响应面法优化柠檬酸嫩化鸭肉效果的研究

徐 静， 宋 健， 武 杰， 杨国辉， 杨 郑

(1.蚌埠学院 食品与生物工程学院,安徽 蚌埠 233000；2.蚌埠市丰牧牛羊肉制品有限责任公司,安徽 蚌埠 233000)

鸭肉是中国传统餐桌上的一种美味佳肴，适于滋补，是多种名菜的主要原料[1]。鸭肉的营养价值很高，蛋白质含量较一般禽肉高，酮体脂肪分布均匀，含多种单不饱和脂肪酸和低碳饱和脂肪酸，因此适量食用鸭肉对身体大有裨益[2-4]。肉品中所含有的含氮浸出物越多，味道就越鲜美，鸭肉中的含氮浸出物相对较高，因此鸭肉味道鲜美，深受国内外食客喜爱。中国各地均具有以鸭肉为主原料的特色美食，比如北京烤鸭[5]、南京盐水鸭[6]、南京板鸭[7]、白市驿板鸭[8]等，在国内外颇受欢迎。

嫩度是指肉在咀嚼时对碎裂抵抗力的大小[9]，嫩度越高表明肉质柔软、多汁、易于嚼烂，是肉品质的主要指标[10]。嫩度测定主要有主观评定和客观评定，即感官评定和仪器评定，感官评定对仪器评定具有辅助作用，而仪器评定则可以消除因个体差异带来的误差。目前肉类的嫩化主要采用物理法、酶法以及化学法，有机酸嫩化是化学法的一种，一般浸渍法或注射法处理。浸渍法渗透缓慢，处理时间较长，嫩化缓慢，采用注射法扩散速度快，嫩化时间较短，因此注射法是常用的嫩化方法[11-14]。本文将以鸭肉为主要原料，研究柠檬酸对鸭肉的嫩化效果，以改善鸭肉的食用品质。通过研究柠檬酸处理的浓度、处理时间、处理温度对鸭肉嫩度的影响，在单因素试验的基础上，以剪切力为评价指标，应用响应面分析法对柠檬酸的浓度、处理时间、处理温度进行优化。以期通过此研究为今后有机酸嫩化畜禽肉提供相关的理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

KE01A1切片机(南京格新电器有限公司)；C21-SDHC15X恒温水浴锅(金坛市杰瑞尔电器有限公司)；Brookfield CT3质构仪(美国Brookfield公司)；WT-B5003电子天平(杭州万特衡器有限公司)；MPC-5V300(A)冷藏箱(青岛海尔股份有限公司)；注射器(5mL，江苏宇阳医疗器械有限公司)；鸭肉(市售樱桃谷鸭，饲养7周达3 kg以上，取鸭胸肉)；柠檬酸(食品级，蚌埠市华胜化工有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 肉样采集→清洗→修整→切片→嫩化处理→冷藏过夜(2～4 ℃，12 h)→仪器测定。

1.2.2 鸭肉的嫩化处理 将处理过后的新鲜鸭肉，用切片机进行切块，沿肌纤维切成3 cm×2 cm×1 cm的肉块，切块过程中，保持每块鸭肉块大小，形状一致。之后，用蒸馏水冲净鸭肉表面的瘀血。于室温下晾干表面水分，待用。用蒸馏水配置柠檬酸溶液，用一次性注射器分别吸取一定量的柠檬酸溶液，注射量为鸭胸肉的质量的10%，然后分12点均匀注射到鸭肉的不同部位，滚揉10 min[15]。

1.2.3 剪切力的测定 采用Warner-Bratlzer(W-B)剪切方法[16]，将处理好的鸭胸肉放入90 ℃恒温水浴锅中加热，加热煮制40 min，用数显式温度计测量肉的中心温度，当肉的中心温度达到75 ℃时，然后取出冷却至室温，置于4 ℃冷藏室中冷藏过夜(12 h)[17]。选择p/5柱形探头，对每种样品进行穿透测定。测定条件设置如下：探头下行速度为1.0 mm/s，探头返回速度为1.0 mm/s，测试速度为1.0 mm/s，下行距离为5.0 mm。样品厚度为10 mm，每个样品进行3次平行实验。

