響應(yīng)面法優(yōu)化低鈉鹽水火腿加工工藝

劉彤彤,張雅瑋,郭秀云,鮑英杰,衛(wèi)璐琦,彭增起

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,江蘇南京 210095)

隨著健康意識的提高,越來越多的人認(rèn)識到鹽的過量攝入對血壓和心血管疾病等的潛在危害,因此人們對低鈉食品的需求與日俱增[1-2]。研究發(fā)現(xiàn),人們?nèi)粘z入的鹽分大約有20%來自于肉制品。食鹽在肉制品中起著非常重要的作用,可提高產(chǎn)品的保水性、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味等,食鹽添加量的降低會直接影響到產(chǎn)品品質(zhì)[3-5]。因此,目前對低鈉肉制品的研究集中在使用食鹽替代物,如KCl、MgCl2和CaCl2等,來部分替代氯化鈉,以降低肉制品中的鈉含量[6-8]。

鹽水火腿作為廣受國內(nèi)外消費(fèi)者喜歡的高檔肉制品之一,具有廣闊的市場前景,但目前對低鈉鹽水火腿的研究還十分有限。Tamm[9]等發(fā)現(xiàn),在超高壓作用下,降低30%的鹽含量并用15.4%的KCl替代NaCl,可以得到在保水性、均一性和外觀方面與普通鹽水火腿無顯著差異的低鈉鹽水火腿,但在咸度方面略有降低。徐雯雅等[10]等發(fā)現(xiàn),用乳酸鈣部分替代NaCl可以顯著提高鹽水火腿的色澤和硬度,但替代比過大會對產(chǎn)品的感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)帶來一定的負(fù)面影響。

本實(shí)驗(yàn)旨在保證鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)良好且無異味的前提下,以含有氨基酸的低鈉鹽(ZL 201110341045.1)為替代物,選取復(fù)合磷酸鹽添加量、鹽水注射量、滾揉時(shí)間和低鈉鹽替代比這四個(gè)重要工藝參數(shù),經(jīng)優(yōu)化確定低鈉鹽水火腿的加工工藝,并對此工藝下的鹽水火腿鈉含量進(jìn)行測定,從而為生產(chǎn)低鈉鹽水火腿提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷鮮豬里脊肉(宰后成熟24 h,冷鏈運(yùn)送) 江蘇蘇食公司;食鹽、低鈉鹽(專利號ZL 201110341045.1)、亞硝酸鈉、復(fù)合磷酸鹽(三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉) 南京杰汶達(dá)生物科技有限公司。

BZSQ-Ⅱ型鹽水注射機(jī) 江蘇嘉興艾博機(jī)械有限公司;真空滾揉機(jī) 德國VAKONA股份有限公司;BYXX-50型熱風(fēng)干燥箱 江蘇嘉興艾博機(jī)械有限公司;Allegra 64R型離心機(jī) 美國Beckman Coulter有限公司;TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀 北京ENSOUL技術(shù)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 低鈉鹽水火腿的生產(chǎn)工藝 原料(豬里脊)→修整→注射→滾揉→加熱→冷卻包裝

注射液配比:以肉重100%計(jì),冰水添加量為28%,食鹽和低鈉鹽總添加量為2.3%,亞硝酸鈉添加量為0.0125%,一定量的復(fù)合磷酸鹽(三聚磷酸鈉∶焦磷酸鈉∶六偏磷酸鈉=3∶3∶4)。

里脊去掉可見結(jié)締組織和脂肪,修整成長40 cm、直徑70 mm左右的圓柱狀,注射一定量注射液之后將樣品放入真空滾揉機(jī),在轉(zhuǎn)速15 r/min,真空度85%,4 ℃和間歇滾揉(滾揉20 min,休息5 min)條件下滾揉一段時(shí)間,取出樣品,在中心溫度達(dá)到70 ℃下加熱70 min,隨后冷卻至中心溫度0～4 ℃,真空包裝后放入0～4 ℃冷庫冷藏備用。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 復(fù)合磷酸鹽添加量單因素實(shí)驗(yàn) 復(fù)合磷酸鹽添加量分別設(shè)置為0.16%、0.24%、0.32%、0.40%和0.48%,滾揉時(shí)間、注射量和低鈉鹽替代比分別為15 h、20%和50%，以得率、保水性和質(zhì)構(gòu)(硬度、彈性和咀嚼性)為指標(biāo)，以下單因素實(shí)驗(yàn)指標(biāo)測定與此相同。

1.2.2.2 鹽水注射量單因素實(shí)驗(yàn) 鹽水注射量分別設(shè)置為10%、15%、20%、25%和30%,滾揉時(shí)間、復(fù)合磷酸鹽添加量和低鈉鹽替代比分別為15 h、0.32%和50%。

