低脂复合牛杂肉饼的研发及其品质

王晶晶，韩玲，余群力，林娟，韩广星，金锦伟，张新军

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070；2.山东绿润食品有限公司，山东 临沂 276000；3.青海五三六九生态牧业科技有限公司，青海 果洛 814000；4.宁夏华夏肉食品有限公司，宁夏 中卫 755000)

我国是肉类消费大国，仅2019年全国肉牛出栏就达4 534万头[1]，肉牛的养殖与屠宰加工一直以较快的速度增长.作为牛主要副产物的红白脏器占畜体活重的8.47%，利用率却不高[2].这些内脏可以直接烹调食用，或加工成特色食品，或作为医药工业中生化制药的原料.目前有关采用现代食品及科学技术研发牛副产物食品的研究还鲜见报道[3-4].牛副产物蛋白质、脂肪含量高，矿物质含量丰富[5-6].近年来牛肉饼因蛋白含量高、烹饪方式简单快捷深受消费者喜爱[7].目前对牛肉饼的研究主要是品质与加工特性等方面，牛肉饼脂肪含量高，易出水出油，质构松散[8]，脂肪含量高加速牛肉饼蛋白氧化和理化性质改变[9]，摄入过高脂肪会增加患心血管等疾病的风险[10].利用纤维素、蛋白质、碳水化合物、模拟脂肪、胶体类等替代脂肪添加在肉饼中的应用研究已成为畜类肉品加工研究的热点[8].因此在不影响肉制品接受性的前提下，将牛副产物与牛肉复合，运用脂肪替代物减少牛杂肉饼脂肪含量，不仅能改善牛肉饼的营养组成，开发出新型牛肉饼，而且还能提高牛副产物的利用价值，减轻动物源性废弃物对环境的污染，延长我国畜牧业产业链，带动农业产业化水平和农业综合效益的全面提高.

作为脂肪替代物淀粉、卡拉胶、大豆分离蛋白(SPI)还具有提高黏结性、持水性、嫩度与增加出品率等作用[11].淀粉加入肉制品中可起到保水保油，增加制品黏结性，提高制品出品率，但是添加量过多又会影响产品色泽、口感、外观等.卡拉胶目前已有应用到各类肉饼加工中的报道，如Gao等[12]认为在猪肉饼中加入一定量卡拉胶能提高嫩度，改善风味.其他学者也发现卡拉胶加入牛肉饼中灰分与胆固醇变化显著，应用在肉饼包装薄膜中也有显著效果[13-14].SPI适量添加可以改善牛肉饼松散的结构，SPI中的植物蛋白能改变动物性食物蛋白的氨基酸组成，还能增加豆香风味[15].黏合酶谷氨酰胺转氨酶(TG)主要应用在碎肉粘合领域，能够改善牛肉饼质构松散的问题，作用机制是通过催化蛋白质分子间的交联将非肉蛋白粘合到肉上.另外SPI与TG酶还有一定的交联特性，能提高SPI营养价值，改善SPI的表面疏水性[16]，TG酶结合卡拉胶能改善牛肉的质构特性和保水性[17].目前有关牛杂肉饼中脂肪替代物的应用还未见报道.

本研究以牛肉、牛心、牛肝、牛胃为原料，通过单因素试验及响应面回归设计，在低脂复合牛杂肉饼研发过程中以淀粉、卡拉胶、SPI和TG酶复配对低脂复合牛杂肉饼配方进行优化，以弹性和感官评分为评价指标，筛选出最佳配比，研究低脂复合牛杂肉饼产品品质，旨为低脂复合牛杂肉饼的实际生产提供理论依据与技术指导.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛肉、牛心、牛肝、牛胃均采自青海百德食品有限公司检疫合格的2岁肉牛，宰后排酸3～4 d的后腿肉，剔除筋膜、脂肪，-18 ℃冷冻备用；牛心、牛肝、牛胃宰后2～3 h内去除表面脂肪、筋膜、结缔组织及杂物后用洁净保鲜袋密封，-18 ℃冰箱冷冻备用.

