響應(yīng)面法優(yōu)化鴨胸肉保水工藝中復(fù)合磷酸鹽配比

劉學(xué)軍，周麗麗

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

肉的保水性是影響肉制品的重要品質(zhì)之一[1]，在肉制品的生產(chǎn)過(guò)程中使用較多的保水劑是復(fù)合磷酸鹽[2]。在食品加工中，磷酸鹽的功能主要有兩個(gè)方面，首先是作為品質(zhì)改良劑，磷酸鹽的特殊結(jié)構(gòu)使他具有多種作用，例如：它可以絡(luò)合金屬離子，與蛋白質(zhì)反應(yīng)；其次是作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，可以用于兒童食品以及專門的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品的鈣鐵強(qiáng)化劑[3]。另外，在肉制品的加工過(guò)程中，磷酸鹽具有保持肉的持水性、增進(jìn)結(jié)著力等作用[4]。

肉制品的嫩度是肉主要的感官指標(biāo)之一[5]，肉的嫩度與其本身的保水性有密切的關(guān)系，測(cè)定肉的嫩度和保水性具有重要的意義[6-7]。肉的保水性是指肉類在加工過(guò)程中，對(duì)自身的水分以及添加到肉中水分的保持能力，它的保水性是通過(guò)蛋白質(zhì)凝膠狀結(jié)構(gòu)和靜電作用實(shí)現(xiàn)的[8]。體現(xiàn)磷酸鹽作用的例子有很多，例如：在模擬零售展覽時(shí)，單一磷酸鹽對(duì)牛肉色澤的作用[9]、復(fù)合磷酸鹽對(duì)魚糜制品的保水效果研究[10]、混合磷酸鹽對(duì)老齡鴨肉的品質(zhì)改善效果研究[11]、磷酸鹽對(duì)雞胸肉制品的影響[12]、磷酸鹽對(duì)五香牛肉出品率的影響[13]。另外，國(guó)外研究報(bào)道了氯化鈉、磷酸鹽種類及濃度和注射率對(duì)牛肉品質(zhì)及感官特性的影響[14]。在磷酸鹽的保水作用方面，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于肉制品中，例如添加復(fù)合磷酸鹽的海鱸魚具有較小的蒸煮損失[15]、草魚魚糜因添加了焦磷酸鈉而形成硬而具有彈性的凝膠[16]。分別采用僵直前、成熟后和冷凍的肉做成香腸，考察磷酸鹽對(duì)肉的保水性的影響[17]，結(jié)果表明：用僵直前的肉制作的香腸具有更加好的產(chǎn)率與相對(duì)持久的硬度，但是，在貯存的過(guò)程中，單一磷酸鹽相對(duì)于氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已到達(dá)3%，且此種香腸的持水性和質(zhì)構(gòu)不佳，說(shuō)明單獨(dú)使用一種磷酸鹽是不可行的。磷酸鹽混合物對(duì)雞胸肉鹽溶蛋白凝膠具有一定的影響，不同磷酸鹽混合物改善凝膠特性的程度不同。磷酸鹽與真空包裝對(duì)延長(zhǎng)冷藏鱸魚片的貨架期也具有組合效應(yīng)[18]。

本研究應(yīng)用響應(yīng)面法，建立復(fù)合磷酸鹽與保水率指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型，以得到最優(yōu)的磷酸鹽配比，從而提高鴨胸肉的保水性，為企業(yè)的生產(chǎn)提供良好的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用經(jīng)國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)檢疫合格的同一批次同一日齡（42 d）屠宰的櫻桃谷鴨的鴨胸肉，來(lái)源于四平市遼河畜禽有限公司。

焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉（均為食品級(jí)） 杭州聚和生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BAS124S-CW電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料肉的處理方法

將整理后放入冷庫(kù)中貯存的鴨胸肉塊取出，按照工藝要求切成大小相近、厚薄一致的肉片，將10片分為一組并編號(hào)稱質(zhì)量，記為m1，選擇3 組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終結(jié)果取3 組的平均值。將肉片放入腌制液中腌制，待腌制結(jié)束后，將肉片擺放到鐵質(zhì)網(wǎng)篩上靜置，等到肉片不再有液滴滲落時(shí)稱質(zhì)量，記為m2。