1.2.2.3 滾揉時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn) 滾揉時(shí)間分別設(shè)置為10、15、20、25和30 h,復(fù)合磷酸鹽添加量、注射量和低鈉鹽替代比分別為0.32%、20%和50%。

1.2.2.4 低鈉鹽替代比單因素實(shí)驗(yàn) 低鈉鹽替代比分別設(shè)置為0%、25%、50%、75%、100%,復(fù)合磷酸鹽添加量、注射量和滾揉時(shí)間分別設(shè)置為0.32%、20%和15 h，以得率、保水性、質(zhì)構(gòu)(硬度、彈性和咀嚼性)和異味(本實(shí)驗(yàn)中其他三個(gè)因素對異味無明顯影響,但低鈉鹽替代比對異味影響顯著,因此僅此因素測定異味指標(biāo))為指標(biāo)。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用Box-Behnken Design設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,以復(fù)合磷酸鹽添加量、鹽水注射量、滾揉時(shí)間和低鈉鹽替代比為考察因素,以低鈉鹽水火腿得率Y1和保水性Y2為考察指標(biāo),設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),優(yōu)化低鈉鹽水火腿的加工工藝,實(shí)驗(yàn)因素水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的因素水平及編碼Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.4 評價(jià)指標(biāo)的測定

1.2.4.1 得率的測定 測定原料修整后和得到成品后質(zhì)量的變化率。得率計(jì)算公式如下:

得率(%)=B/A×100

式中:A修整后樣品質(zhì)量(g),B成品質(zhì)量(g)。

1.2.4.2 保水性的測定 參考Trout[11]的離心法并做適當(dāng)修改,將樣品沿著肌纖維方向切成30 mm×10 mm×10 mm塊狀,置于離心管中在7400 r/min、4 ℃條件下離心20 min。離心結(jié)束取出樣品用濾紙吸干表面水分。保水性計(jì)算公式如下:

WHC(%)=B/A×100

式中:A離心前樣品質(zhì)量(g),B離心后樣品質(zhì)量(g)。

1.2.4.3 質(zhì)構(gòu)的測定 采用TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀對低鈉鹽水火腿進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析,取硬度、彈性和咀嚼性。取中心部位樣品,沿著肌纖維方向切成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的正方體,室溫下用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定。測定速度為60.00 mm/min,起始力0.6 N,壓縮比為50%,探頭型號為P/50,測定間隔時(shí)間為30 s,上升高度為20 mm。

1.2.4.4 異味的測定 由10位有經(jīng)驗(yàn)的評定人員對低鈉鹽水火腿的異味采用10分制進(jìn)行喜好程度感官評定,評定時(shí)成員之間單獨(dú)進(jìn)行且互不交流,樣品評定之間用清水漱口,1分表示不可接受,10分表示非常喜愛。

1.2.4.5 鈉含量的測定 鈉含量的測定采用何桂華等的方法[12]。得到的最優(yōu)工藝條件下的低鈉鹽水火腿,精確稱取0.2 g干燥樣品,用HNO3微波消化,用去離子水定容,電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry,ICP-AES)測定樣品中的鈉含量。以干重含量計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過SAS 8.01進(jìn)行分析,對均值進(jìn)行Duncan’s多重比較(p<0.05);Design Expert V8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合磷酸鹽添加量對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響

復(fù)合磷酸鹽添加量對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響如表2所示。由表可知,隨著復(fù)合磷酸鹽添加量的增加,低鈉鹽水火腿的得率隨之增加,復(fù)合磷酸鹽添加量0.32%、0.40%與0.48%組顯著高于添加量為0.16%和0.24%組(p<0.05),但0.32%組、0.40%組與0.48%組之間無顯著差異(p>0.05);保水性呈現(xiàn)上升趨勢,在復(fù)合磷酸鹽添加量為0.32%時(shí)達(dá)到最大值,顯著高于0.16%組和0.24%組(p<0.05),但與0.40%組、0.48%組差異不顯著(p>0.05);硬度隨著復(fù)合磷酸鹽添加量的增加而逐漸降低,0.40%組和0.48%組顯著低于0.16%組(p<0.05),但與0.24%組、0.32%組無顯著差異(p>0.05);彈性和咀嚼性則呈上升趨勢,在復(fù)合磷酸鹽添加量為0.32%時(shí)達(dá)到最大值,但各添加量之間差異不明顯(p>0.05)。

表2 復(fù)合磷酸鹽添加量對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響Table 2 Effect of compound phosphate additive on yield,WHC and TPA

