響應面法優(yōu)化醬鹵牛肉色澤固化效果研究

楊寧寧，武 杰，馬 龍，徐夢祥，楊國輝

(1.蚌埠學院 食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠市豐牧牛羊肉制品有限責任公司，安徽 蚌埠 233000)

作為我國傳統(tǒng)的熟肉制品，醬鹵肉制品是將原料肉經(jīng)過處理，進行預煮后，按照一定比例添加多種調味料及香辛料煮制而成。我國對醬鹵類肉制品的需求量很大，每天的消費量占傳統(tǒng)肉制品消費總量的40%左右，約1.6萬噸[1]。醬鹵是我國一種具有悠久歷史的傳統(tǒng)食物加工方法，被廣泛應用于肉類、蛋類、豆制品等的制作過程中。經(jīng)過鹵制后的食物，具有色澤誘人、香味濃郁、汁液豐厚等特點，因而被廣大顧客所喜愛，也成為家常制作肉制品等常用的方法之一[2-5]。醬鹵牛肉經(jīng)過加熱鹵制處理，牛肉質構發(fā)生明顯變化，蛋白質發(fā)生變性、降解等，產(chǎn)生很多風味物質，賦予醬鹵牛肉獨特的滋味[6-7]。經(jīng)過醬鹵后的牛肉不僅具有獨特的風味，而且具有相當誘人的色澤。色澤作為食品感官評價的重要指標之一，會極大影響消費者購買食品的欲望[8-9]。然而，作為最常用的肉制品發(fā)色劑，亞硝酸鹽的不當使用可能造成人體中毒，給健康帶來隱患。目前，研究發(fā)現(xiàn)多種天然色素對肉制品具有良好的著色效果[10-12]。其中，紅曲紅色素對蛋白質及含蛋白質較高的原料具有較好的著色能力[13-14]。葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯水解產(chǎn)生葡萄糖酸，葡萄糖酸可與牛肉蛋白質中游離的-NH3發(fā)生酰胺化反應，與-COOH進行酯化反應，通過化學交聯(lián)作用保持牛肉組織良好的質構，增加紅曲紅色素的著色能力。本文主要探討不同食品輔料和著色劑對醬鹵牛肉色澤固化的影響，利用響應面法研究出不同食品輔料和著色劑在醬鹵牛肉制作時的最優(yōu)添加量，以此制作出色澤鮮亮，香味濃郁的醬鹵牛肉。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黃牛肉(蚌埠大潤發(fā)超市購買)；醬油；紅曲紅色素(食品級)；焦糖色素(食品級)；葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯(食品級)；亞硝酸鈉(食品級)等。

1.2 儀器設備

FA214型萬分之一電子天平；3 nh通用色差計；水浴鍋。

1.3 實驗方法

1.3.1醬鹵牛肉工藝流程

豆油4 kg，大蔥150 g，鮮姜100 g，大蒜50 g，食用鹽2.5 kg，丁香25 g，山奈100 g，大茴100 g，桂皮50 g，花椒100 g，胡椒25 g，草果50 g，熱水20 kg。首先將鍋燒熱加入準備好的涼油，加熱至約60 ℃下入切好的蔥、姜、蒜，小火慢慢將蔥、姜、蒜煎至微黃發(fā)出香味，加入熱水，燒開后下牛肉，然后加入料酒、鹽及其他調味料，先大火煮制20 min左右，再改小火保溫2 h。在此配料和鹵制工藝流程的基礎上分別加入醬油、紅曲紅色素、焦糖色素、葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯和亞硝酸鈉等食品輔料和著色劑來改善醬牛肉的色澤[15]。

牛肉的預處理→預煮→香料水的制備→鹵制→冷卻→成品[16]。

(1)牛肉的預處理：選用質量較好的新鮮牛肉，經(jīng)修整后切分成大小合適的塊狀備用。

(2)預煮：將預處理后的牛肉放入冷水中，加水煮沸15 min左右，將牛肉中的血沫煮出后，撈出牛肉用冷水清洗干凈備用。

(3)香料水的制備：將香辛料包放入沸水中加熱熬煮1 h，冷卻備用。

(4)鹵制：預煮后的牛肉放入香料水中煮制，先大火煮制20 min，然后小火燜煮2 h。

(5)冷卻：放在室溫下靜置冷卻30 min。

(6)成品：對冷卻好的醬鹵牛肉進行殺菌，包裝，成品。

1.3.2色度值測定

色差計用標準白板校正，測定牛肉表面的L*(明度值)，a*(紅度值)和b*(黃度值)，每個樣品測定3個點，取其平均值[17]。

1.4 單因素實驗設計

在單因素實驗中，食品著色劑的基礎添加比例為：3%的醬油，0.03%的紅曲紅色素，0.03%的焦糖色素，0.2%的葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯，0.007%的亞硝酸鈉(以鮮牛肉的重量計為100%)。

