復(fù)配親水膠體對牛肉丸品質(zhì)特性的影響

蘇 博 聶乾忠 石秀清

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410128)

牛肉丸制品具有悠久歷史，是一種傳統(tǒng)手工肉制品，牛肉丸制作工藝簡單，風(fēng)味鮮美，食用方便，一直以來都深受消費(fèi)者親睞。但如何加工出凝膠強(qiáng)度高、彈性好、風(fēng)味獨(dú)特的牛肉丸仍是工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)方式需要解決的關(guān)鍵問題。

親水膠體是指能溶解于水，并在一定條件下充分水化形成粘稠、滑膩或膠凍溶液的大分子物質(zhì)，在加工食品中添加親水膠體可以起到增稠、強(qiáng)化質(zhì)構(gòu)、改善乳化特性等作用，使食品獲得良好的品質(zhì)特性［1］。關(guān)于親水膠體及其復(fù)配膠在肉糜制品中的應(yīng)用，國內(nèi)外已有許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究:汪學(xué)榮等［2，3］分別利用復(fù)配膠(魔芋精粉、黃原膠和卡拉膠)改善豬肉糜凝膠的強(qiáng)度與持水性;洪晶等［4］研究發(fā)現(xiàn)魔芋精粉、卡拉膠、黃原膠復(fù)配可以顯著提高雞肉丸的硬度，改善雞肉丸的感官品質(zhì);Petibon等［5］指出，與刺槐豆膠和黃原膠單獨(dú)使用相比，兩種膠體同時(shí)交聯(lián)使用的效果更佳好;Elizabeth等［6］將刺槐豆膠、馬鈴薯淀粉和κ-卡拉膠通過混料設(shè)計(jì)可以降低香腸的脂肪和鈉的含量;Lin等［7］的研究發(fā)現(xiàn)結(jié)冷膠和魔芋精粉的復(fù)配能夠改善低脂法蘭克福腸的質(zhì)構(gòu)特性;Zhou等［8］將κ-卡拉膠和氯化鈣加入到肉制品中，在高壓處理下有利于形成低脂低鹽肉制品。而親水膠體在牛肉丸中的應(yīng)用未見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)將研究肉糜制品中3種常用親水膠體(卡拉膠、瓜爾膠、刺槐豆膠)復(fù)配使用對牛肉丸品質(zhì)特性的影響，篩選出3種親水膠體最佳的復(fù)配比例，為研制品質(zhì)優(yōu)良的牛肉丸提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

牛肉、生姜、料酒、五香粉、胡椒粉、肉豆蔻粉:市售;

木薯淀粉:河南領(lǐng)航化工產(chǎn)品發(fā)展有限公司;

大豆分離蛋白:河南安陽市奇天生物技術(shù)有限公司;

食鹽:中鹽青島鹽業(yè)有限公司;

白糖:南京甘汁園糖業(yè)有限公司。

1.1.2 主要試劑

亞硝酸鈉:AR級，天津化學(xué)試劑有限公司;

異抗壞血酸鈉:AR級，鄭州味美食品有限公司;

三聚磷酸鹽鈉:AR級，湖北興發(fā)化工集團(tuán);

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶:1 000 U/g，上海東圣食品有限公司;

焦磷酸鈉:AR級，湖北興發(fā)化工集團(tuán);

κ-卡拉膠:AR級，鄭州鴻祥化工有限公司;

瓜爾豆膠:AR級，鄭州萬搏食品有限公司;

刺槐豆膠:AR級，鄭州康源化工有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

斬拌機(jī):BJBJ-60型，石家莊曉進(jìn)食品機(jī)械有限公司;

絞肉機(jī):BZBJ-O型，杭州艾博科技工程有限公司;

質(zhì)構(gòu)分析儀:TA-XT2i型，英國Stable System公司;

精密電子天平:TE212-L型，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;

電子天平:TP-5200B型，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司;

電磁爐:Md-3001型，美的電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 牛肉丸基本配方 原料肉500 g、食鹽12.5 g、三聚磷酸鹽1.2 g、亞硝酸鈉5 mg、異抗壞血酸鈉0.1 g、焦磷酸鹽0.8 g、白糖10 g、木薯淀粉75 g、大豆分離蛋白75 g、冰水100 g、復(fù)合香辛料17 g、親水膠體4 g。