1.2.4 单因素试验

1.2.4.1 柠檬酸浓度的选择 用一次性注射器沿肌纤维方向向鸭肉注射0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mol/L的柠檬酸溶液，注射量为鸭胸肉质量的10%，在40 ℃恒温水浴下浸泡1 h，之后将处理好的鸭胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再测定剪切力并确定最优水平。

1.2.4.2 处理时间的选择 准备6份形状大小基本相同的鸭肉，依次编号1、2、3、4、5、6，依次注射最优水平浓度的柠檬酸溶液，注射量为鸭胸肉质量的10%，在40 ℃的恒温水浴下浸泡1、2、3、4、5 h，之后将处理好的鸭胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再测定剪切力并确定最优水平。

1.2.4.3 处理温度的选择 准备6份形状大小基本相同的鸭肉，依次编号1、2、3、4、5、6，依次注射最优水平浓度的柠檬酸溶液，注射量为鸭胸肉质量的10%，放入设定好温度为20、30、40、50、60 ℃的恒温水浴锅中处理一定时间。之后将处理好的鸭胸肉放置4 ℃冷藏室，第2天再测定剪切力并确定最优水平。

1.2.5 响应面试验设计 以最大剪切力作为响应值，采用Design-Expert 8.0 6的Box-Behnken响应面设计，确定柠檬酸嫩化鸭肉的最佳条件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同浓度柠檬酸处理对鸭肉剪切力的影响 由图1可知，随着柠檬酸浓度的升高，肉样的剪切力逐渐降低，当柠檬酸浓度达到0.15 mol/L，剪切力值最低，这是因为低浓度柠檬酸不仅能弱化肌原纤维，还能弱化结缔组织，降低了肉的机械抵抗力，达到相关组织蛋白酶的适宜pH范围[18-20]。当柠檬酸浓度达到0.25 mol/L后，剪切力数值明显升高。因为柠檬酸浓度过高，pH进一步下降对鸭肉中的组织蛋白酶活性产生影响，并导致鸭肉失水严重，对鸭肉的品质造成不良影响。因此柠檬酸浓度为0.15 mol/L时，柠檬酸对鸭肉的嫩化效果最好。

2.1.2 处理时间对鸭肉剪切力的影响 由图2可知，随着处理时间的增加，鸭肉的剪切力值逐渐降低，这是由于随着柠檬酸处理时间增加，肌原纤维蛋白质溶解度呈现减小的趋势，肌内膜和肌束膜结构完整性受到破坏，逐渐颗粒化，颗粒化有利于嫩度的改善[21-24]。但处理时间过长的话，鸭肉会逐渐失水，肉质变老，嫩化效果较差，所以水浴时间控制在5 h最佳，鸭肉的嫩化效果最好。

图1 不同浓度的柠檬酸处理对鸭肉剪切力的影响

图2 处理时间对鸭肉剪切力的影响

2.1.3 处理温度对鸭肉剪切力的影响 由图3可知，随着处理温度的增加，处理后的鸭肉的剪切力也随之降低，处理温度在40 ℃时，鸭肉剪切力数值最低，超过40 ℃时，反而有所上升，这是因为肌原纤维蛋白在40～70 ℃内加热并保温后形成的凝胶硬度随温度上升而增大，导致鸭肉样品的嫩度和食用品质受到不良影响。所以处理温度控制在40 ℃时最佳，鸭肉的嫩化效果最好。

图3 不同处理温度对鸭肉剪切力的影响

2.2 响应面试验结果

在单因素试验的基础上进行响应面优化试验，采用Design-Expert 8.0 6软件中的Box-Behnken响应面设计原理，选取柠檬酸浓度、处理时间、处理温度3个因素做试验因素，以最大剪切力作为响应值，进行响应面试验[25]。响应面试验设计因素及水平见表1，响应面法优化试验设计及结果见表2。

