鄭夢瑩,劉松奇，鄧伶俐，周 志*，程 超

(1.湖北民族大學(xué) 生物與食品工程學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 恩施 445000)

現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏越來越快，方便、快捷的食品正在成為消費(fèi)需求主力[1].在保障食品安全、衛(wèi)生、方便的前提下，如何充分利用地區(qū)特色資源，并結(jié)合現(xiàn)代食品加工工藝，改善產(chǎn)品的色、香、味、營養(yǎng)等品質(zhì)，已經(jīng)成為近年來速食類、預(yù)調(diào)理類食品的研究重點(diǎn)[2-4].目前，市場上具有中國傳統(tǒng)特色的方便食品數(shù)量較少，品種較單一，因此這類食品的研究開發(fā)前景廣闊[5].肉丸作為中國傳統(tǒng)的經(jīng)典肉制品之一，口感好、風(fēng)味佳；對(duì)其進(jìn)行預(yù)調(diào)理速食化研究，在使傳統(tǒng)產(chǎn)品適用于現(xiàn)代生活的同時(shí)，也能滿足消費(fèi)者對(duì)健康、優(yōu)質(zhì)食品的追求.

淀粉具有易吸濕糊化并形成良好凝膠的特性，因此常被應(yīng)用于肉丸加工.一方面，能減少肉丸因加熱煮制出現(xiàn)的吐水現(xiàn)象，另一方面，可改善肉丸的組織形態(tài)，增加肉丸口感和風(fēng)味，同時(shí)也可以降低成本[6-8].與玉米淀粉、木薯淀粉以及其他谷物淀粉相比，馬鈴薯淀粉糊化溫度較低、黏度較高、口感細(xì)膩滑潤、且具有獨(dú)特的增稠和膠凝能力[9-10].這是因?yàn)轳R鈴薯淀粉的顆粒直徑較大、膨脹度高、且支鏈較多，糊化時(shí)，這些特性有利于淀粉分子在氫鍵作用下緊密纏繞，進(jìn)而增強(qiáng)肉糜蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的牢固性，在改善肉丸品質(zhì)方面具有積極作用，更適用于制作肉丸[6,11-12].另外，市面上的預(yù)調(diào)制肉丸通常是牛肉丸、魚丸等，其在生產(chǎn)過程中，常因淀粉、大豆分離蛋白等配料添加量掌握不當(dāng)，而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散、口感不佳及析水等現(xiàn)象.

因此，以馬鈴薯淀粉、豬肉為主要原料，利用Plackett-Burman試驗(yàn)篩選出影響馬鈴薯肉丸品質(zhì)的主要因素；之后采用Box-Behnken響應(yīng)面分析法對(duì)馬鈴薯肉丸配方參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.本研究旨在拓展馬鈴薯資源的利用途徑，增加市場上馬鈴薯產(chǎn)品的花色品種.將家常肉丸轉(zhuǎn)化成預(yù)調(diào)制速食性肉丸，既能夠?yàn)槿蘸蟮鸟R鈴薯肉丸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供一定理論基礎(chǔ)和應(yīng)用依據(jù)，又能夠滿足當(dāng)代消費(fèi)者追求快節(jié)奏、便捷性的生活方式.

圖1 馬鈴薯肉丸制作流程Fig.1 Process flow chart of potato meatballs

表1 Plackett-Burman試驗(yàn)因素與水平Tab.1 Factor and levels of Plackett-Burman design

表2 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平Tab.2 Factor and levels of Box-Behnken design

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料包括馬鈴薯淀粉(黑龍江如意淀粉食品有限公司)、食鹽(湖北鹽業(yè)集團(tuán)有限公司)、大豆分離蛋白(臨沂山松生物制品有限公司)、白糖(香港億龍?jiān)磭H食品有限公司)、醬油(佛山市海天(高明)調(diào)味食品有限公司)、料酒(北京二商王致和食品有限公司)、黑胡椒粉(武漢和興行食品有限公司)、味精(味好美食品有限公司)、生姜(市售).試劑包括石油醚(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、乙酸鎂(上海麥克林生化科技有限公司).試劑均為分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

包括絞肉機(jī)(美的廣東美的生活電器制造有限公司，MC30M1-702)、物性分析儀(北京微訊超技儀器有限公司，TA-XT plus)、測色儀(杭州彩譜科技有限公司，CS-820N)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司，BGZ-246)、冰箱(青島海爾股份有限公司，BCD-336WDGN)、電子天平(華志(福建)電子科技有限公司，PTX-FA220S)、電阻爐(天津市泰斯特儀器有限公司，SX-8-13).

