12進行Box-Behnken設(shè)計及響應(yīng)面優(yōu)化分析。

2 結(jié)果分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 腌制時間對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響

肉制品在制作加工的過程中一般都要經(jīng)過腌制,這一步驟可以加速肉制品的成熟,并且加強肉制品特有的滋味和風(fēng)味,使肉制品的感官呈現(xiàn)最佳狀態(tài)[18]。經(jīng)過腌制后的羊肉再進行煮制對其質(zhì)構(gòu)、色澤以及感官評分都有不同程度的影響。

表3 腌制時間對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響Table 3 Effect of curing time on the quality of vacuum-packaged mutton chunks

由表3可知,隨著腌制時間的延長,羊肉塊的硬度和咀嚼性指標(biāo)變化較為明顯,腌制時間為60 min時羊肉塊的硬度和咀嚼性達到最大;在羊肉塊的腌制時間為90 min以上時,由于香辛料有更加充分的時間進入羊肉內(nèi)部,羊肉加工后的硬度和咀嚼性逐漸變小,主要原因是將腌制的羊肉塊進行煮制處理后,其中蛋白質(zhì)分子的性質(zhì)發(fā)生改變,導(dǎo)致羊肉塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定;隨著腌制時間的增加，羊肉塊的L*值呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢,而a*值則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,主要是由于有大量的鹽分在腌制調(diào)料中,羊肉塊長時間的腌制處理會使水分子發(fā)生裂解反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基,肉中肌紅蛋白將氧合肌紅蛋白氧化出來,所以羊肉塊的紅度值升高,這和Ozuna等[19]的研究結(jié)果大致相同。綜合感官評分,腌制時間為60 min時羊肉塊的品質(zhì)最優(yōu)。

2.1.2 煮制時間對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響

經(jīng)過一定時間的腌制后,羊肉在煮制過程中的品質(zhì)也隨著煮制時間的延長發(fā)生一定的變化,由表4可知,羊肉的硬度、L*值和b*值都在不斷增大,a*則呈先減小后增大的趨勢,主要是因為肉中的高鐵肌紅蛋白被氧化,同時和其肉質(zhì)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),與邱澄宇[20]的研究結(jié)果大致相同;羊肉塊的咀嚼性、彈性、回復(fù)性以及感官評分都在煮制時間為60 min時達到最大;煮制時間短會使羊肉的營養(yǎng)成分沒有被完全釋放出來,口感較差,沒有煮羊肉應(yīng)有的風(fēng)味;煮制時間過長,會使羊肉肉質(zhì)變老,顏色稍有發(fā)黑,并且缺少羊肉的芳香味,與張?zhí)m等[21]的研究結(jié)果相似。根據(jù)感官評分,品質(zhì)最佳的羊肉塊煮制時間為60 min。

表4 煮制時間對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響Table 4 Effect of cooking time on the quality of vacuum-packaged mutton chunks

2.1.3 煮制溫度對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響

羊肉塊的質(zhì)構(gòu)以及色澤也受到煮制溫度的影響,不同煮制溫度的影響程度不同。由表5可知,隨著煮制溫度的增加,羊肉塊的L*值、a*值和b*值逐漸增大;而羊肉塊的彈性先增大后減小;羊肉的硬度則處于逐漸減小的趨勢。當(dāng)羊肉的煮制溫度達到80 ℃時,肉類呈現(xiàn)酸性反應(yīng)時,膠原轉(zhuǎn)化,鹽類及浸出物從肉中析出,肌纖維強烈收縮,羊肉塊顏色變得越來越深,肌球蛋白與此同時也發(fā)生變性,隨著時間的延長，肌動蛋白也完全發(fā)生變性,而且肌球蛋白含量較少,a*值變化不顯著。當(dāng)煮制溫度達到100 ℃時,羊肉中水分流失過多,導(dǎo)致其彈性、硬度、咀嚼性等指標(biāo)逐漸下降,這與姜啟興[22]的研究結(jié)果相同。最后，綜合感官評分和其他各項指標(biāo),羊肉塊的最佳煮制溫度為90 ℃。

表5 煮制溫度對真空包裝羊肉塊品質(zhì)的影響Table 5 Effect of cooking temperature on the quality of vacuum-packaged mutton chunks

2.2 Box-Behnken結(jié)果以及分析

2.2.1 Box-Behnken結(jié)果

基于單因素試驗結(jié)果,此次試驗設(shè)計了三因素三水平的響應(yīng)面分析，見表6。本試驗運用Design Expert 12軟件對感官評分進行多元回歸擬合,所得的回歸方程為79.48-0.93A+0.91B-1.744C+1.22AB-1.73AC+0.40BC-0.74A2-2.62B2-2.86C2,并且對所得回歸方程進行了方差分析,結(jié)果見表7。

