響應(yīng)面優(yōu)化豬肉真空腌制的工藝條件

熊 玲，張立彥

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

腌制作為豬肉制品生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝之一，大多采用傳統(tǒng)干腌法[1]而使鹽分滲透速度慢、腌制時(shí)間長，導(dǎo)致成品咸淡、色澤不均勻，產(chǎn)品得率低，無法滿足工業(yè)化的生產(chǎn)和需求。真空腌制技術(shù)作為一種新型肉制品腌制技術(shù)，具有腌制速度快、時(shí)間短、鹽分滲透均勻等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用于蜜餞、糖制干果、果蔬腌制品[2-5]等食品加工中，而運(yùn)用真空腌制技術(shù)對(duì)肉制品進(jìn)行腌制的研究才剛起步，國內(nèi)僅少數(shù)學(xué)者對(duì)其理論及應(yīng)用進(jìn)行過研究。例如，章斌[6]探討了真空腌制技術(shù)對(duì)鴨肫腌制效果的影響。劉成國[7]、羅揚(yáng)[8]研究了真空腌制工藝中真空壓力、腌制液濃度、原料質(zhì)量和真空腌制時(shí)間4個(gè)因素對(duì)臘肉真空腌制速率的影響，表明真空壓力、腌制液濃度及腌制時(shí)間對(duì)豬肉腌制效果影響顯著。而目前針對(duì)采用響應(yīng)面優(yōu)化方法研究真空腌制工藝條件的研究還未見報(bào)道。

據(jù)此，本文運(yùn)用真空腌制技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)腌制方式，以真空壓力、鹽水濃度和真空作用時(shí)間為影響因子，分別研究其對(duì)豬肉腌制效果的影響，并在此基礎(chǔ)上，通過Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用響應(yīng)面優(yōu)化法確定豬肉在真空腌制過程中的最佳腌制工藝條件，以期豐富真空腌制技術(shù)在畜肉制品腌制過程中的理論，為肉制品的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮豬肘肉、食鹽 市售，購自廣州華潤萬家連鎖超市；硝酸銀、氯化鈉、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、冰乙酸、鉻酸鉀、氫氧化鈉等 均為分析純，購自天津市華苑產(chǎn)業(yè)區(qū)鑫茂科技園。

LDZX-30FA型手提式不銹鋼蒸汽消毒器 江陰頂江機(jī)械設(shè)備有限公司；BS224S型電子分析天平 德國賽多利斯集團(tuán)；DHG9140B型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海安亭科學(xué)儀器廠；MJ-250BP02A型絞肉機(jī) 美的股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 真空腌制工藝操作要點(diǎn) 豬肘經(jīng)過剔骨、拔毛、去皮等預(yù)處理之后，平均分割成4cm×3cm，質(zhì)量約為（100±5）g的肉塊。將經(jīng)過預(yù)處理的豬肉按肉∶腌制液=1∶1.5（W/W）的比例進(jìn)行真空腌制（腌制液配方：食鹽、0.4%復(fù)合磷酸鹽、0.015%亞硝酸鈉、0.02%亞硝酸鈉、0.4%葡萄糖、0.4%白砂糖），并確保腌制液能完全浸沒原料肉。腌制一定時(shí)間后取出，用流動(dòng)水沖洗肉樣以除去肉樣表面殘余的食鹽后再進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定。

1.2.2 豬肉中食鹽內(nèi)滲量的測定 參照《GB/T 9695.8-2008肉與肉制品氯化物含量測定》中的硝酸銀直接滴定法[9]。

1.2.3 豬肉中水分含量的測定 參照《GB_5009.3-2010食品中水分的測定》中的直接干燥法[10]。

1.2.4 感官評(píng)定 豬肉的感官評(píng)定主要包括色澤、氣味、滋味和口感四個(gè)方面，感官評(píng)價(jià)由5名具有一定經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員進(jìn)行，各項(xiàng)取平均分，以總分?jǐn)?shù)作為最后結(jié)果，每項(xiàng)20分，滿分為80分。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 豬肉感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table1 Standard in sensory evaluation of pork

1.2.5 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.5.1 真空度對(duì)豬肉腌制效果的影響 分別在0.04、0.06、0.08、0.1MPa的真空度下，將豬肉置于濃度為6%的鹽水溶液中進(jìn)行真空腌制，研究不同真空度隨腌制時(shí)間（1、2、4、6、8h）變化對(duì)豬肉食鹽內(nèi)滲量、水分含量及感官評(píng)價(jià)的影響。

