响应面法优化荸荠山药猪肉丸配方

张可欣，屠康，李心悦

1.新加坡国立大学 理学院（新加坡 117542）；2.南京农业大学 食品与工程学院（南京 210014）

肉丸是我国一种传统的肉类加工产品，通常由剔除筋膜、切块、绞肉、混合搅拌、成型等工艺制成[1]，制作工艺简单，风味鲜美，深受广大消费者的喜爱。传统猪肉丸一般按照一定肥瘦比并添加少量淀粉制成，由于添加了猪肥膘且猪肉的饱和脂肪酸含量较其他肉类高，传统猪肉丸风味单一、营养成分种类较少且具有高脂肪的特点[2]，易引起人体高血压、高血脂、高尿酸等疾病[3]，已逐渐不再符合我国消费者对食品兼具健康与营养的要求。

近年来，有关新型肉制品的研究层出不穷：林伟锋等[4]研究功能性添加物卡拉胶、大豆蛋白对碎肉制品肉丸的质构特性及加工性能的影响；贾娜等[5]发现迷迭香提取物可抑制牛肉丸的脂肪氧化程度；刘哲等[6]研究山药、薏仁米两种药食同源的食材添加到牛肉丸中进行复配；胡胜杰等[7]在肉丸传统工艺的基础上添加玉米膳食纤维研究最优工艺配方；杨悦等[8]总结出燕麦膳食纤维压缩猪肉丸的最佳配比；方媛媛等[9]通过优化制作出质构特性良好的功能性宁乡花猪肉丸产品；陈红等[10]研制了营养丰富的香菇胡萝卜汁牛肉丸；Joanna等[11]研究表明银杏叶提取物对猪肉丸脂质和胆固醇氧化有稳定的抑制作用。现今，开发健康美味的果蔬型肉丸类产品成为了当下的研究热点，并相继有果蔬类肉丸产品[12]，如抹茶牛肉丸[13]、芋泥猪肉丸[14]、金针菇牛肉丸[15]和香菜牛肚肉丸[16]等产品上市。在新型肉制品的研究中，有关新式复合型肉丸的研究占了多数，虽然各不相同，但基本上以高蛋白、低脂肪、低盐、高钙为研究目的。因此，开发品种多样的猪肉丸，改善其食用品质，通过加入一些功能性物质提高其营养价值，制成高膳食纤维、高维生素、营养均衡且风味独特的新式复合型肉丸制品是现如今值得研究和解决的问题。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪里脊肉、荸荠、食盐、绵白糖、鸡精、味精、木薯淀粉、食用小苏打、复合磷酸盐、大豆蛋白粉、山药粉均为市售。

电动绞肉机HX-J3051（佛山海迅电器有限公司）；电磁炉C21-WK2102（美的有限公司）；冰箱BCD-219SKDC（海尔有限公司）；索氏抽提器GY-ZFCDY-4P（上海归永电子有限公司）；电热鼓风干燥箱THYQ（长沙天恒科学仪器设备有限公司）；质构仪TA.XTC-16（上海保圣实业发展有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 基本配方

新鲜猪里脊肉3 kg、食盐45 g、绵白糖60 g、鸡精30 g、味精30 g、木薯淀粉120 g、食用小苏打6 g、复合磷酸盐9 g、大豆蛋白粉60 g、山药粉30 g、荸荠600 g、清水120 mL。

1.2.2 工艺流程

新鲜猪里脊肉→预处理→绞碎→添加辅料（食盐、白砂糖等）→0~4 ℃冰箱中腌制4 h→添加山药、荸荠等材料→定型→蒸煮（沸水、5 min）→成品

1.2.3 感官评价

根据SB/T 10610——2011《肉丸》[17]的感官评价相关要求制定了如表1所示的感官评价标准。选择10位具有一定感官评定经验的人员（5男5女）组成感官评定小组，依照口感、风味、外观、组织形态四项指标进行综合评分，从而得到最终感官评分。

表1 感官评分标准

1.2.4 食用品质的测定

1.2.4.1 质构特性

将熟制的肉丸切成均一高度为1 cm、大小为2 cm×2 cm的方块状，每组样品进行5次平行试验，测定采用TPA法，测定条件：力量感应元量程1 000 N、探头类型TA/36、探头直径36 mm、触发力0.7 N、测试速度60 mm/min、形变量50%、停留时间2 s。

