響應(yīng)面法優(yōu)化茶葉嫩化牦牛肉工藝

高麥瑞，陳 琳，李思寧，何 強(qiáng)，曾維才，唐善虎

(1.四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院，四川 成都 610065；2.西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041)

牦牛生長(zhǎng)于我國(guó)青藏高原，牦牛肉具有高蛋白、低脂肪的特點(diǎn)，具有很好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是一種天然綠色食品[1].然而，牦牛生長(zhǎng)在高寒高海拔地區(qū)，活動(dòng)量較大，肌纖維直徑較粗，且生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，使得牦牛肉的嫩度較差，其燉制通常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到適口的嫩度[2].嫩度是評(píng)價(jià)肉品食用品質(zhì)最重要的指標(biāo)[3-5]，所以牦牛肉的嫩化引起了許多學(xué)者的興趣.張麗等[6]采用宰后成熟的方式對(duì)牦牛肉進(jìn)行嫩化；韓玲[7]使用木瓜蛋白酶嫩化牦牛肉；田園[2]通過(guò)宰后電刺激的方法嫩化牦牛肉.

茶葉富含茶多酚，茶多酚可通過(guò)氫鍵、疏水作用等與蛋白質(zhì)產(chǎn)生結(jié)合[8].多酚化合物和蛋白質(zhì)的相互作用是目前的研究熱點(diǎn).據(jù)報(bào)道[9]，肉品在燉制過(guò)程中，剪切力值下降的原因可能是因?yàn)槟z的形成.張慧蕓等[10]發(fā)現(xiàn)酚類(lèi)化合物可提高豬肉肌原纖維蛋白凝膠的保水性，改善凝膠微觀結(jié)構(gòu)；呂宏宇等[11]發(fā)現(xiàn)氧化酚類(lèi)化合物的添加可以提高鯽魚(yú)魚(yú)糜的凝膠強(qiáng)度.上述研究為利用酚類(lèi)化合物嫩化肉品提供了可能性.

為提高牦牛肉產(chǎn)品品質(zhì)，本文采用響應(yīng)面回歸設(shè)計(jì)，以茶葉作為嫩化因子，對(duì)牦牛肉燉制工藝進(jìn)行優(yōu)化，以硬度值、剪切力值和感官評(píng)分作為響應(yīng)值，研究茶葉對(duì)牦牛肉品質(zhì)的影響，并探究茶葉嫩化牦牛肉的最佳條件.

1 材料與方法

1.1 原輔料

牦牛(Bos grunniens)肉采集于四川省紅原縣，茶葉購(gòu)于四川省敘永縣.

1.2 試驗(yàn)器材

HWS-26電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；CW-5分光測(cè)色儀，柯尼卡美能達(dá)控股公司；TA.XT plus物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro System公司；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀GCMS-QP2010SE，日本島津公司；DB-5MS(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)色譜柱，美國(guó)安捷倫公司；頂空固相微萃取器SPME手動(dòng)進(jìn)樣裝置(包括 SPME手動(dòng)進(jìn)樣手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭)，美國(guó)Supelco公司；20 mL頂空進(jìn)樣瓶及 PTFE/S瓶蓋，美國(guó)Agilent公司；DF-101S磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司.

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以溫度、時(shí)間和茶葉用量為考察因素，以硬度值、剪切力值和感官評(píng)分為響應(yīng)值，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken(BBD)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析優(yōu)化茶葉嫩化牦牛肉的最佳工藝.

1.4 樣品處理

選擇牦牛背最長(zhǎng)肌為原料，剔除筋膜、肌腱、淋巴、碎骨、油等部分，清洗干凈，然后切成厚度為1 cm的小塊備用.

1.5 單因素試驗(yàn)

先固定條件(時(shí)間60 min，茶葉用量1%)，考察溫度(50、60、70、80、90、100 ℃)對(duì)牦牛肉嫩度的影響.再固定條件(溫度50℃，茶葉用量1%)，考察時(shí)間(15、30、60、90、120、150 min)對(duì)牦牛肉嫩度的影響.最后固定條件(溫度50℃，時(shí)間60 min)，考察茶葉用量(0%、0.5%、1%、2%、3%、4%)對(duì)牦牛肉嫩度的影響.

