醬牛肉應(yīng)力松弛特性實驗*

馬龍，武杰，趙大慶，許暉，楊國輝

1(蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，安徽 蚌埠，233000)2(蚌埠豐牧牛羊肉制品有限公司，安徽 蚌埠，233000)

醬牛肉是一種具有獨特地方特色的中國傳統(tǒng)醬鹵肉制品，該產(chǎn)品是熟肉制品，食用方便、風(fēng)味濃郁、柔嫩多汁、適口性好，深受廣大消費者的喜愛［1－2］。傳統(tǒng)手工加工醬牛肉制品生產(chǎn)加工工藝落后，不適宜貯藏，現(xiàn)做現(xiàn)食，就地銷售;近年來，隨著食品包裝技術(shù)與現(xiàn)代食品加工技術(shù)的發(fā)展，開始對傳統(tǒng)醬牛肉制品的加工工藝進行現(xiàn)代化改造，醬牛肉工業(yè)化生產(chǎn)小包裝方便食品應(yīng)運而生，該類產(chǎn)品已進入消費市場，走向千家萬戶［1－3］。

隨著經(jīng)濟水平的提高，消費者對肉制品的需求也日益增加。消費者選擇肉制品時主要由外觀、香氣、質(zhì)構(gòu)和滋味等感官品質(zhì)決定，其中質(zhì)構(gòu)品質(zhì)是消費者接受某種肉制品的重要因素［4］。傳統(tǒng)評價肉制品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)一般采用感官品嘗鑒別這一主觀評價的方法，易受主觀因素的影響，評價的可靠性和可比性不夠理想;為更加科學(xué)、客觀、準(zhǔn)確地描述和控制肉制品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，儀器測定成為表現(xiàn)肉制品質(zhì)構(gòu)的重要方法之一［5］。目前，使用質(zhì)構(gòu)儀對肉制品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進行評價應(yīng)用廣泛，以TPA 測試法居多［6－8］，而應(yīng)力松弛方法報道較少。應(yīng)力松弛就是給試樣瞬時加載，并使其發(fā)生相應(yīng)變形，然后保持這一變形，其內(nèi)部應(yīng)力隨時間變化的過程［9］。大多食品都屬于黏彈性物質(zhì)，應(yīng)力松弛試驗是研究黏彈性材料的常用試驗方法，其結(jié)果可以很好的反映出材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和粘彈性狀態(tài)，在預(yù)測食品質(zhì)構(gòu)特性和口感品質(zhì)方面起到非常重要的作用［9－10］。本研究采用英國TA. XT Express質(zhì)構(gòu)儀對醬牛肉進行應(yīng)力松弛試驗研究，建立醬牛肉的應(yīng)力松弛模型，獲得應(yīng)力松弛參數(shù)，考察應(yīng)力、應(yīng)變與時間的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

“金富帝”五香牛肉(200 g 包裝)，蚌埠豐牧牛羊肉制品有限公司;“五芳齋”牛肉(200 g 包裝)，浙江五芳齋實業(yè)股份有限公司;“恒盛”五香牛肉(200 g包裝)，安徽恒盛實業(yè)有限責(zé)任公司;“雨潤”香鹵牛肉(200 g 包裝)，馬鞍山雨潤食品有限公司;“正益”五香牛肉(200 g 包裝)，安徽正益肉類食品有限責(zé)任公司。

TA. XT Express 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理

在醬牛肉最厚處中心部位，用鋒利刀具按相同的紋路將樣品切成20 mm ×20 mm ×20 mm 的肉丁作為測試肉樣。

1.2.2 探頭型號與測試速度的選擇

在農(nóng)產(chǎn)品壓縮試驗中，探頭直徑與測試速度對試驗結(jié)果具有顯著影響［11］。參考文獻(xiàn)［8，11－12］選用P/5探頭(直徑5 mm)，測試速度1 mm/s，測試時探頭接觸與肌纖維走向平行的平面。

1.2.3 力-變形曲線測定

根據(jù)應(yīng)力松弛的定義，應(yīng)力松弛試驗需要在彈性變形范圍內(nèi)進行，故首先對樣品進行縱向破壞性壓縮試驗，通過力-變形曲線找出試樣彈性變形范圍，即對樣品施加的最大變形量［9，13］。

試驗條件:P/5 探頭(直徑5 mm)，測試速度1 mm/s，觸發(fā)力5 g，數(shù)據(jù)采集速率200 pps。

1.2.4 應(yīng)力松弛曲線測定

進行應(yīng)力松弛試驗時，選取縱向破壞壓縮試驗獲取的彈性變形范圍內(nèi)的某個變形量作為瞬時加載變形量，保持此變形量不變，測定試樣應(yīng)力與時間的關(guān)系曲線，根據(jù)測定結(jié)果繪制應(yīng)力松弛曲線并建立其流變學(xué)模型［9，13］。