1.2.4.2 出品率

参考Agbeniga等[18]的方法，将直径为2.5 cm的生肉丸称重，记为M。将肉丸经熟制后立即放入冰水中降温，待肉丸冷却至室温后于4 ℃下冷藏2 h。吸干样品表面水分和油脂后称量样品质量，记净质量m。按式（1）计算荸荠山药猪肉丸的出品率。

1.2.4.3 蒸煮损失率

参考汤高奇等[12]的方法，将直径为 2.5 cm的生肉丸用滤纸吸干样品表面的水分后进行第一次称重（W1）；样品熟制后在室温下冷却，将表面水分吸干后进行第二次称重（W2）。按式（2）计算荸荠山药猪肉丸的蒸煮损失率。

1.2.5 营养品质的测定

对熟制肉丸的水分含量按照GB 5009.3——2016[19]《食品安全国家标准 食品中水分的测定》、脂肪含量按照GB 5009.6——2016[20]《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》、蛋白质含量按照GB 5009.5——2016[21]《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》进行测定。

1.2.6 试验设计

1.2.6.1 单因素试验

在基本配方的基础上，以100 g猪肉计，进行单因素试验考察：食盐添加量0.5，1，1.5，2和2.5 g；木薯淀粉添加量0，2，4，6和8 g；食用小苏打添加量0.1，0.2，0.3，0.4和0.5 g；山药粉添加量0.6，0.8，1.0，1.2和1.4 g；荸荠添加量10，15，20，25和30 g；蒸煮时间3，4，5，6和7 min。考察这些因素对肉丸硬度、弹性、咀嚼型、内聚性、胶黏性质构品质的影响。

1.2.6.2 响应面试验

采用Design-Export 12软件，根据Box-Behnken Design响应曲面设计进行试验设计和计算分析，并结合单因素试验结果，将山药粉添加量（A）、木薯淀粉添加量（B）、食用小苏打添加量（C）作为制备荸荠山药猪肉丸的三个主要考察因素，设计三因素三水平试验。以感官评分为因变量Y，作为Box-Behnken的试验相应指标，如表2所示。

表2 响应面水平编码表 单位：%

2 结果与分析

2.1 单因素试验

硬度、弹性、咀嚼性、内聚性、胶黏性是反映猪肉丸质构特性的五个重要指标。通过试验结果可知，食盐添加量、荸荠添加量和蒸煮时间对猪肉丸的质构特性无显著影响，而木薯淀粉添加量、食用小苏打添加量、山药粉添加量对猪肉丸的质构特性则有显著影响，以下为显著影响因子的试验结果分析。

2.1.1 木薯淀粉添加量单因素试验结果

由表3可知，木薯淀粉添加量对荸荠山药猪肉丸的硬度、胶黏性有极显著影响，对其咀嚼性有显著影响。当木薯淀粉添加量在4%时，肉丸的硬度适中；随着木薯淀粉的添加，弹性先增大后减小，在添加量为2%时弹性最大；咀嚼性在添加量为6%时达到最高水平。因此选取木薯淀粉添加量2%和6%作为后续响应面试验的最低值和最高值，木薯淀粉添加量4%作为响应面优化试验的中心点。

表3 木薯淀粉添加量对荸荠山药猪肉丸质构的影响

2.1.2 食用小苏打添加量单因素试验结果

由表4可知，食用小苏打添加量对荸荠山药猪肉丸的硬度、咀嚼性、胶黏性均有极显著影响。肉丸硬度随着食用小苏打添加量的增加而降低，添加量为0.3%时硬度适中；弹性在添加量为0.2%和0.4%时较高；食用小苏打添加量越大，咀嚼性越低。因此选取小苏打添加量0.2%和0.4%作为后续响应面试验的最低值和最高值，添加量0.3%作为响应面优化试验的中心点。

表4 食用小苏打添加量对荸荠山药猪肉丸质构的影响

2.1.3 山药粉添加量单因素试验结果

由表5可知，山药粉添加量对荸荠山药猪肉丸的硬度、胶黏性有极显著影响，对弹性有显著影响。当山药粉添加量为1%时，肉丸硬度适中；弹性随着山药粉添加量的增加，先减小后增大，在添加量为0.2%时为最高值；咀嚼性在添加量为1.4%时达到最高峰。选取其添加量0.6%和1.4%作为后续响应面试验的最低值和最高值，添加量1%作为响应面优化试验的中心点。

