郭瑤堂,王明芳,羅月辰,陳 婷,葉美作,王 衫,胡永正,李明元,*

(1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039;2.西華大學(xué)宜賓研究院,四川宜賓 644000)

牛肉是我國(guó)第三大消費(fèi)肉類,僅次于豬肉和雞肉,發(fā)展前景良好[1]。牛肉不僅營(yíng)養(yǎng)豐富,富含肌氨酸、維生素B6、肉毒堿,還具有高蛋白低脂肪、高消化率低熱量等特點(diǎn)[2]。然而牛肉具有較重的腥膻異味,加工前需進(jìn)行腌制處理。傳統(tǒng)腌制是肉制品在加工中常采用的方式,具有防腐敗,改善肉制品的風(fēng)味和色澤的作用[3],但腌制時(shí)間長(zhǎng),會(huì)使得產(chǎn)品生產(chǎn)效率低,出品率低,并造成企業(yè)生產(chǎn)成本增加[4-5]。

真空滾揉腌制是一種物理嫩化肉品的工藝方法,能使肌肉組織結(jié)構(gòu)變得松弛,引起肌肉細(xì)胞膜破裂,肌纖維斷裂,從而達(dá)到嫩化的目的,且能使腌制液快速均勻滲透[6-7],縮短腌制時(shí)間,改善肉品的風(fēng)味[8-9]。此外,在肉制品加工過(guò)程中,添加磷酸鹽可以提高肉的pH,螯合肉中的金屬離子,增加肉的離子強(qiáng)度,解離肌動(dòng)球蛋白,增強(qiáng)保水性,提高出品率[10]。

目前,我國(guó)關(guān)于真空滾揉腌制工藝研究較多[11-13]。劉巧瑜等[14]主要研究真空滾揉條件對(duì)白鹵牛肉品質(zhì)的影響,但并未深入研究因素之間的交互影響。丁玉庭等[15]研究發(fā)現(xiàn)真空滾揉腌制能較好地改善鴨肉的色香味以及口感等品質(zhì)。張東等[16]針對(duì)滾揉時(shí)間、脈動(dòng)比、液肉比對(duì)臘肉腌制液吸收率和蒸煮損失率進(jìn)行了研究。目前,牛肉滾揉工藝研究基本集中在滾揉時(shí)間或里程方面[17],關(guān)于真空度和復(fù)合磷酸鹽對(duì)牛肉的出品率和剪切力影響鮮有報(bào)道。

因此,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)Box-Behnken設(shè)計(jì)和響應(yīng)面優(yōu)化滾揉時(shí)間、真空度、復(fù)合磷酸鹽對(duì)牛肉出品率和剪切力的影響,探究三者的協(xié)同作用,使產(chǎn)品達(dá)到較高的出品率,改善牛肉食用品質(zhì),為后續(xù)牛肉加工生產(chǎn)提供一定的技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛霖肉 牛后腿肉,四川成都海霸王市場(chǎng);川晶食鹽(食品級(jí)) 四川南充順城鹽化有限責(zé)任公司;蜜丹兒復(fù)合磷酸鹽(食品級(jí)) 河南蜜丹兒商貿(mào)有限公司。

TW-GR40真空滾揉機(jī) 上海沃迪股份有限公司;TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)SMS公司;熱電耦測(cè)溫儀 北京華海恒輝科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 牛霖肉→修整→滾揉腌制→蒸煮→成型→冷藏

1.2.2 工藝要點(diǎn) 參考湯春暉等[18]的方法,略作修改。修整:將牛霖肉去除筋膜、結(jié)蹄組織、淤血,分割成250 g左右的肉塊于-18 ℃冰箱中凍結(jié);解凍:由于實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性,前期已完成不同解凍方式對(duì)牛肉品質(zhì)特性的影響,故此處取凍藏牛肉利用微波爐解凍功能,選擇肉類解凍模式按質(zhì)量進(jìn)行解凍;滾揉腌制:根據(jù)王兆明[19]的方法采用液肉比35%,將原料肉與腌制液一同放入滾揉機(jī)內(nèi),在一定的滾揉真空度下滾揉一定的時(shí)間,其中腌制液由鹽和一定的復(fù)合磷酸鹽配制而成,食鹽占肉重的3%;蒸煮:將熱電耦測(cè)溫儀插于腌制好的半成品肉樣中心,于沸水中蒸煮至中心溫度70 ℃;成型:將煮后的牛肉置于4 ℃冷藏放置12 h,測(cè)肉樣的剪切力和出品率。

