D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化油炸牛肉餅中食用膠的添加量

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(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

牛肉營(yíng)養(yǎng)豐富,具有蛋白含量高、脂肪含量低、肉質(zhì)鮮嫩等特點(diǎn),因而受消費(fèi)者喜睞,市面上的牛肉常以肉餅、肉干等形式售出,這些制品的加工工藝大多要經(jīng)過(guò)油炸、微波、烘干等過(guò)程,而在熟制的過(guò)程中,會(huì)使肉餅的水分含量降低,質(zhì)地粗糙,口感堅(jiān)硬,另一方面油炸會(huì)破壞食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,對(duì)人體健康不利[1],如果適當(dāng)?shù)募尤胍欢康氖秤媚z,不但提高食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,而且可以得到較好的感官品質(zhì)[2-3]。Valenzuela等[4]將亞麻籽膠添加到牛肉餡餅配方中,通過(guò)測(cè)定肉餅的質(zhì)構(gòu)、水分含量以及脂肪含量等指標(biāo),得出亞麻籽能夠降低肉餅的硬度值,同時(shí)減少蒸煮過(guò)程中水分和脂肪的損失,使產(chǎn)品具有很好粘結(jié)性和咀嚼感。Kao等[5]在法蘭克福香腸中加入魔芋膠,實(shí)驗(yàn)得出魔芋膠能夠降低香腸的脂肪含量。莊沛銳等[6]研究了將卡拉膠與刺槐豆膠復(fù)配添加到豬肉糜中,結(jié)果表明兩種親水膠體都能有效改善肉糜的質(zhì)構(gòu)特性和品質(zhì)特性,并且對(duì)產(chǎn)品的顏色也有一定的影響。

近年來(lái),混料實(shí)驗(yàn)在實(shí)際生產(chǎn)中得到非常廣泛的應(yīng)用而日益受到重視。其中最優(yōu)化設(shè)計(jì)(D-Optimal Mixture Design)是根據(jù)混合物組成的變化研究一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)變量,在混合物組分百分比等于100%的前提下,通過(guò)比較各實(shí)驗(yàn)因子的不同比率與反應(yīng)變量的關(guān)系,得出最優(yōu)組合比例,優(yōu)化產(chǎn)品特性[7-8],具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)少、信息量充分、參數(shù)預(yù)測(cè)精度高等特點(diǎn)[9-11]。Sarteshnizi等[12]應(yīng)用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)法優(yōu)化抗性淀粉(RS),葡聚糖(BG)和淀粉(ST)在香腸中的配比,實(shí)驗(yàn)得出2.216%的RS,1.328%的BG和2.456%的ST,總體可接受性最好,期望值最高。Hoc等人[13]對(duì)焙烤、非焙炒,脫脂和非脫脂的堅(jiān)果,在提取蛋白質(zhì)的條件上應(yīng)用了最優(yōu)化設(shè)計(jì)。鄒宇等[14]在菊花枸杞飲料的配方上應(yīng)用混料設(shè)計(jì)的方法,在最佳配方比下,產(chǎn)品具有濃郁的菊花和枸杞香味,酸甜適中,口感潤(rùn)滑,是一種綠色、營(yíng)養(yǎng)、健康的保健飲品。

據(jù)此本實(shí)驗(yàn)以牛肉為素材,用最優(yōu)化(D-Optimal)混料設(shè)計(jì)為實(shí)驗(yàn)方案,探究魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠在油炸牛肉餅產(chǎn)品指標(biāo)中的交互作用,優(yōu)化油炸牛肉餅中三種食用膠(魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠)的最適添加量,使產(chǎn)品更加富有彈性和多汁性,從而為進(jìn)一步探討原料配方對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)特性的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

牛肉、五香粉、食鹽、玉米淀粉 均購(gòu)于哈爾濱大潤(rùn)發(fā)超市;黃原膠 河南天冠生物工程股份有限公司;魔芋膠 鄭州世紀(jì)美添食化貿(mào)易有限公司;亞麻籽膠 新疆綠旗企業(yè)生物科技有限公司。

