张佳敏,唐占敏,冉 渺,陈 瑶,侯彩云,王 卫,*

(1.肉类加工四川省重点实验室,四川成都 610106;2.成都大学药学与生物工程学院,四川成都 610106)

响应面优化重组牛排加工工艺

张佳敏1,唐占敏2,冉 渺2,陈 瑶2,侯彩云2,王 卫1,*

(1.肉类加工四川省重点实验室,四川成都 610106;2.成都大学药学与生物工程学院,四川成都 610106)

实验在研究分析牛肥膘比例、天然海藻酸钠添加量和凝胶时间对重组牛排蒸煮损失率及硬度影响的基础上,以重组牛排蒸煮损失率和硬度的综合评价为优化指标,采用响应面法对工艺条件进行优化。单因素实验方差分析结果表明,三个因素对重组牛排蒸煮损失率及硬度都有极显著影响(p<0.05)。通过拟合模型优化,最佳工艺条件为:牛肥膘比例20%、海藻酸钠比例2.36%、凝胶时间8.75 h。在此工艺条件下,牛排的蒸煮损失率23.81%,硬度9.95 kg,综合评价为81.734。此时重组牛排产品保水性明显增强,硬度显著降低,该研究结果为重组牛排加工工艺提供参考依据。

重组牛排,蒸煮损失率,硬度,响应面法,优化

牛肉是人们主要消费肉类产品之一,其高蛋白质、低脂肪、维生素及矿物质含量丰富,必需氨基酸种类齐全,是一种营养价值较高的保健型肉食品,深受国际国内市场的青睐[1]。同时牛排是牛肉加工出售的类别之一,如沙朗牛排、菲力牛排、T骨牛排等[2-3]。高品质牛排具有丰富的大理石纹,肉质细嫩,滋味鲜美,其加工生产对原料品质要求极高,且产量少,价格昂贵,难以满足普通大众消费。利用重组技术加工出新型重组牛排[4],可调整产品肥瘦比以使产品符合消费者口感,提升牛排品质,同时可充分利用各个部位的牛肉原料,提高产品价值,满足不同消费群体的需求。Boles等[5]分别利用海藻酸盐和血浆纤维蛋白作粘结剂,对大小不同粒度、预先冷冻的牛肉重组,研制生产出了小牛排[6]。根据前人的研究,发现研究牛肥膘比例、天然海藻酸钠添加量及凝胶时间对冷鲜重组肉黏合性及加工特性综合影响的很少。因此,本实验利用海藻酸钠作为天然粘合剂,以低值部位牛肉或分割碎肉及肥肉为原料,将碎牛肉加工成重组牛排,赋予产品特有质地[7]和烹调特性[8-11],并采用响应面法[12]对重组工艺进行优化,确定最佳重组工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

新鲜牛肉、牛肥膘 购于超市;海藻酸钠 苏州闻达配料有限公司。

TA-XT plus质构分析仪 英国Stable Micro System;YP402N电子天平 上海菁海仪器有限公司;BC/BD-218SHT冰箱或冰柜 海尔集团;搅拌机 广东小熊电器有限公司;WK2101电磁炉 美的集团;BJRJ-98A绞肉机 杭州艾博机械工程有限公司;BQPJ-1切片机 杭州艾博机械工程有限公司;BVPJ-500TS真空包装机 杭州艾博机械工程有限公司;100 mm×50 mm×100 mm模具 成都伍田食品有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 牛排重组工艺 牛排重组的工艺流程为：

1.2.1.1 操作要点:

a.预处理:将新鲜瘦牛肉、牛肥膘清洗干净,剔除软骨、结缔组织,放入冷藏室(0～4 ℃)12～24 h[13]备用。

b.绞制:将瘦牛肉及牛肥膘切成0.8～1 cm颗粒,充分搅拌混匀。

c.胶液制备:按肉重量的20%取冰水(4±1) ℃置于容器中[14],将海藻酸钠加入水中并充分搅打直至完全溶解,制成预制胶液。

d.混合、装模:将绞制完成牛肉与预制胶液充分混合搅拌,分装入模具压制成形。

e.冷却凝胶、急冻:置于4 ℃冷藏室凝胶后脱模,再放入-18 ℃冷冻固型。

f.切制、真空包装:将急冻后牛肉取出,用切片机切制成型,真空包装,形成产品。

1.2.2 牛排重组工艺研究

1.2.2.1 单因素实验 在海藻酸钠比例为2.00%,凝胶时间为8 h条件下研究牛肥膘比例(10%、20%、30%、40%和50%)对牛排蒸煮损失率及硬度的影响;以牛肥膘比例30%,凝胶时间8 h为条件,研究海藻酸钠比例(0.50%、1.00%、1.50%、2.00%、和2.50%)对牛排蒸煮损失率及硬度的影响;在牛肥膘比例为30%,海藻酸钠比例为2.00%条件下研究凝胶时间(2、4、6、8、10 h)对牛排蒸煮损失率及硬度的影响。每个水平做3次平行实验,取平均值计算分析。