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備工藝及操作要點(diǎn) 選用原料肉包括豬后腿肥膘和瘦肉2部分.根據(jù)預(yù)試驗(yàn)，保證馬鈴薯淀粉與豬后腿肥膘質(zhì)量之和∶豬后腿瘦肉質(zhì)量=3∶7，固定豬后腿瘦肉質(zhì)量，則配方用量以占全部豬肉和馬鈴薯淀粉總質(zhì)量的百分比計(jì).制備工藝參考王陽[13]的方法并修改，工藝流程及操作要點(diǎn)如圖1所示.

1.3.2 Plackett-Burman試驗(yàn) 參考陳昌勇[14]的試驗(yàn)，依據(jù)前期單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用Plackett-Burman試驗(yàn)方法，對(duì)馬鈴薯淀粉與肥膘質(zhì)量比(粉膘比，X1)、食鹽用量(X2)、大豆分離蛋白用量(X3)、蛋清用量(X4)、冰水用量(X5)5個(gè)因素進(jìn)行篩選考察試驗(yàn).每個(gè)因素設(shè)置高、低2個(gè)水平(1、-1)，以質(zhì)構(gòu)數(shù)值和感官評(píng)分為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)出12組試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平見表1.

1.3.3 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn) 根據(jù)1.3.2試驗(yàn)結(jié)果，以粉膘比(A)、食鹽用量(B)和冰水用量(C)為影響因子，以黏聚性(Y1)和凝膠強(qiáng)度(Y2)為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)3因素3水平的Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化馬鈴薯肉丸的加工工藝配方參數(shù).Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)的試驗(yàn)因素與水平如表2所示.

1.3.4感官評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)方法：選擇本校食品科學(xué)與工程專業(yè)研究生10名，經(jīng)過前期培訓(xùn)，從視覺、嗅覺、味覺和口腔觸覺等方面對(duì)馬鈴薯肉丸的色澤、風(fēng)味、口感和組織形態(tài)分別進(jìn)行評(píng)價(jià).表3為根據(jù)《肉丸檢測標(biāo)準(zhǔn)》(SB/T 10610-2011)的感官要求修改得到的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).

表3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(總分：100)Tab.3 Sensory evaluation criteria (total score:100)

1.3.5 質(zhì)構(gòu)分析 利用物性分析儀的全質(zhì)構(gòu)模式(texture profile analysis，TPA)和穿透模式(凝膠模式)，測定樣品的硬度(N)、彈性、黏聚性、黏性、回復(fù)性和凝膠強(qiáng)度(N).每組樣品平行測5次，結(jié)果取平均值.參考李樹長[15]和張明剛[16]等的方法并修改，參數(shù)設(shè)置為：樣品規(guī)格為直徑3 cm、高度7 mm的圓柱體，測試前、中、后的速率分別為1.0、0.5、0.5 mm/s，間隔時(shí)間為5 s，回復(fù)距離為15 mm，觸發(fā)力10 g.TPA模式選用P/50探頭、Strain目標(biāo)模式，壓縮程度為50%；凝膠模式選用P/0.5探頭、Distance目標(biāo)模式，壓縮距離為3 mm.

1.3.6 驗(yàn)證試驗(yàn) 對(duì)1.3.3 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)得到的最優(yōu)配方進(jìn)行驗(yàn)證，并測定其基本成分.參考《食品中水分的測定-直接干燥法》(GB 5009.3-2016)、《食品中脂肪的測定-索氏抽提法》(GB 5009.6-2016)和《食品中灰分的測定-食品中總灰分的測定》(GB 5009.4-2016)分別測定最優(yōu)配方下的馬鈴薯肉丸樣品中水分、脂肪和灰分含量.利用色差儀測定樣品切面的亮度L*、紅度a*、黃度b*值.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用CorelDRAW作圖，Minitab 17軟件進(jìn)行Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)，Design-Expert 11軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2019進(jìn)行分析處理，結(jié)果平行3次.數(shù)據(jù)結(jié)果表示為x±RSD(平均值±相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差).

