,， ，

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

牛肉營養(yǎng)豐富,具有蛋白含量高、脂肪含量低、肉質(zhì)鮮嫩等特點,因而受消費者喜睞,市面上的牛肉常以肉餅、肉干等形式售出,這些制品的加工工藝大多要經(jīng)過油炸、微波、烘干等過程,而在熟制的過程中,會使肉餅的水分含量降低,質(zhì)地粗糙,口感堅硬,另一方面油炸會破壞食物營養(yǎng)價值,對人體健康不利[1],如果適當?shù)募尤胍欢康氖秤媚z,不但提高食物營養(yǎng)價值,而且可以得到較好的感官品質(zhì)[2-3]。Valenzuela等[4]將亞麻籽膠添加到牛肉餡餅配方中,通過測定肉餅的質(zhì)構(gòu)、水分含量以及脂肪含量等指標,得出亞麻籽能夠降低肉餅的硬度值,同時減少蒸煮過程中水分和脂肪的損失,使產(chǎn)品具有很好粘結(jié)性和咀嚼感。Kao等[5]在法蘭克福香腸中加入魔芋膠,實驗得出魔芋膠能夠降低香腸的脂肪含量。莊沛銳等[6]研究了將卡拉膠與刺槐豆膠復配添加到豬肉糜中,結(jié)果表明兩種親水膠體都能有效改善肉糜的質(zhì)構(gòu)特性和品質(zhì)特性,并且對產(chǎn)品的顏色也有一定的影響。

近年來,混料實驗在實際生產(chǎn)中得到非常廣泛的應用而日益受到重視。其中最優(yōu)化設計(D-Optimal Mixture Design)是根據(jù)混合物組成的變化研究一個或多個響應變量,在混合物組分百分比等于100%的前提下,通過比較各實驗因子的不同比率與反應變量的關系,得出最優(yōu)組合比例,優(yōu)化產(chǎn)品特性[7-8],具有實驗次數(shù)少、信息量充分、參數(shù)預測精度高等特點[9-11]。Sarteshnizi等[12]應用D-最優(yōu)混料設計法優(yōu)化抗性淀粉(RS),葡聚糖(BG)和淀粉(ST)在香腸中的配比,實驗得出2.216%的RS,1.328%的BG和2.456%的ST,總體可接受性最好,期望值最高。Hoc等人[13]對焙烤、非焙炒,脫脂和非脫脂的堅果,在提取蛋白質(zhì)的條件上應用了最優(yōu)化設計。鄒宇等[14]在菊花枸杞飲料的配方上應用混料設計的方法,在最佳配方比下,產(chǎn)品具有濃郁的菊花和枸杞香味,酸甜適中,口感潤滑,是一種綠色、營養(yǎng)、健康的保健飲品。

據(jù)此本實驗以牛肉為素材,用最優(yōu)化(D-Optimal)混料設計為實驗方案,探究魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠在油炸牛肉餅產(chǎn)品指標中的交互作用,優(yōu)化油炸牛肉餅中三種食用膠(魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠)的最適添加量,使產(chǎn)品更加富有彈性和多汁性,從而為進一步探討原料配方對產(chǎn)品品質(zhì)特性的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

牛肉、五香粉、食鹽、玉米淀粉 均購于哈爾濱大潤發(fā)超市;黃原膠 河南天冠生物工程股份有限公司;魔芋膠 鄭州世紀美添食化貿(mào)易有限公司;亞麻籽膠 新疆綠旗企業(yè)生物科技有限公司。

JD500-2電子天平 沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司;AL-104精密電子天平 上海梅特勒-托利多儀器設備有限公司;P22A自動控溫油炸 ACA北美電器;DH-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏設備有限公司;MJ-BL25B2美的料理機 國美電器;TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司;冷凍干燥機 上海田楓實業(yè)有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 牛肉餅基礎配方 每組實驗以瘦牛肉500 g為基準量,玉米淀粉50 g,碘鹽7.5 g,五香粉5 g,水量80 g。