試驗條件為:測試模式measure force in compression，探頭運行程序hold until time，P/5 探頭(直徑5 mm)，測前速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度5 mm/s，樣品變形量維持在10%，保持時間60 s，觸發(fā)力5 g，數(shù)據(jù)采集速率200 pps，每個品種做5 個平行。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

本試驗涉及到的全部數(shù)據(jù)處理過程均采用統(tǒng)計軟件IBM SPSS Statistics 20.0 進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 醬牛肉力-變形曲線特征

對5 個品牌醬牛肉進行縱向破壞性壓縮試驗發(fā)現(xiàn):當(dāng)樣品變形量設(shè)置在10%(壓縮2 mm)時，全部樣品均可繪制出形如圖1 所示的力-變形曲線，該曲線為一條直線，即力(應(yīng)力)與變形(應(yīng)變)成正比，故樣品變形量10%能夠保證全部樣品都屬于彈性形變;而樣品變形量擴大到20%(壓縮4 mm)，部分樣品的力-變形曲線不再出現(xiàn)出直線狀態(tài)。因此，在應(yīng)力松弛試驗中，選取樣品變形量10%作為瞬時形變的壓縮量。

圖1 醬牛肉力-變形曲線Fig．1 The curve of the pressure and deformation of spiced beef

2.2 醬牛肉應(yīng)力松弛特征

醬牛肉在固定10%的壓縮變形量下，應(yīng)力隨時間變化的曲線(即應(yīng)力松弛曲線)見圖2。從圖2 可以看出，隨著時間的推移，醬牛肉的應(yīng)力不斷下降，開始變化速度很快，逐漸變化緩慢，最后速度趨于平坦，表明醬牛肉具有應(yīng)力松弛現(xiàn)象，是一種既有彈性又有粘性的材料。

圖2 醬牛肉應(yīng)力松弛曲線Fig．2 Stress relaxation cure of spiced beef

研究表明，大多數(shù)食品物料的應(yīng)力松弛特性可用廣義Maxwell 模型進行描述，該模型由一個彈簧并聯(lián)若干個Maxwell 模型構(gòu)成，其模型結(jié)構(gòu)見圖3，其應(yīng)力松弛方程為［14］:

式中:σ(t)，應(yīng)力松弛過程中任意時刻t時的應(yīng)力，MPa;t，應(yīng)力松弛試驗時間，s;ε0，壓縮變形量，%，ε0=10%;E0，平衡彈性模量，MPa;Ei，衰變彈性模量，MPa;τi，松弛時間，s;ηi，阻尼體粘滯系數(shù)，MPa·s，ηi=Ei×τi。

圖3 廣義Maxwell 模型Fig．3 Generalized Maxwell model

分別以三元件模型(1 個彈簧并聯(lián)1 個Maxwell模型)、五元件模型(1 個彈簧并聯(lián)2 個Maxwell 模型)和七元件模型(1 個彈簧并聯(lián)3 個Maxwell 模型)對應(yīng)力松弛曲線的原始試驗數(shù)據(jù)進行非線性回歸擬合［13］。擬合結(jié)果:三元件模型的決定系數(shù)R2在0.941 ～0.958 內(nèi)，五元件模型的決定系數(shù)R2在0.995 ～0.997 內(nèi)，七元件模型的決定系數(shù)R2在0.997 ～0.999 內(nèi)，故五元件模型和七元件模型對應(yīng)力松弛曲線的擬合度都很高，2 個模型都能很好的描述醬牛肉的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。但是為了簡化數(shù)據(jù)，本試驗選用五元件模型來描述醬牛肉的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。

根據(jù)非線性回歸擬合計算獲得5 個品牌醬牛肉 五元件模型應(yīng)力松弛參數(shù)，各數(shù)值見表1。

表1 五個品牌醬牛肉的應(yīng)力松弛參數(shù)(n=5)Table 1 Stress-relaxation parameters of five varieties of spiced beef

2.3 應(yīng)力松弛參數(shù)之間的主成分分析結(jié)果

對表1 中醬牛肉應(yīng)力松弛參數(shù)進行相關(guān)性分析，應(yīng)力松弛參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)結(jié)果見表2。從表2 可以看出，醬牛肉的部分應(yīng)力松弛參數(shù)之間存在著一定的相關(guān)性，即參數(shù)之間相互影響，存在信息重疊的現(xiàn)象，故可采用主成分分析對其應(yīng)力松弛參數(shù)進行分析。

表2 醬牛肉應(yīng)力松弛參數(shù)相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 The correlation matrix of stress-relaxation parameters of spiced beef