JD500-2電子天平 沈陽(yáng)龍騰電子稱(chēng)量?jī)x器有限公司;AL-104精密電子天平 上海梅特勒-托利多儀器設(shè)備有限公司;P22A自動(dòng)控溫油炸 ACA北美電器;DH-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏設(shè)備有限公司;MJ-BL25B2美的料理機(jī) 國(guó)美電器;TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)SMS公司;冷凍干燥機(jī) 上海田楓實(shí)業(yè)有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 牛肉餅基礎(chǔ)配方 每組實(shí)驗(yàn)以瘦牛肉500 g為基準(zhǔn)量,玉米淀粉50 g,碘鹽7.5 g,五香粉5 g,水量80 g。

1.2.2 牛肉餅制作工藝流程 原料肉的選擇整理→切塊→配料→斬拌→添加基礎(chǔ)配方→繼續(xù)斬拌→模具成型→油炸→預(yù)冷→包裝→成品→貯藏

牛肉預(yù)處理:用清水浸泡沖洗,除去牛肉中的筋腱部位。然后將牛肉用刀切成小塊,切忌塊不要太大。

斬拌:牛肉切塊后與配料混合,在4 ℃條件下冷藏,腌制過(guò)夜后進(jìn)行斬拌,直至物料混勻,顏色均一穩(wěn)定。

模具定型:將斬拌好的肉糜裝滿(mǎn)于圓形鋁蓋模具中,鋁蓋內(nèi)徑5.5 cm,深度1 cm。用手輕輕將充滿(mǎn)的肉糜表面撫平,定型10 s。

油炸:采用恒溫油炸鍋,工藝參數(shù):油炸溫度為190 ℃,油炸時(shí)間為60 s。

1.3D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化食用膠添加量

使用Design Expert 8.0.5軟件進(jìn)行混料回歸實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),優(yōu)化牛肉餅配方中魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠三種食用膠的最適添加量。三個(gè)因子質(zhì)量百分比之和為肉重的0.6%,通過(guò)測(cè)定牛肉餅的出品率、保水性、硬度、感官評(píng)定四個(gè)指標(biāo)作為實(shí)驗(yàn)響應(yīng)值,建立數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步探討配方系統(tǒng)中各組分因子對(duì)牛肉餅的影響。通過(guò)前期單因素預(yù)實(shí)驗(yàn),將三種食用膠的百分含量分別限定在魔芋膠0≤X1≤0.60,黃原膠0≤X2≤0.60,亞麻籽膠0≤X3≤0.50范圍內(nèi)(依據(jù)GB 2760-2011《食品添加劑 亞麻籽膠》),X1、X2、X3均為實(shí)際值。X1+X2+X3=0.6%。D-最優(yōu)混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表1所示。

1.4產(chǎn)品指標(biāo)的測(cè)定方法

1.4.1 出品率的測(cè)定 參考G?k等人[15]的方法并作適當(dāng)改動(dòng)。牛肉餅在油炸前精確稱(chēng)量樣品質(zhì)量;牛肉餅樣品按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的溫度和時(shí)間進(jìn)行油炸,油炸后樣品瀝油30 s,待冷卻至室溫,吸干其表面水分和油脂后,精確稱(chēng)量樣品質(zhì)量。出品率公式進(jìn)行計(jì)算:

1.4.2 保水性的測(cè)定 水分含量的測(cè)定方法參照 GB/T 5009.3-2010[16]。將牛肉餅樣品置于常壓恒溫干燥箱內(nèi),于105 ℃條件下干燥至恒重。失去的重量即為樣品中水分含量。

1.4.3 硬度的測(cè)定 牛肉餅樣品采用TPA質(zhì)構(gòu)分析儀進(jìn)行硬度指標(biāo)的測(cè)定,參照劉迪迪等[17]的方法。用平行刀將肉餅切成2 cm長(zhǎng)的圓柱體,切面要平整垂直。實(shí)驗(yàn)設(shè)置測(cè)試參數(shù)為:選用P/50探頭,測(cè)試前速率:2 mm/s,測(cè)試速率:1 mm/s,測(cè)試后速率:1 mm/s,壓縮比為50%,兩次激活感應(yīng)力:5 g,TPA結(jié)果采用Stable Micro System軟件分析。