1.2.2 牛肉餅制作工藝流程 原料肉的選擇整理→切塊→配料→斬拌→添加基礎配方→繼續(xù)斬拌→模具成型→油炸→預冷→包裝→成品→貯藏

牛肉預處理:用清水浸泡沖洗,除去牛肉中的筋腱部位。然后將牛肉用刀切成小塊,切忌塊不要太大。

斬拌:牛肉切塊后與配料混合,在4 ℃條件下冷藏,腌制過夜后進行斬拌,直至物料混勻,顏色均一穩(wěn)定。

模具定型:將斬拌好的肉糜裝滿于圓形鋁蓋模具中,鋁蓋內(nèi)徑5.5 cm,深度1 cm。用手輕輕將充滿的肉糜表面撫平,定型10 s。

油炸:采用恒溫油炸鍋,工藝參數(shù):油炸溫度為190 ℃,油炸時間為60 s。

1.3D-最優(yōu)混料設計優(yōu)化食用膠添加量

使用Design Expert 8.0.5軟件進行混料回歸實驗設計,優(yōu)化牛肉餅配方中魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠三種食用膠的最適添加量。三個因子質(zhì)量百分比之和為肉重的0.6%,通過測定牛肉餅的出品率、保水性、硬度、感官評定四個指標作為實驗響應值,建立數(shù)學模型,進一步探討配方系統(tǒng)中各組分因子對牛肉餅的影響。通過前期單因素預實驗,將三種食用膠的百分含量分別限定在魔芋膠0≤X1≤0.60,黃原膠0≤X2≤0.60,亞麻籽膠0≤X3≤0.50范圍內(nèi)(依據(jù)GB 2760-2011《食品添加劑 亞麻籽膠》),X1、X2、X3均為實際值。X1+X2+X3=0.6%。D-最優(yōu)混料實驗設計方案如表1所示。

1.4產(chǎn)品指標的測定方法

1.4.1 出品率的測定 參考G?k等人[15]的方法并作適當改動。牛肉餅在油炸前精確稱量樣品質(zhì)量;牛肉餅樣品按照實驗設計的溫度和時間進行油炸,油炸后樣品瀝油30 s,待冷卻至室溫,吸干其表面水分和油脂后,精確稱量樣品質(zhì)量。出品率公式進行計算:

1.4.2 保水性的測定 水分含量的測定方法參照 GB/T 5009.3-2010[16]。將牛肉餅樣品置于常壓恒溫干燥箱內(nèi),于105 ℃條件下干燥至恒重。失去的重量即為樣品中水分含量。

1.4.3 硬度的測定 牛肉餅樣品采用TPA質(zhì)構(gòu)分析儀進行硬度指標的測定,參照劉迪迪等[17]的方法。用平行刀將肉餅切成2 cm長的圓柱體,切面要平整垂直。實驗設置測試參數(shù)為:選用P/50探頭,測試前速率:2 mm/s,測試速率:1 mm/s,測試后速率:1 mm/s,壓縮比為50%,兩次激活感應力:5 g,TPA結(jié)果采用Stable Micro System軟件分析。

1.4.4 感官評定 感官評定參考汪巖等[18]的方法,略作改動。感官評定要在無異味、無噪音、照明充足的房間進行。防止評定前通過身體或視覺的接觸,使評定員得到一些片面的、不正確的信息影響他們感官反應和判斷,要避免評定員看到樣品準備全過程。氣溫應控制在20～22 ℃的范圍內(nèi),相對濕度應保持在50%～55%左右,通風情況良好,保持其中無氣味,無噪音。感官評分9分為非常喜歡,5分為一般,1分為不可接受。讓小組成員品嘗,并且品嘗下一個樣品前都用純凈水漱口。在所有的感官評定數(shù)值中,分別去掉一個最高分和一個最低分,然后計算其平均值。

表1 D-Optimal 設計實驗方案和結(jié)果Table 1 D-Optimal mixture design and experiment results

注:實驗結(jié)果中數(shù)據(jù)表示為平均值±標準差,同一列之間小寫字母代表差異性,字母相同表示差異不顯著,不同則表示差異顯著(p<0.05)。

1.5數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果為3次平行實驗的平均值,數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0.5及Statistix 8.1軟件進行處理分析。D-Optimal實驗模型采用Scheffe不完全三次多項式擬合,本文主要依據(jù)直線模型與二次項模型:

Y=λ1X1+λ2X2+λ3X3(直線型);

Y=λ1X1+λ2X2+λ3X3+λ1λ2X1X2+λ1λ3X1X3+λ2λ3X2X3(二次型)。

方程中Y值代表不同響應值,即出品率、保水性、硬度值、感官評定。X1、X2、X3分別代表魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠,λ1、λ2、λ3分別對應數(shù)學回歸模型系數(shù),回歸系數(shù)經(jīng)過分析后得到等高線圖和回歸方程,每個自變量的顯著性由F值和p值決定。