1.2.5.2 鹽水濃度對(duì)豬肉腌制效果的影響 在0.08MPa真空度下，將豬肉分別浸泡在濃度為2%、4%、6%、8%（W/W）的鹽水溶液中進(jìn)行真空腌制，研究不同鹽水濃度隨腌制時(shí)間（1、2、4、6、8h）變化對(duì)豬肉食鹽內(nèi)滲量、水分含量及感官評(píng)價(jià)的影響。

1.2.6 響應(yīng)面優(yōu)化豬肉最佳腌制工藝 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取鹽水濃度、真空度、真空腌制時(shí)間進(jìn)行Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件選取合理水平，以腌制后豬肉中氯化鈉的含量及感官評(píng)定為響應(yīng)值設(shè)計(jì)了三因素三水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，其組合設(shè)計(jì)水平取值及編碼見表2。每個(gè)實(shí)驗(yàn)3次平行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 采用Design Expert 8.0軟件和Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸分析和方差分析。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素水平編碼表Table2 Factors and levels of Box-Behnken design

2 結(jié)果與討論

2.1 真空度對(duì)豬肉腌制效果的影響

2.1.1 真空度對(duì)豬肉食鹽內(nèi)滲量和水分含量的影響

從圖1可以看出，在同一真空度下，豬肉食鹽內(nèi)滲量隨著腌制時(shí)間的延長而逐漸增大，食鹽滲透速度在前4h內(nèi)最快，而后逐漸趨于平穩(wěn)。隨著真空度不斷增大，滲入豬肉中的鹽含量也越高，0.1MPa下豬肉鹽分含量在6h時(shí)高達(dá)3.05%，而0.04MPa下豬肉食鹽滲透達(dá)到平衡時(shí)鹽含量僅為1.22%。而從圖2可知，隨著腌制時(shí)間的延長，豬肉中的水分含量不斷減小，且真空度越大，豬肉失水速度也越快，達(dá)到平衡時(shí)水分含量越低。

圖1 真空度對(duì)豬肉鹽分滲透的影響Fig.1 Effect of vacuum degree on salt penetration in pork

圖2 真空度對(duì)豬肉水分含量的影響Fig.2 Effectof vacuum pressure on water content in pork

數(shù)據(jù)分析可知真空度對(duì)豬肉食鹽內(nèi)滲量的影響具有極顯著性（p＜0.01），這是因?yàn)檎婵针缰茣r(shí)，豬肉細(xì)胞間的氣泡和水分不斷被擠壓出，形成氣孔后肉樣組織發(fā)生膨脹，細(xì)胞間距增大，有利于食鹽的進(jìn)入[11]。真空度越大，肉制品膨脹的越多，細(xì)胞間距增大的也越多，鹽分就越容易滲透進(jìn)入肌肉組織中。這與Deumier[12]的研究結(jié)果也是一致的。

2.1.2 真空度對(duì)豬肉感官評(píng)定的影響 圖3顯示隨著真空度的增大，豬肉的色澤、口感、氣味和滋味都隨之增大，可接受度也越高。0.1MPa時(shí)，產(chǎn)品色澤均勻，呈現(xiàn)誘人的玫瑰紅色，有豬肉特征香味，且香味協(xié)調(diào)，無異味，可接受度最高。方差分析可知，真空度對(duì)豬肉色澤、口感具有顯著影響（p＜0.05），而對(duì)氣味和滋味沒有顯著影響（p＞0.05）。

綜上，選擇0.06、0.08、0.1MPa三個(gè)水平的真空度進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

圖3 真空度對(duì)豬肉感官評(píng)定結(jié)果的影響Fig.3 Effectof vacuum pressure on the sensory evaluation of pork

2.2 鹽水濃度對(duì)豬肉腌制效果的影響

圖4 鹽水濃度對(duì)豬肉鹽分滲透的影響Fig.4 Effectof brine concentration on salt penetration in pork

圖5 不同鹽水濃度對(duì)豬肉水分含量的影響Fig.5 Effectof brine concentration on porcinewater content

2.2.1 鹽水濃度對(duì)豬肉食鹽內(nèi)滲量及水分含量的影響 從圖4可知，隨著腌制液濃度的增加，豬肉食鹽內(nèi)滲量也逐漸增大，從直線斜率可知，鹽分滲透速度在第1h內(nèi)最大，而后逐漸減小并在4h左右達(dá)到腌制平衡。隨著鹽分的不斷滲透，組織中的水分也不斷失去，如圖5所示，失水速度隨鹽水濃度的增大而增大。不同鹽水濃度對(duì)豬肉腌制效果的影響是極顯著的（p＜0.01），這是因?yàn)闈B透壓與溶質(zhì)分子量及其濃度有一定的關(guān)系，對(duì)于固定分子量的滲透溶液來說，濃度不同引起滲透壓的不同[13]。鹽水濃度越大，滲透壓越大，鹽分滲透速度就越快，豬肉鹽分含量就越高，這與章斌[6]、劉成國[7]的研究結(jié)果相一致。

