响应面法优化超声波辅助姜汁嫩化炸猪排工艺

刘树萍，方伟佳，冯 爽

（哈尔滨商业大学旅游烹饪学院，黑龙江 哈尔滨 150076）

超声波是由超声换能器将电能转换为振动声能的一种振动能形式，目前已应用于某些特定领域的食品加工，如肉类嫩化、传热传质和干燥[1]。研究超声波的一个关键目标是研究和分析超声波处理导致的食品中的理想和不理想降解现象，而这一现象在肉类行业尤为重要，与肉类的腌制、嫩化紧密相关[2-3]。猪肉以其独特的感官特征和加工技术在我国现代肉类工业中具有巨大的发展潜力和连续性。随着我国经济的快速增长，消费者对肉类产品的需求越来越大，对猪肉的品质和安全也越来越关注，逐渐成为研究热点。Zeng Weicai等[4]综述猪肉产品的加工技术和研究进展；Liu Chenxing等[5]以中国45 家网店冷藏猪肉为研究对象，研究冷藏猪肉的品质与安全性；蒋兆景等[6]研究包装方式对冷鲜猪肉贮藏品质的影响；朱明明等[7]研究低变温高湿解冻这一新型解冻方式对猪肉品质变化的影响。炸猪排是以猪肉为原料，以煎炸为主要烹饪方法的一道民间菜肴，其中嫩度是其成功与否的关键指标。目前，在超声波领域中对生肉的研究较多[8-10]，研究大多集中在添加嫩化剂或超声波辅助嫩化对生鲜猪肉品质的影响[11-13]，而将超声波应用于烹饪过程中肉的嫩化的探讨较少。本研究针对炸猪排的制作，采用超声波辅助姜汁处理法，通过单因素试验结合响应曲面优化试验，以感官评价、质构、pH值及系水力等作为评定指标，探究制作外酥里嫩、香气浓郁的炸猪排产品的最佳工艺。

1 材料与方法

1.1 材料

鸡蛋、猪里脊肉、生姜、面包糠、盐、黑胡椒、白胡椒、料酒、生姜、一级大豆油，购于哈尔滨新阳路家乐福超市。

1.2 仪器与设备

KQ-100DB数控超声仪 昆山市超声仪器有限公司；FE28 pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；AXTD4高速冷冻离心机 盐城市安信实验仪器有限公司；JD200-3电子天平 福州华志科学仪器有限公司；TA-XT Plus物性测定仪 英国SMS公司。

1.3 方法

1.3.1 炸猪排的制作工艺

炸猪排的制作工艺：猪肉切片→姜汁嫩化→超声处理→腌制→裹糊→煎制→冷却

操作要点：1）切片：将里脊肉去筋膜，切成6 cmh4 cmh1 cm的猪肉片；2）生姜原液制作：取生姜与蒸馏水比例为1∶1.5（m/m），打汁，用3 层纱布过滤，置于4 ℃封口保鲜备用；3）超声处理：将2.5 mL姜汁均匀涂抹在猪肉片表面，置于自封袋中，封口包装，用于超声处理；4）腌制：以肉质量计，准确称取盐5.0%（质量分数，下同）、料酒15.0%、黑胡椒0.5%、白胡椒0.5%，均匀搅拌，配制足量腌制液，将腌制液均匀涂抹于猪肉片表面，于4 ℃冰箱中腌制40 min；5）挂糊：里脊肉表面拍一层面粉，再均匀裹一层蛋液，最后均匀蘸一层面包糠，重复裹蛋液和面包糠1 次；6）煎制：挂糊里脊肉170 ℃煎制5 min，处理一半时间时翻面（用油量50 mL）。

1.3.2 工艺优化试验设计

1.3.2.1 单因素试验设计

分别固定生姜汁添加量2.5 mL、姜汁体积分数30%（生姜原液/（生姜原液+蒸馏水））、超声功率60 W、超声时间30 min，研究姜汁体积分数（20%、30%、40%、50%）、超声功率（50、60、70、80 W）、超声时间（10、20、30、40 min）对炸猪排感官品质、pH值、系水力、质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）及剪切力等品质的影响，每组实验重复5 次。

1.3.2.2 响应面优化试验设计

综合单因素试验结果，根据Box-Behnken中心组合试验设计原理，建立3因素3水平模型，确定炸猪排的最佳工艺，试验因素水平见表1。

表1 Box-Behnken试验因素水平表Table 1 Code and level of independent variables used in Box Behnken design

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 感官评价

以10 位经过培训的烹饪专业人士为感官评定小组，对炸猪排的色泽、气味、组织状态、口感和滋味5 个感官特性进行评定，评价标准如表2所示。

表2 炸猪排感官评价标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of deep-fried pork steaks