2 結(jié)果與討論

2.1D-Optimal實驗產(chǎn)品指標測定結(jié)果

依據(jù)20組實驗組設計混合實驗,響應值為牛肉餅的出品率、保水性、硬度值、感官評定四個指標,測定指標實驗結(jié)果如表1所示。由表1可知，亞麻籽膠添加量越大，硬度越大，從而會降低感官評分。而魔芋膠和黃原膠的比例增大，亞麻籽膠的比例減小，會獲得較高的感官評分。

2.2復配膠對牛肉餅出品率的影響

根據(jù)20組設計實驗,利用Design-Expert 8.0.5軟件,得到擬合出品率交互相因子實驗結(jié)果的二次項式回歸模型為Y=84.47X1+84.83X2+86.15X3+5.17X1X2+1.66X2X3。其系數(shù)為正值,表明三種膠體均可增加產(chǎn)品的出品率。

利用F檢驗檢測回歸模型的統(tǒng)計學顯著性和方差分析結(jié)果見表2,該模型下的p<0.0001,表明模型擬合度很好。同時,失擬項相關的p值0.0947表明失擬項并不顯著(p>0.05),說明實驗組數(shù)據(jù)誤差較小。決定系數(shù)R2為0.8831,這表明模型中88.31%的出品率分數(shù)變化歸因于自變量。這些結(jié)果說明該二次項模型能夠表現(xiàn)出各因子之間的真實關系,可以用來測評牛肉餅出品率分數(shù)。而X1X2的p<0.0001,結(jié)合圖1等高線圖,說明魔芋膠與黃原膠在提高牛肉餅出品率的基礎上產(chǎn)生了極其顯著的交互作用(p<0.01)。

圖1 出品率交互因子等高線Fig.1 The contours of the interaction factors in cooking yield

2.3復配膠對牛肉餅保水性的影響

利用Design-Expert 8.0.5 軟件,得到擬合出品率交互因子,實驗結(jié)果的二次多項式回歸模型如下Y=76.42X1+77.32X2+80.21X3+3.92X1X2+1.44X1X3+1.38X2X3。各項系數(shù)的正值表示三種食用膠在保水性的響應上起到了促進作用,且亞麻籽膠的貢獻值最大,這主要是因為食用膠和肉中蛋白通過分子長鏈相互交聯(lián),在三維空間形成一種堅固而致密的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),能將水或其他液體固定在其中,以阻止外界壓力,從而提供了水分大量的儲存空間,提高了肉制品的保水性[19]。

利用F檢驗檢測回歸模型的統(tǒng)計學顯著性和方差分析結(jié)果見表2,該模型下的p<0.0001,這表明模型極其顯著。同時,失擬項相關的p值為0.1809表明失擬項并不顯著(p>0.05),說明實驗組數(shù)據(jù)誤差較小,決定系數(shù)R2為0.9136,這表明模型擬合程度很好。而X1X2的p值為0.0035,說明魔芋膠與黃原膠在提高牛肉餅出品率的基礎上產(chǎn)生了極其顯著的相互作用(p<0.01)。本研究與賈娜[20]將魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠三種食用膠兩兩復配,證實魔芋膠與黃原膠在提高肌原纖維蛋白保水性方面存在協(xié)同作用的結(jié)論相一致,也正是食用膠的使用,鎖住了肉餅中的水分,其本身形成的親水膠體由于能增加連續(xù)相的黏度,因而具有阻礙或降低分散相中油滴的遷移或聚結(jié)的傾向。這與魔芋葡甘聚糖和黃原膠的分子組成和空間結(jié)構(gòu)息息相關,魔芋葡甘聚糖分子的基本結(jié)構(gòu)單元是由D-葡萄糖和D-甘露糖組成,黃原膠除含有上述兩種成分外還含有D-葡糖糖醛酸,最重要的是由于它們在分子結(jié)構(gòu)上相互作用,前者表面平滑,分子中沒有分支鏈的部分與黃原膠分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)以次級鍵形式相互結(jié)合,形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生強烈的協(xié)同促進作用[21]。

圖2 保水性交互因子等高線Fig.2 The contours of the interaction factors in water-holding capacity

