響應(yīng)面法優(yōu)化發(fā)酵雞肉干加工工藝

馬浩然，卜寧霞，徐昊，孔維洲，頡向紅，劉敦華

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，銀川 750021)

雞肉富含豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、脂溶性維生素等營(yíng)養(yǎng)元素[1,2]。肉干是我國(guó)傳統(tǒng)肉制品之一，其營(yíng)養(yǎng)豐富,風(fēng)味獨(dú)特,儲(chǔ)存期較長(zhǎng)，攜帶方便，是人們喜愛的休閑食品[3,4]。傳統(tǒng)肉干產(chǎn)品的不足之處是質(zhì)地堅(jiān)硬、色澤深褐、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有限，難以滿足人們對(duì)肉制品日益增長(zhǎng)的消費(fèi)需求[5]。發(fā)酵肉干是一種借助于微生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的綜合作用，賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味、色澤以及質(zhì)地的發(fā)酵肉制品，其穩(wěn)定性和安全性高，便于保藏[6]。

目前，用于肉品發(fā)酵的主要微生物有細(xì)菌、霉菌和酵母菌，三者具有不同的發(fā)酵特性[7-11]。本文以植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)、戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)、木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus)的混合菌株作為發(fā)酵液，接種到雞肉中，用單因素試驗(yàn)選擇出在發(fā)酵時(shí)對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)和剪切力影響較大的3個(gè)因素，并在此基礎(chǔ)上，以剪切力為指標(biāo)，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，優(yōu)化出發(fā)酵雞肉干的最佳發(fā)酵工藝，以期研發(fā)出嫩度高、品質(zhì)好、安全穩(wěn)定、具有市場(chǎng)空間的發(fā)酵肉制品。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

植物乳桿菌Lactobacillusplantarum(20265)、木糖葡萄球菌Staphylococcusxylosus(21445)、戊糖片球菌Pediococcuspentosaceus(20536)：均為凍干粉，購(gòu)于中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)。

雞胸肉、食鹽、味精、白胡椒粉、料酒、醬油：均購(gòu)于銀川新華百貨寧陽(yáng)店。

1.2 儀器與設(shè)備

AIR TECH型超凈工作臺(tái) 蘇凈集團(tuán)安泰公司；DSX-280型手提式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；FiveEasy plus型pH計(jì) 梅特勒-托利多公司；LRH-150B型生化培養(yǎng)箱 上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司；WD900B型微波爐 格蘭仕集團(tuán)有限公司；BGZ-146電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；DZ-400D內(nèi)抽真空包裝機(jī) 深圳市晟楓包裝機(jī)械有限公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)SMS公司。

1.3 方法

1.3.1 雞肉干腌制劑配方

食鹽25 g/kg、味精15 g/kg、白胡椒粉20 g/kg、料酒50 g/kg、醬油20 g/kg。

1.3.2 發(fā)酵雞肉干加工工藝

參考張?zhí)K蘇等的方法[12]，將去脂的雞胸肉經(jīng)解凍、切塊、加腌制劑于4 ℃冰箱腌制5～6 h，接種發(fā)酵劑發(fā)酵后，經(jīng)熱風(fēng)(微波)干燥在65 ℃烘制3 h，在95 ℃烘制1 h后，待肉條冷卻、經(jīng)真空包裝后得發(fā)酵雞肉干成品。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

以發(fā)酵雞肉干的剪切力值和感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，研究不同單因素條件對(duì)成品品質(zhì)的影響，并由此確定響應(yīng)面試驗(yàn)的主要因素和各因素的最佳水平。

1.3.3.1 菌種配比的選擇

在經(jīng)過(guò)處理后的雞肉條中加入不同配比的發(fā)酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌分別為1∶1∶1,1∶1∶2,1∶1∶3,1∶2∶1,1∶2∶2，分別設(shè)為A,B,C,D,E組)，接種量為107cfu/g，在30 ℃的條件下發(fā)酵45 h，腌制并烘制后對(duì)成品進(jìn)行剪切力值和感官評(píng)分值的測(cè)定。

1.3.3.2 菌種接種量的選擇

在經(jīng)過(guò)處理后的雞肉條中加入發(fā)酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌為1∶1∶2)，接種量分別為105,106,107,108,109cfu/g，在30 ℃的條件下發(fā)酵45 h，腌制并烘制后對(duì)成品進(jìn)行剪切力值和感官評(píng)分值的測(cè)定。

1.3.3.3 發(fā)酵溫度的選擇

在經(jīng)過(guò)處理后的雞肉條中加入發(fā)酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌為1∶1∶2)，接種量為107cfu/g，分別在20,25,30,35,40 ℃的條件下發(fā)酵45 h，腌制并烘制后對(duì)成品進(jìn)行剪切力值和感官評(píng)分值的測(cè)定。

