沈雪 查恩輝 王玉田

（遼寧醫(yī)學院，錦州 121000）

肉制品是人們?nèi)粘Ｉ攀持械闹饕称分?。香腸類肉制品因其各具風味、安全衛(wèi)生、營養(yǎng)豐富、食用及攜帶方便成為廣大消費者喜愛的肉制品[1]。

在國內(nèi)外生產(chǎn)的肉制品中，硝酸鹽、亞硝酸鹽一直作為肉制品的腌制劑而被廣泛使用。而亞硝酸鹽的應用最為廣泛、使用歷史最長，它主要有發(fā)色、抑菌和改善風味及抗氧化三方面作用[2]。但從20世紀70年代初起，人們逐漸發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽可以和肉制品中的仲胺反應生成亞硝胺，亞硝胺是一種強致癌物，動物試驗表明，不僅長期小劑量食用有致癌作用，而且一次攝入足夠的劑量也有致癌作用，研究表明，亞硝酸鹽的中毒量為40～70mg/kg體重，致死量為100mg/kg體重[3]。由于使用亞硝酸鹽進行肉品腌制具有極大危害性，解決“亞硝酸鹽問題”迫在眉睫，因此無硝腌制、低硝腌制的概念應運而生。

響應面法是一種優(yōu)化工藝條件的有效方法，用于確定各因素及其交互效應在工藝工程中對響應值的影響，通過對方程的回歸擬合和響應曲面、等高線的繪制，可方便求出相應于各因素水平的響應值，精確的表述因素和響應值間的關系[4～6]。本試驗以新鮮的豬腿精瘦肉和豬背膘為原料，用無硝腌制的方法研制香腸配方，添加胡蘿卜和山藥來提升香腸的風味，采用四因素三水平二次回歸正交旋轉組合試驗設計法，以香腸感官評分為指標，對無硝香腸加工的關鍵工藝參數(shù)進行優(yōu)化，為工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無硝香腸、改善香腸品質(zhì)與風味提供理論依據(jù)，并為深入研究無硝香腸品質(zhì)的影響因素、機理、調(diào)控機制奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

水、新鮮豬腿精瘦肉、豬背膘、羊腸衣、胡蘿卜、山藥、香菇、番茄、加碘鹽、味精、精細白糖、玉米淀粉、大豆分離蛋白、桂皮、丁香、豆蔻、大茴香、小茴香、白芷、白胡椒粉 均購置于錦州市大潤發(fā)超市；卡拉膠 青島德惠海洋生物科技有限公司；紅曲紅色素 江門科隆生物技術股份有限公司；異抗壞血酸鈉江西省德興市百勤異VC鈉有限公司；復合磷酸鹽（三聚磷酸鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉等） 徐州恒世食品有限公司；煙熏液（乙醇、還原糖、氨基酸等） 北方霞光食品添加劑有限公司。

JA1003分析天平 上海精密科學儀器有限公司；MG5838電動絞肉機 廣東省韶關市新通力食品機械有限公司；ZB20斬拌機 河北省大廠縣華映食品機械有限公司；HS30A液壓灌腸機 沈陽市第三量具；BYX50煙熏箱 杭州艾博機械有限公司；CS101-A烘箱 南京實驗儀器廠；SY11蒸煮鍋 山東鼎泰盛食品工業(yè)裝備股份有限公司；GTCB高溫高壓殺菌鍋 浙江金華市浙中壓力容器制造公司；

DZQ400/2S真空充氣包裝機 章丘市炊具機械總廠；HH-SY21電熱恒溫水浴鍋天津市泰斯特儀器有限公司；PEN電子鼻 法國AlphaMos公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 無硝香腸配方的研制 按照處理肉的精確重量（豬腿精瘦肉與豬背膘的比例為8:2），以10kg計算,水5kg，腸衣200g，加碘鹽200g，精細白糖300g，味精20g，紅曲紅色素7g，異抗壞血酸鈉100g，大茴香10g，小茴香10g，桂皮12g，豆蔻17g，白芷18g，丁香10g，白胡椒粉10g，復合磷酸鹽100g。

