超聲波輔助復合蛋白酶對冬菜扣肉品質的影響研究

摘要：以冬菜扣肉為研究對象， 為縮短傳統(tǒng)冬菜扣肉加工過程的蒸制時間， 減少經濟能耗， 確定冬菜扣肉的工業(yè)化生產， 采用超聲波和蛋白酶對冬菜扣肉的鮮肉進行預處理， 以剪切力和感官評分為測定指標， 利用響應面實驗優(yōu)化出超聲波輔助復合蛋白酶的最佳工藝條件． 結果表明： 在復合蛋白酶（木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶）比例為2∶ 添加量為420 U/mL， 嫩化溫度為38 ℃， 嫩化時間為33 min時嫩化效果最佳， 冬菜扣肉的剪切力最小， 感官評分最高．

關 鍵 詞：冬菜扣肉； 超聲波； 復合蛋白酶； 剪切力

中圖分類號：

S879.2； TS251.5

文獻標志碼：A

文章編號：16739868（2024）07002911

Study on the Processing Technology of Ultrasound-assisted

Compound Protease on Quality of Winter Vegetable Buckle

LIAO Lin HE Zhifei LI Hongjun

1. College of Food Science， Southwest University， Chongqing 400715， China；

2. Chongqing Key Laboratory of Special Food Co-built by Sichuan and Chongqing， Chongqing 400715， China

Abstract： In order to shorten the steaming time of the traditional winter vegetable buckle meat processing， reduce the economic energy consumption， and determine the industrial production of winter vegetable buckle meat， taking winter vegetable buckle meat as the research object， the fresh meat for winter vegetable buckle meat was pretreated by ultrasonic and protease． The shear force and sensory score were used as the measurement index， and the optimal process conditions of ultrasound-assisted complex protease were optimized by response surface experiment． The results showed that the tenderization effect was the best when compound protease ratio （papain∶bromelain） was 2∶ the complex protease was 420 U/mL， the tenderization temperature was 38 ℃， and the tenderization time was 33 min． The shear force of winter vegetable buckle meat was the smallest and the sensory score was the highest．

Key words： winter vegetables buckle meat； ultrasonic； complex proteases； shear force

冬菜扣肉口感細膩、 滋味鮮美， 但其制作工藝復雜， 蒸制時間較長， 往往只在重大宴席上才會出現(xiàn)． 通常長時間的烹飪會使產品的營養(yǎng)流失和加工技術中的不可控因素增大， 而超聲波或蛋白酶處理能夠有效嫩化肉制品， 縮短加工時間， 減少營養(yǎng)物質的流失． 張坤等［1］發(fā)現(xiàn)超聲波處理能夠顯著改變鵝肉的蛋白質特性， 改善其嫩度， 提升其食用價值． 木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶是國際認證的可用于食品加工中的蛋白酶， 木瓜蛋白酶能提升牛肉干［2］、 羊肉干［3］、 豬排［4］、 兔肉?。?］、 雞肉?。?］和豬大腸［7］等的嫩度． 肖夏等［8］發(fā)現(xiàn)復合蛋白酶能夠有效地發(fā)揮蛋白酶的嫩化作用． 有研究發(fā)現(xiàn)， 一定的超聲強度［9］和超聲時間［10］能夠提高蛋白酶的活性． 于如夢［11］通過研究發(fā)現(xiàn)超聲波和菠蘿蛋白酶聯(lián)用能夠在較低的蛋白酶添加量下有效地提高牛肉的嫩度， 提升牛肉的品質， 為牛肉產品的研發(fā)提供新思路． 此外， 蛋白酶的加入還能增加肉制品的口感和風味， Ye等［12］發(fā)現(xiàn)菠蘿蛋白酶能改變煙熏鴨的口感， 使其變得多汁， 并能為煙熏鴨增添獨特的風味， 為鴨肉產品的開發(fā)提供了一定的數(shù)據(jù)支持． 綜上所述， 超聲波和蛋白酶均對肉制品的嫩度有一定的積極影響．