表1 响应面试验设计因素及水平

表2 响应面法优化试验设计及结果

对表2数据进行多元二次回归拟合，建立嫩化工艺参数回归模型。二次多元回归方程为：

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，二次回归模型的F值为14.92，P值为0.000 9，均表明此模型显著。试验模型的决定系数R2=0.950 5，说明该模型能解释95.05%响应值的变化。且试验模型的校正系数R2=0.886 9，试验结果有88.69%受试验因素的影响，可以利用该方程对试验结果进行分析和预测。此外，由F检验可知影响鸭肉嫩化效果的主次因素为柠檬酸浓度>处理时间>处理温度，通过Design-Expert 8.0.6软件对回归方程进行计算，柠檬酸对鸭肉的嫩化效果研究参数为：檬酸浓度为0.15 mol/L、处理时间为5.46 h、处理温度为40.01 ℃，预计值为1.192 56 kg。

表3 响应面回归模型方差分析

2.3 响应面分析

根据上述回归方程绘出响应曲面图及等高线图(图4)，分析柠檬酸浓度、不同处理温度、不同处理时间，这3个因素对处理后鸭肉的嫩化效果影响的交互作用。

通过Design-Expert 8.0 6软件对回归模型进行分析，得到了各因素交互作用对鸭肉剪切力值影响的等高线图和响应面图，使得各试验因素之间的交互作用更加直观。响应面的坡度越陡峭，等高线图的形状趋于椭圆形，各因素之间的交互作用显著。反之，响应面的坡度越趋于平缓，等高线图的形状趋于圆形，则表明各因素之间的交互作用不显著[26-27]。根据响应面和等高线图的性质分析所得的响应面和等高线图，柠檬酸浓度与处理时间两因素之间的交互作用显著，柠檬酸浓度与处理温度两因素之间的交互作用次之，处理温度与处理时间两因素之间的交互作用不显著，这与回归模型的方差分析结果一致，因此，可用该模型来分析和预测柠檬酸嫩化鸭肉的最佳工艺。

图4 各因素交互作用对鸭肉剪切力值影响的响应面及等高线图

2.4 最佳工艺条件确定与验证试验

通过Design-Expert 8.0 6软件求得预测柠檬酸嫩化鸭肉的最佳工艺条件为：柠檬酸浓度为0.15 mol/L、处理时间为5.46 h、处理温度为40.01 ℃，剪切力预测值为1.192 56 kg，考虑到实际操作的可行性，将柠檬酸嫩化鸭肉的最佳工艺条件调整为：檬酸浓度为0.15 mol/L、处理时间为5.50 h、处理温度为40.00 ℃，在此条件下进行3次重复试验，得到剪切力值为1.225 3 kg，实际值与预测值之间偏差较小，因此说明通过响应面试验对柠檬酸嫩化鸭肉的工艺进行优化是可行的，具有实际意义。

3 结论与讨论

单因素实验结果表明，在柠檬酸浓度达到0.15 mol/L，处理时间为5 h，处理温度达到40 ℃时，鸭肉的剪切力值最小，嫩化效果最佳。

由响应面结果得出：二次线性回归方程前的系数绝对值A>C>B，说明鸭肉嫩化效果的影响因素：柠檬酸处理浓度>处理温度>处理时间。结合响应面的最佳处理条件与实际操作条件，将柠檬酸嫩化鸭肉的最佳工艺改为柠檬酸处理浓度为0.15 mol/L，处理时间为5.50 h，处理温度为40.00 ℃。采用此条件进行验证，剪切力的实测值为1.225 3 kg。

用外源酸浸泡是传统的肉类嫩化方法之一，但有机酸在肌肉中的扩散速度较慢，需要浸泡的时间较长，导致这一方法受到很大的限制。本实验利用有机酸注射法，直接将有机酸注射进鸭肉肌肉中，可以显著加快嫩化速度，改善鸭肉的嫩化效果，而且低浓度柠檬酸具有一定的抑菌防腐的作用。但当柠檬酸浓度达到0.40 mol/L时，随着有机酸浓度的升高，导致鸭肉产生不良的风味，酸味较重，严重影响鸭肉的食用品质。因此，柠檬酸对鸭肉的嫩化机理及使用量还需进一步探究。