響應(yīng)面法優(yōu)化檸檬酸嫩化鴨肉效果的研究

徐 靜， 宋 健， 武 杰， 楊國(guó)輝， 楊 鄭

(1.蚌埠學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院,安徽 蚌埠 233000；2.蚌埠市豐牧牛羊肉制品有限責(zé)任公司,安徽 蚌埠 233000)

鴨肉是中國(guó)傳統(tǒng)餐桌上的一種美味佳肴，適于滋補(bǔ)，是多種名菜的主要原料[1]。鴨肉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，蛋白質(zhì)含量較一般禽肉高，酮體脂肪分布均勻，含多種單不飽和脂肪酸和低碳飽和脂肪酸，因此適量食用鴨肉對(duì)身體大有裨益[2-4]。肉品中所含有的含氮浸出物越多，味道就越鮮美，鴨肉中的含氮浸出物相對(duì)較高，因此鴨肉味道鮮美，深受國(guó)內(nèi)外食客喜愛。中國(guó)各地均具有以鴨肉為主原料的特色美食，比如北京烤鴨[5]、南京鹽水鴨[6]、南京板鴨[7]、白市驛板鴨[8]等，在國(guó)內(nèi)外頗受歡迎。

嫩度是指肉在咀嚼時(shí)對(duì)碎裂抵抗力的大小[9]，嫩度越高表明肉質(zhì)柔軟、多汁、易于嚼爛，是肉品質(zhì)的主要指標(biāo)[10]。嫩度測(cè)定主要有主觀評(píng)定和客觀評(píng)定，即感官評(píng)定和儀器評(píng)定，感官評(píng)定對(duì)儀器評(píng)定具有輔助作用，而儀器評(píng)定則可以消除因個(gè)體差異帶來的誤差。目前肉類的嫩化主要采用物理法、酶法以及化學(xué)法，有機(jī)酸嫩化是化學(xué)法的一種，一般浸漬法或注射法處理。浸漬法滲透緩慢，處理時(shí)間較長(zhǎng)，嫩化緩慢，采用注射法擴(kuò)散速度快，嫩化時(shí)間較短，因此注射法是常用的嫩化方法[11-14]。本文將以鴨肉為主要原料，研究檸檬酸對(duì)鴨肉的嫩化效果，以改善鴨肉的食用品質(zhì)。通過研究檸檬酸處理的濃度、處理時(shí)間、處理溫度對(duì)鴨肉嫩度的影響，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以剪切力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用響應(yīng)面分析法對(duì)檸檬酸的濃度、處理時(shí)間、處理溫度進(jìn)行優(yōu)化。以期通過此研究為今后有機(jī)酸嫩化畜禽肉提供相關(guān)的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

KE01A1切片機(jī)(南京格新電器有限公司)；C21-SDHC15X恒溫水浴鍋(金壇市杰瑞爾電器有限公司)；Brookfield CT3質(zhì)構(gòu)儀(美國(guó)Brookfield公司)；WT-B5003電子天平(杭州萬特衡器有限公司)；MPC-5V300(A)冷藏箱(青島海爾股份有限公司)；注射器(5mL，江蘇宇陽醫(yī)療器械有限公司)；鴨肉(市售櫻桃谷鴨，飼養(yǎng)7周達(dá)3 kg以上，取鴨胸肉)；檸檬酸(食品級(jí)，蚌埠市華勝化工有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 肉樣采集→清洗→修整→切片→嫩化處理→冷藏過夜(2～4 ℃，12 h)→儀器測(cè)定。

1.2.2 鴨肉的嫩化處理 將處理過后的新鮮鴨肉，用切片機(jī)進(jìn)行切塊，沿肌纖維切成3 cm×2 cm×1 cm的肉塊，切塊過程中，保持每塊鴨肉塊大小，形狀一致。之后，用蒸餾水沖凈鴨肉表面的瘀血。于室溫下晾干表面水分，待用。用蒸餾水配置檸檬酸溶液，用一次性注射器分別吸取一定量的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉的質(zhì)量的10%，然后分12點(diǎn)均勻注射到鴨肉的不同部位，滾揉10 min[15]。

1.2.3 剪切力的測(cè)定 采用Warner-Bratlzer(W-B)剪切方法[16]，將處理好的鴨胸肉放入90 ℃恒溫水浴鍋中加熱，加熱煮制40 min，用數(shù)顯式溫度計(jì)測(cè)量肉的中心溫度，當(dāng)肉的中心溫度達(dá)到75 ℃時(shí)，然后取出冷卻至室溫，置于4 ℃冷藏室中冷藏過夜(12 h)[17]。選擇p/5柱形探頭，對(duì)每種樣品進(jìn)行穿透測(cè)定。測(cè)定條件設(shè)置如下：探頭下行速度為1.0 mm/s，探頭返回速度為1.0 mm/s，測(cè)試速度為1.0 mm/s，下行距離為5.0 mm。樣品厚度為10 mm，每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 單因素試驗(yàn)