1.3.2 牛肉丸加工工藝

牛肉→預(yù)處理→絞碎→配料→斬拌→制丸成型→凝膠化→煮制→冷卻→凍藏

(1)原料肉預(yù)處理:牛肉和肥膘經(jīng)過清洗后用直徑為6 mm的孔板絞制，經(jīng)絞制后放在0～4℃的低溫環(huán)境中備用。

(2)斬拌:將絞碎的肉糜倒入斬拌機(jī)里，再按先后秩序添加食鹽、磷酸鹽、香辛料、肥膘，并開啟斬拌機(jī)高速檔將肉糜斬拌成粘稠的肉餡，最后加入淀粉斬拌均勻，在整個(gè)斬拌過程中，通過加入冰塊將肉餡溫度控制在10℃以下。

(3)凝膠化:將斬拌后的肉餡在低溫室(0～4℃)靜置一個(gè)晚上，使其充分凝膠，然后手工搓丸，注意控制肉丸直徑為2 cm左右，將肉丸浸入設(shè)定好的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶反應(yīng)溫度的恒溫水浴鍋中一段時(shí)間(55℃，0.5%，1 h)，使轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶充分反應(yīng)。

(4)煮制:將成型后的肉丸置于90℃的水中煮制5 min。

1.3.3 親水膠體添加方式的篩選 根據(jù)一般食品工藝要求，選擇復(fù)配親水膠體添加量為0.8%(卡拉膠︰刺槐豆膠︰瓜爾膠=2︰2︰1)。在肉糜斬拌過程中，親水膠體以干粉和凝膠兩種方式添加。測定兩種添加方式制作的肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度并進(jìn)行比較。

1.3.4 親水膠體的混料復(fù)配設(shè)計(jì) 利用Design Expert(Version6.0.5，Stat-Ease InC.，Minneapolis，MN USA)軟件，采用混料(mixture)設(shè)計(jì)的方法［9］，對由3種親水膠體組成的復(fù)配增稠劑的配方進(jìn)行優(yōu)化。以卡拉膠、刺槐豆膠和瓜爾豆膠的用量為自變量，以牛肉糜的硬度、持水性和凝膠強(qiáng)度為因變量。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果確定了反應(yīng)體系中每種膠體的用量限度分別為卡拉膠的用量為0.3% ～0.6%，刺槐豆膠的用量為0.1% ～0.4%，瓜爾豆膠的用量為0.1% ～0.4%。

1.3.5 牛肉丸硬度的測定 按參考文獻(xiàn)［10］的方法修改如下:將凍藏好的肉丸在沸水中加熱15 min，取出自然冷卻，然后將肉丸切成厚度為15 mm的鼓狀，采用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀(英國)對樣品進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測試。

1.3.6 牛肉丸持水性的測定 按參考文獻(xiàn)［11］的方法修改如下:將樣品切成厚1 cm的薄片并稱其質(zhì)量(W1)，下面放3張濾紙，上面放2張濾紙，用1 kg的重物壓制并保持8 min，去掉濾紙，再次稱量(W2)，失水率按式(1)計(jì)算，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果為3次測定結(jié)果的平均值。

式中:

U——持水率，%;

W1——樣品質(zhì)量，g;

W2——失水后的樣品質(zhì)量，g。

1.3.7 牛肉丸凝膠強(qiáng)度的測定 按參考文獻(xiàn)［12］的方法修改如下:將制備好的牛肉丸從4℃溫度下取出，室溫放置，當(dāng)肉丸溫度達(dá)到室溫時(shí)，將其切成厚度為15 mm的鼓狀，由TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀(英國)直接測定。其中破斷強(qiáng)度反映了牛肉丸凝膠的脆性，凹陷深度反映了牛肉丸凝膠彈性，二者的乘積即為肉丸凝膠強(qiáng)度。

1.3.8 牛肉丸模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)方法 按參考文獻(xiàn)［13］的方法修改如下:

(1)選取10名食品專業(yè)的學(xué)生作為評價(jià)員，用雙盲法進(jìn)行檢驗(yàn)，并對樣本進(jìn)行密碼編碼，評定組成員單獨(dú)完成感官評價(jià)，不得相互溝通交流，每次評定完成后用清水漱口再開始下一批產(chǎn)品的感官評價(jià)。感官評價(jià)表見表1。

表1 牛肉丸感官評價(jià)表Table 1 Standard of sensory evaluation of beef meat fillet

(2)評價(jià)因素集X的確定:評價(jià)因素集X即牛肉丸評價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的因素集合。X=(x1，x2，x3，x4)。其中 x1，x2，x3，x4分別代表試驗(yàn)過程中評價(jià)牛肉丸時(shí)需要評價(jià)的指標(biāo)，所以X=(口感，質(zhì)構(gòu)，滋味，外形)。

(3)得分集 U 的確定:得分集 U=(u1，u2，u3，u4)，其中u1，u2，u3，u4分別代表優(yōu)、良、中、差 4 個(gè)等級，4 個(gè)等級分別對應(yīng) 90，80，70，60 4 個(gè)分值。即 U=(90，80，70，60)。

(4)模糊評價(jià)權(quán)重集L的確定:采用強(qiáng)制決定法得到權(quán)重集 L 為(0.35，0.3，0.2，0.15)對應(yīng)的指標(biāo)分別為口感、質(zhì)構(gòu)、滋味、外形。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配親水膠體添加方式的選擇

親水膠體的兩種添加方式(干粉添加、凝膠添加)對牛肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度的影響見圖1～3。其中干粉添加、凝膠添加經(jīng)過比例換算保證了肉丸中總含水量一致。

圖1 添加方式對牛肉丸硬度的影響Figure 1 Effect of adding method on hardness of beef meat fillet

圖2 添加方式對牛肉丸持水性的影響Figure 2 Effect of adding method on water-holding capacity of beef meat fillet

圖3 添加方式對牛肉丸凝膠強(qiáng)度的影響Figure 3 Effect of adding method on gel strength of beef meat fillet

由圖1～3可知，兩種添加方式對牛肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度影響明顯，經(jīng)過ANOVA顯著性分析得到，凝膠添加與干粉添加兩種添加方式對牛肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度影響差異顯著(P＜0.05)。其中復(fù)配親水膠體以凝膠方式添加相對于空白硬度提高了15.8%、持水性提高了15.2%、凝膠強(qiáng)度提高約13%。復(fù)配親水膠體以干粉方式添加相對于空白硬度提高了36.7%、持水性提高了20.5%、凝膠強(qiáng)度提高了約18%。親水膠體兩種添加方式對牛肉丸品質(zhì)改良效果差異較大，可能是因?yàn)楦煞厶砑訒r(shí)，親水膠體在肉糜中分布得更加均勻，在加熱過程中膠體與膠體、膠體與肉中蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用，形成共混凝膠，凝膠強(qiáng)度較強(qiáng)，而以凝膠形式添加時(shí)，親水膠體之間凝膠已形成，親水膠體與蛋白質(zhì)凝膠之間彼此獨(dú)立，同時(shí)，親水膠體的凝膠顆粒阻礙了蛋白質(zhì)之間的凝膠形成，因此形成的凝膠強(qiáng)度較低，凝膠結(jié)構(gòu)不緊湊，導(dǎo)致產(chǎn)品的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度都比干粉形式添加制作的牛肉丸低。

綜上所述，親水膠體以干粉形式添加比以凝膠形式添加制作的肉丸品質(zhì)更佳。

2.2 復(fù)配親水膠體混料設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果 復(fù)配親水膠體總添加量取0.8%進(jìn)行混料設(shè)計(jì)，混料設(shè)計(jì)因素水平見表2，混料設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

利用Design Expert對3個(gè)響應(yīng)值的試驗(yàn)值進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，得到二次多元回歸模型。3個(gè)響應(yīng)值的回歸模型方程及方差分析見表4。