1.3.3.4 發(fā)酵時(shí)間的選擇

在經(jīng)過(guò)處理后的雞肉條中加入發(fā)酵劑(戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌為1∶1∶2)，接種量為107cfu/g，在30 ℃的條件下分別發(fā)酵30,35,40,45,50 h，腌制并烘制后對(duì)成品進(jìn)行剪切力值和感官評(píng)分值的測(cè)定。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇3個(gè)主要的因素，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，建立三因素三水平模型，對(duì)發(fā)酵雞肉干的剪切力值進(jìn)行優(yōu)化，確定發(fā)酵雞肉干的最佳工藝，試驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 Box-Benhnken試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of Box-Benhnken design

1.3.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.5.1 剪切力值

采用HDP/BSW探頭，測(cè)前速度：2.0 mm/s，測(cè)中速度：2.0 mm/s，測(cè)后速度：10.0 mm/s，下壓距離：30.0 mm[13]。

1.3.5.2 感官評(píng)分

參考宋佳的方法[14]，選擇10位食品專業(yè)的老師和同學(xué)組成感官評(píng)定小組，在評(píng)定前要對(duì)評(píng)定小組進(jìn)行培訓(xùn)，將樣品隨機(jī)編號(hào)，然后分發(fā)給感官評(píng)定小組成員。小組成員根據(jù)感官評(píng)分表對(duì)樣品的組織狀態(tài)、色澤、氣味、口感進(jìn)行打分，滿分為100分，評(píng)分結(jié)果取平均值，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表見表2。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表Table 2 Sensory scoring standardTable

續(xù) 表

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪圖；用Design Expert 8.0.6進(jìn)行方差分析并繪制響應(yīng)面圖；用SPSS 20的ANOVA方差分析分析數(shù)據(jù)的顯著性，差異顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 菌種配比的選擇

菌種配比對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響結(jié)果見圖1。

圖1 菌種配比對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.1 Effect of strains' ratio on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標(biāo)字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖1可知，5組中C，D，E這3組的剪切力值較低，其中，C組即菌種配比1∶1∶3的剪切力值最低，為5323 g，與其他組呈顯著性差異(P<0.05)。植物乳桿菌和戊糖片球菌為乳桿菌，具有較強(qiáng)的產(chǎn)酸能力，而木糖葡萄球菌產(chǎn)酸較弱。趙巖[15]指出木糖葡萄球菌的產(chǎn)酸能力明顯低于植物乳桿菌和戊糖片球菌。因此，酸度過(guò)高會(huì)降低消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的接受度，這也是E組感官評(píng)分值最低的原因，而乳酸菌比例的多少直接影響人們對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)。結(jié)合感官評(píng)分來(lái)看，C組的感官評(píng)分值較高且剪切力值最低，這是由于：同A組和B組相比，C組中木糖葡萄球菌比例的增加有利于延緩產(chǎn)酸速率，柔和產(chǎn)品口味，且木糖葡萄球菌具有分泌蛋白酶的能力，可分解雞肉中的蛋白質(zhì)來(lái)降低產(chǎn)品的剪切力，改善產(chǎn)品的質(zhì)地。綜上，戊糖片球菌∶植物乳桿菌∶木糖片球菌為1∶1∶3是發(fā)酵劑的最佳菌種配比組合。

2.1.2 菌種接種量的選擇

菌種接種量對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響結(jié)果見圖2。

圖2 發(fā)酵劑接種量對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of inoculation amount of starter on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標(biāo)字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖2可知，隨著接種量的增加，剪切力值均顯著降低(P<0.05)，發(fā)酵劑接種量為105cfu/g時(shí)剪切力值最大，這是因?yàn)樵谙嗤l(fā)酵時(shí)間內(nèi)，菌種接種量小的產(chǎn)品發(fā)酵尚未完全，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)地改變較小，而接種量大的產(chǎn)品在較短時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到發(fā)酵要求。結(jié)合感官評(píng)分來(lái)看，109cfu/g的接種量雖剪切力值較低，但由于接種量大產(chǎn)酸過(guò)多等原因?qū)е庐a(chǎn)品感官品質(zhì)較差，感官評(píng)分值降低，這與季中梅[16]的研究結(jié)果一致。隨著接種量的增大，微生物產(chǎn)酸能力過(guò)強(qiáng)，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，蛋白質(zhì)分解成氨基酸大量積累，有機(jī)酸的積累抑制了微生物的生長(zhǎng)，不利于風(fēng)味的形成。而接種量為106，107，108cfu/g的產(chǎn)品感官評(píng)分值較高且剪切力值較低，因此，選擇這3個(gè)接種量進(jìn)行下一步優(yōu)化。