1.4.1醬油的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

在上述基礎添加比例上，調整醬油的添加量分別為1%，3%，5%，10%，15%。按照上述工藝鹵制牛肉，觀察醬油的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響。

1.4.2紅曲紅色素添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

在上述基礎添加比例上，調整紅曲紅色素的添加量分別為0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%。按照上述工藝鹵制牛肉，觀察紅曲紅色素的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響。

1.4.3焦糖色素的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

在上述基礎添加比例上，調整焦糖色素的添加量分別為0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%。按照上述工藝鹵制牛肉，觀察焦糖色素的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響。

1.4.4葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

在上述基礎添加比例上，調整葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的添加量分別為0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%。按照上述工藝鹵制牛肉，觀察葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響。

1.4.5亞硝酸鈉的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

在上述基礎添加比例上，調整亞硝酸鈉的添加量分別為0.001%，0.004%，0.007%，0.011%，0.015%。按照上述工藝鹵制牛肉，觀察亞硝酸鈉的添加量對醬鹵牛肉色澤的影響。

1.5 響應面實驗設計

根據(jù)單因素實驗結果，以醬油的添加量(A) 、紅曲紅色素的添加量(B)和焦糖色素的添加量(C)為3個因素，以牛肉色度值L*(X)、a*(Y)、b*(Z)為響應值進行響應面實驗設計。

2 結果與分析

2.1 醬油添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

醬油的醬色是在釀造過程中經(jīng)過復雜的酶促褐變和非酶褐變反應產(chǎn)生的[18-19]。當醬油的添加量較低時，醬牛肉顏色就會越淺。這是因為低濃度的醬油體態(tài)薄，粘度低，著色能力較差[20]。但醬油的添加量過高，牛肉的色澤會逐漸加深為黑褐色，感官評分會下降，同時也不利于成本的控制。由表1可以看出，隨著醬油添加量的增加，醬鹵牛肉的L*值、a*值和b*值均呈先升高后降低的趨勢。當醬油的添加量為3%時，鹵制出來的牛肉色澤最佳，L*值為29.18，a*值為23.26，b*值為26.01。

表1 醬油添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

2.2 紅曲紅色素添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

從表2可知，隨著紅曲紅色素用量的增加，牛肉的a*不斷升高，L*和b*緩慢增加后逐漸降低。紅曲紅色素對蛋白質具有較好的著色性能，能夠提高牛肉制品的紅度值，提升產(chǎn)品的色澤度，但用量過多會降低肉制品的明度值，使醬鹵制品的感官評分下降，同時還會增加生產(chǎn)成本。由表2可知，當紅曲紅色素的添加量為0.03%時，鹵制出來的牛肉色澤最佳，L*值為26.76，a*值為24.84，b*值為24.74。紅曲紅色素添加量的細微波動會引起牛肉的紅度值a*值的較大變化，說明紅曲紅色素的添加量對牛肉色澤的影響是顯著的。

表2 紅曲紅色素添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

2.3 焦糖色素添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

由表3可以看出，隨著焦糖色素添加量的增加，醬鹵牛肉的L*、a*值呈先升高后降低的趨勢，焦糖色素的添加量為0.03%時，L*、b*值最大。隨著焦糖色素添加量的增加，醬鹵牛肉的b*值呈逐漸降低的趨勢，牛肉的黃度值逐漸下降。由表3可知，當焦糖色素的添加量為0.03%時，L*值為30.32，a*值為26.53，b*值為21.76，醬鹵牛肉的色澤最佳。

表3 焦糖色素添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

2.4 葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

由表4可以看出，隨著葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量的增加，醬鹵牛肉的L*值呈先升高后降低的趨勢，a*值呈緩慢上升的趨勢，b*值呈逐漸降低的趨勢。牛肉的色澤穩(wěn)定性主要是由色度值中a*值的變化體現(xiàn)，葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的添加量對醬鹵牛肉的色澤變化不明顯。

表4 葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

2.5 亞硝酸鈉添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

由表5可以看出，隨著亞硝酸鈉添加量的增加，醬鹵牛肉的L*值呈先緩慢降低后升高的趨勢，醬鹵牛肉的a*值變化不明顯，醬鹵牛肉的b*值變化較小。由此可知，亞硝酸鈉添加量對醬鹵牛肉的色澤影響較小。