1.2.2 無硝香腸的加工工藝流程

1.2.3 操作要點 無硝香腸的制作方法是以熏煮香腸為代表，在普通熏煮香腸的工藝流程基礎上[7]，在經(jīng)過斬拌后的肉餡中加入加碘鹽和紅曲紅色素，經(jīng)過一次攪拌后進行無硝腌制，將預處理的蔬菜丁（經(jīng)清洗、燙漂、切丁）及香辛料與腌制后的肉餡一起混合攪拌均勻、灌裝，剩余工序同普通的熏煮香腸。無硝香腸的主要加工工藝參數(shù)：斬拌溫度6～8℃、時間6min；一次攪拌溫度控制在10℃以下、時間15～20min；無硝腌制時間為24h（2～4℃）；煙熏溫度為60～65℃、時間30～40min；蒸煮溫度為85～90℃、時間40～50min；二次殺菌時殺菌鍋的溫度為121℃（0.25MPa）。

1.2.4 感官評定標準 選擇20名評定員組成評定小組，每個評定員要事先接受專業(yè)訓練，分別對香腸的色澤、風味、口感及組織狀態(tài)進行感官評定，運用10分制，對20名評定員的評分結果取平均值作為試驗結果[8]。感官指標評分標準見表1。

表1 無硝香腸感官指標評分標準Table1 Score standards of the nitrate free sausage sensory indicators

所添加的蔬菜味道和較濃烈的異味口感 口感細膩均勻，具有良好的咀嚼性能具有香腸固有的風味，無不良味道具有香腸固有的風味，略帶所添加的蔬菜味道，無其他異味口感較為粗糙咀嚼性能一般口感粗糙，咀嚼性能較差組織狀態(tài)組織緊密，有彈性，切片良好、整齊，無軟骨及其他雜物，無氣孔組織較為緊密，有一定的彈性，切片較整齊，有少量氣孔組織松散，彈性小，切片不整齊，有大量氣孔

1.2.5 單因素試驗設計 由于未添加硝酸鹽和亞硝酸鹽的香腸在風味上可能會不同于傳統(tǒng)香腸，將通過添加具有特殊風味的輔料來突出成品的香氣，本試驗選取胡蘿卜、山藥、香菇、番茄作為添加輔料，通過對3種輔料的營養(yǎng)價值、特殊風味及成本預算等方面研究，考慮將胡蘿卜和山藥作為混合輔料添加，香菇、番茄作為單獨添加輔料，添加量為5%、10%、15%[9～11]。1.2.6 電子鼻測定 按照1.2.2的工藝流程加工無硝香腸，選取蔬菜丁添加量10%、卡拉膠添加量0.5%、玉米淀粉添加量6%、大豆分離蛋白添加量4%加工香腸，對加工成品用電子鼻PEN3測定揮發(fā)性風味物質(zhì)成分，對結果進行比較分析，選擇最佳添加輔料。PEN3的標準傳感器陣列見表2。

表2 PEN3標準傳感器陣列Table2 Array of PEN3 standard sensor

9 W2W R(9)有機硫化物 硫化氫，1 10 W3S R(10)長鏈烷烴 甲烷，10

1.2.7 響應面試驗設計 采用Design Expert 8.0.5對工藝參數(shù)進行最優(yōu)化試驗設計和數(shù)據(jù)分析，采用中心復合模型(Box-Behnken)建立實驗數(shù)學模型。進行以蔬菜丁、卡拉膠、玉米淀粉及大豆分離蛋白的添加量為自變量，以香腸的感官評分為響應值設計分析試驗，應用二次模型對結果進行變異分析[12]。各因素水平編碼見表3。

表3 響應面分析因素水平表Table3 Factors and levels of response surface design

1.2.8 試驗數(shù)據(jù)分析 各組試驗重復5次，取其平均值，使用Design Expert 8.0.5軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 電子鼻傳感器分析 未經(jīng)過工藝優(yōu)化但添加風味輔料的無硝香腸，用電子鼻PEN3測定3組香腸的揮發(fā)性風味物質(zhì)成分。由于3種輔料的3號、5號和10號傳感器數(shù)據(jù)對比無顯著性差異，只對有顯著性差異的1號、2號、4號、6號、7號、8號、9號傳感器的數(shù)據(jù)進行比較分析。電子鼻傳感器分析響應圖見圖1。

圖1 電子鼻傳感器分析響應圖Fig1 Response surface of electronic nose sensor analysis

由圖1可知，經(jīng)過傳感器數(shù)據(jù)對比顯示，添加胡蘿卜和山藥混合蔬菜丁的無硝香腸風味物質(zhì)含量最高。

2.1.2 電子鼻雷達圖比較 經(jīng)過電子鼻測試分析，選取測試時間40s時的雷達圖作比較，見圖2。

圖2 電子鼻分析雷達圖Fig2 Radar chart of electronic nose analysis

由圖2可知，添加3種輔料的無硝香腸風味輪廓大體相同，其中添加胡蘿卜和山藥混合菜丁的香腸含有的風味物質(zhì)更全面。

因此，經(jīng)過單因素試驗對比可知[13]，無硝香腸的最佳風味輔料為胡蘿卜和山藥混合菜丁。

2.2 響應面法優(yōu)化關鍵加工工藝參數(shù)