2.2.2 鹽水濃度對(duì)豬肉感官評(píng)定的影響 不同鹽水濃度對(duì)豬肉感官評(píng)定結(jié)果如圖6所示，從圖6可以看出鹽水溶液的濃度影響了豬肉的感官評(píng)定結(jié)果?？傮w來講，隨著鹽水濃度的增大，豬肉的顏色更加均勻，色澤不斷加深；豬肉的特征香味隨之變得濃郁。在6%的鹽水濃度下腌制，豬肉從口感和氣味來講，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)均最高，可接受度最高；而8%鹽水濃度腌制6h后，由于鹽水濃度過高導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性程度大，從而使豬肉硬度增大，彈性降低，口感和滋味都變差。

綜上，根據(jù)鹽水濃度及腌制時(shí)間對(duì)豬肉腌制效果的影響結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)周期及經(jīng)濟(jì)成本分析，選擇4%、6%、8%的鹽水濃度，選擇4、5、6h的腌制時(shí)間進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

圖6 鹽水濃度對(duì)豬肉感官評(píng)定結(jié)果的影響Fig.6 Effectofbring concentration the sensory evaluation ofpork

2.3 響應(yīng)面模型擬合及方差分析

由于食鹽內(nèi)滲量與水分含量呈負(fù)相關(guān)的增長關(guān)系，食鹽內(nèi)滲量能夠在一定程度上反映出水分含量的變化情況，故在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以鹽水濃度（A）、真空度（B）、真空腌制時(shí)間（C）為影響因子，以豬肉食鹽內(nèi)滲量（Y1）和感官評(píng)定值（Y2）兩個(gè)指標(biāo)作為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

利用Design Expert 8.0.5軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分別獲得了豬肉食鹽內(nèi)滲量和感官評(píng)定值與自變量鹽水濃度（A）、真空度（B）、真空腌制時(shí)間（C）的二次多項(xiàng)回歸方程：

進(jìn)一步對(duì)該回歸模型進(jìn)行方差分析，由表4可知，Y1模型p＜0.01，表明該模型達(dá)到極顯著水平，失擬項(xiàng)p＞0.05，差異不顯著，模型的決定系數(shù)R2=0.9628，矯正決定系數(shù)R=0.9750，表明響應(yīng)值變化的97.50%能用該模型來解釋，可知模型擬合程度良好，實(shí)驗(yàn)誤差小。由表4可以看出，影響食鹽內(nèi)滲量的因素主次順序?yàn)椋蝴}水濃度＞腌制時(shí)間＞真空度，且鹽水濃度與真空度之間具有極顯著的交互作用（p＜0.01），鹽水濃度與腌制時(shí)間、真空度與腌制時(shí)間之間則沒有顯著的交互作用（p＞0.05）。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table3 Experiment design and results of response surfacemethodology

表4 Y1回歸模型方差分析Table4 ANOVA for the regressionmodel of Y1

從表5可知，Y2模型p＜0.01，表明該模型極顯著，失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05），說明模型選擇正確，模型的決定系數(shù)R2=0.9717，矯正決定系數(shù)R=0.9354，表明響應(yīng)值變化的93.54%能用該模型來解釋，可知模型擬合程度良好，實(shí)驗(yàn)誤差小。從表中還可看出，影響感官評(píng)定的因素主次順序?yàn)椋蝴}水濃度＞腌制時(shí)間＞真空度，且鹽水濃度與真空度之間具有極顯著的交互作用（p＜0.01），真空度與腌制時(shí)間之間具有顯著的交互作用（p＜0.05），而鹽水濃度與腌制時(shí)間之間則沒有顯著的交互作用（p＞0.05）。

表5 Y2回歸模型方差分析Table5 ANOVA for the regressionmodel of Y2

2.4 響應(yīng)面分析

圖7、圖8分別給出了鹽水濃度、真空度、真空腌制時(shí)間之間交互作用對(duì)豬肉鹽含量、感官評(píng)定的響應(yīng)面曲線圖。由圖7（a～c）可以看出，圖7（a）響應(yīng)曲面的坡度較陡，說明真空度與鹽水濃度的交互作用對(duì)食鹽含量的影響較敏感，食鹽含量隨鹽水濃度的增加而增加，隨真空度的增大先增加后減小；圖7b、圖7c響應(yīng)曲面較平，坡度較小，表明真空度與腌制時(shí)間、鹽水濃度與腌制時(shí)間對(duì)食鹽含量的影響不顯著，與表4方差分析結(jié)果一致。