食盐、味精、白砂糖、姜粉购自甘肃省兰州市安宁区桃海市场；卡拉胶、SPI、TG酶、木瓜蛋白酶，临沂山松生物制品有限公司；异抗坏血酸钠，江西省德兴市百德异VC钠有限公司；淀粉，新乡良润全谷物食品有限公司；金龙鱼大豆油，嘉里粮油(天津)有限公司；以上材料均为食品级.

硫酸铜、硫酸钾、氢氧化钠、无水硫酸钠，天津市光复科技发展有限公司；石油醚、硫酸、硼酸、95%乙醇，成都市科隆化学品有限公司.

1.2 仪器与设备

TS-22台式绞肉机，诸城和义机械有限公司；TA.XT Plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司；HX202T型电子天平，浙江慈溪市天东衡器厂；DZQ-420C型真空包装机，泉州市安尔盛机械有限公司；Konica CR-10色差仪，柯尼卡美能达光电股份有限公司；SP-756P型紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司.

1.3 低脂复合牛杂肉饼制作工艺流程

原料→预处理→低温腌制→拌料→成型→冷冻→真空包装→煎烤.

1.4 低脂复合牛杂肉饼操作要点

1.4.1 原料选择 选取检疫合格的优质原料牛肉、牛心、牛肝、牛胃.

1.4.2 预处理 牛肉解冻后，剔除脂肪、筋膜部分.心、肝解冻后剔去脂肪和软组织，切成0.3 cm薄片浸泡入水，换水4 ℃浸泡4 h直至水清，沥干水分；牛胃解冻后除去脂肪等杂质清洗干净.

牛肉饼：牛肉原料按照质量比6∶4比例处理成约0.5 cm肉粒和牛肉糜，混合均匀.

复合牛杂肉饼：牛肉处理方式与牛肉饼相同，牛心、牛肝、牛胃绞碎成肉糜.将原料按照牛肉∶牛心∶牛肝∶牛胃=3.5∶4∶1.5∶1的质量比混合均匀备用.

1.4.3 低温腌制 配制腌制液(以占原料牛肉重量比例为基准)，称取所需添加剂及所用的去离子水，配制好腌制液，加入按比例混合好的原料后，4 ℃下腌制4 h，每隔1 h翻转一次，保证腌制均匀.

1.4.4 拌料 按照不同的口味称取相应的辅料与品质改良剂，在腌制好的原料中加入辅料和品质改良剂后，搅拌机中搅拌5 min，使其均匀混合，增强粘性.

1.4.5 成型冷冻 将拌好的牛肉糜压制成牛肉饼后转移至腌制间，在4 ℃下反应4 h后迅速放入-30 ℃冷冻间，冷冻成型.

1.4.6 真空包装 真空包装后封口，封口要求平整无漏气、美观无褶皱.

1.4.7 煎烤 取冷冻低脂复合牛杂肉饼室温下解冻4 h，200℃煎烤5 min.

1.5 感官评价

参考国标GB/T 16291.1-2012感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分：优选评价员[18]标准，选拔10名专业感官评价员对低脂复合牛杂肉饼进行感官评价，参考邝吉卫等[19]与王浩田等[20]的方法并略作修改.感官评分表见表1.计算公式如下：

感官评分=0.2×色泽+0.2×外观形态+0.2×组织状态+0.2×风味+0.2×口感

表1 感官评分表

1.6 响应面试验设计

以卡拉胶添加量、TG酶添加量、淀粉添加量和SPI添加量为自变量，以弹性和感官评分为因变量进行单因素试验.根据单因素试验结果，以卡拉胶添加量(A)、TG酶添加量(B)、淀粉添加量(C)和SPI添加量(D)为自变量，感官评分(Y)为响应值，用Design-Expert 8.0进行响应面试验设计.试验各因素与水平见表2.

表2 Box-Behnken因素水平表

1.7 TPA测定

参考Barbut等[21]的方法并加以改进.使用取样器在冷却至室温的低脂复合牛杂肉饼中心制备样品(d=16 mm，h=10 mm)，测定低脂复合牛杂肉饼的弹性.质构仪参数如下：探头型号P/35，测定模式选择下压距离，测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度1 mm/s，下压距离为样品原始高度的75%.数据采集速率为220 pps，每组样品重复测试3次，取平均值.