基于此， 本文以冬菜扣肉為研究對象， 通過研究超聲波影響下復合蛋白酶的比例、 復合蛋白酶添加量、 嫩化溫度、 嫩化時間對冬菜扣肉剪切力的影響， 以剪切力和模糊數(shù)學感官評價為響應值， 通過Design Expert 8.0中的響應面實驗設計對各條件進行優(yōu)化， 旨在得到超聲波和復合蛋白酶的最佳使用條件和添加量， 為獲得一款低成本、 口味佳的冬菜扣肉提供數(shù)據(jù)支撐， 也為改良冬菜扣肉加工工藝提供一定的理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從重慶永輝超市購買帶皮的寶肋肉， 用低溫泡沫箱（4 ℃左右）快速運送到實驗室， 于-18 ℃儲藏備用， 實驗前12 h取出放入恒溫恒濕箱（4 ℃， 濕度75%）中解凍備用． 實驗所用的鹽、 料酒、 老抽和鹵料等調料均購買于重慶永輝超市．

木瓜蛋白酶（酶活力10萬U/g）、 菠蘿蛋白酶（酶活力10萬U/g）， 河南萬邦化工科技有限公司．

1.2 儀器與設備

物性測定儀， 英國Stable Micro System公司； 電子分析天平， 上海豪晟科學儀器有限公司； 低溫恒濕箱， 東莞市巨亞檢測儀器設備有限公司； 單缸炸爐， 廣州佛洛麗斯廚具設備有限公司； 超聲波清洗機， 寧波新芝生物科技股份有限公司； 真空包裝機， 上海人民包裝股份有限公司．

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

豬肉→切片→預處理→預煮→油炸上色→加入冬菜→蒸制→包裝→殺菌→成品待測

操作要點：

1） 原料肉切片： 選擇肥瘦分散比較均勻（1∶1）的帶皮寶肋肉， 切成6 cm×6 cm×0.6 cm的薄片（根據(jù)前期預實驗和文獻確定的厚度）．

2） 預處理： 采用浸泡式超聲處理， 將肉片放入一定量的酶液中， 酶液與肉的比例為2∶ 同時將含有酶液的肉片放入超聲波清洗儀中進行超聲， 超聲和酶解同時進行．

3） 預煮： 超聲結束后， 將肉片放入含有鹵料的沸水中煮3 min， 料液比2∶1．

4） 油炸上色： 豬皮和豬肉油炸時間分別計時， 先對豬皮進行油炸， 再對整個肉片進行油炸．

5） 蒸制： 油炸后的肉片放入模具， 蓋上冬菜， 加入醬汁， 放入上汽的蒸鍋中蒸制一定時間．

6） 包裝： 待冬菜扣肉冷卻至室溫后， 進行真空包裝．

7） 殺菌： 采用水浴巴氏殺菌（85 ℃， 30 min）后冷卻至室溫， 冷凍備用．

1.3.2 單因素實驗設計

根據(jù)預實驗結果， 固定超聲波功率200 W， 選定木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶進行蛋白酶的復配． 以復合蛋白酶比例、 復合蛋白酶添加量、 嫩化溫度、 嫩化時間為影響因子， 考察各因素對冬菜扣肉的剪切力和感官評分的影響．

在預實驗的基礎上， 固定復合蛋白酶添加量400 U/g， 嫩化溫度40 ℃， 嫩化時間30 min， 研究不同木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶比例（4∶ 2∶ 1∶ 1∶2， 1∶4）對冬菜扣肉的剪切力和感官評分的影響．

在預實驗的基礎上， 固定復合蛋白酶比例1∶ 嫩化溫度40 ℃， 嫩化時間30 min， 考察復合蛋白酶添加量（100， 200， 300， 400， 500 U/g）對冬菜扣肉的剪切力和感官評分的影響．

在預實驗的基礎上， 固定復合蛋白酶比例1∶ 復合蛋白酶添加量400 U/g， 嫩化時間30 min， 考察嫩化溫度（10， 20， 30， 40， 50 ℃）對冬菜扣肉的剪切力和感官評分的影響．

在預實驗的基礎上， 固定復合蛋白酶比例1∶ 復合蛋白酶添加量400 U/g， 嫩化溫度40 ℃， 探究嫩化時間（10， 20， 30， 40， 50 min）對冬菜扣肉的剪切力和感官評分的影響．