1.6 響應(yīng)面工藝優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，對(duì)影響牦牛肉嫩度的溫度(A)、時(shí)間(B)和茶葉用量(C)三個(gè)因素，使用Design Expert 8軟件設(shè)計(jì)了三因素三水平的試驗(yàn)方案，且對(duì)擬合方程做方差分析和顯著性檢驗(yàn)，響應(yīng)面因素設(shè)計(jì)如表1所示.

表1 響應(yīng)面法試驗(yàn)因素及水平編碼表Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.7 指標(biāo)測(cè)定

1.7.1硬度測(cè)定

取出燉制好的牦牛肉樣品，用冷水冷卻后，修整為長(zhǎng)約2 cm、寬約2 cm、厚1 cm的肉塊，至少使用5塊不同的肉塊在質(zhì)構(gòu)儀上用TPA模式測(cè)定硬度值，取平均值.試驗(yàn)采用P10探頭，測(cè)試前速率為3 mm/s，測(cè)試速率為1 mm/s，測(cè)試后速率為1 mm/s，初始觸發(fā)力為10 g，壓縮比為75%，測(cè)定時(shí)間間隔為5 s[12].

1.7.2 剪切力測(cè)定

取出燉制好的牦牛肉樣品，用冷水冷卻后，沿著肌纖維方向切取長(zhǎng)約2 cm、寬1 cm、厚1 cm的肉條，至少使用5根不同的肉條在質(zhì)構(gòu)儀上測(cè)定剪切力值，取平均值.試驗(yàn)采用HDP/BSW探頭，測(cè)試前速度為2 mm/s，測(cè)試速度為2 mm/s，測(cè)試后速度為10 mm/s，壓縮距離為30 mm，初始觸發(fā)力為10 g[13].

1.7.3 感官評(píng)定

感官評(píng)價(jià)參考周珠法[14]的評(píng)價(jià)方法.選擇接受過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練的10名食品領(lǐng)域?qū)I(yè)人士組成感官評(píng)定小組，根據(jù)牛肉感官質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(表2)給予評(píng)分， 計(jì)算平均值.

表2 牛肉的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standards of sensory evaluation of yak meat

1.7.4 色差測(cè)定

采用CW-5分光測(cè)色儀在室溫條件下進(jìn)行色差測(cè)定.測(cè)量類(lèi)型為反射率，鏡面光為SCI，測(cè)量區(qū)域?yàn)? mm.測(cè)試時(shí)將肉樣垂直緊扣在鏡口，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次[15].

1.7.5 風(fēng)味成分鑒定

將熟牛肉樣品斬拌成肉糜后，準(zhǔn)確稱(chēng)取肉糜8 g，裝入20 mL頂空萃取瓶中，用PTFE/S瓶蓋密封后，采用靜態(tài)頂空固相微萃取方法進(jìn)行風(fēng)味成分的提取.將復(fù)合式DVB/CAR/PDMS萃取頭插入密封的萃取瓶?jī)?nèi)，萃取頭暴露在瓶?jī)?nèi)樣品上部的頂空中，于50℃萃取40 min.氣譜條件:采用Agilent DB-5MS氣相色譜柱(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)；載氣為高純氦氣(1.0 mL/min)；采用電子轟擊電離(EI)離子源，電子能量70 eV；離子掃描范圍33-400 m/z；離子源溫度200℃，接口溫度250℃，進(jìn)樣口溫度250℃；采用不分流進(jìn)樣.程序升溫條件:初始溫度40℃，保持1 min；然后以5℃/min升到130℃，再以8℃/min升到200℃，最后以10℃/min升到260℃并保持7 min.化合物的鑒定根據(jù)Wiley和NIST 14數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，并參考相關(guān)文獻(xiàn)；采用峰面積歸一法計(jì)算相對(duì)含量.

1.8 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23軟件中的one-way ANOVA進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，采用Design Expert 8分析試驗(yàn)結(jié)果，建立以硬度值(Y1)、剪切力值(Y2)和感官評(píng)分(Y3)為響應(yīng)值的評(píng)價(jià)體系，建立三因素三水平的回歸方程.然后將得到的三個(gè)方程聯(lián)立求解，以期得到同時(shí)滿足嫩度和感官要求的最優(yōu)嫩化工藝.