2.1.3 發(fā)酵溫度的選擇

發(fā)酵溫度對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響結(jié)果見圖3。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標(biāo)字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖3可知，發(fā)酵溫度為25，30，35 ℃時(shí)剪切力值較低，說(shuō)明菌種在這個(gè)溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)代謝情況較好，同時(shí)，在這3個(gè)溫度下發(fā)酵的產(chǎn)品感官評(píng)分值也較高，與另2個(gè)溫度差異顯著(P<0.05)，彼此之間差異不顯著(P>0.05)，20 ℃發(fā)酵溫度過(guò)低，40 ℃發(fā)酵溫度又稍高，不適于作為混合發(fā)酵劑的發(fā)酵溫度。菌種都有一個(gè)最適生長(zhǎng)溫度范圍，在利用菌種進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵溫度過(guò)高會(huì)使菌體失活或有助于雜菌在發(fā)酵初期的快速增長(zhǎng)，發(fā)酵溫度過(guò)低會(huì)降低菌種的生長(zhǎng)增殖速度和產(chǎn)酸速率，影響菌種的發(fā)酵性能[17]。因此，選擇25，30，35 ℃為發(fā)酵劑的最適發(fā)酵溫度范圍。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間的選擇

發(fā)酵時(shí)間對(duì)雞肉干剪切力和感官評(píng)價(jià)的影響結(jié)果見圖4。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)雞肉干剪切力 和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on the shear force and sensory evaluation of chicken jerky

注：圖中肩標(biāo)字母不同者表示差異顯著(P<0.05)；相同者表示差異不顯著(P>0.05)。

由圖4可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，在30～50 h的5個(gè)發(fā)酵時(shí)間階段內(nèi)，發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)，雞肉干的剪切力值越低，在40，45，50 h時(shí)剪切力值相對(duì)較低，但彼此間差異不顯著(P>0.05)。從感官評(píng)價(jià)來(lái)看，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，發(fā)酵雞肉干的感官評(píng)價(jià)先增大后減小，這與王志威等[18]研究的關(guān)于發(fā)酵時(shí)間對(duì)鵝肉發(fā)酵香腸的感官評(píng)價(jià)影響一致。發(fā)酵時(shí)間在35，40，45 h時(shí)的感官評(píng)分值較高，40 h時(shí)顯著高于其他溫度(P<0.05)，發(fā)酵時(shí)間過(guò)短會(huì)降低發(fā)酵劑對(duì)產(chǎn)品質(zhì)地的改善作用，同時(shí)也不利于風(fēng)味物質(zhì)的形成，發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又會(huì)使肉干過(guò)于軟爛，成型度差，酸度過(guò)大，產(chǎn)品安全性難以保障，且會(huì)增加生產(chǎn)成本，不利于發(fā)酵雞肉干的推廣應(yīng)用。因此，綜合來(lái)看，發(fā)酵時(shí)間在35，40，45 h時(shí)，能達(dá)到較好的發(fā)酵雞肉干品質(zhì)。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表3 Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Box-Benhnken experimental design and results

續(xù) 表

2.3 回歸分析

利用Design Expert 8.0.6軟件對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多元回歸擬合分析，得到剪切力值對(duì)A(發(fā)酵劑接種量)、B(發(fā)酵溫度)、C(發(fā)酵時(shí)間)的二次多項(xiàng)回歸模型：

剪切力=5363.40-679.13A-101.75B-172.13C-177.75AB-91.00AC-52.25BC+134.55A2+635.80B2+511.55C2

回歸模型方差分析結(jié)果見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

注：“*”表示差異顯著(P<0.05)，“**”表示差異極顯著(P<0.01)。

2.4 交互作用分析

利用Design Expert 8.0.6軟件繪制出的響應(yīng)面三維立體曲面圖和等高線圖見圖5～圖7，反映了在發(fā)酵劑接種量(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時(shí)間(C)這3個(gè)因素中，每2個(gè)因素對(duì)發(fā)酵雞肉干剪切力的交互影響。

圖5 發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵溫度對(duì)雞肉干剪切力的影響Fig.5 Effect of inoculation amount of starter and fermentation temperature on shear force of chicken jerky

圖6 發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)雞肉干剪切力的影響Fig.6 Effect of inoculation amount of starter and fermentation time on shear force of chicken jerky

圖7 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間對(duì)雞肉干剪切力的影響Fig.7 Effect of fermentation temperature and fermentation time on shear force of chicken jerky