1.2.2.2 优化实验 以牛肥膘比例、海藻酸钠比例及凝胶时间为因子,采用BOX-Behnken响应面法对牛排重组工艺的最佳条件参数进行优化,每组实验做3个平行,结果取平均值。优化实验设计见表1,综合评分(Y)的计算方法为:

Y=100-(0.6×蒸煮损失率×100+0.4×硬度)

表1 响应面分析实验设计因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface analysis

1.2.3 测定方法

1.2.3.1 蒸煮损失率的测定 将重组牛排均匀地切成长为3 cm,宽为3 cm,厚度为2 cm长方体,称其质量m1;再放入沸水中煮7 min,放置冷却至室温,用吸水纸吸干样品表面的水,再次称得质量m2,计算式如下:

1.2.3.2 硬度的测定 将重组牛排均匀地切成长为3 cm,宽为3 cm,厚度为2 cm的长方体,放入沸水中煮7 min后,冷却至室温,用吸水纸吸干样品表面的水,采用质构剖面分析(TPA)模式测定样品的硬度。

质构分析仪参数:探头:P/36R-圆柱型平底探头;测试模式与选择:TPA;测试前速度:5.00 mm/s;测试速度:5.00 mm/s;测试后速度:5.00 mm/s;压缩距离:10.0 mm;测试时间:5.00 s。

1.2.4 统计分析 采用SPSS Statistix 8.1软件对单因素数据进行方差分析;优化实验设计采用Design Expert 8.0.6软件的BOX-Behnken响应面分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 牛肥膘比例对重组牛排的蒸煮损失率及硬度的影响 牛肥膘比例对牛排蒸煮损失率及硬度的影响如图1所示,通过对蒸煮损失率及硬度单因素方差分析,p值均小于0.01,说明牛肥膘比例对牛排的蒸煮损失率和硬度的影响是极显著的。牛肥膘比例在10%～30%,样品的蒸煮损失率较小且变化不大,比例大于30%时,蒸煮损失率急剧增大。这是因为适量脂肪具有保水保湿性能,当大于30%时,瘦肉量减少,盐溶性蛋白摄取不足,保水性下降,这与刘永安[15]等研究一致。肥膘添加量在10%～30%时,适量肥膘由于油脂多,质软、密度小使硬度降低,而比例为30%～50%时硬度升高,可能是由于蒸煮损失率增大,保水性变差,蛋白质结构由疏松变紧密[16]。因此,本实验选择牛肥膘最适比例为30%,即肥瘦比例为3∶7。

图1 牛肥膘比例对重组牛排蒸煮损失率及硬度的影响Fig.1 Effects of fatty ratio on cooking loss and hardness of restructured steak

2.1.2 海藻酸钠添加量对重组牛排的蒸煮损失率及硬度的影响 天然海藻酸钠比例对牛排蒸煮损失率及硬度的影响如图2所示,通过单因素方差分析,蒸煮损失率和硬度的p值均小于0.01,说明海藻酸钠比例对牛排的蒸煮损失率和硬度的影响是极显著的。随着海藻酸钠比例增加,样品蒸煮损失率降低,硬度先上升再下降,最后急剧升高。由于海藻酸钠具有凝固、增稠、乳化、稳定和保水功能[17-19],对加热后变性蛋白质有很强的包裹保护作用,蒸煮损失率随之增加而减小;海藻酸钠比例在0.50%～2.00%时,硬度先升高后降低,当海藻酸钠比例为0.50%时,可能是多糖与蛋白质相互吸引作用[20]弱导致碎肉凝结效果差,故硬度小,海藻酸钠为1.00%～2.00%,蛋白质与多糖两种大分子共同形成复杂致密网络结构增加了牛排嫩度和韧性[21],因此硬度降低。在海藻酸钠添加量为2.50%时,由于海藻酸钠中过多钠离子导致pH>pI[22],蛋白质和多糖之间表现为排斥作用,嫩度下降,硬度升高。实验中验证了海藻酸钠凝胶的保水性能,且在一定添加比例下,能改善肉制品的弹性、外观及硬度[23]。因此,本实验选择海藻酸钠最适添加比例为2.00%。

图2 天然海藻酸钠比例对重组牛排蒸煮损失率及硬度的影响Fig.2 Effects of sodium alginate ratio on cooking loss and hardness of restructured steak