2 結(jié)果與分析

2.1 Plackett-Burman設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果分析

Plackett-Burman設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表4、表5.由表5可知，本試驗(yàn)中只有黏聚性和凝膠強(qiáng)度模型具有顯著性差異(P<0.01，P<0.05)，表明這2個(gè)模型的擬合度和可靠性都很高，適合于研究各因素對(duì)黏聚性和凝膠強(qiáng)度響應(yīng)值的影響程度.另外，Plackett-Burman試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)感官評(píng)價(jià)對(duì)肉丸色香味評(píng)價(jià)沒有顯著差異，主要集中于肉丸組織狀態(tài)對(duì)品質(zhì)的影響.由表5可知，粉膘比(X1)、食鹽用量(X2)和冰水用量(X5)3個(gè)因素對(duì)馬鈴薯肉丸的黏聚性和凝膠強(qiáng)度存在顯著影響(P<0.05)，因此選取這3個(gè)因素為主要影響因素.對(duì)其他無顯著影響的因素，根據(jù)前期單因素試驗(yàn)的結(jié)果，確定大豆分離蛋白最佳用量為1.7%、蛋清最佳用量為3.5%.

表4 Plackett-Burman設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Experimental results of Plackett-Burman design

2.2 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果分析

馬鈴薯肉丸加工工藝的Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表6，經(jīng)多元回歸非線性方程擬合，粉膘比、食鹽和冰水用量對(duì)黏聚性和凝膠強(qiáng)度影響的二次多項(xiàng)式回歸方程如下：

表5 Plackett-Burman設(shè)計(jì)試驗(yàn)方差分析Tab.5 Variance analysis of Plackett-Burman design

表6 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 The experimental results of Box-Behnken design

表7 Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)方差分析Tab.7 Analysis of variance of the experimental results of Box-Behnken design

黏聚性：Y1=0.229 415+0.007 525A+0.303 840B+0.032 567C-0.008 000AB+0.000 550AC-
0.000 320BC-0.013 045A2-0.088 78B2-0.000 802C2；

凝膠強(qiáng)度：Y2=4.876 75+1.851 25A+8.908 00B+0.415 150C+0.770 000AB-0.128 500AC-
0.178 000BC-1.035 25A2-1.751 00B2-0.010 810C2.

Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析如表7所示，本試驗(yàn)中2個(gè)模型的P值均小于0.01，說明這2個(gè)模型的擬合方程均極顯著；同時(shí)，它們的失擬項(xiàng)P值均大于0.05，不具有顯著差異性，二者可表明這2個(gè)模型能高度擬合；且試驗(yàn)誤差很小，所得的擬合方程能準(zhǔn)確地描述各影響因素分別與黏聚性和凝膠強(qiáng)度之間的真實(shí)關(guān)系，即它們可對(duì)馬鈴薯肉丸加工工藝進(jìn)行分析和預(yù)判.各模型的決定系數(shù)R2分別為0.964 1、0.937 1，均大于0.92；校正系數(shù)Radj2分別為0.918 0、0.856 3，均大于0.85，說明模型中所選因素對(duì)黏聚性和凝膠強(qiáng)度的變化影響較高，僅有較少量變化不能使用模型進(jìn)行解釋.同時(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男旁氡确謩e為12.792 5和10.647 0，均大于4，也說明這2個(gè)模型設(shè)計(jì)合理[17].綜上所述，本試驗(yàn)中黏聚性和凝膠強(qiáng)度模型的可信度較高，能較好的擬合它們與粉膘比、食鹽和冰水用量之間的關(guān)系.

由表7的方差結(jié)果可看出，各因素對(duì)黏聚性的影響程度大小依次為：B(食鹽用量)>A(粉膘比)>C(冰水用量)，其中A顯著(P<0.05)，B、A2、B2和C2極顯著(P<0.01)；對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響程度大小依次為：C>A>B，其中C和A2極顯著(P<0.01)，A和AC顯著(P<0.05).

2.3 復(fù)配凝膠因素相互作用和響應(yīng)面分析

2.3.1 兩因素交互對(duì)黏聚性的影響 復(fù)配凝膠因素相互作用對(duì)黏聚性的影響如圖2所示.由圖2可知，隨著粉膘比、食鹽和冰水用量的增加，馬鈴薯肉丸黏聚性均呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，且存在極大值點(diǎn).同時(shí)，曲線的傾斜度的大小順序?yàn)椋?a)>(b)>(c)，說明了對(duì)馬鈴薯肉丸黏聚性的影響程度大小依次為：粉膘比和食鹽用量的交互作用>粉膘比和冰水用量的交互作用>食鹽和冰水用量的交互作用，這與方差分析結(jié)果一致.當(dāng)粉膘比和冰水用量一致時(shí)，由曲線的傾斜度發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)氖雏}用量能顯著提高馬鈴薯肉丸的黏聚性，王陽[13]對(duì)豬肉丸凝膠的研究和Kang等[18]對(duì)豬肉糜的研究也有類似發(fā)現(xiàn).

