付麗，高雪琴，胡曉波，*，皇甫幼宇

（1.河南牧業(yè)經(jīng)濟學院食品工程學院，河南鄭州450046；2.河南伊賽牛肉股份有限公司，河南焦作454450）

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，牛排作為高檔消費的肉制品以其美味、營養(yǎng)、方便等特點而深受廣大消費者的喜愛。目前，市場銷售的多為速凍調(diào)理牛排，解凍后常會出現(xiàn)出水、收縮、發(fā)硬等現(xiàn)象，不僅會造成產(chǎn)品失重，還會嚴重影響牛排的外觀、口感[1]。為了賦予牛排很好的嫩度、口感，減少汁液損失，提高產(chǎn)品的市場競爭力，對牛排進行保水處理成為研究熱點。水分對于所有食品來講都是非常重要的組份，肌肉中大約含有75%的水分[2]。肉的保水性是指肌肉在加工過程中保持自身水分和外加水分的能力[3-4]，是影響肉制品的重要品質(zhì)之一[5-6]，直接影響肉的多汁性、彈性、口感及出品率[7]，尤其是直接影響肉的嫩度。肉的保水性提高，則肉的嫩度和風味會得到改善[8]。

傳統(tǒng)的保水方法是利用三聚磷酸鹽、焦磷酸鹽、六偏磷酸鹽的混合制劑來提高肉的持水力[9-11]。由于牛肉中磷的含量比較豐富，在牛排加工中添加磷酸鹽往往會使產(chǎn)品中磷酸鹽的含量超出國家規(guī)定標準，難以滿足現(xiàn)代人對安全、健康肉制品的追求；高濃度的磷酸鹽將產(chǎn)生令人不愉快的金屬澀味[12-14]，導致肉制品風味惡化，組織結(jié)構(gòu)粗糙。而且當用量超過0.5%時，也將引起機體鈣、磷比例失衡，輕則會引起人體腹痛、腹瀉，重則將出現(xiàn)高血鈣癥，低血鈣癥以及佝僂病、骨質(zhì)疏松等代謝性骨病[15]。另外，由于磷酸鹽加入肉中呈堿性反應會提高肉的pH值，對亞硝酸鹽的呈色效果也會造成一定的影響[16]。同時高pH值的肉制品還會促進脂肪的分解，從而縮短的產(chǎn)品的貨架期。因此，在國外有些國家對于含磷保水劑是不能使用的[17]。

本試驗以牛排為研究對象，測定加壓失水率、解凍損失率、汁液流失率及感官指標等，研究蘋果酸鈉、碳酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸對牛排的保水、嫩化效果，并利用響應面試驗設(shè)計優(yōu)化了牛排無磷保水劑的復合比例，使牛排在保水、嫩化的同時保持良好的風味和口感，為新型牛排保水劑的開發(fā)提供可靠的數(shù)據(jù)和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉（充分冷卻排酸72 h，中心溫度降至0℃～4℃后取上腦部位，立刻裝入已滅菌的包裝袋內(nèi)，密封后于0℃～4℃下送到實驗室）：河南伊賽牛肉股分有限公司；蘋果酸鈉、碳酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸（均為食品級，用于牛排保水）：河南省華豐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

肉品系水力測定儀（RH-1000）：廣州潤湖儀器有限公司；全自動切片機（DCP-25K）：蘇州德賽斯廚房設(shè)備有限公司；手動鹽水注射機（SD-8）：諸城市中旭食品機械有限公司；真空滾揉機（RGR-30VT）：嘉興市瑞邦機械工程有限公司。真空包裝機（600型）：諸城市惠得食品機械有限公司；實驗智能速凍機（HL-33）：鄭州亨利制冷設(shè)備有限公司；分析天平（FA224）：上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛排加工工藝[18]