1.3.2 保水率的測(cè)定

式中：m1為腌制前鴨胸肉的質(zhì)量/g；m2為腌制后鴨胸肉的質(zhì)量/g。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

在試驗(yàn)的過(guò)程中，考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響情況。

1.3.4 響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 響應(yīng)面因素水平表Table 1 Factors and levels used in RSM design

采用響應(yīng)面法（response surface methodology，RSM）[19-21]優(yōu)化工藝條件。本研究在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉3 個(gè)因素為響應(yīng)變量，鴨胸肉保水率為響應(yīng)值，試驗(yàn)因素和水平見表1。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Design-Expert 8.05b軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，建立回歸方程，并作等高線圖及曲面圖，利用該組圖可以對(duì)任何兩種因素的交互效應(yīng)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，并從中確定最佳方案。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 焦磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響

圖1 焦磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響Fig.1 Effect of sodium pyrophosphate at different concentrations on WHC of duck breast meat

由圖1可以看出，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的焦磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響較大，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加鴨胸肉的保水率明顯增加；但當(dāng)其高于0.24%時(shí)，鴨肉的保水率緩慢地降低，所以選擇0.24%的焦磷酸鈉。

2.1.2 三聚磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響

圖2 三聚磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響Fig.2 Effect of sodium tripolyphosphate at different concentrations on WHC of duck breast meat

由圖2可以看出，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的三聚磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響較大，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加鴨胸肉的保水率明顯增加；但當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于0.24%時(shí)，鴨胸肉的保水率呈現(xiàn)略微下降的趨勢(shì)，此時(shí)三聚磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對(duì)鴨胸肉的保水率有較小的影響。

2.1.3 六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響

圖3 六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響Fig.3 Effect of calgon at different concentrations on WHC of duck breast meat

由圖3可以看出，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響較大，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加鴨胸肉的保水率明顯增加；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.12%時(shí)，鴨胸肉的保水率達(dá)到最高；當(dāng)其繼續(xù)增加，鴨胸肉的保水率處于平緩的趨勢(shì)，由此單因素試驗(yàn)可看出，六偏磷酸鈉的最適添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)合磷酸鹽配比進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

如表2所示，共17 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中有12 個(gè)析因點(diǎn)，5 個(gè)是零點(diǎn)，析因點(diǎn)是自變量取值在A、B、C所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)；零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行5 次重復(fù)試驗(yàn)，用以估算試驗(yàn)誤差。

2.2.2 回歸方程的建立及顯著性檢驗(yàn)

利用Design-Expert 8.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到的回歸方程如下：

保水率=31.99＋0.97A＋1.28B＋0.61C－0.84AB－0.14AC＋2.38BC－1.58A2－1.75B2－2.82C2

保水率回歸模型十分顯著，P＜0.000 1，R2和校正R2分別為 0.991 8、0.981 2，一次項(xiàng)A、B、C，二次項(xiàng)A2、B2、C2及交互項(xiàng)AB、BC對(duì)保水率都有非常顯著影響（P＜0.01）。

表3 二次回歸模型的方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance for the fitted quadratic regression model

由方差分析（表3）可以看出，模型P值小于0.000 1，表明該回歸模型極顯著，不同處理間的差異高度顯著，說(shuō)明這種試驗(yàn)方法是準(zhǔn)確可靠的，使用該方程模擬真實(shí)的三因素三水平的分析是可行的。由表中P值可以知道，在所選的各因素水平范圍內(nèi)，對(duì)結(jié)果的影響排序?yàn)椋喝哿姿徕c＞焦磷酸鈉＞六偏磷酸鈉；并且模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為 99.18%，大于90%，說(shuō)明模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差小，可以用該模型方程來(lái)分析和預(yù)測(cè)不同配比的磷酸鹽對(duì)鴨胸肉保水率的變化情況。