1.2.4.1 檸檬酸濃度的選擇 用一次性注射器沿肌纖維方向向鴨肉注射0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mol/L的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉質(zhì)量的10%，在40 ℃恒溫水浴下浸泡1 h，之后將處理好的鴨胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再測(cè)定剪切力并確定最優(yōu)水平。

1.2.4.2 處理時(shí)間的選擇 準(zhǔn)備6份形狀大小基本相同的鴨肉，依次編號(hào)1、2、3、4、5、6，依次注射最優(yōu)水平濃度的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉質(zhì)量的10%，在40 ℃的恒溫水浴下浸泡1、2、3、4、5 h，之后將處理好的鴨胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再測(cè)定剪切力并確定最優(yōu)水平。

1.2.4.3 處理溫度的選擇 準(zhǔn)備6份形狀大小基本相同的鴨肉，依次編號(hào)1、2、3、4、5、6，依次注射最優(yōu)水平濃度的檸檬酸溶液，注射量為鴨胸肉質(zhì)量的10%，放入設(shè)定好溫度為20、30、40、50、60 ℃的恒溫水浴鍋中處理一定時(shí)間。之后將處理好的鴨胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再測(cè)定剪切力并確定最優(yōu)水平。

1.2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以最大剪切力作為響應(yīng)值，采用Design-Expert 8.0 6的Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)，確定檸檬酸嫩化鴨肉的最佳條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同濃度檸檬酸處理對(duì)鴨肉剪切力的影響 由圖1可知，隨著檸檬酸濃度的升高，肉樣的剪切力逐漸降低，當(dāng)檸檬酸濃度達(dá)到0.15 mol/L，剪切力值最低，這是因?yàn)榈蜐舛葯幟仕岵粌H能弱化肌原纖維，還能弱化結(jié)締組織，降低了肉的機(jī)械抵抗力，達(dá)到相關(guān)組織蛋白酶的適宜pH范圍[18-20]。當(dāng)檸檬酸濃度達(dá)到0.25 mol/L后，剪切力數(shù)值明顯升高。因?yàn)闄幟仕釢舛冗^高，pH進(jìn)一步下降對(duì)鴨肉中的組織蛋白酶活性產(chǎn)生影響，并導(dǎo)致鴨肉失水嚴(yán)重，對(duì)鴨肉的品質(zhì)造成不良影響。因此檸檬酸濃度為0.15 mol/L時(shí)，檸檬酸對(duì)鴨肉的嫩化效果最好。

2.1.2 處理時(shí)間對(duì)鴨肉剪切力的影響 由圖2可知，隨著處理時(shí)間的增加，鴨肉的剪切力值逐漸降低，這是由于隨著檸檬酸處理時(shí)間增加，肌原纖維蛋白質(zhì)溶解度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，肌內(nèi)膜和肌束膜結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，逐漸顆?；?，顆?；欣谀鄱鹊母纳芠21-24]。但處理時(shí)間過長(zhǎng)的話，鴨肉會(huì)逐漸失水，肉質(zhì)變老，嫩化效果較差，所以水浴時(shí)間控制在5 h最佳，鴨肉的嫩化效果最好。

圖1 不同濃度的檸檬酸處理對(duì)鴨肉剪切力的影響

圖2 處理時(shí)間對(duì)鴨肉剪切力的影響

2.1.3 處理溫度對(duì)鴨肉剪切力的影響 由圖3可知，隨著處理溫度的增加，處理后的鴨肉的剪切力也隨之降低，處理溫度在40 ℃時(shí)，鴨肉剪切力數(shù)值最低，超過40 ℃時(shí)，反而有所上升，這是因?yàn)榧≡w維蛋白在40～70 ℃內(nèi)加熱并保溫后形成的凝膠硬度隨溫度上升而增大，導(dǎo)致鴨肉樣品的嫩度和食用品質(zhì)受到不良影響。所以處理溫度控制在40 ℃時(shí)最佳，鴨肉的嫩化效果最好。

圖3 不同處理溫度對(duì)鴨肉剪切力的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，采用Design-Expert 8.0 6軟件中的Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)原理，選取檸檬酸濃度、處理時(shí)間、處理溫度3個(gè)因素做試驗(yàn)因素，以最大剪切力作為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)[25]。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平見表1，響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平

表2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多元二次回歸擬合，建立嫩化工藝參數(shù)回歸模型。二次多元回歸方程為：

