响应面法优化复合食品添加剂对猪肉蒸煮出品率的研究

田 亮，王修俊，*，王文平，牛立群，马桂英

(1.贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003; 2.贵州省发酵工程与生物制药重点实验室，贵州贵阳 550003)

响应面法优化复合食品添加剂对猪肉蒸煮出品率的研究

田 亮1，2，王修俊1，2，*，王文平1，2，牛立群1，马桂英1

(1.贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550003; 2.贵州省发酵工程与生物制药重点实验室，贵州贵阳 550003)

为了提高猪肉的保水性，以猪肉蒸煮出品率为评价指标，首先将三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠按4∶3∶2比例复配成复合磷酸盐添加到猪肉中，猪肉的蒸煮出品率为85.47%。在单因素工艺实验的基础上，应用响应面分析法对复合磷酸盐、谷氨酰胺转氨酶、大豆分离蛋白、卡拉胶添加量进行优化，结果表明，最佳添加量为复合磷酸盐0.36%、TG酶0.60%、卡拉胶0.20%、大豆分离蛋白0.41%，在此条件下，猪肉蒸煮出品率可达到89.5311%。验证实验猪肉蒸煮出品率为89.1%±0.4%，表明实验结果与软件优化结果相符。

复合磷酸盐，谷氨酰胺转胺酶，出品率，响应面分析法

谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase，TG)又称转谷氨酰胺酶，是一种能催化赖氨酸的ε－氨基与谷氨酸的γ－羟酰胺基形成共价键而导致蛋白质聚合的酶［1］。由于聚合后的蛋白质常表现出比聚合前更优良的功能特性，因此利用转谷氨酰胺酶改良蛋白质，提高肉制品质量日益成为食品界研究的热点［2－6］。复合磷酸盐具有提高pH、增加离子强度、螯合金属离子、解离肌动球蛋白等功能，与谷氨酰胺转胺酶复合再加入一定的亲水胶体可以发挥各组分的协同作用，提高肌球蛋白凝胶的保水性，从而有效解决了高温蒸煮肉类的质地、风味和嫩度劣变的问题［7－10］。本文采用响应曲面法，以转谷氨酰胺酶、复合磷酸盐、卡拉胶、大豆分离蛋白为实验的影响因子，设定3个浓度水平，对各因素单独和协同影响猪肉蒸煮出品率指标进行了研究［11］。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase，TG) 石家庄市宏达生物科技有限公司，食品级，活力100U/g;三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠 郑州天宇食品添加剂有限公司;大豆分离蛋白 安阳市得天力食品有限责任公司;к－卡拉胶 上海蓝季科技发展有限公司;猪肉 市售。

电子天平 上海良平仪器仪表有限公司;洁净工作台 上海博迅实业公司医疗设备厂;冰箱 青岛海尔股份有限公司;电子恒温水浴锅 江苏金坛市中大仪器厂;电动立式绞切两用机 上海林生厨具有限公司;PE保鲜袋。

1.2 实验方法

1.2.1 复合磷酸盐配比的确定

1.2.1.1 工艺流程 猪肌肉→清洗→分割成50g的小块→切碎→加入一定比例的磷酸盐→温度0～4℃冰箱中静置24h→70℃恒温水浴30min→冷却至室温→测定蒸煮出品率

1.2.1.2 蒸煮出品率的测定［12］将切碎的肉加入一定比例的磷酸盐置于聚乙烯塑料袋内后抽去袋内空气封住袋口，务必使肉样表面与塑料袋紧贴(无气泡)，于0～4℃冰箱中静置24h。然后将肉样袋置于75℃水浴中保持30min，务必使肉样袋完全没入水中。水浴后的肉样袋置于15℃流水中冷却40min，然后打开塑料袋用滤纸擦去肉样表面水分后称重。蒸煮出品率的表达如下∶

1.2.1.3 复合磷酸盐最佳配比确定 复合磷酸盐主要由三聚磷酸钠(STP)、焦磷酸钠(SAP)、六偏磷酸钠(HMP)组成;在单因素实验基础上，按L9(33)进行正交实验，因素水平见表1。

表1 正交实验L9(33)因素水平

1.2.2 复合添加剂最佳比例的确定

1.2.2.1 工艺流程 猪肌肉→清洗→分割成50g的小块→切碎→加入最佳配比磷酸盐、卡拉胶、大豆分离蛋白→温度0～4℃冰箱中静置24h→加入谷氨酰胺转胺酶(TG)→常温下放置2h→70℃恒温水浴30min→冷却至室温→测定蒸煮出品率