1.3.3 響應面實驗設計

根據(jù)單因素實驗的結果， 選擇復合蛋白酶比例、 復合蛋白酶添加量、 嫩化溫度、 嫩化時間為影響因素， 用軟件Design Expert 8中的Box-Behnken功能進行響應面設計， 以剪切力和感官評分為響應值， 按照表1進行響應面實驗設計．

1.3.4 剪切力的測定

參考鄭嬌等［13］的方法， 略作修改． 將冬菜扣肉沿著肌肉紋理的方向制備成1.5 cm×1.5 cm×0.6 cm的樣品， 采用A/MORS探頭， 測后速度、 測中速度和測前速度分別為10 mm/s， 2 mm/s和1 mm/s， 剪切壓縮率為90%， 感應力為10 g， 測試環(huán)境為常溫．

1.3.5 模糊數(shù)學感官評價

1） 權重集（X）的確定

參考代文婷等［14］的方法， 略作修改． 權重采取用戶調查法， 抽取10名食品專業(yè)的學生（5男5女）， 進行統(tǒng)一培訓后， 對冬菜扣肉的色澤、 口感、 氣味和滋味進行打分， 最后得到X={色澤， 口感， 氣味， 滋味}={0.225， 0.273， 0.228， 0.274}．

2） 評價等級集（N）的確定

參考來靜等［15］的方法， 略作修改． 根據(jù)評價標準表2的等級劃分， 將冬菜扣肉分為4個等級， 分別為優(yōu)、 良、 中和差， 即N={優(yōu)， 良， 中， 差}={10， 7， 4， 1}．

3） 模糊數(shù)學評價變換原理

模糊數(shù)學評價變換原理為

D=（X×R）×N

式中： D為對象集， X為權重集， R為模糊矩陣， N為評價等級集．

1.3.6 主成分分析綜合評價法

采用黃本婷［16］的方法， 略作修改． 主成分分析是通過將規(guī)范化后的數(shù)據(jù)進行修飾， 再進行降維處理， 然后將不同數(shù)據(jù)分成不同的主成分， 按照公式（1）進行主成分綜合得分計算． 將綜合得分按照公式（2）進行標準化處理， 將其數(shù)據(jù)轉化為0～1．

Y=∑iPCi∑PCi×Si（1）

Y′=Y-YminYmax-Ymin（2）

式中： i為主成分個數(shù)； S為成分得分； PC為方差百分比； ∑PCi為累積方差百分比； Y為綜合得分； Y′為規(guī)范化綜合得分．

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 26軟件對冬菜扣肉的理化指標數(shù)據(jù)進行分析處理， 并采用Ducan檢驗進行顯著性差異分析； 采用Design Expert 8軟件進行響應面設計， 采用Origin 2018軟件進行繪圖．

2 結果與分析

2.1 單因素結果分析

2.1.1 木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶比例對冬菜扣肉剪切力和感官評分的影響

由圖1a可知， 隨著復合蛋白酶比例（木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶）的增大， 剪切力整體都呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢． 復合蛋白酶比例對豬皮剪切力的影響有統(tǒng)計學意義（p＜0.05）， 在2∶1時剪切力最小， 在4∶1時剪切力最大； 對脂肪層剪切力的影響在比例超過1∶1時變化明顯， 其中在比例為2∶1時剪切力最??； 對肌肉層的剪切力影響較小， 其中在比例為2∶1時剪切力最?。?主要原因是木瓜蛋白酶對肌原纖維蛋白質的特異水解能力優(yōu)于菠蘿蛋白酶［17］， 所以當比例為2∶1時對剪切力影響最大．

由圖1b可知， 隨著復合蛋白酶比例的增大， 感官評分呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢， 其中在比例為2∶1時評分最高． 在2∶1時， 冬菜扣肉的口感最佳， 軟硬適中； 在比例為4∶1時肌肉層適口性低， 主要是因為此時的木瓜蛋白酶含量高， 促使肉制品中的肌動球蛋白被大量分解為肌球蛋白和肌動蛋白［18］， 從而使肌肉層變得干硬， 難以咀嚼． 隨著復合蛋白酶比例的增大， 豬皮的咀嚼性得到了一定的緩和， 但是肌肉層的咀嚼性仍較差， 所以感官評分較低．