從圖2(a)、圖2(b)可看出，粉膘比與食鹽用量交互作用、粉膘比和冰水用量交互作用的等高線是橢圓，說明它們的交互作用對(duì)馬鈴薯肉丸黏聚性有一定影響.這是因?yàn)榈矸叟c鹽離子之間的相互作用：過量的食鹽會(huì)與淀粉競爭水分，影響水的流動(dòng)，從而影響淀粉顆粒的吸水膨脹[19-20]和凝膠作用[12]；同時(shí)，食鹽會(huì)影響肉糜蛋白的析出，從而影響凝膠的形成[18].因此，粉膘比、食鹽和冰水彼此的交互作用共同影響了肉丸中淀粉與肉糜的凝膠網(wǎng)絡(luò)形成的穩(wěn)定性，最終體現(xiàn)在肉丸質(zhì)構(gòu)特性上.

(a) 粉膘比和食鹽用量的交互作用(b) 粉膘比和冰水用量的交互作用(c) 食鹽和冰水用量的交互作用圖2 兩因素交互作用對(duì)馬鈴薯肉丸黏聚性影響的響應(yīng)面Fig.2 Response surface plot showing the interaction effect of various factors on cohesiveness of potato meatballs

2.3.2 兩因素交互對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響 復(fù)配凝膠因素相互作用對(duì)凝膠強(qiáng)度影響如圖3所示.由圖3可知，3個(gè)圖的曲線傾斜度的大小依次為：(b)>(c)>(a)，說明了對(duì)馬鈴薯肉丸凝膠強(qiáng)度的影響程度大小依次為：粉膘比和冰水用量的交互作用>食鹽和冰水用量的交互作用>粉膘比和食鹽用量的交互作用，這與方差分析結(jié)果一致.由表7可知，粉膘比和冰水用量的交互作用對(duì)馬鈴薯肉丸的凝膠強(qiáng)度有顯著影響(P<0.05).同時(shí)，從圖3(b)可知，當(dāng)食鹽和冰水用量一定時(shí)，樣品的凝膠強(qiáng)度隨著粉膘比的增加而增加；由圖3(b)和圖3(c)可看出，當(dāng)粉膘比和食鹽用量一定時(shí)，樣品的凝膠強(qiáng)度隨著冰水用量而減小，且表7結(jié)果顯示二者變化均具有顯著性(P<0.05)，與單因素結(jié)果一致.正是由于馬鈴薯淀粉的膨脹度極高[12]，吸水糊化后，淀粉顆粒能填充于肉糜肌原纖維蛋白受熱變性形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)縫隙中，從而促進(jìn)肉糜的凝膠作用，增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度[21].少量冰水能促進(jìn)淀粉-肉糜體系受熱后形成穩(wěn)定凝膠狀態(tài)[22]，但過量冰水會(huì)使肉糜中游離水的含量增加[23]，進(jìn)而導(dǎo)致組織狀態(tài)逐漸松軟，馬鈴薯肉丸的凝膠強(qiáng)度也會(huì)變小.

由表7可知，食鹽和冰水用量之間、粉膘比和食鹽用量之間的交互作用對(duì)凝膠強(qiáng)度沒有顯著影響(P>0.05)，但從圖3(a)、圖3(c)可看出，它們的等高線圖呈橢圓形，說明它們的交互作用對(duì)凝膠強(qiáng)度還是有一定的影響.當(dāng)粉膘比和冰水用量一定時(shí)，隨著食鹽用量的增加，凝膠強(qiáng)度先增加后減小，變化趨勢與單因素結(jié)果一致；這與張長成[24]研究即食肉丸加工工藝的結(jié)果具有相同變化趨勢.原因可能在于食鹽用量較低時(shí)，既不利于豬肉糜中的鹽溶性肌原纖維蛋白的溶出，又會(huì)提高淀粉糊化溫度，從而影響淀粉和肉糜之間的交聯(lián)作用；而過量的食鹽讓肌凝蛋白的穩(wěn)定性降低，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度低[18,25-26].