鮮新肉樣選修→冷凍切片→鹽水注射→滾揉→腌制→速凍→真空包裝

1.3.2 肉樣制備

將鮮牛肉樣除去表面脂肪、筋膜，放入冰箱內(nèi)低溫冷凍至中心溫度-2℃～-1℃，取出用切片機切成100 g～130 g的肉片，隨機分組并準確稱重后編號，每組5片。

1.3.3 腌制液的配制

基本配方（按原料肉重計，%）：食鹽1.2、胡椒粉0.2、五香粉 0.5、姜 1.5、蔥 2.0、蔗糖 1.0、醬油 1.0、料酒3.0、冰水 30。

根據(jù)配方，稱量調(diào)味料和香辛料，蔥和姜分別榨汁，然后將所有的固體配料混合均勻后加入液體配料以及不同配比保水劑，攪拌均勻后用冰水配制成腌制液。將定量后的配料充分混合后待用。

1.3.4 冷鮮牛肉保水性試驗

將處理好的肉樣分別用不同配比的保水劑和腌制劑的混合腌制劑進行注射，注射量為肉重的30%。然后將肉樣和流出的注射液一同裝入蒸煮袋（20 mm×30 mm）中并編號。放入真空滾揉機中進行滾揉處理，轉(zhuǎn)速 9 r/min，真空度-0.08 MPa，溫度 0℃～4℃，滾揉40 min，正反各20 min，取出肉料，碼入腌制桶內(nèi)，0℃～4℃條件下靜止腌制10 h～16 h。將腌制好的肉片從蒸煮袋中取出，整形后擺入托盤內(nèi)，送入-35℃的速凍庫內(nèi)，速凍至肉片中心溫度達-18℃。最后，用真空包裝機包裝，于-18℃冷庫貯藏備用。

1.3.5 無磷保水劑的復配優(yōu)化

選用蘋果酸鈉、碳酸鈉、檸檬酸鈉、蘋果酸4種保水劑分別以不同比例處理牛排，用無菌蒸餾水做空白對照，以加壓失水率、解凍損失率、汁液流失率及感官指標為測定指標，以確定4種保水劑對牛排保水的適當比例，具體試驗安排見表1。在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行響應面優(yōu)化試驗，以蘋果酸鈉（A）、碳酸鈉（B）、檸檬酸鈉（C）、蘋果酸（D）為自變量，以加壓失水率（Y）為響應值，優(yōu)化無磷保水劑最佳配比。因素和水平見表2。

表1 不同保水劑的添加比例Table1 Proportion of different water retention agent

表2 響應面優(yōu)化試驗因素水平編碼表Table2 Factors and levels of response surface design

1.3.6 驗證試驗

通過響應面分析，得出無磷保水劑的最佳配比和預測值后，進行實際的牛排保水試驗，分別測定保水率、出品率和感官品質(zhì)，并與對照組進行比較和分析。

1.3.7 檢測指標

1.3.7.1 牛排加壓失水率的測定

將經(jīng)滾揉腌制好的肉片從蒸煮袋中取出，擺放到網(wǎng)篩上，靜置至無液體滴下，沿肌纖維垂直方向取1 cm厚，直徑2.5 cm的圓形肉柱，用分析天平準確稱肉片質(zhì)量，然后用雙層紗布包裹，上下各墊16層濾紙，用肉品系水力測定儀加壓35 kg保持5 min。去除紗布和濾紙后再用精密分析天平準確稱重，加壓前后質(zhì)量損失與肉樣質(zhì)量的百分比即為加壓失水率。按下式計算：

1.3.7.2 牛排解凍損失率的測定

牛排解凍損失的測定參照鄒明輝等[19]、Arslan等[20]及祖鐵紅等[21]的方法并稍做改動。取出加工好的牛排，打開包裝袋，放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，加蓋后置于室溫下自然解凍，2 h后取出，用濾紙輕輕拭去牛排表面的液體后稱量。測定其質(zhì)量。牛排解凍損失率按下式計算：