1.2.3 剪切力的測(cè)定 參考夏秀芳等[20]方法,略作修改,參數(shù)設(shè)置如下:測(cè)前速率:2.0 mm/s;測(cè)中速率:1.0 mm/s;測(cè)后速率:10.0 mm/s;距離:10.0 mm;觸發(fā)力:15.0 g。測(cè)定時(shí)沿牛肉肌纖維方向切5.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的肉條,選擇HDP/BSK刀頭,每個(gè)樣品測(cè)15次,取平均值。

1.2.4 出品率測(cè)定 滾揉結(jié)束后將牛肉水分瀝干,將熱電耦測(cè)溫儀插入肉的中心部位,放入100 ℃的沸水中加熱,待中心溫度達(dá)到70 ℃時(shí),保持15 min,將肉樣取出置于4 ℃冷藏室放置12 h,用濾紙吸干表面水分,稱質(zhì)量,按公式(1)計(jì)算出品率[21]。

式(1)

1.2.5 TPA質(zhì)構(gòu)分析 參考常海軍等[22]的方法,加以修改,采用質(zhì)構(gòu)儀在TPA模式下測(cè)定指標(biāo)。測(cè)定參數(shù)如下:測(cè)前速率:3.0 mm/s;測(cè)中速率:1.0 mm/s;測(cè)后速率:1.0 mm/s;壓縮形變30%,循環(huán)次數(shù):2次;探頭:P/0.5,每組樣品測(cè)7次,取平均值。

1.2.6 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.6.1 滾揉時(shí)間對(duì)牛肉剪切力和出品率的影響 選取15塊質(zhì)量約250 g的肉樣,平均分成5組,在復(fù)合磷酸鹽添加量0.3%、滾揉真空度0.03 MPa條件下,每組分別以滾揉時(shí)間4、5、6、7、8 h進(jìn)行滾揉實(shí)驗(yàn)。

1.2.6.2 復(fù)合磷酸鹽添加量對(duì)牛肉剪切力和出品率的影響 選取15塊質(zhì)量約250 g的肉樣,平均分成5組,在滾揉時(shí)間6 h、滾揉真空度0.03 MPa條件下,每組分別以復(fù)合磷酸鹽添加量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%進(jìn)行滾揉實(shí)驗(yàn)。

1.2.6.3 滾揉真空度對(duì)牛肉剪切力和出品率的影響 選取15塊質(zhì)量約250 g的肉樣,平均分成5組,在滾揉時(shí)間6 h、復(fù)合磷酸鹽添加量0.3%條件下,每組分別以滾揉真空度0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa進(jìn)行滾揉實(shí)驗(yàn)。

1.2.7 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析試驗(yàn),以剪切力和出品率作為響應(yīng)值。實(shí)驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素及水平表

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析,結(jié)果運(yùn)用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 滾揉時(shí)間對(duì)剪切力和出品率的影響 由圖1可以看出,隨著滾揉時(shí)間的延長(zhǎng)剪切力呈下降趨勢(shì),且各處理組之間差異極顯著(P<0.01)。出品率隨滾揉時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后降低,4 h處理組和8 h處理組之間差異不顯著(P>0.05),在6 h時(shí)出品率達(dá)到最大值為95.33%。牛肉在滾揉的過(guò)程中,真空產(chǎn)生負(fù)壓,并持續(xù)受到機(jī)械力作用,隨著滾揉時(shí)間的增加,導(dǎo)致肌肉纖維間隙增大,結(jié)構(gòu)松弛,從而有效降低肉的剪切力,提高肉的嫩度。在一定范圍內(nèi)延長(zhǎng)滾揉時(shí)間有助于提高產(chǎn)品的出品率,但持續(xù)延長(zhǎng)滾揉時(shí)間可能還會(huì)導(dǎo)致出品率下降,可能是由于滾揉時(shí)肌肉組織松散,腌制液快速均勻地由外向里滲透,同時(shí)鹽溶液蛋白富集在肉表面阻止水分向外流失,從而提高產(chǎn)品的出品率[22]。過(guò)度滾揉,肉塊的完整性被破壞,加劇肌原纖維斷裂,細(xì)胞液和鹽溶液反滲,導(dǎo)致出品率降低[23]。綜合考慮剪切力、出品率以及經(jīng)濟(jì)原則,選擇滾揉時(shí)間6 h較為理想。