表5 山药粉添加量对荸荠山药猪肉丸质构的影响

2.2 响应面试验

以荸荠山药猪肉丸的感官评分为响应值，按Box-Behnken中心组合试验设计原理进行试验，结果如表6所示。

表6 响应面分析设计及结果

2.2.1 回归模型的建立与方差分析

通过Design-Expert 12统计软件对各水平和感官评定分值Y进行分析。以山药粉添加量（A）、木薯淀粉添加量（B）和食用小苏打添加量（C）为自变量，以感官评分为因变量Y，得到回归方程：Y=72.26-2.20A+1.40B+3.20C-4.08AB+0.525 0AC-0.275 0BC-2.89A2+0.357 5B2+3.01C2。方差分析结果如表7所示。

表7 回归模型方差分析

从表7可看出：模型的整体显著水平为0.011 7，属于显著水平；试验失拟项不显著，表明所选用的二次多项模型有效，试验方法合理且结果可靠；决定系数为0.890 9，校正决定系数为0.750 6，二者基本保持一致，则说明此模型与实际试验拟合程度较高，可用此模型进行最优配方的预测；观察F值可知，各因素对荸荠山药猪肉丸的感官评定分值的作用大小顺序依次为食用小苏打添加量＞山药粉添加量＞木薯淀粉添加量；食用小苏打添加量的一次项、山药粉和木薯淀粉添加量的交互作用对荸荠山药猪肉丸的感官评定结果都有极显著影响（P＜0.01）。

2.2.2 响应面曲面图分析

通过Design-Expert 12统计软件得到以感官评定分值为响应值的响应面曲线图，分别如图1~图3所示。响应面的坡度越陡，说明该指标变化对响应值影响较大；响应面的坡度越缓，说明该指标的变化对响应值影响较小。如图1所示，固定食用小苏打的添加量不变，AB的曲线图坡度陡峭，说明山药粉和木薯淀粉的添加量对荸荠山药猪肉丸感官评分的交互作用显著，与方差分析的结果相吻合。从图2和图3可看出山药粉和食用小苏打、木薯淀粉和食用小苏打的添加量对感官评分均无显著的交互作用。

图1 山药粉添加量（A）和木薯淀粉添加量（B）对感官评定结果的响应面

图2 木薯淀粉添加量（B）和食用小苏打添加量（C）对感官评定结果的响应面

图3 山药粉添加量（A）和食用小苏打添加量（C）对感官评定结果的响应面

2.3 验证试验

2.3.1 最优配方的确定

由模型得到荸荠山药猪肉丸的最佳工艺条件：山药粉添加量为0.6%，木薯淀粉添加量为6%，食用小苏打添加量为0.4%。在该条件下，模型预测感官评分为82.808分。

2.3.2 感官评价

为验证响应面法所得结果的准确性，采用上述最佳工艺配方进行荸荠山药猪肉丸的制作，并进行5次平行验证试验。通过感官评价小组的评定，实际感官评分为80.5分，与预测感官评分相对误差为0.03%。

2.3.3 营养及食用品质分析

分别测定肉丸的水分、脂肪、蛋白质含量等营养品质和硬度、弹性、蒸煮损失、出品率、蒸煮损失等食用品质，并与普通市售肉丸进行对比分析。由表8可知，试验优化制成的荸荠山药猪肉丸的蛋白质含量明显高于市售猪肉丸，且脂肪含量明显低于市售猪肉丸，表明试验所得的荸荠山药猪肉丸具有高蛋白、低脂肪的特点，更具有营养价值。且试验所得的荸荠山药猪肉丸硬度小于市售肉丸，弹性、咀嚼性均高于市售肉丸。

表8 荸荠山药猪肉丸与市售丸子的营养及食用品质比较

3 结论

通过单因素试验与响应面试验得到荸荠山药猪肉丸的最优配方：山药粉添加量0.6%、木薯淀粉添加量6%、食用小苏打添加量0.4%。在此最优配方条件下，产品的感官评分较高且与预测值接近。对其营养品质和食用品质进行测定，产品指标为含水量69.06%、含肉量72.05%、淀粉6%、蛋白质12.22%、脂肪1.95%，各理化指标均符合SB/T 10610——2011《肉丸》标准[17]。与市售普通猪肉丸进行比较，蛋白质含量明显高于市售猪肉丸，脂肪含量明显低于市售猪肉丸。因此，试验研制的荸荠山药猪肉丸为特级肉丸，风味和口感良好，具有高蛋白、低脂肪的特点。