表5 亞硝酸鈉添加量對醬鹵牛肉色澤的影響

2.6 響應面分析

2.6.1Box-Behnken 響應面實驗設計

通過分析單因素實驗，以影響醬鹵牛肉色澤較大的因子作為自變量，以醬鹵牛肉的色度值L*(明度值)、a*(紅度值)、b*(黃度值)為響應值[21]。采用 Box-Behnken Design(BBD)實驗方法設計實驗，對影響醬鹵牛肉色澤的醬油添加量、紅曲紅色素添加量、焦糖色素添加量三個主要因素進行優(yōu)化實驗，以醬油添加量(%)、紅曲紅色素添加量(%)、焦糖色素添加量(%)為自變量，分別用A，B，C表示，并以-1，0，1分別代表每個自變量的相應水平，以醬鹵牛肉的色度值L*(明度值)、a*(紅度值)、b*(黃度值)為響應值，最終得到各因素水平值與編碼值見表6。將各因素的水平值依次輸入Design Expert軟件中，按照BBD實驗方案進行實驗得到表7，記錄每組因素組合的實驗結果。

表6 響應面實驗因素水平編碼表

表7 響應面實驗及結果

2.6.2主效應分析

根據(jù)上述實驗，利用軟件Design Expert進行回歸擬合，可得到以L*值為函數(shù)的二次多項式回歸方程：

Y=34.89+0.31A-1.72B-1.53C+2.66AB+2.08AC+0.49BC-1.18A2-0.47B2-3.43C2

該多項式中各項系數(shù)的絕對值大小反映出各響應因素對產(chǎn)品L*(明度值)的影響程度，各因素影響程度大小順序為：紅曲紅色素添加量(B)>焦糖色素添加量(C)>醬油添加量(A)。為進一步確定回歸方程的有效性，運用Design Expert軟件對上述回歸方程進行方差分析，見表8。

由表8可知，模型的F=10.37，P=0.0028<0.01，證明實驗所選用的二次模型具有極顯著性。失擬項F=26.23，P=0.5124>0.05，失擬不顯著，結果表明該回歸方程與實測值的擬合度較好。模型中一次項醬油添加量(A)的影響是不顯著的(P>0.05)，紅曲紅色素(B)的影響是極顯著的(P<0.01)、焦糖色素(C)的影響是顯著的。在交互項中，只有因素A、B之間的交互影響是極顯著(P<0.01)，即紅曲紅色素和醬油的綜合作用對醬牛肉的明度值影響較大。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結果的影響順序：B>C>A，即紅曲紅色素添加量>焦糖色素添加量>醬油添加量。

表8 回歸模型方差分析

表9中該模型的決定系數(shù)R2為93.02%，說明該模型能解釋93.02%響應值的變化，校正后為84.05%，說明方程擬合較好，并且變異系數(shù)為3.89，表明實驗的精確度高，可靠性強。所以，該回歸方程可用來對醬鹵牛肉色澤固化中的L*(明度值)進行優(yōu)化。

表9 回歸模型參數(shù)

利用軟件Design Expert進行回歸擬合，可得到以a*值為函數(shù)的二次多項式回歸方程：

Y=20.15+0.37A+1.01B-1.84C+2.24AB+1.46AC-0.04BC-0.96A2-1.12B2-1.44C2

該多項式中各項系數(shù)的絕對值大小反映出各響應因素對產(chǎn)品a*(紅度值)的影響程度，由多項式可知，各因素影響程度大小順序為：焦糖色素添加量(C)>紅曲紅色素添加量(B)>醬油添加量(A)。

為進一步確定回歸方程的有效性，運用Design Expert軟件對上述回歸方程進行方差分析，見表10所示。

表10 回歸模型方差分析

續(xù)表

由表10可知，模型的F=8.72，P=0.0047<0.01，證明實驗所選用的二次模型具有極顯著性。失擬項F=0.6878，P=0.6050>0.05，失擬不顯著，結果表明該回歸方程與實測值的擬合度較好。模型中一次項醬油添加量(A)的影響是不顯著的(P>0.05)，紅曲紅色素添加量(B)的影響是顯著的(P<0.05)，焦糖色素(C)的影響是極顯著的(P<0.01)。在交互項中，只有因素A、B之間的交互影響是極顯著的(P<0.01)，即紅曲紅色素和醬油的綜合作用對醬牛肉的紅度值影響也較大。在所選的各因素水平范圍內(nèi)，按照對結果的影響順序：C>B>A，即焦糖色素添加量>紅曲紅色素添加量>醬油添加量。