1.3.7.3 汁液流失率的測定

將經(jīng)滾揉腌制好的肉片從蒸煮袋中取出，順著纖維方向把肉樣修成長條狀（2 cm×3 cm×5 cm），用精密分析天平準確稱重，用線繩穿起一端，使肌纖維垂直向下，懸掛于聚乙烯的塑料袋中，扎緊袋口后懸掛于冷庫中，在-1.5℃～7℃下吊掛24 h，取出肉條，用吸水紙吸干肉條表面水分，再用精密分析天平準確稱重，即得汁液流失率。按下式計算：

1.3.7.4 感官評定

將加工好的牛排從包裝袋中取出，煎鍋放少量的植物油，小火加熱后放入牛排，兩面各煎制3 min，取出。本試驗邀請5位受過培訓的食品專業(yè)的人員產(chǎn)品的嫩度、熱收縮率和總體可接受度進行感官評價，每項滿分為10分，評分標準見表3。

表3 牛排感官評分標準Table3 Sensory evaluation table of steak

1.4 數(shù)據(jù)分析

每個試驗重復3次，結(jié)果表示為平均數(shù)。單因素試驗圖表采用Sigmaplot13.0繪制，數(shù)據(jù)分析采用SPSS Statistics 20.0比較均值中的獨立樣本T檢驗進行顯著性分析，差異顯著性水平為0.05；采用Design-Expert 8.0.6中的Box-Behnken Design模塊進行響應面優(yōu)化試驗設(shè)計[22-24]，并建立相應的回歸方程，得出最適配比。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 蘋果酸鈉對牛排保水效果的影響

蘋果酸鈉對牛排保水效果的影響見圖1～圖2所示。

圖1 不同濃度的蘋果酸鈉對牛排加壓失水率的影響Fig.1 Effect of malic acid sodium concentration on pressurized water loss rate of steak

由圖1可見，不同濃度的蘋果酸鈉添加對牛排的加壓失水率有明顯的影響。當蘋果酸鈉的添加量達到0.1%時牛排加壓失水率為22.69%，對照組牛排加壓失水率為28.84%，兩者差異極顯著（p<0.01），說明蘋果酸鈉具有極顯著的保水效果，這與李雪姣等[25]的研究結(jié)論是一致的。原因是蘋果酸鈉屬于強堿弱酸鹽，其添加可對牛排的pH值起到一定的調(diào)節(jié)作用，改變牛肉的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和體系環(huán)境，從而增加保水性[26]；另外，蘋果酸鈉還可一定程度上提高離子強度，從而影響肉的保水性。隨著蘋果酸鈉添加量的增多，牛排的加壓失水率逐漸減少，且差異顯著（p＜0.05）。當蘋果酸鈉的添加量達到0.5%時，加壓失水率降至最低，為12.62%；當蘋果酸鈉的添加量＞0.5%時，牛排的加壓失水率有所增加。原因是添加量達到一定的值，離子強度過大，則產(chǎn)生鹽析作用，而影響了牛肉的保水性。說明0.5%的蘋果酸鈉的添加對于提高牛排的保水性是很有效果的。

由圖2可見，蘋果酸鈉的添加對牛排的解凍損失和汁液流失也有一定的改善作用。當蘋果酸鈉的添加量為0.1%時牛排的解凍損失率和汁液流失率分別為3.89%和6.53%，對照組牛排的解凍損失率為3.92%和汁液流失為6.53%，兩者差異均不顯著（p＞0.05）。隨著蘋果酸鈉添加量的增加，牛排的汁液流失率顯著降低（p＜0.01），而牛排的解凍損失率下降緩慢。當蘋果酸鈉的添加量分別為0.3%和0.2%時，牛排的解凍損失率和汁液流失率均顯著小于對照組（p＜0.01）。當蘋果酸鈉的添加量為0.5%時，牛排的解凍損失和汁液流失均為最低值，分別為3.25%和4.66%。但蘋果酸鈉的添加量＞0.5%時，牛排的解凍損失和汁液流失反而有所上升，但差異不顯著（p＞0.05），這與加壓失水率測定結(jié)果比較一致。