1.3.3.2 TPA测定

选取3 cmh1 cmh1 cm的炸猪排进行TPA测定。采用P50探头、“2 次压缩”模式，参数设置为TPA250 N，回程距离20 mm，起始力2 N，测试速率60 mm/s，形变量30%。

1.3.3.3 剪切力测定

顺着肌纤维方向切取3 cmh1 cmh1 cm的肉条，用单刀剪切复合探头测定，探头型号为HDP/BS（W型无豁口刀具）。参数设置为：力量感应元250 N，起始力0.2 N，测试速率30 mm/s，回程速率50 mm/s，回程距离20 mm。每组样品重复测定5 次。

1.3.3.4 pH值测定

将带壳猪排切碎，称取5 g，于25 mL蒸馏水中均质30 s，浸渍30 min，采用pH计测定pH值。

1.3.3.5 系水力测定

将带壳猪排切碎，称取10 g于离心管中，离心（1 500 r/min，30 min），吸去表面渗出水分。系水力计算公式如下。

式中：m1为离心前样品质量/g；m2为离心后样品质量/g。

1.4 数据处理

每个实验重复5 次，实验数据以平均值±标准差表示，采用Statistic 8.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 姜汁体积分数对炸猪排品质的影响

2.1.1.1 姜汁体积分数对炸猪排感官品质的影响

表3 姜汁体积分数对炸猪排感官品质的影响Table 3 Effect of ginger juice concentration on sensory quality of deep-fried pork steaks

由表3可知，姜汁体积分数对炸猪排感官品质影响显著（P＜0.05）。随着姜汁体积分数的递增，炸猪排的感官评分呈现先上升后下降的趋势，当姜汁体积分数为30%时，炸猪排的组织状态、口感及滋味评分显著高于其他组（P＜0.05）。肉成熟嫩化的一个主要原因是内源性蛋白水解，即肉的结构蛋白水解，这一过程需要酶的参与，所以肉类的嫩化本质就是酶促反应[14]。当姜汁体积分数为20%时，炸猪排气味较淡，口感较硬。这可能是由于生姜蛋白酶是一种巯基蛋白酶，其对肌原纤维蛋白具有水解能力，可增加胶原蛋白溶解度，而过低的生姜蛋白酶含量使得水解效果不显著，导致肉的嫩化效果不明显[15]。当姜汁体积分数为30%时，炸猪排香气浓郁，肉质鲜嫩多汁。当姜汁体积分数过高时，肉的口感疏烂，弹性较小，姜汁气味较重，这与Tsai等[16]的实验结论相同，均验证了生姜蛋白酶对肌肉结构蛋白完整性的破坏作用。

2.1.1.2 姜汁体积分数对炸猪排TPA与剪切力的影响

表4 姜汁体积分数对炸猪排TPA与剪切力的影响Table 4 Effect of ginger iuice concentration on TPA parameters and shear force of deep-fried pork steaks

由表4可知：姜汁体积分数对炸猪排的硬度影响显著（P＜0.05）；随着姜汁体积分数的增加，炸猪排的弹性、胶黏性、咀嚼性呈现先上升后下降的趋势，硬度、剪切力呈现逐渐下降的趋势；其中当姜汁体积分数为30%时，炸猪排的胶黏性和咀嚼性显著高于其他各组（P＜0.05）；姜汁体积分数过低时，炸猪排口感偏硬，难以咀嚼，当姜汁体积分数达到30%时，炸猪排口感软嫩，弹性适中，姜汁体积分数过高时，口感较渣，无弹性。这可能是由于随着姜汁体积分数增加，生姜蛋白酶与底物反应的程度也逐渐增加，适度反应会增加肉的嫩度，但过度反应会破坏猪肉组织完整性，降低食用价值[17]。

2.1.1.3 姜汁体积分数对炸猪排系水力和pH值的影响

表5 姜汁体积分数对炸猪排系水力和pH值的影响Table 5 Effect of ginger juice concentration on water-holding capacity and pH value of deep-fried pork steaks

由表5可知，姜汁体积分数对炸猪排pH值和系水力影响显著（P＜0.05）。随着姜汁体积分数的增加，炸猪排的pH值和系水力均呈现先上升后下降的趋势，当姜汁体积分数为30%时，炸猪排的系水力与pH值显著高于其他各组（P＜0.05），此时炸猪排香气浓郁、软嫩多汁。肌肉pH值的变化是肌肉糖原酵解速率和肌肉中乳酸含量变化的体现，它的变化程度和速率反映了肌肉品质，pH值的大小与肉质的嫩度有很大关系，过高的姜汁体积分数会导致肌肉酶解过度，部分蛋白质变质，保水性下降，影响炸猪排口感[18-19]。