1.2.2.2 蒸煮出品率的测定 同1.2.1.2。

1.2.2.3 复合添加剂的最佳配比参数确定 复合添加剂主要由复合磷酸盐、谷氨酰胺转胺酶(TG)、大豆分离蛋白、卡拉胶所组成。采用四元二次中心旋转正交实验设计。

表2 Box－Behnken实验因素水平

2 结果与讨论

2.1 复合磷酸盐最佳配比实验结果分析

2.1.1 单因素结果分析 按食品添加剂使用卫生标准GB2760－2011用量规定，复合磷酸盐使用时以磷酸盐计，不得超过5g/kg。实验中单一磷酸盐的用量按肉重的0.4%添加，其蒸煮出品率效果见图1。

图1 三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠对猪肉蒸煮出品率的影响

新鲜肉的蒸煮出品率是75%左右，从图1可知，在猪肉中添加磷酸盐，可大大提高蒸煮出品率，三聚磷酸钠在添加量为0.2%左右出现最大值，焦磷酸钠和六偏磷酸钠在0.1%处有最大峰值，但随着添加量的增加，由于凝胶的均一性变差，将导致保水性下降［10］，从而导致蒸煮出品率下降。

2.1.2 复合磷酸盐最佳配比的确定 在单因素实验的基础上，并以食品添加剂使用卫生标准GB2760－2011盐用量规定(复合磷酸盐使用时以磷酸盐计不得超过5g/kg)为依据，考查焦磷酸钠(SAP)、三聚磷酸钠(STP)、六偏磷酸钠(HMP)复合磷酸盐对猪肉蒸煮出品率的影响，使用正交设计助手Ⅱv3.1软件进行数据分析，实验结果见表3，方差分析见表4。

表3 L9(33)正交实验结果与分析

表4 L9(33)正交实验结果方差分析(a=0.05)

从正交实验结果表3可以看出，在取值范围内，将STP、SAP和HMP复合以后，对猪肉的保水性具有一定的协同效应，影响猪肉保水性的因素主次关系为∶A＞B＞C，即三聚磷酸钠(STP)对蒸煮出品率影响最大，焦磷酸钠(SAP)次之，六偏磷酸钠(HMP)影响最小，最佳配比为A3B3C2，即三聚磷酸钠(STP)∶焦磷酸钠(SAP)∶六偏磷酸钠(HMP)=4∶3∶2。蒸煮出品率可达85.47%。从表4方差分析可以看出STP和 SAP两因素有显著影响，HMP不显著，这与极差分析的结果一致。

2.2 复合添加剂对猪肉蒸煮出品率的响应面实验结果分析

2.2.1 单因素实验结果 新鲜肉的蒸煮出品率是75%，从图2可以看出，添加0.4%的大豆分离蛋白能显著提高猪肉的蒸煮出品率，最高值可达77.15%。这主要是因为大豆分离蛋白本身具有很强的吸水性，而且通过添加到肌肉中与盐溶蛋白结合，可提高肌肉的持水性和蒸煮出品率。

图2 大豆分离蛋白对猪肉蒸煮出品率的影响

卡拉胶的分子结构中含有强阴离子性硫酸酯基团，能和游离水形成额外氢键。此外卡拉胶还能和蛋白反应形成强有力的三维结构—凝胶，因此卡拉胶可以把游离水牢牢“锁住”。从图3可看出，卡拉胶添加量为 0.3%时，猪肉的蒸煮出品率可达77.34%。

图3 卡拉胶对猪肉蒸煮出品率的影响

TG酶可催化其中的蛋白质分子之间发生交联，将蛋白质分子粘合起来形成新的共价键，而分子间疏水基、离子键、共价键等对于蛋白质凝胶体系的形成发挥着重要作用，改变共价键的数目和强度都会使蛋白质的凝胶性能发生转变，从而改变肌肉的持水性，提高蒸煮出品率［13］，从图4可以看出，当添加TG酶0.6%时，蒸煮出品率可达78.53%。

图4 TG酶对猪肉蒸煮出品率的影响

磷酸盐可调节猪肉的pH，并通过协助肌球蛋白和肌动蛋白溶解以及提高肉的保水性来改善嫩度，使之偏离其等电点，螯合肉中的金属离子，使肌肉蛋白的网状结构所释放的极性基团，无法与水相结合而提高其持水性，改善猪肉的嫩度、口感、质地和产量［14］。从图5可以看出，复合磷酸盐添加量的增加可以显著提高猪肉的蒸煮出品率，但是，当添加量达到0.4%时猪肉色泽出现发黄现象，所以在选择复合磷酸盐添加量时不宜过多。

