木瓜蛋白酶嫩化調(diào)理豬排工藝條件的優(yōu)化

柳艷霞，張豪，趙莉君，趙改名，段萍

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南省肉制品加工與質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州 450002）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，消費(fèi)理念的轉(zhuǎn)變，調(diào)理肉制品市場(chǎng)前景廣闊[1]。其中調(diào)理豬排是以生鮮豬肉為主要原料，切制后添加調(diào)味料，經(jīng)過(guò)滾揉、攪拌、調(diào)味等工藝加工而成，需在凍藏條件下貯藏、運(yùn)輸及銷(xiāo)售，食用前需經(jīng)二次加工的非即食類(lèi)肉制品[2]。

調(diào)理豬排的食用品質(zhì)指標(biāo)主要包括滋味、嫩度、多汁性和氣味等，其中肉的嫩度是評(píng)價(jià)肉制品質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是消費(fèi)者最重視的食用品質(zhì)之一[3]，因此如何提高肉的嫩度是生產(chǎn)加工中的關(guān)鍵技術(shù)[4～7]。改善調(diào)理豬排嫩度的方法有很多，主要包括物理嫩化法、化學(xué)嫩化法和生物嫩化法[8]，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家們對(duì)生物嫩化法中外源酶嫩化法研究較多，尤其以植物性蛋白酶中木瓜蛋白酶為主[9～15]。木瓜蛋白酶主要對(duì)肌肉中肌動(dòng)球蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白組織起作用，既能將肌動(dòng)球蛋白分解為肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白，又能將肉中結(jié)締組織結(jié)構(gòu)特異性水解，使其變?yōu)闊o(wú)定型的肉塊，進(jìn)而提高肉的嫩度，肌動(dòng)蛋白溶水性較好，使肉的保水性增強(qiáng)[16]。在研究中大多注重木瓜蛋白酶對(duì)產(chǎn)品嫩度的影響，往往忽略了處理過(guò)程中木瓜蛋白酶可能會(huì)使肉中某些蛋白質(zhì)降解過(guò)度，導(dǎo)致肉制品產(chǎn)生苦味等異味[17]，因此限制了酶嫩化技術(shù)在企業(yè)的應(yīng)用。

本文以豬后肘肉為原料，研究木瓜蛋白酶添加量、嫩化時(shí)間、嫩化溫度對(duì)調(diào)理豬排食用品質(zhì)的影響，并采用響應(yīng)面法對(duì)木瓜蛋白酶嫩化調(diào)理豬排的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使調(diào)理豬排嫩度適宜，感官評(píng)價(jià)較好，且無(wú)苦味等異味，旨在為企業(yè)調(diào)理肉制品生產(chǎn)中酶嫩化技術(shù)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬后肘肉購(gòu)于鄭州市雙匯連鎖店，質(zhì)量為32 kg，保存于-40 ℃的冰箱中進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)；食鹽、黑胡椒、雞精粉等購(gòu)于鄭州市丹尼斯超市。

木瓜蛋白酶購(gòu)于南寧龐博生物工程有限公司，為固體，酶活力為100000 U/g。

1.2 儀器與設(shè)備

MODEL235沃-布剪切力儀，英國(guó) G-R Manufacturing公司；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó) Stable Microsystem公司；UV-2600紫外分光度計(jì)，島津企業(yè)管理有限公司；ALLEGR A-64A型高速離心機(jī)，美國(guó)Beckman Coulter公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原料選擇→修整→嫩化→注射→滾揉→灌裝→靜置→冷凍→切片→包裝

1.3.2 原料處理

選擇新鮮豬后肘肉，去除表面的脂肪和結(jié)締組織，順著肌纖維方向修整為寬4 cm，厚4 cm，長(zhǎng)6 cm的肉塊，置于4 ℃的冰箱中備用。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

用pH為7.0的磷酸緩沖液分別配制酶活力為50、200、350、500 U/g 的木瓜蛋白酶溶液 100 mL，按照酶嫩化處理方法，每100 g肉注射10 mL，其中所含酶活力大小分別為0.5、2.0、3.5、5.0 U/mL，固定嫩化時(shí)間和嫩化溫度，考察不同酶的添加量對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)的影響；固定酶添加量和嫩化溫度，嫩化時(shí)間分別為 4、12、20、28 min，考察不同作用時(shí)間對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)的影響；固定酶添加量和嫩化時(shí)間，嫩化溫度分別為30、40、50、60 ℃，考察不同溫度處理對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)的影響。