2.1.2 碳酸鈉對牛排保水效果的影響

碳酸鈉對牛排保水效果的影響見圖3～圖4所示。

由圖3可見，單一碳酸鈉的添加對牛排的保水性具有顯著的影響。對照組牛排的加壓失水率為28.84%，碳酸鈉處理組牛排的加壓失水率顯著低于對照組（p＜0.01）；隨著碳酸鈉的添加，牛排加壓失水率顯著減少（p＜0.01）。當添加碳酸鈉的量為0.1%時，牛排的加壓失水率為12.10%；當碳酸鈉的添加量為0.6%時，牛排的加壓失水率降為4.26%。原因是碳酸鈉屬堿性疏松劑，可增大牛肉的pH值，改變牛肉的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使牛肉蛋白網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)松散，從而增加牛肉的保水性[27-29]。

圖2 不同濃度的蘋果酸鈉對牛排解凍損失和汁液流失的影響Fig.2 Effect of malic acid sodium concentration on thawing loss rate and drip loss of steak

圖3 不同濃度的碳酸鈉對牛排加壓失水率的影響Fig.3 Effect of sodium carbonate concentration on pressurized water loss rate of steak

圖4 不同濃度的碳酸鈉對牛排解凍損失和汁液流失的影響Fig.4 Effect of sodium carbonate concentration on thawing loss rate and drip loss of steak

由圖4可見，不同濃度碳酸鈉的添加對牛排的解凍損失和汁液流失均有顯著的影響，且碳酸鈉處理組牛排的解凍損失和汁液流失率均顯著低于對照組（p＜0.01），說明碳酸鈉的添加能很好地增加牛排的保水能力。隨著碳酸鈉添加量的增加，牛排解凍損失和汁液流失均呈下降趨勢。0.6%的碳酸鈉處理牛排時，牛排的解凍損失和汁液流失率均為最低。但當碳酸鈉添加量在0.1%至0.3%之間時，牛排的解凍損失和汁液流失均顯著降低（p＜0.01）；當碳酸鈉的添加量大于0.3%時，牛排的解凍損失率和汁液流失率均開始緩慢降低。

2.1.3 檸檬酸鈉對牛排保水效果的影響

檸檬酸鈉對牛排保水效果的影響如圖5～圖6所示。

圖5 不同濃度的檸檬酸鈉對牛排加壓失水率的影響Fig.5 Effect of sodium citrate concentration on pressurized water loss rate of steak

圖6 不同濃度的檸檬酸鈉對牛排解凍損失率及汁液流失率的影響Fig.6 Effect of sodium citrate concentration on thawing loss rate and drip loss of steak

由圖5可見，隨著檸檬酸鈉添加量的增多，牛排的加壓失水率逐漸減少，說明檸檬酸鈉添加對提高牛排的保水性具有很好效果[30-31]。對照組牛排的加壓失水率最高為28.84%，不同濃度的檸檬酸鈉處理組牛排的加壓失水率顯著低于對照組（p＜0.01），原因是檸檬酸鈉的添加使牛排的pH值發(fā)生了改變，使其偏離肌肉蛋白質(zhì)等電點，從而提高了保水性；同時也提高離子強度，從而促進了肌球蛋白的溶解，使得牛肉的保水性提高；另外，其離子態(tài)能螯合二價金屬離子，釋放羧基而增加負電荷，增大肌肉蛋白間斥力，從而提高牛肉的保水性[29，32-33]。當檸檬酸鈉的添加量達到0.1%時，加壓失水率為27.43%；當檸檬酸鈉的添加量達到0.4%時，加壓失水率降至21.76%；但當檸檬酸鈉的添加量大于0.4%時，牛排的加壓失水率減少不顯著（p＞0.05），說明在牛排加工時添加0.4%的檸檬酸鈉對保水性的提高具有很好的效果，這與高可蒙等[34]的研究結(jié)論是一致的。