圖1 滾揉時(shí)間對(duì)剪切力和出品率的影響

2.1.2 復(fù)合磷酸鹽添加量對(duì)剪切力和出品率的影響 由圖2可以看出,隨著復(fù)合磷酸鹽添加量增加剪切力呈先降低后平緩的趨勢(shì),出品率呈先增大后平緩的趨勢(shì)。有研究表明,肌肉中肌動(dòng)球蛋白在復(fù)合磷酸鹽的作用下可以分解成肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白[24-25],同時(shí)磷酸鹽中的多聚磷酸鹽會(huì)對(duì)肌球蛋白變性有抑制作用,進(jìn)而降低肉塊的剪切力。磷酸鹽可與肉中的鈣鎂等離子結(jié)合,使牛肉中的親水基團(tuán)暴露在外,充分與腌制液結(jié)合,能在一定程度上改變?nèi)鉄崮z流變特性,提高肉的持水能力,從而提高產(chǎn)品出品率[25]。GB 2760-2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定肉制品中復(fù)合磷酸鹽添加量不得超過(guò)5 g/kg[26]。綜合考慮剪切力和出品率,復(fù)合磷酸鹽添加量選擇0.3%較為理想。

圖2 復(fù)合磷酸鹽添加量對(duì)剪切力和出品率的影響

2.1.3 滾揉真空度對(duì)剪切力和出品率的影響 由圖3可以看出,剪切力隨真空度的增大而減小,各處理組間差異極顯著(P<0.01),出品率隨真空度的增大呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),0.03 MPa滾揉處理組與各處理組間差異顯著(P<0.01),且在0.03 MPa時(shí)出品率達(dá)到最大值為91.93%?？赡苁且?yàn)闈L揉過(guò)程中牛肉發(fā)生撞擊、摔打等機(jī)械作用和真空產(chǎn)生負(fù)壓使牛肉受到由內(nèi)而外的膨脹壓力,肌肉組織松弛,從而降低剪切力[27]。提高真空度使牛肉和滾揉機(jī)間的壓強(qiáng)差增大,有利于腌制液的滲透,提高肉塊的出品率[28],過(guò)高的真空度會(huì)導(dǎo)致牛肉纖維組織結(jié)構(gòu)被破壞,汁液過(guò)度析出,肉塊保水性下降,從而降低出品率[29]。綜合考慮,滾揉真空度選擇0.03 MPa較為理想。

圖3 滾揉真空度對(duì)剪切力和出品率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)分析

2.2.1 回歸方程的建立與方差分析 利用軟件對(duì)表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,擬合得出剪切力Y1和出品率Y2的二次多項(xiàng)式回歸方程,分別為:Y1=4.01-0.71A-0.28B-0.32C+0.067AB-0.048AC-0.18BC-0.52A2-0.30B2-0.22C2(R2=0.9761);Y2=97.29+1.4A+0.74B-0.041C+0.45AB-1.08AC-0.37BC-6.95A2-2.62B2-5.00C2(R2=0.9876)。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表3可知,以剪切力為響應(yīng)值時(shí),該二次多項(xiàng)式回歸模型P值遠(yuǎn)小于0.01,差異極顯著,失擬項(xiàng)P值=0.0526>0.05,差異不顯著。說(shuō)明該回歸模型的擬合程度較好[18]。方程中因素A、B、C、A2、B2對(duì)剪切力的影響極顯著(P<0.01),因素C2影響顯著(P<0.05),AB、AC、BC的P值分別為0.4345、0.5780、0.0573,說(shuō)明兩因素之間的交互作用對(duì)剪切力的影響不顯著。根據(jù)回歸方程一次項(xiàng)系數(shù)的大小,可以判斷出各因素對(duì)剪切力影響大小依次是滾揉時(shí)間、真空度、復(fù)合磷酸鹽添加量,說(shuō)明滾揉時(shí)間對(duì)剪切力的影響最為顯著?；貧w方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.9761,說(shuō)明剪切力的變化有97.61%來(lái)源于所選的因素[19]。同理,由表4可以看出,以出品率為響應(yīng)值時(shí)模型也適合。

表3 剪切力回歸模型方差分析

表4 出品率回歸模型方差分析

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析 從圖4a中可以看出,復(fù)合磷酸鹽添加量和滾揉時(shí)間對(duì)剪切力的影響不顯著。滾揉時(shí)間在5～7 h時(shí),牛肉的剪切力隨著復(fù)合磷酸鹽添加量的增加而減小,但減小的趨勢(shì)較為緩慢;復(fù)合磷酸鹽添加量在0.2%～0.4%時(shí),牛肉的剪切力隨著滾揉時(shí)間的延長(zhǎng)而減小,減小的趨勢(shì)相對(duì)較快。從圖4b中可知,滾揉時(shí)間和滾揉真空度對(duì)剪切力交互作用不顯著。當(dāng)復(fù)合磷酸鹽添加量為0.3%時(shí),滾揉真空度在0.02～0.04 MPa時(shí),牛肉的剪切力隨著滾揉時(shí)間的延長(zhǎng)而減小,滾揉時(shí)間一定時(shí),剪切力隨滾揉真空度的增加而減小。從圖4c可知,滾揉真空度和復(fù)合磷酸鹽添加量的交互作用對(duì)剪切力的影響不顯著,與表3方差分析結(jié)果一致。