1.4.4 感官評(píng)定 感官評(píng)定參考汪巖等[18]的方法,略作改動(dòng)。感官評(píng)定要在無(wú)異味、無(wú)噪音、照明充足的房間進(jìn)行。防止評(píng)定前通過(guò)身體或視覺(jué)的接觸,使評(píng)定員得到一些片面的、不正確的信息影響他們感官反應(yīng)和判斷,要避免評(píng)定員看到樣品準(zhǔn)備全過(guò)程。氣溫應(yīng)控制在20～22 ℃的范圍內(nèi),相對(duì)濕度應(yīng)保持在50%～55%左右,通風(fēng)情況良好,保持其中無(wú)氣味,無(wú)噪音。感官評(píng)分9分為非常喜歡,5分為一般,1分為不可接受。讓小組成員品嘗,并且品嘗下一個(gè)樣品前都用純凈水漱口。在所有的感官評(píng)定數(shù)值中,分別去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分,然后計(jì)算其平均值。

表1 D-Optimal 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果Table 1 D-Optimal mixture design and experiment results

注:實(shí)驗(yàn)結(jié)果中數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差,同一列之間小寫(xiě)字母代表差異性,字母相同表示差異不顯著,不同則表示差異顯著(p<0.05)。

1.5數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為3次平行實(shí)驗(yàn)的平均值,數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.0.5及Statistix 8.1軟件進(jìn)行處理分析。D-Optimal實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎肧cheffe不完全三次多項(xiàng)式擬合,本文主要依據(jù)直線(xiàn)模型與二次項(xiàng)模型:

Y=λ1X1+λ2X2+λ3X3(直線(xiàn)型);

Y=λ1X1+λ2X2+λ3X3+λ1λ2X1X2+λ1λ3X1X3+λ2λ3X2X3(二次型)。

方程中Y值代表不同響應(yīng)值,即出品率、保水性、硬度值、感官評(píng)定。X1、X2、X3分別代表魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠,λ1、λ2、λ3分別對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)回歸模型系數(shù),回歸系數(shù)經(jīng)過(guò)分析后得到等高線(xiàn)圖和回歸方程,每個(gè)自變量的顯著性由F值和p值決定。

2 結(jié)果與討論

2.1D-Optimal實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

依據(jù)20組實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì)混合實(shí)驗(yàn),響應(yīng)值為牛肉餅的出品率、保水性、硬度值、感官評(píng)定四個(gè)指標(biāo),測(cè)定指標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可知，亞麻籽膠添加量越大，硬度越大，從而會(huì)降低感官評(píng)分。而魔芋膠和黃原膠的比例增大，亞麻籽膠的比例減小，會(huì)獲得較高的感官評(píng)分。

2.2復(fù)配膠對(duì)牛肉餅出品率的影響

根據(jù)20組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),利用Design-Expert 8.0.5軟件,得到擬合出品率交互相因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二次項(xiàng)式回歸模型為Y=84.47X1+84.83X2+86.15X3+5.17X1X2+1.66X2X3。其系數(shù)為正值,表明三種膠體均可增加產(chǎn)品的出品率。

利用F檢驗(yàn)檢測(cè)回歸模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性和方差分析結(jié)果見(jiàn)表2,該模型下的p<0.0001,表明模型擬合度很好。同時(shí),失擬項(xiàng)相關(guān)的p值0.0947表明失擬項(xiàng)并不顯著(p>0.05),說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)誤差較小。決定系數(shù)R2為0.8831,這表明模型中88.31%的出品率分?jǐn)?shù)變化歸因于自變量。這些結(jié)果說(shuō)明該二次項(xiàng)模型能夠表現(xiàn)出各因子之間的真實(shí)關(guān)系,可以用來(lái)測(cè)評(píng)牛肉餅出品率分?jǐn)?shù)。而X1X2的p<0.0001,結(jié)合圖1等高線(xiàn)圖,說(shuō)明魔芋膠與黃原膠在提高牛肉餅出品率的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了極其顯著的交互作用(p<0.01)。