由圖6可見，不同濃度的檸檬酸添加對牛排的解凍損失和汁液流失均有一定的影響。當檸檬酸鈉的添加量達到0.1%至0.3%時解凍損失為3.88%、3.76%和3.75%，對照組牛排的解凍損失為3.92%，差異均不顯著（p＞0.05）；當檸檬酸鈉的添加量達到0.4%時，牛排的解凍損失顯著減少（p＜0.05），且與對照組差異極顯著（p＜0.01）；但當檸檬酸鈉的添加量超過0.4%時，牛排的解凍損失的減少不顯著（p＞0.05）。檸檬酸鈉處理組牛排的汁液流失率均顯著小于對照組（p＜0.01），說明檸檬酸鈉的添加可顯著提高牛肉的保水性。當檸檬酸鈉的添加量達到0.5%時，牛排的汁液流失率最少，其值為2.37%，但與檸檬酸鈉添加量為0.4%的處理組差異不顯著，這基本與圖5的結(jié)論一致。

2.1.4 蘋果酸對牛排保水效果的影響

蘋果酸對牛排保水效果的影響如圖7～圖8所示。

圖7 不同濃度的蘋果酸對牛排加壓失水率的影響Fig.7 Effect of malic acid concentration on pressurized water loss rate of steak

由圖7可見，隨著蘋果酸添加量的增加，牛排的加壓失水率呈先增加后減少的趨勢。對照組牛排的加壓失水率為28.84%。當蘋果酸的添加量為0.1%和0.2%時，牛排的加壓失水率分別為27.28%和27.41%，兩者差異不顯著（p＞0.05），但均顯著低于對照組（p＜0.01），原因可能是一定濃度的酸液可在一定程度上破壞肌肉蛋白的表面結(jié)構(gòu)，使親水基團暴露于表面，改變其凈電荷，提高水合力，增加了保水性[35]。當蘋果酸的添加量為0.3%時，牛排的加壓失水率顯著增加（p＜0.05）；當蘋果酸的添加量達到0.4%時，牛排的加壓失水率最高，顯著高于對照組（p＜0.05）；當蘋果酸添加量大于0.5%時，牛排的加壓失水率開始顯著降低（p＜0.05），但與對照組無顯著差異（p＞0.05）。原因是蘋果酸的添加降低了牛肉的pH值，當接近牛肉等電點時，保水性最差；當pH值偏離等電點后，牛肉的保水性又會上升。說明在牛排中添加0.1%～0.2%的蘋果酸對牛排具有很好的保水性。

由圖8可見，隨著蘋果酸的添加，牛排的解凍損失及汁液流失均呈先增加后下降的趨勢。對照組牛排的解凍損失為4.09%，汁液流失為6.64%。當蘋果酸的添加量為0.1%和0.2%時，牛排的解凍損失及汁液流失均為較低，分別為3.81%、3.79%和6.34%、6.46%，均顯著低于對照組（p＜0.05）。當蘋果酸的添加量大于0.3%時，牛排的解凍損失及汁液流失均顯著增加，當蘋果酸的添加量為0.4%，牛排的解凍損失和汁液流失均為最高值，且均顯著高于對照組（p＜0.05）。當蘋果酸添加量大于0.5%時，牛排的解凍損失和汁液流失均呈下降趨勢，但與對照組差異不顯著（p＞0.05）。這與圖7的結(jié)果是一致的。

圖8 不同濃度的蘋果酸對牛排解凍損失率及汁液流失率的影響Fig.8 Effect of sodium citrate concentration on thawing loss rate and drip loss of steak