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 溫度對(duì)牦牛肉剪切力值的影響

茶葉用量和時(shí)間分別為1%和60 min時(shí)，溫度在50～100°C范圍內(nèi)的剪切力值變化見(jiàn)圖1.溫度被認(rèn)為是加熱過(guò)程中影響肉嫩度的最主要因素[16].由圖可知，隨著加熱溫度的升高，牦牛肉的剪切力值總體呈先增大后減小的趨勢(shì)，溫度對(duì)剪切力值有著顯著影響(P＜0.05)，與孫紅霞等[13]的研究一致.剪切力的上升主要由肌原纖維蛋白的變性引起[17].80～100°C左右剪切力值的下降的原因可能是因?yàn)槟z原蛋白形成了凝膠[9].考慮到低溫?zé)踔婆Ｈ饪赡艽嬖诘氖称钒踩[患和實(shí)際情況，本實(shí)驗(yàn)選擇90°C作為響應(yīng)面的中心點(diǎn).

圖1 溫度對(duì)牦牛肉剪切力的影響Fig.1 The influence of temperature on shear force of yak meat

2.1.2 時(shí)間對(duì)牦牛肉剪切力值的影響

當(dāng)溫度和茶葉用量分別為50°C和1%時(shí)，作用時(shí)間在10～120 min范圍內(nèi)的剪切力值變化見(jiàn)圖2，時(shí)間對(duì)剪切力值的影響不顯著(P＞0.05).在10 min到60 min范圍內(nèi)，剪切力值變化較??；當(dāng)加熱到60 min以后，剪切力值略有下降，90 min的時(shí)候有最小值，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，剪切力值略有回升.最終選擇作用時(shí)間90 min為響應(yīng)面的中心點(diǎn).

圖2 時(shí)間對(duì)牦牛肉剪切力的影響Fig.2 The influence of time on shear force of yak meat

2.1.3 茶葉用量對(duì)牦牛肉剪切力值的影響

當(dāng)溫度和時(shí)間分別為50°C和60 min時(shí)，茶葉用量在0～4%范圍內(nèi)的剪切力值變化見(jiàn)圖3.當(dāng)茶葉用量在0～1%的范圍內(nèi)，剪切力值隨著茶葉用量的增加而顯著降低(P＜0.01).茶葉富含茶多酚，據(jù)Rawel等人[19]的研究，酚類(lèi)化合物可與賴(lài)氨酸、色氨酸和半胱氨酸殘基反應(yīng)，促進(jìn)蛋白質(zhì)聚合形成凝膠；而牦牛肉含有豐富的賴(lài)氨酸[20]，為茶葉促進(jìn)牦牛肉嫩化提供了理論依據(jù).而當(dāng)茶葉用量從1%增加至4%時(shí)，剪切力值變化較為平緩，在1% ～3%的范圍內(nèi)降低不顯著(P＞0.05)，并且當(dāng)茶葉用量大于3%時(shí)，剪切力值略有回升.最終選擇茶葉用量為2%作為響應(yīng)面的中心點(diǎn).

圖3 茶葉用量對(duì)牦牛肉剪切力的影響Fig.3 The influence of tea dosage on shear force of yak meat

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化茶葉嫩化牦牛肉結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面回歸模型的建立及交互作用分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，篩選溫度(A)、時(shí)間(B)和茶葉用量(C)中的合適條件進(jìn)行三因素三水平的BBD試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Results of Box-Behnken experiment

使用Design Expert 8分別得到硬度值(Y1)、剪切力值(Y2)和感官評(píng)價(jià)得分(Y3)與因素A、B、C的三元二次多項(xiàng)式回歸方程:

方程1:Y1＝5.97-1.24A-0.11B-0.83C+0.17AB+0.33AC+0.20BC-0.27A2+0.077B2+0.37C2

方程2:Y2＝11.93-1.14A+0.28B-0.74C+0.21AB-0.49AC+0.19BC+0.69A2+1.01B2+0.57C2

方程3:Y3＝84.80+4.50A+0.75B+3.25C-0.25AB-1.75AC-0.25BC+1.98A2-0.52B2-1.03C2

對(duì)上述進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)(結(jié)果見(jiàn)表4)并對(duì)試驗(yàn)中各因素的交互作用(結(jié)果如圖4所示)進(jìn)行分析可知，三個(gè)回歸模型均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)， R2分別為 0.9830、0.9267 和 0.9885，失擬檢驗(yàn)不顯著(P＞0.05)，說(shuō)明模型和實(shí)際結(jié)果能良好地?cái)M合；試驗(yàn)各因素間交互作用明顯.三個(gè)方程可以正確地反映硬度值(Y1)、剪切力值(Y2)和感官評(píng)分(Y3)與溫度(A)、時(shí)間(B)和茶葉用量(C)三因素之間的關(guān)系.