1.3.4 酶嫩化處理方法

用pH為7.0的磷酸緩沖液配制一定酶活力的木瓜蛋白酶溶液100 mL，將木瓜蛋白酶溶液按每100 g肉注射10 mL的量，均勻注射到肉塊中，將肉塊放入燒杯中，置于恒溫水浴鍋內(nèi)按設(shè)定的溫度與時(shí)間進(jìn)行嫩化處理，同時(shí)做空白對(duì)照[18]。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 感官評(píng)定

參考張維益等[19]的方法制定了油煎豬排感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，感官評(píng)定人員由15人組成，按表1油煎豬排感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評(píng)定。

表1 油煎豬排感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring criteria of fried pork chop

1.4.2 剪切力的測(cè)定

將平底鍋放在電磁爐上，電磁爐烹調(diào)模式設(shè)定為煎炸模式，溫度設(shè)定為100 ℃，將食用油鋪滿平底鍋底，等待 3 min，放入調(diào)理豬排，同時(shí)用秒表計(jì)時(shí)，每30 s翻面一次，煎制5 min后取出，冷卻至室溫備用。將煎好的豬排室溫下切取 2 cm×0.5 cm×0.7 cm 相同大小的肉塊，置于剪切儀上測(cè)定結(jié)果，測(cè)定三次取平均值[20]。

1.4.3 木瓜蛋白酶活力的測(cè)定

參照GB/T 23527-2009的方法測(cè)定酶活力[21]。

1.4.4 持水力的測(cè)定

采用離心法[22,23]稱(chēng)取5.0 g肉樣，利用水分測(cè)定儀測(cè)定肉樣含水量。

另外，同等條件下稱(chēng)取5.0 g肉樣，用定性濾紙將肉樣包裹好，放入50 mL的離心管中(內(nèi)放有脫脂棉，脫脂棉高度 5.5 cm～6.0 cm)，在轉(zhuǎn)速為 9000 r/min 的離心機(jī)中離心10 min后，取出樣品，剝?nèi)V紙，再次稱(chēng)重。按下式計(jì)算持水力：

1.4.5 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

將樣品切成長(zhǎng)、寬、高均為1 cm大小的肉塊，采用質(zhì)構(gòu)儀TPA模式進(jìn)行測(cè)定[18]。測(cè)定參數(shù)：探頭型號(hào)：P50；測(cè)定程序：TPA；測(cè)前速度：1 mm/s；測(cè)試速度：5 mm/s；壓縮比：50%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)中采用SPSS 16.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行差異顯著性分析，采用Design-Expert 6.0軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 木瓜蛋白酶添加量對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)的影響

木瓜蛋白酶添加量對(duì)調(diào)理豬排感官評(píng)價(jià)和品質(zhì)指標(biāo)的影響見(jiàn)表2和表3。

由表2和表3可知，隨著木瓜蛋白酶添加量的增多，調(diào)理豬排的感官評(píng)分、持水力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)（p＜0.05），剪切力、硬度、彈性、凝聚力和咀嚼性呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)（p＜0.05），出品率呈現(xiàn)增大趨勢(shì)（p＜0.05）。其中，木瓜蛋白酶添加量在350 U/g時(shí)，調(diào)理豬排的感官評(píng)價(jià)最高，剪切力最小，產(chǎn)品嫩度適宜，滋味最佳。當(dāng)木瓜蛋白酶添加量為 500 U/g時(shí)，肉中蛋白質(zhì)過(guò)度酶解導(dǎo)致產(chǎn)品有苦味，感官評(píng)價(jià)不佳[23～25]，確定木瓜蛋白酶的適宜添加量為 350 U/g。

表2 木瓜蛋白酶添加量對(duì)調(diào)理豬排感官評(píng)價(jià)的影響Table 2 Effect of papain added on sensory evaluation of conditioning pork chop

表3 木瓜蛋白酶添加量對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)指標(biāo)的影響Table 3 Effect of papain added on quality index of conditioning pork chop

2.2 嫩化時(shí)間對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)的影響

嫩化時(shí)間對(duì)調(diào)理豬排感官評(píng)價(jià)和品質(zhì)指標(biāo)的影響見(jiàn)表4和表5。隨著嫩化時(shí)間的增大，調(diào)理豬排的感官評(píng)分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)（p＜0.05），剪切力呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)（p＜0.05），持水力逐漸增大，硬度、彈性、凝聚力、咀嚼性逐漸減小，出品率無(wú)明顯變化（p＞0.05）。其中，嫩化時(shí)間在20 min時(shí)，調(diào)理豬排的感官評(píng)價(jià)最高，剪切力最小，產(chǎn)品嫩度適宜，滋味最佳。當(dāng)嫩化時(shí)間大于20 min后，剪切力值變化不顯著（p＞0.05），木瓜蛋白酶作用完全[26,27]。確定木瓜蛋白酶的適宜嫩化時(shí)間為20 min。