由圖5可知，發(fā)酵溫度一定時(shí)，隨著發(fā)酵劑接種量的增加，響應(yīng)值剪切力不斷減小，且變化幅度較大，這是由于發(fā)酵劑接種量越大，菌種分泌的蛋白酶和脂肪酶的量就越大，對(duì)雞肉干中蛋白質(zhì)和脂肪的分解能力也隨之增強(qiáng)，故使產(chǎn)品的剪切力值減小，改善雞肉干的質(zhì)地；發(fā)酵劑接種量一定時(shí)，隨著發(fā)酵溫度的增加，響應(yīng)值剪切力先減小后增大，變化幅度也較大，發(fā)酵溫度與發(fā)酵劑的生長(zhǎng)代謝息息相關(guān)，只有在一個(gè)最適的溫度范圍內(nèi)，發(fā)酵劑的發(fā)酵性能才能達(dá)到最佳，發(fā)酵溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響發(fā)酵性能，雞肉干剪切力值隨發(fā)酵劑的代謝能力發(fā)生改變，呈先減小后增大的變化趨勢(shì)。由圖6可知，發(fā)酵時(shí)間一定時(shí)，剪切力值隨發(fā)酵劑接種量的增加呈下降趨勢(shì)，但下降幅度較小；發(fā)酵劑接種量一定時(shí)，剪切力值隨發(fā)酵時(shí)間的增加呈先下降后增加的變化趨勢(shì)，變化幅度較小。由圖7可知，發(fā)酵時(shí)間一定時(shí)，剪切力值隨發(fā)酵溫度的增加先降低后增加，但變化幅度?。话l(fā)酵溫度一定時(shí)，剪切力值隨發(fā)酵時(shí)間的增加呈先降低后增加的變化趨勢(shì)，變化幅度也較小。

等高線圖能直觀反映兩因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響，其中，橢圓形表示交互作用顯著，圓形表示交互作用不顯著[19]。由圖5～圖7中的等高線圖可知，圖5中的等高線圖呈橢圓形，故A、B項(xiàng)交互作用顯著(P<0.05)，即發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵溫度的交互作用對(duì)響應(yīng)值剪切力的影響顯著(P<0.05)；圖6和圖7中的等高線圖形趨于圓形，表明A(發(fā)酵劑接種量)和C(發(fā)酵時(shí)間)，B(發(fā)酵溫度)和C(發(fā)酵時(shí)間)之間的交互作用不顯著(P>0.05)，該結(jié)論與方差分析結(jié)果一致，均表明交互項(xiàng)中僅有A、B項(xiàng)交互作用顯著。

2.5 最優(yōu)發(fā)酵工藝優(yōu)化及驗(yàn)證

經(jīng)Design Expert 8.0.6軟件分析優(yōu)化出的最佳發(fā)酵工藝條件為：發(fā)酵劑接種量108cfu/g，發(fā)酵溫度31.16 ℃，發(fā)酵時(shí)間41.35 h，在此優(yōu)化條件下剪切力值為4751.18 g，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，為了方便操作，將各工藝條件調(diào)整為：發(fā)酵劑接種量108cfu/g，發(fā)酵溫度31 ℃，發(fā)酵時(shí)間41 h，在此工藝條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得發(fā)酵雞肉干的平均剪切力值為4983.67 g，與預(yù)測(cè)值的誤差僅為4.89%，說(shuō)明該模型與實(shí)際情況擬合度高，因此在實(shí)際操作中可用此模型優(yōu)化出的工藝條件進(jìn)行生產(chǎn)。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)單因素試驗(yàn)篩選出對(duì)發(fā)酵雞肉干品質(zhì)影響最大的3個(gè)因素：發(fā)酵劑接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間。再通過(guò)Box-Benhnken試驗(yàn)得到發(fā)酵雞肉干剪切力值與A(發(fā)酵劑接種量)、B(發(fā)酵溫度)和C(發(fā)酵時(shí)間)的二次多項(xiàng)回歸模型：剪切力=5363.40-679.13A-101.75B-172.13C-177.75AB-91.00AC-52.25BC+134.55A2+635.80B2+511.55C2。說(shuō)明該模型擬合程度較好，可以用來(lái)分析和預(yù)測(cè)發(fā)酵雞肉干的剪切力值。

用響應(yīng)面法分析優(yōu)化出發(fā)酵雞肉干的最佳發(fā)酵工藝條件為：發(fā)酵劑接種量108cfu/g，發(fā)酵溫度31 ℃，發(fā)酵時(shí)間41 h，在此工藝條件下得到的發(fā)酵雞肉干剪切力值最小，為4983.67 g，產(chǎn)品具有較好的嫩度品質(zhì)。