2.2.1 響應面試驗設計及結果 采用四因素三水平二次回歸正交旋轉組合法，蔬菜丁、卡拉膠、玉米淀粉及大豆分離蛋白的添加量對無硝香腸感官評分的影響，結果見表4。

表4 響應面 試驗設計及結 果Table4 Experimental design and results of RSM

通過擬合可求出影響因素的一次效應、二次效應及其交互效應的關聯(lián)方程[14]，多元回歸擬合分析得到以感官評分為Y值，得出以蔬菜丁、卡拉膠、玉米淀粉及大豆分離蛋白的添加量編碼值為自變量的四元二次回歸方程，見式（1）：

采用Design Expert 8.0.5軟件中的Box-Behnken對試驗結果進行響應面分析，得出回歸模型方差分析表，見表5。

表5 響應面方差分析結果Table5 ANOVA of response surface quadratic model

由表5可知，二次回歸模型的F值為15.74，P＜0.0001，大于在0.01水平上的F值；決定系數(shù)R2=0.8516，失擬項的F值為0.0899，小于在0.05水平上的F值，分析表明，該模型擬合度較好，試驗誤差較小，說明該模型是合適的。方程一次項、二次項的影響均顯著，由此可以看出，各具體試驗因素與響應值的關系不是簡單的線性關系，而是呈二次拋物面關系[15～16]。對無硝香腸感官評分影響的大小順序為：蔬菜丁添加量（X1）＞卡拉膠添加量（X2）＞大豆分離蛋白添加量（X4）＞玉米淀粉添加量（X3）。

2.2.2 各因素之間的交互作用 采用降維的分析方法，進行雙因素效應分析對感官評分的影響。見圖3～圖8。

圖3 蔬菜丁和卡拉膠的添加量對無硝香腸感官評分影響的響應面圖Fig.3 Response surface of the amount of vegetables diced and carrgeenan on the sensory score of nitrite free sausage

圖4 蔬菜丁和玉米淀粉的添加量對無硝香腸感官評分影響的響應面圖Fig.4 Response surface of the amount of vegetables diced and corn starch on the sensory score of nitrite free sausage

圖5 蔬菜丁和大豆分離蛋白的添加量對無硝香腸感官評分影響的響應面圖Fig.5 Response surface of the amount of vegetables diced and soy protein isolate on the sensory score of nitrite free sausage

圖6 卡拉膠和玉米淀粉的添加量對無硝香腸感官評分影響的響應面圖Fig.6 Response surface of the amount of carrgeenan and corn starch on the sensory score of nitrite free sausage

圖7 卡拉膠和大豆分離蛋白的添加量對無硝香腸感官評分影響的響應面圖Fig.7 Response surface of the amount of carrgeenan and soy protein isolate on the sensory score of nitrite free sausage

圖8 玉米淀粉和大豆分離蛋白的添加量對無硝香腸感官評分影響的響應面圖Fig.8 Response surface of the amount of corn starch and soy protein isolate on the sensory score of nitrite free sausage

由圖3～圖8可知，所有響應曲面圖均開口向下、呈現(xiàn)凸面，隨著各個自變量X1、X2、X3、X4的增大，響應值逐漸增大；但當響應值增大到某極值后，隨著自變量X1、X2、X3、X4的增大，響應值有減小的趨勢。

從圖3、圖4、圖5可以看出，蔬菜丁添加量表現(xiàn)為曲線陡度較大，其次是卡拉膠添加量，最后是玉米淀粉和大豆分離蛋白的添加量。比較6組響應曲面圖及數(shù)據(jù)可知，蔬菜丁添加量對香腸感官評分的影響最為顯著。

由表5得知，X1X3交互作用對響應值影響顯著，說明蔬菜丁添加量（X1）和玉米淀粉添加量（X3）的交互作用對感官評分（Y）的影響顯著，其他自變量之間的交互作用對響應值影響不顯著。

通過SAS8.0軟件分析，對回歸模型求解可得到各極值點，從而確定無硝香腸的最佳關鍵工藝參數(shù)為：蔬菜丁添加量12.75%、卡拉膠添加量0.55%、玉米淀粉添加量6.77%、大豆分離蛋白添加量4.58%。