表4 嫩化時(shí)間對(duì)調(diào)理豬排感官評(píng)價(jià)的影響Table 4 Effect of tenderization time on sensory evaluation ofconditioning pork chop

表5 嫩化時(shí)間對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)指標(biāo)的影響Table 5 Effect of tenderization time on quality index of conditioning pork chop

2.3 嫩化溫度對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)的影響

嫩化溫度對(duì)調(diào)理豬排感官評(píng)價(jià)和品質(zhì)指標(biāo)的影響見(jiàn)表6和表7。

由表6和表7可知，隨著嫩化溫度的上升，調(diào)理豬排的感官評(píng)分、持水力、出品率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)（p＜0.05），剪切力、硬度、彈性、凝聚力、咀嚼性呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)（p＜0.05）。其中，嫩化溫度在50 ℃時(shí)，調(diào)理豬排的感官評(píng)價(jià)最高，剪切力最小，產(chǎn)品嫩度適宜，滋味最佳。當(dāng)嫩化溫度為60 ℃時(shí)，肉中蛋白質(zhì)酶解過(guò)度，部分蛋白質(zhì)變性，保水性下降且肉的完整性被破壞，導(dǎo)致產(chǎn)品有苦味，感官評(píng)價(jià)不佳[28,29]。確定木瓜蛋白酶的適宜嫩化溫度為50 ℃。

表6 嫩化溫度對(duì)調(diào)理豬排感官評(píng)價(jià)的影響Table 6 Effect of tenderization temperature on sensory evaluation of conditioning pork chop

注：平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列英文字母上標(biāo)不同表示均值之間存在顯著性差異（p＜0.05）。

表7 嫩化溫度對(duì)調(diào)理豬排品質(zhì)指標(biāo)的影響Table 7 Effect of tenderization temperature on quality index of conditioning pork chop

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心設(shè)計(jì)原理，以酶的添加量（A）、嫩化時(shí)間（B）、嫩化溫度（C）為因素，以調(diào)理豬排的剪切力和感官評(píng)分為響應(yīng)值，采用 Design-Expert6.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

響應(yīng)面因素設(shè)計(jì)如表8所示。

表8 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素及水平Table 8 Factors and levels of response surface design

2.5 響應(yīng)面回歸方程的建立及方差分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用Design-Expert 6.0軟件按照Box-Behnken原理進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 9。調(diào)理豬排的剪切力響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表10，由表10可知，酶添加量、嫩化時(shí)間、嫩化溫度、對(duì)剪切力都有極顯著影響（p＜0.01），并且都以指數(shù)形式影響剪切力（p＜0.01），此外，嫩化溫度與嫩化時(shí)間之間存在明顯的交互作用（p＜0.01），經(jīng)逐步回歸分析，取得最佳二次回歸方程（p＜0.01）。

表9 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 9 Experimental design and results for response surface analysis

表10 剪切力響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果Table 10 ANOVA results of shear force response surface regression model

回歸診斷表明，取得的回歸方程良好，由模型極顯 著 （p＜0.01 ）， R2=0.9919 ， Adj.R2=0.9838 和Adeq.Precision=31.80（信噪比）值遠(yuǎn)大于 4，失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05）可知，回歸方程擬合度很高，能夠很好地對(duì)剪切力進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用 Design-Expert6.0軟件對(duì)表9得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元逐步回歸擬合，得到剪切力二次多項(xiàng)回歸方程如下：

剪切力=29.28906-0.06471×酶添加量-0.10762×嫩化時(shí)間-0.54925×嫩化溫度+0.00020×酶添加量×嫩化時(shí)間-0.00325×嫩化時(shí)間×嫩化溫度+0.00009×酶添加量2+0.00545×嫩化時(shí)間2+0.00563×嫩化溫度2。

調(diào)理豬排的感官評(píng)分響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果見(jiàn)表11，由表11可知，酶添加量、嫩化時(shí)間、嫩化溫度、對(duì)感官評(píng)分都有極顯著影響（p＜0.01），并且都以指數(shù)形式影響感官評(píng)分（p＜0.01），此外，酶添加量與嫩化溫度之間存在明顯的交互作用（p＜0.01），經(jīng)逐步回歸分析，取得最佳二次回歸方程（p＜0.01）?；貧w診斷表明，取得的回歸方程良好，由模型極顯著（p＜0.01 ）， R2=0.9864 ， Adj.R2=0.9758 和Adeq.Precision=29.57（信噪比）值遠(yuǎn)大于 4，失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05）可知，回歸方程擬合度很高，能夠很好地對(duì)感官評(píng)分進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用 Design-Expert6.0軟件對(duì)表9得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元逐步回歸擬合，得到感官評(píng)分二次多項(xiàng)回歸方程如下：