2.1.3 凝胶时间对重组牛排的蒸煮损失率及硬度的影响 凝胶时间对牛排蒸煮损失率及硬度的影响如图3所示。通过方差分析,蒸煮损失率和硬度的p值均小于0.01。说明凝胶时间对牛排的蒸煮损失率和硬度影响极显著。反应开始时海藻酸钠与蛋白质的凝胶还不充分,保水性差,在2～8 h随着凝胶时间增加蒸煮损失率逐渐减小,当凝胶时间为10 h时,蒸煮损失率又增大,这是因为凝胶时间延长,海藻酸钠中反应底物逐渐减少,与蛋白质反应逐渐停止,粘结效果变差。这表明反应时间过长会使得蛋白质胶体发生不可逆变化,使位于凝胶网状结构中的水分不能继续保持而流出肌肉组织之外[24]。凝胶时间在2～6 h时,硬度逐渐升高,在8 h时,硬度最小,凝胶10 h,蒸煮损失率的增大导致硬度升高。但孔保华等[24]对重组牛肉研究,得出反应时间为3 h的质构特性最佳,可能是因为粘结剂种类不同、使用条件不同所致的缘故。因此,本实验选择最适凝胶时间为8 h。

2.2 优化实验

Y=-45.8539+0.4748A-2.4433B+29.0152C+0.0501AB-0.0821AC+3.418BC+1.0505×10-3A2-5.9798B2-2.03045C2

重组牛排的最佳工艺条件为:牛肥膘比例20%、天然海藻酸钠比例2.36%、凝胶时间8.75 h,此时综合评价Y为81.996。在优化实验确定的牛排的最佳工艺条件下进行验证实验,测得蒸煮损失率为23.81%,硬度为9.95 kg,代入回归方程,求得综合评价Y为81.734,与预测值(Y=81.996)非常接近,说明回归方程能够较好地反映各因素对牛排蒸煮损失率及硬度的影响。

表2 Box-Behnken实验设计及结果Table 2 Box-Behnken design with experimental results

表3 回归模型方差分析Table 3 Analysis of variance for regression model

注:** 表示差异极显著(p<0.01)。

图4 各因素的交互作用对牛排综合评价的影响Fig.4 Interactons of factors on comprehensive assessment of restructured steak

3 结论

牛肥膘比例、天然海藻酸钠添加量和凝胶时间对重组牛排蒸煮损失率及硬度影响有显著影响。采用响应面法对牛肥膘比例、海藻酸钠比例、凝胶时间进行Box-Behnken优化表明,添加牛肥膘能有效地改善重组牛排的质构,提升口感,牛肥膘适宜比例20%;添加海藻酸钠有利于提高牛排的保水性,降低硬度,海藻酸钠适宜比例2.36%;凝胶时间对重组牛排的影响显著,适宜凝胶时间8.75 h。在此条件下综合评价为81.734,产品的保水性明显增强,硬度显著降低。

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Optimization of processing conditions for restructured steakby response surface methodology

ZHANG Jia-min1,TANG Zhan-min2,RAN Miao2,CHEN Yao2,HOU Cai-yun2,WANG Wei1,*

(1. Meat Processing Key Laboratory of Sichuan Province,Chengdu 610106,China;2.Pharmacy And Bioengineering of Chengdu University,Chengdu 610106,China)

Based on the study of the effects of fatty ratio,sodium alginate content and gelation time on the cooking loss and hardness value of restructured steak,the processing condition was optimized with response surface method by setting the comprehensive assessment score of cooking loss and hardness value as optimization target.The results showed that:the three single factors had significant influence on cooking loss and hardness of restructured steak(p<0.05). By using the fitting model to optimize the processing condition,the optimum conditions were determined as follows:fatty ratio 20%,sodium alginate content 2.36% with 8.75 h. In this condition,the cooking loss 23.81%,the hardness value 9.95 kg and the comprehensive assessment 81.734. Cooking loss of restructured steak could increase and hardnessr value reduce mostly under the condition,results could provide references for restructured steak processed.

restructured steak;cooking loss;hardness;response surface methodology;optimization

2016-07-20

张佳敏(1982-)，女，硕士，讲师，研究方向：农产品加工与贮藏食品工程，E-mail：492346884@qq.com。

*通讯作者:王卫(1958-)，男，硕士，教授，研究方向：农产品加工与贮藏食品工程，E-mail：wangwei8619@163.com。

成都市产业集群协同创新项目；四川省科技计划项目(2016NZ0006)；四川省省级大学生创新训练计划项目(2016306)。

TS251.5

B

:1002-0306(2017)04-0263-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.041