2.1.2 復合蛋白酶添加量對冬菜扣肉剪切力和感官評分的影響

由圖2a可知， 復合蛋白酶添加量越大， 剪切力越小． 當復合蛋白酶添加量為200 U/mL時， 豬皮的剪切力顯著降低（p＜0.05）， 然后隨著復合蛋白酶添加量的增大變化無統(tǒng)計學意義（p＞0.05）； 當復合蛋白酶添加量大于400 U/mL時， 脂肪層和肌肉層的剪切力變化有統(tǒng)計學意義（p＜0.05）， 均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢． 添加量的增加會使剪切力持續(xù)下降， 但蛋白酶的過度降解會影響產品的品質［19］．

由圖2b可知， 隨著復合蛋白酶添加量的增加， 感官評分呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢， 在添加量為400 U/mL時評分最高． 當添加量低于400 U/mL時， 冬菜扣肉的硬度不適中， 不能達到入口即化、 肥而不膩的口感； 但當添加量高于400 U/mL時， 冬菜扣肉被過分水解， 肥瘦分離， 組織狀態(tài)不佳， 明顯影響了冬菜扣肉的質地和外觀．

2.1.3 嫩化溫度對冬菜扣肉剪切力和感官評分的影響

由圖3a可知， 隨著嫩化溫度的升高， 豬皮和脂肪層的剪切力呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢． 當嫩化溫度為30 ℃時， 豬皮與脂肪層的剪切力顯著降低（p＜0.05）， 而后隨著嫩化溫度的升高， 剪切力變化無統(tǒng)計學意義（p＞0.05）． 當嫩化溫度為40 ℃時， 肌肉層的剪切力最低， 剪切力整體呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢， 可能是因為蛋白酶在最適的溫度下活性最強， 溫度較高或較低均會影響蛋白酶的活性． 蔣小鋒［20］發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶的最適溫度在50 ℃左右， 但本實驗在40 ℃時蛋白酶都表現(xiàn)出較高的活性， 可能是因為超聲波處理能夠增強蛋白酶的活性， 讓蛋白酶能夠在低于最適溫度下發(fā)揮最大活性［21］．

由圖3b可知， 嫩化溫度使冬菜扣肉的感官評分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢． 在嫩化溫度為40 ℃時冬菜扣肉的口感最佳， 感官評分最高． 溫度較低時， 未能達到復合蛋白酶的最適溫度， 其活性不強； 溫度較高， 又會使部分蛋白酶喪失活性， 使蛋白酶水解能力降低， 影響口感．

2.1.4 嫩化時間對冬菜扣肉剪切力和感官評分的影響

由圖4a可知， 嫩化時間對冬菜扣肉的剪切力有較大的影響， 整體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢． 在20 min時， 脂肪層剪切力顯著降低（p＜0.05）； 當嫩化時間為30 min時， 豬皮和肌肉層的剪切力顯著下降（p＜0.05）， 這可能是因為超聲處理有利于蛋白酶活性中心暴露， 加強了與底物之間的反應［22］， 使剪切力顯著下降； 當嫩化時間超過40 min時， 豬皮的剪切力反而上升， 可能是因為長時間的超聲破壞了蛋白酶的活性和引起肌原纖維間空隙增大， 這與Cao等［21］的研究結果一致．

由圖4b可知， 隨著嫩化時間的增加， 感官評分發(fā)生了顯著性變化（p＜0.05）， 主要呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢． 在30 min時， 冬菜扣肉的綜合口感最佳， 感官評分最高． 這是由于短時間的超聲處理能夠增強蛋白酶的活性， 長時間的超聲處理會破壞蛋白酶的結構或性能， 反而影響其活性［23］．

2.2 響應面優(yōu)化實驗結果分析

2.2.1 響應面實驗設計與結果

以復合蛋白酶比例（A）、 復合蛋白酶添加量（B）、 嫩化溫度（C）、 嫩化時間（D）為優(yōu)化因素， 剪切力（Y1）和感官評分（Y2）為響應值， 進行響應面實驗， 實驗結果如表3．