Y=1.21+0.006 250A-0.007 500B-0.076C-0.015AB-0.007 500AC+0.015BC+0.27A2+0.15B2+0.084C2。

由表3可知，二次回歸模型的F值為14.92，P值為0.000 9，均表明此模型顯著。試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臎Q定系數(shù)R2=0.950 5，說明該模型能解釋95.05%響應(yīng)值的變化。且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ｕ禂?shù)R2=0.886 9，試驗(yàn)結(jié)果有88.69%受試驗(yàn)因素的影響，可以利用該方程對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。此外，由F檢驗(yàn)可知影響鴨肉嫩化效果的主次因素為檸檬酸濃度>處理時(shí)間>處理溫度，通過Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行計(jì)算，檸檬酸對(duì)鴨肉的嫩化效果研究參數(shù)為：檬酸濃度為0.15 mol/L、處理時(shí)間為5.46 h、處理溫度為40.01 ℃，預(yù)計(jì)值為1.192 56 kg。

表3 響應(yīng)面回歸模型方差分析

2.3 響應(yīng)面分析

根據(jù)上述回歸方程繪出響應(yīng)曲面圖及等高線圖(圖4)，分析檸檬酸濃度、不同處理溫度、不同處理時(shí)間，這3個(gè)因素對(duì)處理后鴨肉的嫩化效果影響的交互作用。

通過Design-Expert 8.0 6軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行分析，得到了各因素交互作用對(duì)鴨肉剪切力值影響的等高線圖和響應(yīng)面圖，使得各試驗(yàn)因素之間的交互作用更加直觀。響應(yīng)面的坡度越陡峭，等高線圖的形狀趨于橢圓形，各因素之間的交互作用顯著。反之，響應(yīng)面的坡度越趨于平緩，等高線圖的形狀趨于圓形，則表明各因素之間的交互作用不顯著[26-27]。根據(jù)響應(yīng)面和等高線圖的性質(zhì)分析所得的響應(yīng)面和等高線圖，檸檬酸濃度與處理時(shí)間兩因素之間的交互作用顯著，檸檬酸濃度與處理溫度兩因素之間的交互作用次之，處理溫度與處理時(shí)間兩因素之間的交互作用不顯著，這與回歸模型的方差分析結(jié)果一致，因此，可用該模型來分析和預(yù)測(cè)檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝。

圖4 各因素交互作用對(duì)鴨肉剪切力值影響的響應(yīng)面及等高線圖

2.4 最佳工藝條件確定與驗(yàn)證試驗(yàn)

通過Design-Expert 8.0 6軟件求得預(yù)測(cè)檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝條件為：檸檬酸濃度為0.15 mol/L、處理時(shí)間為5.46 h、處理溫度為40.01 ℃，剪切力預(yù)測(cè)值為1.192 56 kg，考慮到實(shí)際操作的可行性，將檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝條件調(diào)整為：檬酸濃度為0.15 mol/L、處理時(shí)間為5.50 h、處理溫度為40.00 ℃，在此條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得到剪切力值為1.225 3 kg，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間偏差較小，因此說明通過響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)檸檬酸嫩化鴨肉的工藝進(jìn)行優(yōu)化是可行的，具有實(shí)際意義。

3 結(jié)論與討論

單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在檸檬酸濃度達(dá)到0.15 mol/L，處理時(shí)間為5 h，處理溫度達(dá)到40 ℃時(shí)，鴨肉的剪切力值最小，嫩化效果最佳。

由響應(yīng)面結(jié)果得出：二次線性回歸方程前的系數(shù)絕對(duì)值A(chǔ)>C>B，說明鴨肉嫩化效果的影響因素：檸檬酸處理濃度>處理溫度>處理時(shí)間。結(jié)合響應(yīng)面的最佳處理?xiàng)l件與實(shí)際操作條件，將檸檬酸嫩化鴨肉的最佳工藝改為檸檬酸處理濃度為0.15 mol/L，處理時(shí)間為5.50 h，處理溫度為40.00 ℃。采用此條件進(jìn)行驗(yàn)證，剪切力的實(shí)測(cè)值為1.225 3 kg。

用外源酸浸泡是傳統(tǒng)的肉類嫩化方法之一，但有機(jī)酸在肌肉中的擴(kuò)散速度較慢，需要浸泡的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致這一方法受到很大的限制。本實(shí)驗(yàn)利用有機(jī)酸注射法，直接將有機(jī)酸注射進(jìn)鴨肉肌肉中，可以顯著加快嫩化速度，改善鴨肉的嫩化效果，而且低濃度檸檬酸具有一定的抑菌防腐的作用。但當(dāng)檸檬酸濃度達(dá)到0.40 mol/L時(shí)，隨著有機(jī)酸濃度的升高，導(dǎo)致鴨肉產(chǎn)生不良的風(fēng)味，酸味較重，嚴(yán)重影響鴨肉的食用品質(zhì)。因此，檸檬酸對(duì)鴨肉的嫩化機(jī)理及使用量還需進(jìn)一步探究。