圖1 出品率交互因子等高線(xiàn)Fig.1 The contours of the interaction factors in cooking yield

2.3復(fù)配膠對(duì)牛肉餅保水性的影響

利用Design-Expert 8.0.5 軟件,得到擬合出品率交互因子,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二次多項(xiàng)式回歸模型如下Y=76.42X1+77.32X2+80.21X3+3.92X1X2+1.44X1X3+1.38X2X3。各項(xiàng)系數(shù)的正值表示三種食用膠在保水性的響應(yīng)上起到了促進(jìn)作用,且亞麻籽膠的貢獻(xiàn)值最大,這主要是因?yàn)槭秤媚z和肉中蛋白通過(guò)分子長(zhǎng)鏈相互交聯(lián),在三維空間形成一種堅(jiān)固而致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能將水或其他液體固定在其中,以阻止外界壓力,從而提供了水分大量的儲(chǔ)存空間,提高了肉制品的保水性[19]。

利用F檢驗(yàn)檢測(cè)回歸模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性和方差分析結(jié)果見(jiàn)表2,該模型下的p<0.0001,這表明模型極其顯著。同時(shí),失擬項(xiàng)相關(guān)的p值為0.1809表明失擬項(xiàng)并不顯著(p>0.05),說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)誤差較小,決定系數(shù)R2為0.9136,這表明模型擬合程度很好。而X1X2的p值為0.0035,說(shuō)明魔芋膠與黃原膠在提高牛肉餅出品率的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了極其顯著的相互作用(p<0.01)。本研究與賈娜[20]將魔芋膠、黃原膠、亞麻籽膠三種食用膠兩兩復(fù)配,證實(shí)魔芋膠與黃原膠在提高肌原纖維蛋白保水性方面存在協(xié)同作用的結(jié)論相一致,也正是食用膠的使用,鎖住了肉餅中的水分,其本身形成的親水膠體由于能增加連續(xù)相的黏度,因而具有阻礙或降低分散相中油滴的遷移或聚結(jié)的傾向。這與魔芋葡甘聚糖和黃原膠的分子組成和空間結(jié)構(gòu)息息相關(guān),魔芋葡甘聚糖分子的基本結(jié)構(gòu)單元是由D-葡萄糖和D-甘露糖組成,黃原膠除含有上述兩種成分外還含有D-葡糖糖醛酸,最重要的是由于它們?cè)诜肿咏Y(jié)構(gòu)上相互作用,前者表面平滑,分子中沒(méi)有分支鏈的部分與黃原膠分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)以次級(jí)鍵形式相互結(jié)合,形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的協(xié)同促進(jìn)作用[21]。

圖2 保水性交互因子等高線(xiàn)Fig.2 The contours of the interaction factors in water-holding capacity

2.4復(fù)配膠對(duì)牛肉餅硬度值的影響

利用Design-Expert 8.0.5軟件,得到擬合質(zhì)構(gòu)硬度值交互因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果的回歸模型如下Y=76.42X1+77.32X2+80.21X3。利用F檢驗(yàn)檢測(cè)回歸模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性和方差分析結(jié)果見(jiàn)表2,該模型下的p<0.0001,這表明模型極其顯著。同時(shí),失擬項(xiàng)相關(guān)的p值0.9164表明失擬項(xiàng)并不顯著(p>0.05),說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)誤差較小,決定系數(shù)R2為0.8173。食用膠的復(fù)配添加提高了肉餅的質(zhì)構(gòu)硬度(p<0.01),其數(shù)學(xué)回歸模型二次項(xiàng)系數(shù)為0,且結(jié)合圖3等高線(xiàn)圖可知,三種食用膠在提高硬度的貢獻(xiàn)上并未起到協(xié)同作用。馮美琴[22]將食用膠應(yīng)用在雞肉腸的研制中,發(fā)現(xiàn)食用膠可降低其硬度值,本篇文章在此并沒(méi)有得到相一致的結(jié)果。可能與傳統(tǒng)蒸煮方法相比,油炸工藝中溫度過(guò)高,在加快水分損失的同時(shí),也在一定程度上增加了產(chǎn)品的硬度[23]。