2.4復配膠對牛肉餅硬度值的影響

利用Design-Expert 8.0.5軟件,得到擬合質(zhì)構(gòu)硬度值交互因子實驗結(jié)果的回歸模型如下Y=76.42X1+77.32X2+80.21X3。利用F檢驗檢測回歸模型的統(tǒng)計學顯著性和方差分析結(jié)果見表2,該模型下的p<0.0001,這表明模型極其顯著。同時,失擬項相關的p值0.9164表明失擬項并不顯著(p>0.05),說明實驗組數(shù)據(jù)誤差較小,決定系數(shù)R2為0.8173。食用膠的復配添加提高了肉餅的質(zhì)構(gòu)硬度(p<0.01),其數(shù)學回歸模型二次項系數(shù)為0,且結(jié)合圖3等高線圖可知,三種食用膠在提高硬度的貢獻上并未起到協(xié)同作用。馮美琴[22]將食用膠應用在雞肉腸的研制中,發(fā)現(xiàn)食用膠可降低其硬度值,本篇文章在此并沒有得到相一致的結(jié)果?？赡芘c傳統(tǒng)蒸煮方法相比,油炸工藝中溫度過高,在加快水分損失的同時,也在一定程度上增加了產(chǎn)品的硬度[23]。

圖3 硬度交互因子等高線Fig.3 The contours of the interaction factors in hardness

2.5復配膠對產(chǎn)品感官評定的影響

利用Design-Expert 8.0.5軟件,得到擬合感官評價值交互因子實驗結(jié)果的回歸模型如下Y=7.99X1+7.91X2+5.56X3。利用F檢驗檢測回歸模型的統(tǒng)計學顯著性和方差分析結(jié)果見表2,該模型下的p<0.0001,這表明模型極其顯著。同時,失擬項相關的p值0.3729表明失擬項并不顯著(p>0.05),說明實驗組數(shù)據(jù)誤差較小,決定系數(shù)R2為0.9458。從等高線的圖4可以觀察到,亞麻籽膠過多使得評分較低(p<0.01),主要因為過多的亞麻籽膠導致牛肉餅硬度增大,而當膠體體系中魔芋膠和黃原膠比例較大而亞麻籽膠比例較小時,兩者的協(xié)同作用增大了肉餅的保水性,抑制了硬度值的增加,從而獲得相對較高的感官評分,其作用機理與王霞[24]研究相一致。由此得出,各種食用膠對肉餅的硬度和品質(zhì)特性的影響是不完全同的,為了生產(chǎn)高品質(zhì)牛肉餅,各種食用膠的復配應給予考慮,不但使肉餅硬度得以保證,而且口感較佳。

圖4 感官評定交互因子等高線Fig.4 The contours of the interaction factors in sensory evaluation

表2 牛肉餅的出品率、保水性、硬度值、感官評定回歸模型的方差分析Table 2 Analysis of variance of beef patties cooking yield,water-holding capacity,hardness,sensory evaluation with regression mode

2.6牛肉餅中最優(yōu)食用膠添加量及驗證實驗

利用Design-Expert 8.0.5軟件最優(yōu)化功能設定各因素的變化范圍,設定所期望的響應值如下:最大出品率,最大保水性,硬度值在4300～4700 g的范圍適中值,最高的感官評分。通過數(shù)學模型模擬分析,得出三種食用膠的最優(yōu)配方為:魔芋膠0.227%,黃原膠0.293%,亞麻籽膠0.08%。依據(jù)這個添加量結(jié)果,在后續(xù)驗證實驗結(jié)果如表3,與預測值基本一致,因此確定牛肉餅中最優(yōu)食用膠配方組合為魔芋膠0.227%,黃原膠0.293%,亞麻籽膠0.08%。

表3 產(chǎn)品特性指標的預測值與實際值Table 3 The predicted and measured results of physical properties

3 結(jié)論

采用D-最優(yōu)混料設計對牛肉餅中三種食用膠的添加量進行了優(yōu)化,通過回歸模型的建立,對原料各組分間交互作用進行分析,同時結(jié)合混料設計分析軟件的優(yōu)選功能,得到牛肉餅中食用膠的最佳配方為:魔芋膠0.227%,黃原膠0.293%,亞麻籽膠0.08%。在此條件下,產(chǎn)品的出品率為83.79%,保水性77.14%,硬度值4463 g,感官評定7.41,與預測值相符。魔芋膠與黃原膠在提高產(chǎn)品的出品率及保水性起到了協(xié)同作用(p<0.01);亞麻籽膠的過多使用會增加肉餅的硬度而呈現(xiàn)較低的感官評分(p<0.01)。而當魔芋膠和黃原膠比例增大,亞麻籽膠比例減小時,可以獲得較高的感官評分(p<0.01)。本文應用了D-最優(yōu)混料設計的方法,深入分析各因素之間的關系,優(yōu)化產(chǎn)品配方比例,為進一步探討原料配方對產(chǎn)品特性的影響提供一定的理論依據(jù)。

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