图5 复合磷酸盐对猪肉蒸煮出品率的影响

2.2.2 复合添加剂对猪肉蒸煮出品率的响应面实验分析 复合添加剂对猪肉蒸煮出品率的响应面实验分析根据Box－Behnken设计［15］进行了29组实验，利用Design Expert 7.1.3软件对实验数据进行多元回归拟合，得到复合添加剂对猪肉蒸煮出品率的回归方程如下∶

从该模型的方差分析表5可见，所选用的二次多项模型具有高度的显著性(P＜0.0001)。失拟项在α=0.05水平上不显著(P=0.8252＞0.05)，其决定系数为0.9880，校正决定系数为0.9759，说明该模型能解释97.59%响应值的变化，仅有总变异的2.41%不能用此模型来解释，说明该模型拟合程度良好，用该模型研究复合添加剂对猪肉蒸煮出品率的影响是合适的。

表5 二次多项模型方差分析表

对上述方程的回归系数显著性检验表明(表6)，实验中A、B、D、AB、BC和CD这几个因素对蒸煮出品率的影响显著，表明复合添加剂添加到猪肉中，对猪肉蒸煮出品率有显著影响;AB、BC、CD的交互作用影响也显著，即在蒸煮过程中，复合磷酸盐添加量和TG酶、TG酶和大豆分离蛋白、大豆分离蛋白和卡拉胶之间的交互作用也对蒸煮出品率造成显著影响。

2.3 验证实验

根据Box－Behnken实验所得的结果和二次多项回归方程，利用Design Expert 7.1.3软件获得了各个因素的最佳蒸煮条件组合为复合磷酸盐0.36%、TG酶0.60%、卡拉胶0.20%、大豆分离蛋白0.41%，在此条件下，蒸煮出品率可达到89.5311%。为了检验模型预测的准确性，在此添加量的条件下，做3组平行实验所得结果为89.1%±0.4%，由此可得，采用响应面分析法对复合添加剂对猪肉蒸煮出品率影响条件的优化是行之有效的。

表6 回归方程系数显著性检验

3 结论

本文以蒸煮出品率为指标，来衡量复合添加剂对猪肉保水性的好坏;蒸煮出品率越高说明对猪肉的保水性越好，猪肉的品质越高。本实验在单因素基础上，通过三因素三水平正交实验确定复合磷酸盐的配比为三聚磷酸钠∶焦磷酸钠∶六偏磷酸钠= 4∶3∶2，在此最佳配比下猪肉的蒸煮出品率可达85.47%;同时在复合磷酸盐的添加量、TG酶、卡拉胶、大豆分离蛋白添加量等单因素基础上，通过四因素三水平的响应面实验设计，建立了响应值与各因素之间的数学模型，依此模型可以预测猪肉蒸煮的理论出品率。依据此二次回归模型，确定了各添加剂的最佳添加量为复合磷酸盐0.36%、TG酶0.60%、卡拉胶0.20%、大豆分离蛋白0.41%。在此条件下，蒸煮出品率可达到89.5311%。

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Optimization of compound food additives for the yield of cooking pork by response surface methodology

TIAN Liang1，2，WANG Xiu－jun1，2，*，WANG Wen－ping1，2，NIU Li－qun1，MA Gui－ying1
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Guizhou University，Guiyang 550003，China; 2.Guizhou Province Key Laboratory of Fermentation Engineering and Biological Pharmacy，Guiyang 550003，China)

In order to improve pork water－holding capacity，using the yield of cooking pork as evaluation index，sodium tripolyphosphate(STP)，sodium pyrophosphate(SAP)and sodium hexametaphosphate(HMP)were mixed as compound phosphate food additive by a ratio of 4∶3∶2 applied to the meat，the predicted yield of cooking pork was 85.47%.The effects of compound phosphates，transglutaminase，isolated soy protein and carrageenan on the yield of cooking pork was discussed through Box－Benhnken response surface analysis on the basis of singlefactor experiments.The results showed that the optimal additive amount were obtained as follows:the addition of compound phosphates(STP∶SAP∶HMP=4∶3∶2)0.36%，the content of Transglutaminase(TG)0.60%，the content of carrageen 0.20%and the content of isolated soy protein 0.41%.Under these conditions，the predicted yield of cooking pork was 89.5311%，which was consistent with the average value 89.1%±0.4%from verification tests.

compound phosphate;Transglutaminase(TG);yield of pork product;response surface methodology

TS202.3

A

1002－0306(2011)11－0354－04

2011－07－14 *通讯联系人

田亮(1985－)，男，硕士，研究方向:食品生物技术。

贵州省工业攻关项目(黔科合GY字(2008)3018);贵州省科技厅工业攻关项目(黔科合GY［2009］3052);贵州省社会发展攻关项目(黔科合GY字(2010)3041);贵阳市科技重大专项(［2010］筑科农合同字第8－2号)。