感官評(píng)分=-950.64063+2.82600×酶添加量+9.20000×嫩化時(shí)間+20.22500×嫩化溫度+0.00950×酶添加量×嫩化溫度-0.00482×酶添加量2-0.30703×嫩化時(shí)間2-0.24150×嫩化溫度2

表11 感官評(píng)分響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果Table 11 ANOVA results of sensory evaluation score response surface regression model

2.6 各因素交互作用分析

圖1 嫩化溫度和嫩化時(shí)間對(duì)剪切力的影響Fig.1 Effect of tenderization temperature and tenderization time on shear force

圖2 酶添加量和嫩化溫度對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of enzyme addition and tenderization temperature on sensory score

根據(jù)二次多項(xiàng)式回歸方程，利用Design-Expert 6.0對(duì)表9中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到各因素交互 作用的響應(yīng)曲面圖，見(jiàn)圖1和圖2。

由圖1可知，在等高線中心區(qū)域，剪切力值最低，由中心向邊緣逐漸升高。當(dāng)酶添加量一定時(shí)，嫩化溫度與嫩化時(shí)間交互作用對(duì)剪切力值有極顯著影響（p＜0.01），響應(yīng)曲面呈現(xiàn)明顯的先降后升的趨勢(shì)。在一定的嫩化時(shí)間下，剪切力隨著嫩化溫度的升高先下降后上升，在嫩化溫度為49.00 ℃時(shí)達(dá)到最小值；在一定的嫩化溫度下，剪切力隨著嫩化時(shí)間的增加先下降后上升，在嫩化時(shí)間為15.02 min時(shí)達(dá)到最小值。

由圖2可知，在等高線中心區(qū)域，感官評(píng)分最高，由中心向邊緣逐漸降低。當(dāng)嫩化時(shí)間一定時(shí)，酶添加量與嫩化溫度交互作用對(duì)感官評(píng)分值有顯著影響（p＜0.05），響應(yīng)曲面呈現(xiàn)明顯的先升后降的趨勢(shì)。在一定的酶添加量下，感官評(píng)分隨著嫩化溫度的升高先上升后下降，在嫩化溫度為49.00 ℃時(shí)達(dá)到最大值；在一定的嫩化溫度下，感官評(píng)分隨著酶添加量的增大先上升后下降，酶添加量為339.46 U/g時(shí)達(dá)到最大值。

2.7 最佳工藝參數(shù)確定及驗(yàn)證

通過(guò)軟件Design-Expert 6.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以感官評(píng)分最高，剪切力適宜為最終評(píng)定依據(jù)，得到木瓜蛋白酶嫩化調(diào)理豬排的最優(yōu)嫩化工藝條件為木瓜蛋白酶添加量339.46 U/g、嫩化時(shí)間15.02 min、嫩化溫度49.00 ℃。為了方便實(shí)際操作，將實(shí)驗(yàn)條件修正為酶添加量 340.00 U/g、嫩化時(shí)間 15.00 min、嫩化溫度49.00 ℃。選取該組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表12所示，從表中可以看出，剪切力和感官評(píng)分的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差分別為2.42%和1.36%。實(shí)際值與預(yù)測(cè)值吻合良好，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)得到的模型有效，可以確定該結(jié)果為最優(yōu)結(jié)果。與未嫩化的調(diào)理豬排相比，剪切力降低了3.26 kg，感官評(píng)分增加了27.14，所以木瓜蛋白酶具有很好的嫩化效果，提高了調(diào)理豬排的食用品質(zhì)。

表12 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 12 Experiment data for test validation

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用木瓜蛋白酶對(duì)調(diào)理豬排進(jìn)行嫩化處理，確定了木瓜蛋白酶的最適作用條件。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化木瓜蛋白酶嫩化調(diào)理豬排的最佳工藝條件為酶添加量340.00 U/g、嫩化時(shí)間15.00 min、嫩化溫度49.00 ℃，在此條件下，調(diào)理豬排的剪切力為2.48 kg，感官總分為90.14。通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，建立的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型有效，產(chǎn)品嫩度適宜，且無(wú)苦味等異味，感官評(píng)價(jià)較好，這為企業(yè)調(diào)理肉制品生產(chǎn)中酶嫩化技術(shù)的應(yīng)用提供了理論參考。