圖3 硬度交互因子等高線(xiàn)Fig.3 The contours of the interaction factors in hardness

2.5復(fù)配膠對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)定的影響

利用Design-Expert 8.0.5軟件,得到擬合感官評(píng)價(jià)值交互因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果的回歸模型如下Y=7.99X1+7.91X2+5.56X3。利用F檢驗(yàn)檢測(cè)回歸模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性和方差分析結(jié)果見(jiàn)表2,該模型下的p<0.0001,這表明模型極其顯著。同時(shí),失擬項(xiàng)相關(guān)的p值0.3729表明失擬項(xiàng)并不顯著(p>0.05),說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)誤差較小,決定系數(shù)R2為0.9458。從等高線(xiàn)的圖4可以觀(guān)察到,亞麻籽膠過(guò)多使得評(píng)分較低(p<0.01),主要因?yàn)檫^(guò)多的亞麻籽膠導(dǎo)致牛肉餅硬度增大,而當(dāng)膠體體系中魔芋膠和黃原膠比例較大而亞麻籽膠比例較小時(shí),兩者的協(xié)同作用增大了肉餅的保水性,抑制了硬度值的增加,從而獲得相對(duì)較高的感官評(píng)分,其作用機(jī)理與王霞[24]研究相一致。由此得出,各種食用膠對(duì)肉餅的硬度和品質(zhì)特性的影響是不完全同的,為了生產(chǎn)高品質(zhì)牛肉餅,各種食用膠的復(fù)配應(yīng)給予考慮,不但使肉餅硬度得以保證,而且口感較佳。

圖4 感官評(píng)定交互因子等高線(xiàn)Fig.4 The contours of the interaction factors in sensory evaluation

表2 牛肉餅的出品率、保水性、硬度值、感官評(píng)定回歸模型的方差分析Table 2 Analysis of variance of beef patties cooking yield,water-holding capacity,hardness,sensory evaluation with regression mode

2.6牛肉餅中最優(yōu)食用膠添加量及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

利用Design-Expert 8.0.5軟件最優(yōu)化功能設(shè)定各因素的變化范圍,設(shè)定所期望的響應(yīng)值如下:最大出品率,最大保水性,硬度值在4300～4700 g的范圍適中值,最高的感官評(píng)分。通過(guò)數(shù)學(xué)模型模擬分析,得出三種食用膠的最優(yōu)配方為:魔芋膠0.227%,黃原膠0.293%,亞麻籽膠0.08%。依據(jù)這個(gè)添加量結(jié)果,在后續(xù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3,與預(yù)測(cè)值基本一致,因此確定牛肉餅中最優(yōu)食用膠配方組合為魔芋膠0.227%,黃原膠0.293%,亞麻籽膠0.08%。

表3 產(chǎn)品特性指標(biāo)的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值Table 3 The predicted and measured results of physical properties

3 結(jié)論

采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)對(duì)牛肉餅中三種食用膠的添加量進(jìn)行了優(yōu)化,通過(guò)回歸模型的建立,對(duì)原料各組分間交互作用進(jìn)行分析,同時(shí)結(jié)合混料設(shè)計(jì)分析軟件的優(yōu)選功能,得到牛肉餅中食用膠的最佳配方為:魔芋膠0.227%,黃原膠0.293%,亞麻籽膠0.08%。在此條件下,產(chǎn)品的出品率為83.79%,保水性77.14%,硬度值4463 g,感官評(píng)定7.41,與預(yù)測(cè)值相符。魔芋膠與黃原膠在提高產(chǎn)品的出品率及保水性起到了協(xié)同作用(p<0.01);亞麻籽膠的過(guò)多使用會(huì)增加肉餅的硬度而呈現(xiàn)較低的感官評(píng)分(p<0.01)。而當(dāng)魔芋膠和黃原膠比例增大,亞麻籽膠比例減小時(shí),可以獲得較高的感官評(píng)分(p<0.01)。本文應(yīng)用了D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)的方法,深入分析各因素之間的關(guān)系,優(yōu)化產(chǎn)品配方比例,為進(jìn)一步探討原料配方對(duì)產(chǎn)品特性的影響提供一定的理論依據(jù)。

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