2.1.2 超声时间对炸猪排品质的影响

2.1.2.1 超声时间对炸猪排感官品质的影响

由表6可知，超声时间对炸猪排的感官评分影响显著（P＜0.05）。随着超声时间的延长，炸猪排的感官评分均呈现先上升后下降的趋势，当超声时间为30 min时，炸猪排的组织状态、口感、滋味评分显著高于其他组（P＜0.05）。超声时间过短，炸猪排的组织紧密，口感较干；当超声时间达到30 min时，炸猪排外酥里嫩，汁液丰富；当超声时间过长时，炸猪排的口感发柴，香气不足。而且超声时间过短，猪排嫩化效果不明显，过长的超声时间会导致猪排化学反应程度加深，肉的氧化加剧，影响猪排感官质量[20]。

表6 超声时间对炸猪排感官品质的影响Table 6 Effect of ultrasonic time on sensory quality of deep-fried pork steaks

2.1.2.2 超声时间对炸猪排TPA与剪切力的影响

表7 超声时间对炸猪排TPA和剪切力的影响Table 7 Effects of ultrasonic time on TPA parameters and shear force of deep-fried pork steaks

由表7可知，超声时间对炸猪排的弹性、胶黏性、咀嚼性及剪切力影响显著（P＜0.05）。随着超声时间的增加，炸猪排的硬度、胶黏性呈现先上升后下降趋势，咀嚼性、弹性、剪切力呈现先下降后上升趋势。超声时间过短时，肉质紧密、较硬，超声嫩化作用不明显；当超声时间为30 min时，肉质软嫩，弹性十足；超声时间过长时，肌肉纹理疏松，口感软烂，这与Zou Ye等[21]实验结果一致。短时间的超声处理可增加肉的韧性，降低肉的嫩度，但处理时间过长会使蛋白质发生不良变性，影响口感和嫩度[22]。

2.1.2.3 超声时间对炸猪排系水力和pH值的影响

由表8可知，随着超声时间的延长，炸猪排的pH值与系水力均呈现先上升后下降的趋势，当超声时间为30 min时，炸猪排的pH值、系水力显著高于其他各组（P＜0.05）。超声时间过短时，猪排嫩化效果不明显，炸猪排的口感紧致、偏硬，汁液不够丰富；当超声时间为30 min时，炸猪排皮酥肉嫩，香气浓郁；超声时间过长时，炸猪排的口感发柴，香气不足。超声前期，炸猪排的pH值呈现上升趋势，这与Wójciak等[23]的实验结果一致。这可能是超声波导致蛋白水解酶和脱氨酶的释放，酸性蛋白减少所致[24]。过短和过长的超声时间均会导致系水力显著下降（P＜0.05）。

2.1.3 超声功率对炸猪排品质的影响

2.1.3.1 超声功率对炸猪排感官品质的影响

表9 超声功率对炸猪排感官品质的影响Table 9 Effect of ultrasonic power on sensory quality of deep-fried pork steaks

由表9可知，超声功率对炸猪排的组织状态、口感、滋味影响较显著（P＜0.05）。随着超声功率的增加，炸猪排的感官评分均呈现先上升后下降的趋势，其中超声功率为60 W时，炸猪排的组织状态、口感、滋味得分均显著高于其他各组（P＜0.05）。超声功率过小，炸猪排的香气不足；超声功率过大，炸猪排的滋味油腻，这与Esmeralda等[25]的实验结果一致，可能是由于过高的微波功率赋予猪肉油腻的滋味。

2.1.3.2 超声功率对炸猪排TPA与剪切力的影响

表10 超声功率对炸猪排TPA和剪切力的影响Table 10 Effect of ultrasonic power on TPA parameters and shear force of deep-fried pork steaks

由表10可知，超声功率对炸猪排质构影响显著（P＜0.05）。随着超声功率的增加，炸猪排的硬度、胶黏性、咀嚼性和剪切力呈现先下降后上升的趋势，弹性变化趋势相反。当超声功率为60 W时，炸猪排的硬度、咀嚼性、胶黏性和剪切力均为最小值（P＜0.05），而弹性达到最大值（P＜0.05）。超声功率过小时，炸猪排肉质较硬，口感不佳；当超声功率达到60 W时，炸猪排软硬适中，弹性适中；当微波功率过大时，炸猪排肉质发柴，嫩度下降。超声波对肉类的作用主要体现在蛋白质变性和胶原溶解两方面，随着超声功率的增加，二者呈现此消彼长的关系，嫩度也发生相应的变化[26]。

2.1.3.3 超声功率对炸猪排系水力和pH值的影响

表11 超声功率对炸猪排系水力和pH值的影响Table 11 Effect of ultrasonic power on water-holding capacity and pH value of deep-fried pork steaks