考慮到磷酸鹽添加量過高會降低肉制品的風(fēng)味品質(zhì)并綜合上述結(jié)果,選取復(fù)合磷酸鹽添加量為0.32%是比較合適的[13]。

2.2 鹽水注射量對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響

鹽水注射量對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響如表3所示。由表可知,隨著注射量的增加,得率呈現(xiàn)上升趨勢,但注射量15%、20%、25%和30%組之間差異不顯著(p>0.05);注射量對保水性無顯著影響(p>0.05),注射量的增加并沒有使得低鈉鹽水火腿的得率增加,這可能是因?yàn)樽⑸淞砍^了其保水能力,單純增加注射量不能使得率增加。隨著注射量的增加,硬度隨之降低但差異不顯著(p>0.05);彈性呈上升趨勢,在注射量為20%時(shí)達(dá)到最大值,顯著高于10%組(p<0.05),但與其他組差異不顯著(p>0.05);注射量對咀嚼性無顯著影響(p>0.05)。綜上所述,15%和20%是比較合適的鹽水注射量。后述單因素試驗(yàn)暫選20%為鹽水注射量固定值。

表3 鹽水注射量對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effect of brine injection on yield,WHC and TPA on low-sodium cooked ham

2.3 滾揉時(shí)間對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響

滾揉時(shí)間對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響如表4所示。由表可知,隨著滾揉時(shí)間的增加,得率先上升后下降,在15 h時(shí)達(dá)到最大值,顯著高于10、25和30 h組(p<0.05),與20 h組之間無顯著差異(p>0.05)。同樣,保水性也呈先上升后下降趨勢,在15 h時(shí)達(dá)到最大值,顯著高于其他組(p<0.05)。低鈉鹽水火腿的硬度在30 h組顯著低于10、15和20 h組(p<0.05),與25 h組之間差異不顯著(p>0.05);彈性呈先上升后下降趨勢,在滾揉時(shí)間為15 h時(shí)達(dá)到最大值,顯著高于10、20和30 h組(p<0.05),但和25 h組之間無顯著差異(p>0.05);咀嚼性隨滾揉時(shí)間增加逐漸降低,30 h組顯著低于10 h組(p<0.05),但與其他組差異不顯著(p>0.05)。

表4 滾揉時(shí)間對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 Effect of tumbling time on yield,WHC and TPA on low-sodium cooked ham

適當(dāng)?shù)臐L揉可以破壞肌肉的組織結(jié)構(gòu),便于肌肉中蛋白質(zhì)提取出來,并在此后的加熱中形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得產(chǎn)品具有良好的得率、保水性與質(zhì)構(gòu),在本實(shí)驗(yàn)中滾揉時(shí)間為20、25和30 h組得率和保水性降低,這可能是因?yàn)闈L揉時(shí)間過長會導(dǎo)致肌纖維結(jié)構(gòu)的過度破壞,反而不利于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成,從而使得鹽水火腿的得率和保水性下降[14-15]。綜上,選取滾揉時(shí)間為15 h是比較合適的。

2.4 低鈉鹽替代比對低鈉鹽水火腿得率、保水性、質(zhì)構(gòu)和異味的影響

低鈉鹽替代比對低鈉鹽水火腿得率、保水性、質(zhì)構(gòu)和異味的影響如表5所示。隨著低鈉鹽替代比的增加,低鈉鹽水火腿的得率和保水性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在替代比為50%時(shí)達(dá)到最大值,顯著高于對照組和100%組(p<0.05),與25%和50%組差異不明顯(p>0.05)。與對照組相比,低鈉鹽替代比對實(shí)驗(yàn)組的硬度、彈性和咀嚼性均無顯著影響(p>0.05)。在異味方面,對照組、替代比25%和50%組之間無顯著差異(p>0.05),而75%和100%組的異味接受程度顯著低于其他三組(p<0.05),也就是說這兩組的異味明顯。

表5 低鈉鹽替代比對低鈉鹽水火腿得率、保水性和質(zhì)構(gòu)的影響Table 5 Effect of substitution ratio of low-sodium salt on yield,WHC and TPA on low-sodium cooked ham

研究表明,低鈉鹽中含有的氨基酸成分可以一定程度上促進(jìn)蛋白質(zhì)的溶出[16-17]。因而提高了替代比25%、50%和75%組的得率和保水性,然而替代比100%組的得率和保水性降低,這可能是因?yàn)?鉀離子本身的蛋白溶出能力弱于鈉離子[18],而鉀離子的占比過高,抵消了氨基酸促進(jìn)蛋白溶出的效果。另一方面,鉀離子占比過高會給產(chǎn)品帶來不愉快的金屬味和苦味,這也是替代比75%和100%組異味接受度顯著低的原因[19]。綜上,50%替代比是比較合適的。

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化低鈉鹽水火腿制作工藝

2.5.1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本研究通過響應(yīng)面法中的 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對低鈉鹽水火腿的加工工藝優(yōu)化。以低鈉鹽水火腿的得率Y1和保水性Y2為響應(yīng)值,進(jìn)行四因素三水平Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在27個(gè)實(shí)驗(yàn)組合條件下,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表6所示。