由表3的P值可以知道，方程中B、BC、A2、B2、C2對(duì)保水率有極顯著影響（P＜0.001），A、C、AB對(duì)保水率有非常顯著影響（P＜0.01），表明試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值也有很大的影響，交互項(xiàng)作用的影響較小。

2.2.3 保水率響應(yīng)曲面分析與優(yōu)化

根據(jù)回歸模型作出相應(yīng)的等高線和響應(yīng)面見圖4～9，比較兩組圖響應(yīng)面最高點(diǎn)和等高線可知，在所選范圍內(nèi)存在極值，即響應(yīng)面最高點(diǎn)，同時(shí)也是等高線最小橢圓的中心點(diǎn)。

當(dāng)六偏磷酸鈉的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%時(shí)，焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響見圖4和圖5。由圖4、5可以看出，焦磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.16%～0.32%范圍內(nèi)，鴨胸肉的保水率變化不大；三聚磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.16%～0.32%的范圍內(nèi)，鴨胸肉的保水率變化呈緩慢趨勢(shì)。

圖4 焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率影響的等高線圖Fig.4 Contour plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate on WHC of duck breast meat

圖5 焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and sodium tripolyphosphate on WHC of duck breast meat

圖6 焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率影響的等高線圖Fig.6 Contour plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and calgon on WHC of duck breast meat

當(dāng)三聚磷酸鈉的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.24%時(shí)，焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響見圖6和圖7。由圖6、7可以看出，焦磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.16%～0.24%的范圍內(nèi)，鴨胸肉的保水率呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)其超過(guò)0.24%時(shí)，保水率變化呈下降趨勢(shì)；六偏磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%～0.12%的范圍內(nèi)，鴨胸肉的保水率呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)其超過(guò)0.12%時(shí)，保水率變化呈緩慢下降趨勢(shì)。

圖7 焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface plot showing the interactive effects between sodium pyrophosphate and calgon on WHC of duck breast meat

圖8 三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率影響的等高線圖Fig.8 Contour plot showing the interactive effects between sodium tripolyphosphate and calgon on WHC of duck breast meat

圖9 三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率影響的響應(yīng)面圖Fig.9 Response surface plot showing the interactive effects between sodium tripolyphosphate and calgon on WHC of duck breast meat

當(dāng)焦磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.24%時(shí)，三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對(duì)鴨胸肉保水率的影響見圖8和圖9。由圖8、9可以看出，三聚磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.16%～0.24%的范圍內(nèi)，鴨胸肉的保水率趨于平緩，但當(dāng)其超過(guò)0.24%時(shí)，保水率變化呈明顯下降趨勢(shì)；六偏磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%～0.14%的范圍內(nèi)，鴨胸肉的保水率呈明顯上升趨勢(shì)，但當(dāng)其超過(guò)0.14%時(shí)，保水率變化呈緩慢下降趨勢(shì)。

通過(guò)軟件分析，得到復(fù)合磷酸鹽的最佳配比為：焦磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、三聚磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%和六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.13%，此時(shí)保水率達(dá)到32.51%。為檢驗(yàn)響應(yīng)面法所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化配比進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到的實(shí)際平均保水率為32.28%，其相對(duì)誤差不到1%，因此基于響應(yīng)曲面法所得的優(yōu)化參數(shù)準(zhǔn)確可靠，得到的最佳配比具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

本研究利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件Design-Expert 8.05 b，通過(guò)二次回歸設(shè)計(jì)得到了鴨胸肉的保水率與焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉添加量的回歸模型，經(jīng)檢驗(yàn)證明該模型合理可靠，能較好地預(yù)測(cè)鴨胸肉的保水率。由該模型得到的優(yōu)化配比為焦磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、三聚磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%和六偏磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.13%，實(shí)際鴨胸肉的平均保水率為32.28%。

[1]李苗云, 趙改名, 張秋會(huì), 等.復(fù)合磷酸鹽對(duì)肉制品加工中的保水性優(yōu)化研究[J].食品科學(xué), 2009, 30(8): 80-85.