由表11可知，随着超声功率的增加，炸猪排的pH值与系水力均呈现先上升后下降的趋势，当超声功率为60 W时，炸猪排的pH值与系水力均达到最大值（P＜0.05），此时的炸猪排鲜嫩多汁，弹性十足，与肌肉成熟期pH值升高、肉质变嫩理论吻合[27]。超声处理对系水力有一定的影响，适度的超声会增强肌肉的伸展和回缩幅度，提高肉的持水能力，但过度的超声处理会破坏肌肉的完整程度，降低肉的持水性[28]。

2.2 响应面法优化炸猪排的嫩化条件试验设计及回归分析

以超声时间（A）、超声功率（B）、姜汁体积分数（C）为自变量，剪切力为响应值（Y），进行响应面分析试验。采用Design-Expert 8.0.6软件对表12中的数据对进行多项式拟合回归，建立多元二次响应面回归模型，所得方程为Y=24.96－1.90A－2.18B－1.01C+2.66AB+3.70AC+2.67BC+2.43A2+2.96B2+4.91C2。

表12 Box-Benhnken试验设计及结果Table 12 Box-Benhnken design with experimental and predicted results

由表13可知，模型的F值为13.30，R2为0.944 8，说明该预测模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P=0.073 6），说明该模型具有统计学意义。在嫩化影响因素中，一次项B（超声功率）对模型影响极显著（P＜0.01），C（姜汁体积分数）对模型影响不显著（P=0.145 4）；交互因素中AC（超声时间与姜汁体积分数）交互作用极显著（P＜0.01）；二次项C2（姜汁体积分数）对模型影响极显著（P＜0.01）。由F值可判断出，单因素的影响大小顺序为超声功率（B）＞超声时间（A）＞姜汁体积分数（C）；交互项影响大小为AC＞BC＞AB；二次项影响大小为C2＞B2＞A2。

表13 回归模型方差分析Table 13 Analysis of variance of regression model

2.3 交互作用分析及实验结果验证

2.3.1 交互作用分析

由图1可知，当超声时间恒定时，炸猪排的剪切力随着超声功率的增大呈现先缓慢下降后迅速上升的趋势。当超声功率恒定时，随着超声时间的延长，炸猪排剪切力呈现出先减小后增大的抛物线变化趋势。超声处理通过改变蛋白质结构，降低肉的剪切力，提高肉的嫩度与弹性，但频率较低或时间较短的超声波对连接肌肉组织的肌原纤维蛋白结构破坏作用不显著，嫩化效果不明显[29-31]。

由图2可知，当超声时间恒定时，随着姜汁体积分数的增加，炸猪排剪切力呈先减小后增加趋势，而当姜汁体积分数恒定时，随着超声时间的延长，炸猪排剪切力呈现先下降后上升的趋势，但变化趋势较平缓。这可能是由于生姜汁中的生姜蛋白酶可使肉嫩化，但是过度嫩化使肉表面软烂，剪切力下降幅度增加[32]。超声处理使得蛋白质碎片增加，适度的破碎使口感变嫩，剪切力缓慢下降[33]。

由图3可知：当超声功率恒定时，随着姜汁体积分数的增大，炸猪排剪切力呈现先下降后上升的趋势；当姜汁体积分数恒定时，随着超声功率的增大，炸猪排剪切力也呈现先下降后上升的趋势。这可能是由于超声波可在不同程度上对肌肉结构造成物理破坏，增强蛋白质的水解和变性，从而改变肉的肌理和多汁性，姜汁体积分数过高会刺激导致猪肉老化的物质增加，剪切力随之受到影响[34-35]。

2.3.2 实验结果验证

通过Design Expert V8.0.6软件预测出炸猪排的最佳嫩化工艺为姜汁体积分数2 9.5 7%（添加量2.5 mL）、超声时间31.54 min、超声功率61.35 W。在上述条件下，炸猪排剪切力的预测值为24.41 N。考虑到实际操作的可行性，将得到的最佳工艺参数调整为姜汁体积分数30%（添加量2.5 mL）、超声时间30 min、超声功率60 W进行验证实验，重复5 次。验证实验结果显示，用该嫩化条件处理的调理猪肉剪切力为25.11 N，实测值与预测值之间误差不大，说明实验得到的模型有效。炸猪排的感官评价为8.9 分，整体可接受性良好。

3 结 论

针对炸猪排嫩化工艺进行研究，选择炸猪排工艺中的影响因素进行单因素试验，进一步通过响应面试验得出，交互作用因素影响大小为AC＞BC＞AB（超声时间与姜汁体积分数＞超声功率与姜汁体积分数＞超声时间与超声功率）。经优化后的嫩化条件为姜汁体积分数29.57%（添加量2.5 mL）、超声时间31.54 min、超声功率61.35 W。经优化调整后的嫩化条件可使炸猪排感官评分达到8.9 分，与对照组（7.4 分）相比提高33.7%。采用优化后工艺可制作出外酥里嫩、香气浓郁的炸猪排。