2.2.2 響應面實驗多元回歸模型分析

將表3中29組數(shù)據(jù)利用Design Expert 8.0軟件進行多元回歸擬合， 分別得到剪切力和感官評分的二次回歸方程模型：

Y1=-1.05+0.15A-0.18B+0.034C-0.36D-0.13AB-0.42AC-0.16AD+0.11BC-

0.14BD+0.41CD+0.77A2+0.49B2+0.59C2+0.69D2

Y2=7.29+0.003A-0.044B+0.039C-0.046D+0.23AB+0.055AC-0.35AD+

0.31BC-0.085BD+0.13CD-0.7A2-0.46B2-0.47C2-0.32D2

由表4可知， 兩個回歸模型中剪切力模型為差異有統(tǒng)計學意義（p＜0.05）、 感官評分模型為差異有統(tǒng)計學意義（p＜0.01）， 且失擬項差異無統(tǒng)計學意義（p＞0.05）． 兩者回歸模型系數(shù)分別為0.997 5和0.978 3， 校正系數(shù)分別為0.967 5和0.948 6， 表明兩個模型的擬合性都較好， 能夠反應4個因素對剪切力和感官評分的影響． 以剪切力為響應值的回歸系數(shù)顯著性可知， D能夠顯著（p＜0.05）影響冬菜扣肉的剪切力， 且各因素的影響程度從大到小依次為： 嫩化時間、 復合蛋白酶添加量、 復合蛋白酶比例、 嫩化溫度． 以感官評分為響應值的回歸系數(shù)顯著性可知， 各因素的影響程度從大到小依次為： 嫩化時間、 復合蛋白酶添加量、 嫩化溫度、 復合蛋白酶比例， 交互作用中AD， BC水平差異有統(tǒng)計學意義（p＜0.05）， 表明4個因素對冬菜扣肉感官評分存在顯著的交互作用．

2.2.3 響應面實驗各因素交互作用分析

響應面圖能夠說明各指標間的交互強度． 圖5為4因素兩兩交互作用對剪切力的影響， 其中復合蛋白酶添加量和嫩化時間、 嫩化溫度和嫩化時間的橢圓較明顯， 證明它們的交互作用對冬菜扣肉的剪切力影響較大． 圖6為4因素兩兩交互作用對感官評分的影響， 復合蛋白酶比例和嫩化時間、 復合蛋白酶添加量和嫩化溫度的橢圓較明顯， 證明它們的交互作用對冬菜扣肉的感官評分影響較大．

2.2.4 最佳工藝的確定和驗證實驗

剪切力越小， 感官評分越高， 表明復合蛋白酶處理條件對冬菜扣肉品質影響越好， 通過Design Expert 8.0軟件進行優(yōu)化設計， 根據(jù)剪切力得到冬菜扣肉復合蛋白酶最佳處理條件， 當復合蛋白酶比例為2∶ 復合蛋白酶添加量為423.41 U/mL， 嫩化溫度為37.96 ℃， 嫩化時間為33.29 min時， 剪切力預測值為-1.15； 根據(jù)感官評分得到冬菜扣肉復合蛋白酶最佳處理條件， 當復合蛋白酶比例為2∶ 復合蛋白酶添加量為418.15 U/mL， 嫩化溫度為38.19 ℃， 嫩化時間為31.94 min時， 感官評分預測值為7.27分． 為了方便驗證， 將優(yōu)化條件改為復合蛋白酶比例2∶ 復合蛋白酶添加量420 U/mL， 嫩化溫度38 ℃， 嫩化時間33 min， 將最佳預測值進行3次重復實驗， 根據(jù)主成分分析擬合得到剪切力為-1.24， 感官評分為7.29分， 相對誤差分別為7.26%和0.27%， 表明響應面實驗優(yōu)化的回歸模型具有可靠性．

3 結論

通過研究復合蛋白酶（木瓜蛋白酶、 菠蘿蛋白酶）的反應條件（比例、 添加量、 溫度、 時間）對冬菜扣肉的剪切力和感官評分的影響， 并采用Design Expert 8.0進行響應面優(yōu)化得到復合蛋白酶最佳條件為復合蛋白酶比例2∶ 復合蛋白酶添加量420 U/mL， 嫩化溫度為38 ℃， 嫩化時間為33 min． 本文探究了縮短冬菜扣肉蒸制時間的工業(yè)化生產參數(shù)， 為超聲波和蛋白酶聯(lián)合應用于冬菜扣肉工業(yè)化加工做出了第一步嘗試， 為冬菜扣肉工業(yè)化發(fā)展提供了一定的數(shù)據(jù)支撐．

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責任編輯 周仁惠