[2]韓敏義, 李巧玲.復(fù)合磷酸鹽在食品中的應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑,2004(3): 93-96.

[3]劉穎.復(fù)合磷酸鹽食品添加劑的開發(fā)及應(yīng)用研究[D].貴陽(yáng): 貴州大學(xué), 2008: 1-72.

[4]王道營(yíng), 諸永志, 徐為民.復(fù)合磷酸鹽在肉品加工中的應(yīng)用[J].食品研究與開發(fā), 2007, 28(10): 167-169.

[5]丁武, 寇莉萍, 任建.不同磷酸鹽對(duì)豬肌肉嫩度及保水性的影響[J].食品科學(xué), 2009, 30(21): 56-58.

[6]李紅偉, 尤文輝, 張俊杰, 等.磷酸鹽對(duì)肉制品持水力影響的研究[J].食品科技, 2003, 28(12): 39-41.

[7]鄭善強(qiáng), 佘亞飛.磷酸鹽在烘焙食品、海產(chǎn)品及肉制品中的應(yīng)用研究[C]//第十一屆中國(guó)國(guó)際食品添加劑和配料展覽會(huì)學(xué)術(shù)論文集.上海: [出版者不詳], 2007: 240-242.

[8]劉宗敏, 江紅波, 王鵬, 等.磷酸鹽在肉制品中應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].肉類工業(yè), 2010(8): 37-39.

[9]BAUBLITS R T, POHLMAN F W, BROWN JR A H, et al.Effects of enhancement with differing phosphate types, concentrations, and pump rates, without sodium chloride, on beefbiceps femorisinstrumental color characteristics[J].Meat Science, 2006, 72(3): 503-512.

[10]汪學(xué)榮, 周維祿.復(fù)合磷酸鹽對(duì)魚糜制品的保水效果研究[J].食品科技, 2002(9): 50-51.

[11]孫衛(wèi)青, 吳冬.混合磷酸鹽對(duì)老齡鴨肉的品質(zhì)改善效果研究[J].食品科技, 2005(2): 64-66; 70.

[12]羅欣, 張培正, 李洪玉.磷酸鹽對(duì)雞胸肉制品的影響[J].肉類研究,1997, 11(1): 14-16.

[13]馬儷珍, 劉志軍, 孫衛(wèi)青.磷酸鹽對(duì)五香牛肉出品率的影響[J].肉類工業(yè), 2000(8): 14-17.

[14]BAUBLITS R T, POHLMAN F W, BROWM JR A H, et al.Effects of sodium chloride, phosphate type and concentration, and pump rate on beef biceps femoris quality and sensory characteristics[J].Meat Science, 2005, 70(2): 205-214.

[15]尚校蘭, 劉安軍.超高壓處理添加復(fù)合磷酸鹽對(duì)海鱸魚保水性的比較[J].食品科學(xué), 2013, 34(6): 56-59.

[16]胡坤, 李棟燕, 余烈輝.多糖與磷酸鹽對(duì)草魚魚糜凝膠特性影響的研究[J].肉類工業(yè), 2010(5): 12-15.

[17]WANG Peng, XU Xinglian, ZHOU Guanghong.Effects of meat and phosphate level on water-holding capacity and texture of emulsiontype sausage during storage[J].Agricultural Sciences in China, 2009,8(12): 1475-1481.

[18]MASNIYOM P, BENJAKUL S, VISESSANGUAN W.Combination effect of phosphate and modified atmosphee on quality and shelf-life extension of refrigerated seabass slices[J].LWT-Food Science and Technology, 2005, 38(7): 745-756.

[19]JOYCE A P, LENNY S S.Use of response surface methods and path of steepest ascent to optimize ligand-binding assay sensitiveity[J].Journal of Immunological Methods, 2013, 392(1): 12-23.

[20]ALLAIX D L, CARBONE V I.An improvement of the response surface method[J].Structural Safety, 2011, 33(2): 165-172.

[21]朱彩平, 高貴田, 李建科, 等.響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取平菇多糖工藝研究[J].食品科學(xué), 2010, 31(4): 68-72.