表11中，該模型的決定系數(shù)R2為91.81%，說明該模型能解釋91.81%響應值的變化，校正后為81.29%，說明方程擬合較好，并且變異系數(shù)為5.63，表明實驗的精確度高，可靠性強。所以，該回歸方程可用來對醬鹵牛肉色澤固化中的a*(紅度值)進行優(yōu)化。

表11 回歸模型參數(shù)

2.6.3響應面分析

在圖1-圖3中，醬油添加量(A)和紅曲紅色素添加量(B)、醬油添加量(A)和焦糖色素添加量(C)兩組對應的等高線呈扁平或橢圓狀，且響應曲面比較陡峭，響應值變化較大，表明這兩組因素間的交互作用比較大；紅曲紅色素添加量(B)和焦糖色素添加量(C)等高線接近圓形，響應曲面相對比較平緩，說明因素間交互作用較弱。

圖1 醬油添加量和紅曲紅色素添加量交互作用對L*影響的響應面和等高線圖

圖2 醬油添加量和焦糖色素添加量交互作用對L*影響的響應面和等高線圖

圖3 紅曲紅色素添加量和焦糖色素添加量交互作用對L*影響的響應面和等高線圖

在圖4-圖6中，醬油添加量(A)和紅曲紅色素添加量(B)、醬油添加量(A)和焦糖色素添加量(C)兩組對應的等高線呈扁平或橢圓狀，且響應曲面比較陡峭，響應值變化較大，表明這兩組因素間的交互作用較強；紅曲紅色素添加量(B)和焦糖色素添加量(C)等高線接近圓形，響應曲面相對比較平緩，說明因素間交互作用較弱。

圖4 醬油添加量和紅曲紅色素添加量交互作用對a*影響的響應面和等高線圖

圖5 醬油添加量和焦糖色素添加量交互作用對a*影響的響應面和等高線圖

圖6 紅曲紅色素添加量和焦糖色素添加量交互作用對a*影響的響應面和等高線圖

2.6.4優(yōu)化及驗證

通過回歸模型的預測，得到色澤最佳的醬鹵牛肉的理論配方為醬油添加量(A)3.0832%，紅曲紅色素添加量(B)0.0336%，焦糖色素添加量(C)0.0301%，模型預測值為L*(明度值)為34.2873，a*(紅度值)為20.4416，b*(黃度值)為21.3707。為驗證上述模型的可靠性，在上述最優(yōu)條件下進行驗證實驗，多次實驗后，實際測得的平均色度值為L*為34.89、a*為19.96、b*為20.98，與對應條件下的模型預測值進行對比，相對誤差分別僅是L*值為1.76%、a*值為2.36%、b*值為1.25%。說明基于響應面法得出的最佳配方準確可靠，具有實用價值。一般市售醬牛肉外部色澤范圍為L*27-35、a*7-12、b*13-20[16]，本試驗優(yōu)化得到的醬牛肉紅度值比市售醬牛肉偏高一點，色澤更加飽滿誘人。

3 結論

通過單因素實驗對影響醬鹵牛肉色澤的食品輔料和著色劑：醬油、紅曲紅色素、焦糖色素、葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯、亞硝酸鈉進行篩選比較，得出醬油、紅曲紅色素和焦糖色素會對醬鹵牛肉的色澤產(chǎn)生較大的影響。通過響應面法對回歸模型進行預測，結果表明對于醬鹵牛肉的L*(明度值)各因素影響程度大小順序為：紅曲紅色素添加量(B)>焦糖色素添加量(C)>醬油添加量(A)；對于醬鹵牛肉a*(紅度值)的各因素影響程度大小順序為：焦糖色素添加量(C)>紅曲紅色素添加量(B)>醬油添加量(A)。通過優(yōu)化驗證，醬鹵牛肉色澤固化的最優(yōu)配方添加量為：醬油添加量(A)為3.0832%、紅曲紅色素添加量(B)為0.0336%、焦糖色素添加量(C)為0.0301%。經(jīng)此配方制出的醬鹵牛肉風味獨特，滋味醇厚，色澤鮮亮誘人。目前，關于紅曲紅色素的研究主要集中在香腸、腌肉及臘肉制品的護色工藝優(yōu)化中，在醬鹵牛肉制品色澤固化的應用相對較少。汪永[22]等人研究表明殼聚糖和阿拉伯膠等多糖可以提高紅曲紅色素對鹵煮牛肉的著色效果。本文主要研究了紅曲紅色素與醬油、焦糖色素、葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的協(xié)同作用對醬鹵牛肉制品色澤的影響，結果將為今后醬鹵牛肉制品的色澤固化研究奠定基礎。