表6 響應(yīng)面試驗結(jié)果Table 6 Response surface experiment results

續(xù) 表

續(xù) 表

表7 感官評分方差結(jié)果分析Table 7 Analysis of variance of sensory score

由表7可知,本次試驗感官評分回歸模型的F值為54.55,P<0.01,表現(xiàn)為極顯著,結(jié)果顯示,試驗得到的擬合方程回歸模型顯著性較好。本試驗回歸模型的失擬項(P=0.365 2)不顯著,說明本試驗回歸模型的穩(wěn)定性較好。R2=0.985 9,表示感官評分指數(shù)大約有98.59%是由獨立變量所決定的;RAdj2=0.967 9,表明該回歸模型相關(guān)性較高,并且擬合程度也較好,該回歸方程可以更好地反映該響應(yīng)值的變化。該模型A(腌制時間),B(煮制時間)以及C(煮制溫度)都表現(xiàn)為極顯著(P<0.01);二次項A2表現(xiàn)為顯著(P<0.05),B2、C2都表現(xiàn)為極顯著(P<0.01);交互項AB、AC表現(xiàn)為極顯著(P<0.01),而BC表現(xiàn)為不顯著(P>0.05)。由以上結(jié)論可知,3個因素對感官評分的影響順序為C(煮制溫度)>A(腌制時間)>B(煮制時間)。

2.2.2 響應(yīng)面分析

響應(yīng)面分析法是利用合理的試驗設(shè)計方法并通過試驗得到一定數(shù)據(jù),采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系,通過對回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù),解決多變量問題的一種統(tǒng)計方法[23]。自變量對響應(yīng)值的影響程度一般可以通過響應(yīng)面圖直觀地反映出來,通過觀察等高線圖,可以清楚地看出各自變量之間的直接相互作用;各因素之間的交互作用越弱，等高線形狀越圓,而等高線圖呈橢圓形則表明各因素之間的交互作用強[24]。

圖1 腌制時間和煮制時間交互作用的響應(yīng)面和等高線圖Fig.1 Response surface diagram and contour plot of interaction between curing time and cooking time

由表7和圖1可知,腌制時間和煮制時間的交互作用較為明顯，表現(xiàn)為在0水平交互,在此條件下,它們對羊肉塊感官評分的影響顯著。當(dāng)羊肉塊的腌制時間一定時,羊肉塊的感官評分隨著煮制時間的增大而增大,在腌制時間達到60～70 min左右時,羊肉塊的感官評分最高;當(dāng)煮制時間一定時,羊肉塊的感官評分逐漸下降,從等高線的疏密程度來看,腌制時間比煮制時間對羊肉塊感官品質(zhì)的影響更大。

圖2 腌制時間和煮制溫度交互作用的響應(yīng)面和等高線圖Fig.2 Response surface diagram and contour plot of interaction between curing time and cooking temperature

由表7和圖2可知,等高線呈現(xiàn)橢圓形,腌制時間和煮制溫度在0水平交互時作用較為明顯,對真空包裝的羊肉塊感官評分的影響顯著。在煮制溫度為80～90 ℃左右時羊肉塊的感官評分達到最大,之后感官評分開始逐漸降低,當(dāng)煮制溫度一定時,羊肉塊的感官評分隨著腌制時間的延長先增大后平衡,整體表現(xiàn)為平穩(wěn)的趨勢,并且從等高線的疏密程度來看,煮制溫度對真空包裝的羊肉塊感官評分的影響比腌制時間的影響要大。

2.3 參數(shù)優(yōu)化及驗證試驗

通過響應(yīng)面分析軟件Design Expert 12,以感官評分最大為主要目的,腌制時間為59.63 min,煮制時間為61.67 min,煮制溫度為90.02 ℃,在此條件下真空包裝的羊肉塊的感官評分為79.86分,硬度為18 975.7 g,回復(fù)性為0.24,L*值為54.60,a*值為6.43,b*值為7.53。結(jié)合實際操作,調(diào)整最佳工藝條件為:腌制時間為60 min,煮制時間為60 min,煮制溫度為90 ℃,在此條件下,得到真空包裝的羊肉塊的感官評分為79.90,硬度為18 863.46 g,彈性為0.77 mm,回復(fù)性為0.29,L*值為54.73,a*值為6.27,b*值為7.61。由以上結(jié)果可知，羊肉塊的感官評分與理論預(yù)測值接近,說明此模型吻合度較高,最佳工藝可靠。

3 結(jié)果分析

為了探究真空包裝羊肉塊的品質(zhì)影響因素,本試驗結(jié)合色差值、質(zhì)構(gòu)以及感官評價研究腌制時間、煮制時間以及煮制溫度對真空包裝的羊肉塊品質(zhì)的影響。在此基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面優(yōu)化試驗進行分析,得到羊肉塊的最佳工藝條件:新鮮羊肉150 g,腌制時間60 min，煮制時間60 min，煮制溫度90 ℃,經(jīng)過驗證該模型可靠合理。在此條件下真空包裝的羊肉塊產(chǎn)品色澤均勻、口感鮮嫩、香氣濃郁,為未來工業(yè)化生產(chǎn)羊肉方便產(chǎn)品提供了一定的技術(shù)參數(shù)和理論指導(dǎo)。