表6 Box-Behnken 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其響應(yīng)值Table 6 Box-Behnken design matrix and the response values

基于參數(shù)評估,運(yùn)用Design-Expert V 8.0.6軟件可得出響應(yīng)值與被檢變量之間的邏輯關(guān)系。對這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合,獲得響應(yīng)值與被檢變量之間的關(guān)系為:

Y1=88.76+3.92A-0.47B-0.068C-0.97D+0.055AB-0.57AC-0.017AD+0.28BC-0.050BD-0.025CD-2.31A2+2.56B2-1.57C2-1.11D2

Y2=83.79-2.04A-0.30B+3.16C-0.78D+1.00AB+0.42AC-1.7AD+0.45BC-1.23BD+0.47CD-0.041A2-0.036B2-0.22C2-2.05D2

表7 回歸模型的方差分析及回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)Table 7 Analysis of variance(ANOVA)and significance test for response surface quadratic model

利用軟件分析得到三維響應(yīng)面如圖所示。圖1為各因素對低鈉鹽水火腿得率的影響。如圖1(a)所示,得率隨注射量、復(fù)合磷酸鹽添加量的增大呈先增大后趨于平緩的趨勢;同樣在圖1(b)和圖1(c)中,得率隨復(fù)合磷酸鹽添加量、滾揉時(shí)間及復(fù)合磷酸鹽添加量、低鈉鹽替代比的增加均呈先增大后趨于平緩的趨勢;如圖1(d)、圖1(e)和圖1(f),得率與各因素之間不存在顯著的交互作用,因此表現(xiàn)為曲面較為平緩。

圖1 各因素對低鈉鹽水火腿得率的影響Fig.1 Effects of different factors on yield of low-sodium cooked ham

圖2為各因素對低鈉鹽水火腿保水性的影響。如圖2(a)和圖2(b)所示,隨著復(fù)合磷酸鹽、注射量和復(fù)合磷酸鹽、滾揉時(shí)間的增加,保水性呈上升趨勢;如圖2(c)所示,隨著復(fù)合磷酸鹽、低鈉鹽替代比的增加,保水性先上升后趨于平緩;在圖2(d)中,保水性隨著注射量和滾揉時(shí)間的增加略有降低;圖2(e)和圖2(f)分別顯示了注射量、低鈉鹽替代比和滾揉時(shí)間、低鈉鹽替代比對保水性的交互作用,當(dāng)?shù)外c鹽替代比為25%時(shí),隨著注射量和滾揉時(shí)間的增加,保水性呈上升趨勢,當(dāng)?shù)外c鹽替代比為75%時(shí),隨著注射量和滾揉時(shí)間的增加,保水性呈下降趨勢。

圖2 各因素對低鈉鹽水火腿保水性的影響Fig.2 Effects of different factors on WHC of low-sodium cooked ham

2.5.2 優(yōu)化工藝的確定和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 運(yùn)用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化,得出低鈉鹽水火腿最優(yōu)工藝條件:滾揉時(shí)間15.03 h,鹽水注射量15.26%,復(fù)合磷酸鹽添加量0.39%,低鈉鹽替代比52.88%,在該條件下低鈉鹽水火腿的得率為94.75%,保水性為88.68%。根據(jù)實(shí)際可操作性,將其修正為滾揉時(shí)間15 h,鹽水注射量15%,復(fù)合磷酸鹽添加量0.39%,低鈉鹽替代比53%。

在修正條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),三次平行實(shí)驗(yàn)得到低鈉鹽水火腿的得率93.88%,保水性為87.37%,與預(yù)測值比較接近,表明該多元二次回歸方程能夠準(zhǔn)確且穩(wěn)定可行的預(yù)測低鈉鹽水火腿的得率。此外,在最優(yōu)條件下得到的低鈉鹽水火腿的鈉含量為2.69%,而普通鹽水火腿(對照)的鈉含量為3.69%,鈉含量降低27%。

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過Box-Behnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),優(yōu)化并根據(jù)實(shí)際可操作性,得到了低鈉鹽水火腿最優(yōu)工藝條件:滾揉時(shí)間15 h,注射量15%,復(fù)合磷酸鹽添加量0.39%,低鈉鹽替代比53%。在此條件下,低鈉鹽水火腿的得率93.88%±2.05%,保水性為87.37%±1.82%,證明響應(yīng)面法優(yōu)化低鈉鹽水火腿加工工藝是準(zhǔn)確可行的。另外,在此最優(yōu)條件下得到的低鈉鹽水火腿鈉含量比普通鹽水火腿降低27%，為低鈉鹽水火腿的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持,具有良好的應(yīng)用前景。

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