繼續(xù)對表1 數(shù)據(jù)進行主成分分析，分析結(jié)果見表3 和表4。從表3 可以看出，前2 個主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了95.77%，且特征值均大于1，故醬牛肉的應(yīng)力松弛特性參數(shù)可以被第一和第二主成分很好的解釋。根據(jù)表4 中主成分載荷量可知，第一主成分F1主要反映了參數(shù)x1、x2、x4、x5、x7的信息，即物體的黏性和彈性;第二主成分F2主要反映了參數(shù)x3和x6的信息，即物體的松弛時間。松弛時間是應(yīng)力松弛模型中的一個非常重要的參數(shù)，松弛時間越長，物料結(jié)構(gòu)越強，肌原纖維蛋白分子間黏結(jié)力越大，互相滑動所需的時間也就越長［15］。

按照文獻(xiàn)［16］的方法計算出主成分的特征向量列于對表4，根據(jù)主成分特征向量可以得出2 個主成分的表達(dá)式:

主成分F1=0.42x1+0.44x2－0.05x3+0.45x4+0.45x5+0.21x6+0.44x7(式中xi為表1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù))。

主成分F2= －0.21x1－0.19x2+0.72x3+0.08x4－0.07x5+0.62x6+0.16x7(式中xi為表1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù))。

表3 相關(guān)矩陣的特征值與方差貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues and percentage of the correlation matrix

表4 主成分載荷矩陣與特征向量Table 4 Component matrix and eigenvectors

3 結(jié)論

(1)醬牛肉是黏彈性材料，其應(yīng)力松弛現(xiàn)象可以用五元件廣義Maxwell 模型來模擬，而且擬合效果很好。

(2)通過非線性回歸分析獲得了不同品牌醬牛肉的7 個應(yīng)力松弛流變學(xué)參數(shù)。

(3)醬牛肉的7 個應(yīng)力松弛參數(shù)之間存在一定的相關(guān)性，故可以進行主成分分析，結(jié)果將這7 個參數(shù)歸納為兩類，第一，醬牛肉的彈性和粘性，第二，醬牛肉的松弛時間。

［1］ 周光宏，畜產(chǎn)品加工學(xué)［M］. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2002:133.

［2］ 李博文，孔保華，楊振，等. 超聲波處理輔助腌制對醬牛肉品質(zhì)影響的研究［J］. 包裝與食品機械，2012，30(1):1 －4.

［3］ 喬曉玲，朱彤，張迎陽. 傳統(tǒng)醬牛肉制品工業(yè)化生產(chǎn)的工藝改進研究［J］. 肉類研究，2005，(1):33 －36.

［4］ Herrero A M，Oudonez J A，DE Avila R，et al.Breaking strength of dry fermented sausages and their correlation with texture profile analysis (TPA)and physico-chemical characteristics［J］. Meat Science，2007，77:331 －338.

［5］ 謝碧秀，孫智達(dá)，何會，等. 粉蒸肉質(zhì)構(gòu)特性的研究［J］. 食品科學(xué)，2009，30(5):82 －85.

［6］ Ma Hanjun，Ledward D A，High pressure/thermal treatment effects on the texture of beef muscle［J］. Meat Science，2004，68:347 －355.

［7］ Sazili A Q，Parr T，Sensky P L，et a1. The relationship betweens low and fast myosin heavy chain content，calpastatin and meat tenderness in different ovine skeletal muscles［J］. Meat Science，2005，69:17 －25.

［8］ 于慧春，李欣，張仲欣，等. 采用質(zhì)構(gòu)儀分析氯化鈣對牛肉品質(zhì)的影響［J］. 食品研究與開發(fā)，2009，30(5):35 －38.

［9］ 屠康，姜松，朱文學(xué). 食品物性學(xué)［M］. 南京:東南大學(xué)出版社，2006:90 －104.

［10］ 孟岳成，劉鑫，陳杰. 原料組分及應(yīng)力松弛與方便米線品質(zhì)的關(guān)系［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27(10):375－382.

［11］ 吳德光，蔣小明. 農(nóng)產(chǎn)品壓縮試驗研究及其應(yīng)用(1):壓縮試驗方法［J］. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1990，5(3):171 －176.

［12］ 陳磊，王金勇，李學(xué)偉. 儀器測定的豬肉質(zhì)構(gòu)性狀與感官性狀的回歸分析［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26(6):357 －362.

［13］ 周鵬，程玉來，荀博研，等. 番茄應(yīng)力松弛特性的研究［J］. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，39(6):744 －746.

［14］ 陸秋君，王俊，何喜玲. 常溫貯藏中番茄應(yīng)力松弛特性試驗［J］. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2005，36(7):77 －80.

［15］ 高昕，張亞琦，許家超，等. 不同干燥條件對鮑魚組織構(gòu)造及流變特性的影響［J］. 中國食品學(xué)報，2008，8(3):108 －115.

［16］ 林海明，張文霖. 主成分分析與因子分析的異同和SPSS 軟件［J］. 統(tǒng)計研究，2005(3):65 －68.