由表4可知，3個(gè)指標(biāo)的二次模型都達(dá)到0.001的極顯著水平，校正后的決定系數(shù)()達(dá)到 0.934 1 ～0.969 9，表明二次模型與指標(biāo)之間擬合度良好。

2.2.2 復(fù)配膠體中各組分變化對牛肉丸硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度的影響 混料設(shè)計(jì)可以根據(jù)各組分的三元等值線圖直觀地觀察各組分間的變化對指標(biāo)的影響。圖4～6分別是卡拉膠、刺槐豆膠、瓜爾膠的交互作用對牛肉丸硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度的影響。由圖4～6可知，卡拉膠與瓜爾膠的交互作用對牛肉丸硬度影響較大，當(dāng)卡拉膠、瓜爾膠所占比例分別為0.45%，0.10%時(shí)，牛肉丸硬度的預(yù)測值最大，達(dá)到2 270g。卡拉膠與刺槐豆膠的交互作用對牛肉丸的持水性影響較大，當(dāng)卡拉膠、刺槐豆膠分別為0.45%，0.25%時(shí)，牛肉丸的持水性最好，其值為82.7%?？ɡz與瓜爾膠的交互作用對牛肉丸的凝膠強(qiáng)度影響較大，當(dāng)卡拉膠與瓜爾豆膠所占的比例分別為0.45%，0.25%時(shí)，牛肉丸凝膠強(qiáng)度的預(yù)測值最大，其值為1 535 g·mm。

表2 復(fù)合親水膠體－混料設(shè)計(jì)因素水平表Table 2 Factors and levels in mixture design of compound hydrocolloids %

表3 混料設(shè)計(jì)及硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度的實(shí)測值Table 3 Mixture Design matrix with experimental scores of hardness water-holding capacity and gel-strength

2.3 復(fù)配親水膠體配方的優(yōu)化

為了得到最優(yōu)的產(chǎn)品配方，先設(shè)定各組分的變化范圍，然后設(shè)定所期望的響應(yīng)值(見表5)，經(jīng)過軟件運(yùn)算，從所有試驗(yàn)組合中進(jìn)行最陡爬坡試驗(yàn)，直到達(dá)到或接近目標(biāo)響應(yīng)值。同時(shí)篩選出了符合要求的2個(gè)組合，見表6，并預(yù)測了試驗(yàn)結(jié)果，從表6中可以看出，最佳的試驗(yàn)組合為卡拉膠0.465%，刺槐豆膠0.183%，瓜爾豆膠0.153%。

按照最優(yōu)化后的配方比例制作復(fù)配膠并添加到牛肉丸中并分別測定牛肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度，其結(jié)果為硬度2 267 g、持水性82.1%、凝膠強(qiáng)度1 561 g·mm，與預(yù)測值較一致。為了生產(chǎn)方便，選擇復(fù)配膠比例為卡拉膠0.47%、刺槐豆膠0.18%、瓜爾豆膠0.15%為最佳的復(fù)配親水膠體比例。

表4 評價(jià)指標(biāo)的預(yù)測模型及方差分析Table 4 Evaluation and prediction model analysis of variance

圖4 卡拉膠、刺槐豆膠和瓜爾豆膠的交互作用對牛肉丸硬度的影響Figure 4 Effects of interactions on beef meat fillet hardness

圖5 卡拉膠、刺槐豆膠和瓜爾膠的交互作用對牛肉丸持水性的影響Figure 5 Effects of interactions on beef meat fillet water-holding capacity

圖6 卡拉膠、刺槐豆膠和瓜爾膠的交互作用對牛肉丸凝膠強(qiáng)度的影響Figure 6 Effects of interactions on beef meat fillet capacity of gel strength

表5 試驗(yàn)變量和響應(yīng)值的目標(biāo)范圍Table 5 Desirable range for each variable and response

表5 試驗(yàn)變量和響應(yīng)值的目標(biāo)范圍Table 5 Desirable range for each variable and response