圖4 試驗(yàn)因素對(duì)剪切力的影響

從圖5a可看出,滾揉真空度一定時(shí),出品率隨滾揉時(shí)間的增加先增大后減小,隨復(fù)合磷酸鹽添加量的增大而增大,但增大趨勢(shì)逐漸平緩。從圖5b可知,響應(yīng)面坡度較陡,表明滾揉時(shí)間和滾揉真空度的交互作用對(duì)出品率影響顯著,出品率隨滾揉時(shí)間的增加先增大后減小,隨滾揉真空度的增加先增大后減小,與劉夢(mèng)娟等[11]研究一致。從圖5c可看出,出品率隨復(fù)合磷酸鹽添加量的增大而增大,隨滾揉真空度的增加先增大后減小,且變化趨勢(shì)相對(duì)較慢,與表4方差分析結(jié)果一致。

圖5 試驗(yàn)因素對(duì)出品率的影響

2.2.3 最優(yōu)工藝的確定與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 通過(guò)Design Expert分析優(yōu)化,產(chǎn)品的品質(zhì)以剪切力和出品率為評(píng)價(jià),得出最佳工藝參數(shù)為:滾揉時(shí)間5.83 h、復(fù)合磷酸鹽添加量0.29%、滾揉真空度0.03 MPa,此時(shí)牛肉剪切力值為4.18 kg,出品率為96.6%。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益考慮,將最優(yōu)工藝參數(shù)調(diào)整為:滾揉時(shí)間6 h、復(fù)合磷酸鹽添加量0.30%、滾揉真空度0.03 MPa。對(duì)此條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),相同條件下做3次平行實(shí)驗(yàn),得到牛肉的剪切力值為(4.13±0.056) kg,出品率為96.2%±0.20%,剪切力與預(yù)測(cè)的理論值4.18 kg相對(duì)誤差為1.19%,出品率與預(yù)測(cè)的理論值96.6%相對(duì)誤差為0.41%。說(shuō)明該模型能較好地反映真空滾揉條件,具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

2.2.4 真空滾揉腌制和靜置腌制對(duì)牛肉品質(zhì)的影響 比較最優(yōu)工藝條件下真空滾揉腌制和靜置腌制6 h、復(fù)合磷酸鹽添加量0.30%得到的牛肉的剪切、出品率和質(zhì)構(gòu)特性,結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 真空滾揉腌制和靜置腌制對(duì)牛肉品質(zhì)的影響

由表5可知,經(jīng)真空滾揉后得到的牛肉的出品率顯著升高(P<0.01),剪切力顯著降低(P<0.01),肉的保水性和嫩度都得到很大改善,與史培磊等[30]研究結(jié)果一致。真空滾揉同時(shí)也能改變?nèi)獾馁|(zhì)構(gòu)特性,牛肉的硬度、彈性和內(nèi)聚性顯著升高(P<0.01),膠黏性和咀嚼性顯著降低(P<0.01),回復(fù)性增大(P<0.05),與賴彩如等[6]研究一致。這是由于滾揉時(shí)機(jī)械力作用和真空產(chǎn)生負(fù)壓導(dǎo)致牛肉組織結(jié)構(gòu)松弛,利于鹽溶性蛋白流出,在復(fù)合磷酸鹽的作用下鹽溶性蛋白凝膠化,并持續(xù)鎖住水分,進(jìn)而有效改善肉的嫩度和質(zhì)構(gòu)特性。

3 結(jié)論

在滾揉腌制的過(guò)程中,滾揉時(shí)間、復(fù)合磷酸鹽添加量、真空度對(duì)牛肉的剪切力和出品率均有顯著影響(P<0.05或P<0.01),其中對(duì)剪切力影響的大小為:滾揉時(shí)間>真空度>復(fù)合磷酸鹽添加量;對(duì)出品率影響的大小為:滾揉時(shí)間>復(fù)合磷酸鹽添加量>真空度。通過(guò)單因素和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化牛肉真空滾揉腌制工藝,得到較優(yōu)工藝參數(shù)為:滾揉時(shí)間6 h、復(fù)合磷酸鹽添加量0.30%、滾揉真空度0.03 MPa,在此條件下得到剪切力為4.13 kg,出品率為96.2%,該模型回歸極顯著,擬合程度較好,說(shuō)明優(yōu)化后的牛肉真空滾揉腌制工藝合理可行。