2.2.3 工藝參數(shù)優(yōu)化結果與驗證 通過Design Expert 8.0.5軟件模擬分析，最后確定出模型最優(yōu)感官評定條件，根據(jù)模型預測結果進行近似驗證試驗，考慮到實際操作的便利，將最佳工藝參數(shù)修正為蔬菜丁添加量12.7%、卡拉膠添加量0.5%、玉米淀粉添加量6.8%、大豆分離蛋白添加量4.6%，預測感官評分為9.302分。

在近似值條件下進行驗證性試驗，重復3次，結果得到的香腸的感官評分為9.327，試驗值與模型的理論值接近，且相對偏差小于1%，表明重現(xiàn)性良好。說明該模型可以較好的反映無硝香腸的工藝條件。

3 結論

在原有熏煮香腸基礎上選用無硝腌制的方法加工香腸，對三種不同的風味輔料用電子鼻進行對比分析，并結合生產(chǎn)實際，確定了無硝香腸的最適風味輔料為胡蘿卜山藥混合菜丁。在單因素試驗基礎上利用響應面設計試驗，根據(jù)Box-Bcnhken的中心組合試驗設計原理，選擇影響無硝香腸質(zhì)量的4個顯著因素：蔬菜丁添加量、卡拉膠添加量、玉米淀粉添加量、大豆分離蛋白添加量進行 4因素3水平的響應面試驗，得到最佳工藝參數(shù)為：蔬菜丁添加量12.75%、卡拉膠添加量0.55%、玉米淀粉添加量6.77%、大豆分離蛋白添加量4.58%。經(jīng)過工藝優(yōu)化的兒童香腸感官評分可達9.327分。為工業(yè)化生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無硝香腸、改善香腸品質(zhì)與風味提供理論依據(jù)，并為深入研究無硝香腸品質(zhì)的影響因素、機理、調(diào)控機制奠定理論基礎。

[1]王文艷,彭增起,周光宏.中式香腸的制作[J].肉類工業(yè),2006(6):5-7.

[2]常建軍.淺述肉類腌臘制品中亞硝酸鹽問題[J].畜禽業(yè),2001,(8):41.

[3]Morrissey P A, Tichivangana J Z. The antioxidant activities of nitrite and nitrosyl myoglobin in cooked meats [J]. Meat Science,2005,14(3):175-190.

[4]胡紗紗,汪一紅,王承明,等.響應曲面法優(yōu)化水溶性黃連木多糖的提取工藝[J].食品科學,2008,29(8):172-176.

[5]Verma P, Agrawal US, Sharma AK, etal. Optimization of process parameters for the development of a cheese analogue from pigeon pea(Cajanuscajan)and soy milk using response surface methodology [J].International Journal of Dairy Technology,2005,58(1):51-58.

[6]李釗,王娜妮,陳栓虎.響應面優(yōu)化法研究花椒籽油在近臨界水中的水解[J].中國油脂,2009,34(5):28-31.

[7]周紅霞,顧雯雯.熏煮香腸的貯藏特性研究[J].南京曉莊學院報,2011,11(6):41-44.

[8]蒙名燕,李汴生,阮征,朱志偉.食品質(zhì)構的儀器測量和感官測試之間的相關性[J].食品工業(yè)科技,2006,09:198-201.

[9]嚴怡紅.胡蘿卜營養(yǎng)價值與功能食品加工[J].食品研究與開發(fā),2003,24(6):121-123.

[10]葉春苗.香菇保健香腸制作工藝研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2011(1):26-31.

[11]懷麗華,李海平,王冰.蔬菜的添加量對蔬菜香腸品質(zhì)的影響研究[J].食品科學,2004,25(5):138-141.

[12]R V Muralidhar, R R Chirumamila, R Marchant etal. A response surface approach for the comparison of lipase production by Candida cylindracea using two different carbon sources [J]. Biochemical Engineering Journal,2001,9(1):17-23.

[13]趙鐳,史波林,汪厚銀,等.采用電子鼻傳感器篩選的組合優(yōu)化法研究[J].食品科學,2009,30(20):367-370.

[14]S J Kalila, F Maugerib, M I Rodrigues. Response surface analysis and simulation as a tool for bioprocess design and optimization[J]. Process Biochemistry,2000,35(6):539-550.

[15]趙選民.試驗設計方法[M].北京:科學出版社,2006:191-221.

[16]張峻,柯映林.基于響應面和空間映射技術的模面設計優(yōu)化[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2005,03(17):3-5.