A.卡拉膠;B.刺槐豆膠;C.瓜爾豆膠。

名稱 目標(biāo) 低限 高限A/% 在范圍內(nèi)1 500 1 600 0.3 0.6 B/% 在范圍內(nèi) 0.1 0.4 C/% 在范圍內(nèi) 0.1 0.4硬度/g 在范圍內(nèi) 2 260 2 450持水性/% 在范圍內(nèi) 80 85凝膠強(qiáng)度/(g·mm) 最大值

2.4 復(fù)配膠添加量改變對牛肉丸品質(zhì)特性影響顯著性分析

為了考察復(fù)配親水膠體添加量對牛肉丸品質(zhì)特性的影響，選擇 0%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%4 個(gè)添加量，各添加量下牛肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度指標(biāo)見表7。

表6 各組分最佳組合及預(yù)測結(jié)果Table 6 Optimal compound and predicted results

由表7可知，增加復(fù)配膠的添加量，牛肉丸的硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度都有增強(qiáng)的趨勢，復(fù)配膠添加量從0%增加到0.8%的過程中，牛肉丸的硬度隨復(fù)配膠添加量的增加顯著增加(P＜0.05)，添加量由0.8%增加到1%的過程中，牛肉丸硬度增加不顯著(P＞0.05)，復(fù)配膠添加量由0%增加到0.6%，牛肉丸的持水性隨復(fù)配膠添加量的增加顯著增加(P＜0.05)，添加量由0.6%增加到1%的過程中，牛肉丸持水性增加不顯著(P＞0.05)。凝膠強(qiáng)度隨復(fù)配膠添加量增加的變化趨勢與硬度一致。

表7 復(fù)配膠不同添加量下牛肉丸質(zhì)構(gòu)指標(biāo)Table 7 The texture index under different amounts of hydrocolloids

表7 復(fù)配膠不同添加量下牛肉丸質(zhì)構(gòu)指標(biāo)Table 7 The texture index under different amounts of hydrocolloids

a、b、c、d 代表0.05 水平下差異顯著性。

復(fù)配膠添加量/% 硬度/g 持水性/% 凝膠強(qiáng)度/(g·mm)0.0 0.4 0.6 0.8 1.0 1 540.33 ±40.86a 1 758.67 ±57.57b 2 031.01 ±41.32c 2 279.33 ±41.01d 2 299.02 ±61.61d 68.40 ±0.60a 77.10 ±1.83b 81.50 ±1.20c 82.30 ±0.32c 82.60 ±0.25c 1 224.67 ±34.31a 1 343.00 ±16.52b 1 411.00 ±44.54c 1 526.00 ±60.00d 1 550.67 ±42.36d

2.5 復(fù)配膠不同添加量下牛肉丸感官得分

復(fù)配膠不同添加量下牛肉丸模糊感官得分見圖7。由圖7可知，隨著復(fù)配膠添加量的增大，牛肉丸感官評分逐漸提高，當(dāng)復(fù)配膠總添加量超過0.8%時(shí)，感官得分反而減小。綜合考慮肉丸的生產(chǎn)成本及品質(zhì)特性，復(fù)配膠的添加量以0.8%為宜。

圖7 復(fù)配膠不同添加量下牛肉丸的感官得分Figure 7 The sensory scores under different amounts of hydrocolloids

3 結(jié)論

本研究比較了卡拉膠、刺槐豆膠、瓜爾膠組成的復(fù)配膠體兩種添加方式(干粉添加、凝膠添加)對牛肉丸品質(zhì)特性(硬度、持水性、凝膠強(qiáng)度)的影響，得到復(fù)配膠體以干粉添加對牛肉丸的品質(zhì)改良效果較好。在此基礎(chǔ)上，通過混料設(shè)計(jì)優(yōu)化了復(fù)配膠中卡拉膠、刺槐豆膠、瓜爾膠的比例，得到復(fù)配膠總添加量為0.8%的條件下，卡拉膠、刺槐豆膠、瓜爾膠的最佳比例分別為0.47%，0.18%，0.15%。通過單因素試驗(yàn)以及感官評價(jià)綜合考察了復(fù)配膠添加量對牛肉丸品質(zhì)特性的影響，結(jié)果表明，0.8%的添加量條件下，牛肉丸的品質(zhì)特性最佳。

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