1.8 营养品质测定

以牛肉饼作为对照组，低脂复合牛杂肉饼作为试验组，测定相应品质指标.水分、蛋白质、脂肪、灰分含量的测定分别参考GB5009.3-2016、GB5009.5-2016、GB5009.6-2016、GB5009.4-2016，每个样品重复测定3次，取平均值.

1.9 色度值测定

利用色度计对低脂复合牛杂肉饼切面进行色泽指数的测定.

1.10 出品率测定

出品率的测定公式：

(1)

式中：m1，煎烤后的低脂复合牛杂肉饼质量，g；m2，原料牛肉和牛副产物的质量，g.

1.11 试验数据分析

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

由图1-A可知，在淀粉添加量1%～3%时，显著影响低脂复合牛杂肉饼的弹性(P<0.05)，随淀粉添加量的增加，低脂复合牛杂肉饼弹性更好，曲线相对斜率更大；当淀粉添加量大于3%时，随淀粉添加量增加弹性略有下降，但仍然比添加量小于2%的高.淀粉的添加量对于感官评分值的影响总体也是先上升后下降的趋势.在淀粉添加量为3%时感官评分值最好，当淀粉添加值大于3%时感官评分开始下降.

由图1-B可知，在试验范围内随着卡拉胶添加量的增加，低脂复合牛杂肉饼弹性相应增加，在卡拉胶添加量大于0.6%时对弹性的影响不显著(P>0.05).感官评分在卡拉胶添加量0.4%～0.6%时，随着卡拉胶添加量的增加，感官评分值升高.

由图1-C可知，SPI添加量对感官评分及弹性的影响均为先上升后下降的趋势.SPI添加量在1.5%时感官评分值与弹性随SPI添加量变化的曲线到达峰值.感官评分除了在0.5%与2.5%的SPI添加量下数值接近，其余梯度感官评分相互差异显著(P<0.05).

由图1-D可知，TG酶的添加量在0.2%～0.6%范围内对弹性影响显著(P<0.05)，添加量超过0.6%时对弹性的影响先略有上升又略有下降，但影响不显著(P>0.05).TG酶对感官评分的影响与对弹性的影响趋势相似，在添加量到0.6%时，感官评分值出现最大值.

小写字母不同表示差异显著(P<0.05).Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05).图1 淀粉(A)、卡拉胶(B)、SPI(C)和TG酶(D)对低脂复合牛杂肉饼弹性和感官评分的影响Figure 1 Effects of starch (A)，carrageenan (B)，SPI (C) and TGase (D) on the elasticity and sensory score of low fat compound beef patties

2.2 响应面试验结果

2.2.1 Box-Behnken试验结果及模型的建立 通过响应面法优化脂肪替代物与黏合剂配方，结合单因素试验结果，选取淀粉添加量(A)、卡拉胶添加量(B)、SPI添加量(C)和TG酶添加量(D)进行4因素3水平的Box-Behnken响应面分析试验，以感官评分(Y)为响应值，试验设计及结果见表3.运用Design-Expert 8.0对表中的数据进行拟合，得到感官评分(Y)与4个因子A、B、C、D的关系为：

感官评分值(Y)=19.53+0.13A+0.38B-0.084C+0.23D-0.010AB-0.032AC-0.027AD+5.000E-003BC+1.000E-002BD-0.015CD-0.35A2-0.83B2-0.99C2-0.62D2

表3 Box-Behnken 试验设计及其响应值

表4 低脂复合牛杂肉饼感官评分回归模型方差分析

2.2.3 响应面试验结果及验证 根据响应面试验可以得出各因素在低脂复合牛杂肉饼中的最佳使用量为：淀粉添加量3.18%，卡拉胶添加量0.65%，SPI添加量1.48%，TG酶添加量0.64%，在此条件下感官评分预测值为19.605 5.为证实该配方添加后对低脂复合牛杂肉饼品质改良的效果，对得到的最佳复配配方进行验证试验，做10次平行试验求平均值，最终得到的感官评分为19.56，与预测值19.605 5非常接近.证明本试验模型能够较好地反映脂肪替代物与黏合剂对低脂复合牛杂肉饼感官评分的影响.