表4 牛排的感官評分Table4 Sensory evaluation results with different proportion on steak

表5 響應面試驗設(shè)計與結(jié)果Table5 Design and results of response surface methodology%

2.1.5 感官評定結(jié)果

通過對每組牛排的嫩度、收縮率及總體可接受度的綜合評定和匯總得出各試驗組的感官評分，見表4。

通過表4分析發(fā)現(xiàn)，蘋果酸鈉和檸檬酸鈉的添加量≤0.3%時感官評分優(yōu)于對照組且差異顯著（p＜0.05）；當添加量≥0.4%時感官評分與對照無顯著差異（p＞0.05），說明一定量的蘋果酸鈉和檸檬酸鈉對牛排的保水有一定的效果且不會對感官品質(zhì)帶來不良影響[36]。碳酸鈉和蘋果酸的添加量對感官影響最顯著，當添加量≤0.2%時，牛排感官評分顯著優(yōu)于對照組（p＜0.05）；當添加量為0.3%時，感官評分與對照組無顯著差異（p＞0.05）；當碳酸鈉添加量≥0.5%和蘋果酸添加量≥0.4%時，牛排感官評分顯著差于對照組（p＜0.05），說明此時牛排的總體口感、品質(zhì)差，讓人難以接受。原因是碳酸鈉和蘋果酸可明顯的改變牛排的pH值而影響感官，因此在添加時應注意二者的用量。

2.2 響應面優(yōu)化試驗及分析

2.2.1 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果

響應面試驗設(shè)計與結(jié)果見表5。數(shù)據(jù)模型方差分析見表6。

由表6可知，以加壓失水率（Y）為響應值的二次方程具有顯著性（p＜0.05），一次項中碳酸鈉、蘋果酸鈉顯著，檸檬酸鈉和蘋果酸鈉影響不顯著，這與單因素試驗結(jié)果保持一致；各因素的交互作用中碳酸鈉和檸檬酸鈉影響顯著；二次項中碳酸鈉、蘋果酸鈉、蘋果酸影響顯著。各因素對加壓失水率的影響大小為碳酸鈉＞蘋果酸鈉＞檸檬酸鈉＞蘋果酸。

采用響應面方法分析試驗結(jié)果，得到以加壓失水率為響應值的回歸方程：Y=0.46264-1.55154A-0.39322B-0.478 94C-0.760 05D+1.567 46AB+0.432 83AC+1.926 12AD+0.479 16BC+0.300 00BD-1.445 47CD+1.266 71A2-0.335 88B2+1.077 34C2+1.110 93D2

根據(jù)響應面分析建立的數(shù)學模型，得到的最佳工藝條件是蘋果酸鈉0.5%，碳酸鈉0.49%，檸檬酸鈉0.49%，蘋果酸0.11%。在此條件下牛排的加壓失水率的預測值為2.99%。

2.2.2 驗證試驗

在給出的模型配比下對牛排進行保水處理，在此配比下做5組平行試驗，檢驗模型的準確性，得出的加壓失水率為3.1%，試驗驗證值接近模型的預測值，證明模型可以較好的預測無磷保水處理對牛排的保水條件。

續(xù)表5 響應面試驗設(shè)計與結(jié)果Continue table 5 Design and results of response surface methodology %

表6 牛排保水條件優(yōu)化數(shù)據(jù)模型方差分析Table6 Mathematical model variance analysis for steak waterholding conditions optimization

3 結(jié)論

通過響應面試驗結(jié)果可知，碳酸鈉的添加量對牛排加壓失水率的影響最為顯著，蘋果酸鈉次之，然后是檸檬酸鈉和蘋果酸。通過響應面試驗得出的無磷保水條件是蘋果酸鈉0.5%，碳酸鈉0.49%，檸檬酸鈉0.49%，蘋果酸0.11%。在此配比條件下處理的牛排柔嫩多汁，保水效果很好，保水率達到30%，顯著提高了牛排的品質(zhì)和出品率。