表4 響應(yīng)值的方差分析結(jié)果Table 4 Analysis of variance for the regression equation

圖4 各因素對(duì)硬度值、剪切力值和感官評(píng)分影響的響應(yīng)面圖.Fig.4 Response surface graphs showing the effect of various factors on hardness，Warner-Bratzler shear force and sensory value

將回歸方程1、2和3聯(lián)立求解，對(duì)各自變量求導(dǎo)，得到茶葉嫩化牦牛肉燉制的最佳工藝條件為溫度100°C，時(shí)間79.8 min，茶葉用量3.88%.在此條件處理下，牛肉剪切力預(yù)測(cè)值為10.71 kg，硬度預(yù)測(cè)值為4.24 kg，感官評(píng)分為91.63.

為了驗(yàn)證試驗(yàn)的可靠性，用試驗(yàn)所得到的最佳條件來(lái)處理牦牛肉，重復(fù)三次，測(cè)定硬度值、剪切力值并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，最終得到的結(jié)果為:硬度值為3.98 kg，剪切力值為11.23 kg，感官得分為92.實(shí)際值與預(yù)測(cè)值吻合良好，模型準(zhǔn)確可靠，證明本試驗(yàn)確定的最佳條件能有效地嫩化牦牛肉.

2.2.2 對(duì)照組與響應(yīng)面優(yōu)化組的比較

(1) 對(duì)照組與響應(yīng)面優(yōu)化組色差的比較

在此條件下得到的牦牛肉色澤也較好(見(jiàn)表5)，和對(duì)照組相比，亮度值(L)顯著降低(p＜0.01)，紅度值(a)顯著升高(p＜0.01)，黃度值(b)略有降低(p＞0.05)，整體顏色感官較好.

表5 茶葉嫩化牦牛肉優(yōu)化組與對(duì)照組色澤的比較Table 5 Comparison of color difference of yak meat between control and optimization group

(2) 對(duì)照組與響應(yīng)面優(yōu)化組風(fēng)味物質(zhì)的比較牦牛肉樣品中風(fēng)味成分的測(cè)定結(jié)果如表6所示.

表6 優(yōu)化組與對(duì)照組風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)及相對(duì)含量的比較Table 6 Comparison of volatile flavor compounds and contents between control and optimization group

由表6可見(jiàn)，優(yōu)化組牦牛肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)比對(duì)照組多9種，其中醇類(lèi)多2種，酮類(lèi)多1種，酸類(lèi)多1種，酯類(lèi)多3種，雜環(huán)多1種.在牦牛肉的風(fēng)味物質(zhì)中，醛類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)最多，對(duì)牦牛肉風(fēng)味起著重要的作用，優(yōu)化組醛類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量比對(duì)照組增加了約9%.據(jù)報(bào)道[20]，酯類(lèi)物質(zhì)在肉品風(fēng)味中起著重要的作用，在優(yōu)化組中，酯類(lèi)物質(zhì)的種類(lèi)和含量高于對(duì)照組.由此可見(jiàn)，在牦牛肉的燉制中，加入茶葉能明顯提高風(fēng)味，使得牦牛肉的風(fēng)味更加濃郁、醇厚，而且，經(jīng)感官評(píng)定，加入茶葉燉制牦牛肉可有效降低牦牛肉的腥味，使得其整體風(fēng)味更加協(xié)調(diào).

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用響應(yīng)面法對(duì)茶葉嫩化牦牛肉進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)牦牛肉剪切力的影響順序?yàn)闇囟取⒉枞~用量、時(shí)間，由回歸方程確定的最佳嫩化工藝條件為:溫度100°C，時(shí)間79.8 min，茶葉用量3.88%.此條件下，硬度、剪切力和感官評(píng)分的預(yù)測(cè)值分別為:4.24 kg、10.71 kg和91.63.通過(guò)驗(yàn)證，模型準(zhǔn)確可靠，與試驗(yàn)擬合良好.而且，燉制牦牛肉時(shí)加入茶葉不僅可以起到嫩化作用，還可改善其色澤和風(fēng)味，從而提高牦牛肉的食用品質(zhì).茶葉嫩化牦牛肉工藝的優(yōu)化，為牦牛肉加工工藝的發(fā)展提供了一定的參考，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值.

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