2.3 营养品质测定结果

低脂复合牛杂肉饼(B)与牛肉饼(A)营养指标结果见表5，低脂复合牛杂肉饼水分含量高，蛋白含量高，粗脂肪含量低，灰分含量高，比对照组更健康营养.

表5 低脂复合牛杂肉饼营养品质测定结果

2.4 质构和出品率测定结果

由表6可得，低脂复合牛杂肉饼弹性、回复性及出品率优于对照组，黏着性、咀嚼性较对照组低.

表6 低脂复合牛杂肉饼质构及出品率测定结果

2.5 色度值测定结果

由表7可知，实验组红度值与黄度值小于对照组，亮度值大于对照组，低脂复合牛杂肉饼色泽略逊于对照组.

表7 低脂复合牛杂肉饼色度值测定结果

3 讨论

通过单因素试验及响应面试验优化结果表明，低脂复合牛杂肉饼中淀粉添加量过多会导致口感绵软，咀嚼性变差，3.18%添加量最好.但是也有学者研究得出添加复配淀粉15%时肉饼弹性最好，这可能是由于试验所选用淀粉种类不同，因为直链淀粉含量会影响淀粉分子交联形成的凝胶网络结构[22]，从而影响食品弹性.

加热溶解后的卡拉胶形成有双螺旋结构的凝胶，这种分子结构能有效增加肉饼持水性[23].在试验范围内随着卡拉胶的添加量增加，低脂复合牛杂肉饼的弹性越好，但感官评分先升高后降低，这可能是由于卡拉胶添加量过高会导致低脂复合牛杂肉饼咀嚼口感变差[24-25]，同时伴有不良风味的产生[26].

SPI的添加赋予低脂复合牛杂肉饼独特的豆香味，同时随着添加量的增加影响产品口感：一方面SPI的可溶性水解物会破坏牛杂肉饼质构，使低脂复合牛杂肉饼绳状交联网络结构不连续，口感松散细碎；另一方面SPI的不溶性聚集体能提高肉糜弹性，诱导形成连续质密的网络结构[27].

TG酶添加量对复合牛杂肉饼的质构影响较大，随着TG酶添加量的增加，酶与蛋白质交联反应促进了产品质构紧实度.当TG酶添加量超过适宜用量时，由于酶缺少反应底物或酶的作用已达到最佳，因此对于低脂复合牛杂肉饼的质构品质及感官评价影响较小，本试验TG酶添加量对产品品质的影响与段茂华等[28]研究结果一致.

本试验多元回归模型变异系数(CV)=0.37%，变异系数表示试验的精确度，数值越大试验的可靠性越差[29].本试验模型能够准确分析和预测脂肪替代物配方对低脂复合牛杂肉饼的感官评分值的影响，预测值与试验值具有很高的相关度[30-31].最终制得产品水分含量高，蛋白含量高，粗脂肪含量低，比对照组营养更丰富.这可能是脂肪替代物中SPI能提高牛肉饼蛋白含量，卡拉胶的双螺旋结构、TG酶与SPI共同作用能增加保水性[16,26]，同时这些脂肪替代物还能改善肉饼的弹性与回复性，并对最终制品的色度也会产生影响.脂肪替代物一定程度上改善了复合牛杂肉饼的品质，降低了成本.

4 结论

低脂复合牛杂肉饼更符合现代人对健康饮食的需求，根据单因素试验与Box-Behnken响应面试验设计得出：淀粉添加量3.18%，卡拉胶添加量0.65%，SPI添加量1.48%，TG酶添加量0.64%时感官评分预最好.在此条件下制得的低脂复合牛杂肉饼产品品质最好，蛋白含量较高，脂肪含量低，弹性、回复性好，出品率高.与传统牛肉饼相比，低脂复合牛杂肉饼营养价值更高，是一种有利于人体健康的牛副产物新产品.