(a) 粉膘比和食鹽用量的交互作用 (b) 粉膘比和冰水用量的交互作用 (c) 食鹽和冰水用量的交互作用圖3 兩因素交互作用對(duì)馬鈴薯肉丸凝膠強(qiáng)度影響的響應(yīng)面Fig.3 Response surface plot showing the interaction effect of various factors on jelly strength of potato meatballs

2.4 馬鈴薯肉丸最佳配方的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

回歸模型預(yù)測的馬鈴薯肉丸的最佳配方為：粉膘比0.308、食鹽用量為1.683%、冰水用量為17.254%.在此條件下制備的馬鈴薯肉丸黏聚性可達(dá)到0.803、凝膠強(qiáng)度達(dá)到13.87 N.根據(jù)實(shí)際操作的方便可行性，將配方調(diào)整為：粉膘比為73.5∶46.5、食鹽用量為1.7%和冰水用量為17.5%.在此條件下，馬鈴薯肉丸的品質(zhì)預(yù)測值為：黏聚性為0.804、凝膠強(qiáng)度為13.80 N；實(shí)際值為：黏聚性為0.801、凝膠強(qiáng)度為13.73 N，相對(duì)誤差在5%之內(nèi)，表明本試驗(yàn)所建立的回歸模型方程預(yù)測性較好，加工馬鈴薯肉丸用料配方的優(yōu)化方法可行.最佳配方制作的馬鈴薯肉丸基礎(chǔ)品質(zhì)為：硬度為96.07±0.10 N、彈性為0.839±0.039、黏聚性為0.801±0.020、黏性為7 713.85±0.09、回復(fù)性為0.319±0.047、凝膠強(qiáng)度為13.73±0.09 N、水分含量為(36.45±0.00)%、脂肪含量為(10.52±0.03)%、灰分含量(1.84±0.00)%；色差值：亮度L*為56.96±0.02、紅度a*為1.05±0.08、黃度b*為15.74±0.03.

3 結(jié)論與展望

相較其他種類淀粉而言，馬鈴薯淀粉具有獨(dú)特的增稠和凝膠能力，黏性更強(qiáng)，更適于添加到肉制品加工中以提高產(chǎn)品的品質(zhì).本試驗(yàn)以黏聚性和凝膠強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究馬鈴薯淀粉和豬肉糜共混體系的凝膠特性，增加肉丸加工研究中質(zhì)構(gòu)品質(zhì)評(píng)價(jià)的多元化分析.首先在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過Plackett-Burman試驗(yàn)對(duì)粉膘比、食鹽用量、大豆蛋白粉用量、蛋清用量和冰水用量這5個(gè)因素進(jìn)行篩選，選出影響?zhàn)ぞ坌院湍z強(qiáng)度的關(guān)鍵性因素為粉膘比、食鹽用量和冰水用量；再利用Box-Behnken響應(yīng)面分析法建立這3種影響因素與馬鈴薯肉丸黏聚性和凝膠強(qiáng)度之間的回歸模型，得到的2個(gè)模型都具有極顯著性(P<0.01)，表明模型具有真實(shí)性和可靠性，能對(duì)馬鈴薯加工工藝配方進(jìn)行預(yù)判性分析；之后通過回歸方程計(jì)算驗(yàn)證模型的可靠性，發(fā)現(xiàn)實(shí)際值在預(yù)測值的誤差范圍內(nèi)，進(jìn)一步證明了回歸模型的準(zhǔn)確性.最終根據(jù)實(shí)際加工情況進(jìn)行調(diào)整，得到馬鈴薯肉丸最佳的加工配方為：粉膘比為73.5∶46.5、食鹽用量為1.7%、大豆分離蛋白用量為1.7%、蛋清用量為3.5%，冰水用量為17.5%.采用此配方制備的馬鈴薯肉丸具有風(fēng)味濃郁、色澤灰白、凝膠性好、彈性好、切面緊實(shí)且氣孔細(xì)小均勻、多汁的優(yōu)點(diǎn).本研究所得的最優(yōu)馬鈴薯加工工藝配方，可為今后馬鈴薯肉丸預(yù)調(diào)制食品的開發(fā)提供技術(shù)和理論支撐.

研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯淀粉的膠凝性和糊化作用，以及肉糜蛋白變性，共同影響著馬鈴薯肉丸的質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)；食鹽雖然能顯著提高肉丸質(zhì)構(gòu)，但受食用口感和健康因素的約束，需選擇合適的用量；冰水能促進(jìn)馬鈴薯淀粉和配料的溶解，顯著提高肉丸的口感，但過量添加會(huì)讓肉丸的組織狀態(tài)變差，凝膠強(qiáng)度不夠.此外，對(duì)黏聚性和凝膠強(qiáng)度影響最大的分別是粉膘比和食鹽用量的交互作用、粉膘比和冰水用量的交互作用，它們的交互作用強(qiáng)弱受到各自用量的影響，但其影響機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究.