圖7 各因素交互作用對(duì)食鹽含量的影響Fig.7 Interactions between different parameters on salt content

由圖8（a～c）可知，圖8（a）、圖8（c）響應(yīng)曲面坡度較陡，等高線較密，說明真空度與鹽水濃度、真空度與腌制時(shí)間的交互作用對(duì)感官評(píng)定的影響顯著，感官評(píng)定分值隨真空度和鹽水濃度的增大而增大，隨真空度和腌制時(shí)間的增大而增大；而圖8（b）中，感官評(píng)定分值隨鹽水濃度和腌制時(shí)間的增大而先增大后減小。

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化及驗(yàn)證

對(duì)二次多項(xiàng)回歸模型進(jìn)行最優(yōu)求解，得出鹽水濃度為7.67%、真空度為0.09MPa、真空作用時(shí)間為5.45h時(shí)，豬肉食鹽內(nèi)滲量為1.72%，感官評(píng)定為71.65分，豬肉腌制效果最佳?？紤]到實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中的可操作性及簡便性，將鹽水濃度定為8%，真空度為0.09MPa，真空作用時(shí)間為6h。為了檢驗(yàn)所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化參數(shù)對(duì)豬肉進(jìn)行3次平行真空腌制驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果如表6所示。從表6中可以看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果值與響應(yīng)面理論預(yù)測值接近，因此，認(rèn)為基于該響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化配方參數(shù)準(zhǔn)確可靠，模型能夠較好的預(yù)測豬肉在真空腌制過程中氯化鈉含量和感官評(píng)定的變化情況。

圖8 各因素交互作用對(duì)感官評(píng)定的影響Fig.8 Interactions between different parameters on on salt content

表6 最佳真空腌制工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證Table6 Verification study of best vacuum brining process

3 結(jié)論

3.1 豬肉鹽含量隨鹽水濃度和真空度的增大而增大；在同一真空度和鹽水濃度下，隨腌制時(shí)間的延長而增大。

3.2 通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了豬肉食鹽內(nèi)滲量和感官評(píng)定兩個(gè)響應(yīng)值與各因素之間的數(shù)學(xué)模型，并依據(jù)模型和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證確定了最佳腌制條件為：鹽水濃度8%，真空度0.09MPa、真空腌制時(shí)間6h，此時(shí)豬肉的食鹽內(nèi)滲量為1.75%，感官評(píng)定值為75.33分。兩個(gè)模型回歸極顯著，對(duì)實(shí)驗(yàn)擬合程度較高，能夠較好的分析和預(yù)測在真空腌制過程各因素對(duì)豬肉腌制效果的影響。

[1]曾慶孝，芮漢明，李汴生.食品加工與保藏原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]龔海輝，謝晶，張青.真空浸漬在果蔬加工中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技，2008，29（5）：291-294.

[3]宋蓮軍，祝美云.真空浸漬技術(shù)在紅小豆加工中的應(yīng)用研究[J].西部糧油科技，2003（4）：22-24.

[4]徐珠潔，謝晶，劉世雄.真空浸漬對(duì)蘋果強(qiáng)化營養(yǎng)的研究[J].食品科學(xué)，2008，29（11）：142-146.

[5]Barat J M，Chiralt A，F(xiàn)ito P.Effect of osmotic solution concentration，temperature and vacuum impregnation pretreatment on osmotic dehydration kinetics of apple slices[J].Food Science and Technology International，2001，7：451-456.

[6]章斌，林平，李遠(yuǎn)志，等.真空腌制對(duì)鴨肫腌制工藝的影響研究[C].“亞運(yùn)食品安全保障與廣東食品產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”學(xué)術(shù)研討會(huì)暨2009年廣東省食品學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2009：324-326.

[7]劉成國，羅揚(yáng)，王冬冬，等.臘肉真空腌制工藝條件的優(yōu)化[J].食品科技，2011，36（7）：116-119.

[8]羅揚(yáng).真空腌制在臘肉加工中的應(yīng)用技術(shù)研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[9]GB/T 9695.8-2008.肉與肉制品氯化物含量測定[S].

[10]GB_5009.3-2010.食品中水分的測定[S].

[11]N Graiver，A Pinotti，A Califano，et al.Diffusion of sodium chloride in pork tissue[J].Journal of Food Engineering，2006，77（4）：910-918.

[12]Deumier F，Bohuon P，Trystram G，et al.Collignan.Pulsed vacuum brining ofpoultrymeat：Experimental study on the impact ofvacuum cyclesonmass transfer[J].Journalof Food Engineering，2003，58：75-83.

[13]章銀良.海鰻腌制加工技術(shù)的研究[D].無錫：江南大學(xué)，2007.