响应面法优化黄桃皮渣膳食纤维鸡肉丸加工工艺的研究

王福红 刘希凤 山东畜牧兽医职业学院 山东潍坊 261061

肉丸是人们节假日、喜庆团圆的必备菜肴，民间素有“无圆(丸)不成席”之说[1]，年消费量持续增长。鸡肉丸脂肪含量少、食用方便、深受广大消费者喜爱[2]。但传统鸡肉丸缺乏膳食纤维，加工过程中添加剂的种类、比例不合适，不仅影响肉丸的质构特性和感官评分[3]，还会对消费者健康产生不利影响。

膳食纤维(dietary fiber，DF)被认为继蛋白质、脂肪、糖类、矿物质、维生素和水之后的第七大营养素[4]，对人类有着显著的健康益处。黄桃皮渣是黄桃罐头加工后的副产物，约占果重的8%～10%，富含膳食纤维、多种微量元素,硒、锌等含量明显高于其他水果。据统计2019年全国黄桃皮渣副产物达4 000吨左右，为食品工业提供重要的原料。目前诸多研究表明，植物膳食纤维添加到肉类制品中[5～9]，可一定程度的改善肉类产品质构特性，增加产品的保健功能，市场开发潜力大。

本研究将黄桃皮渣应用至鸡肉丸，通过响应曲面试验设计方法，优化加工工艺，改善肉丸质构特性，调节居民膳食平衡，实现废弃物综合利用[10]，以期为肉丸产品开发提供创新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鸡肉、猪肥膘，潍坊中百实业有限公司；

改性玉米淀粉，诸城兴贸玉米淀粉厂；

大豆分离蛋白，山东福旺嘉生物科技有限公司；

复合磷酸盐(六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠)，山东爱采生物科技有限公司；

黄桃皮渣粉末，山东临朐相亮果蔬合作社；

卡拉胶，山东高光生物科技有限公司；

食盐、白糖、味精、胡椒粉、葱粉、姜粉等均为食品级，购自本地佳乐家超市。

1.2 主要仪器设备

电子天平BSA2245，广州市授科仪器科技有限公司；

绞肉机JRJ，山东诸城瑞恒食品机械厂；

搅拌机S0260，北京市世纪天建科技有限公司；

蒸煮锅QK-QYY001，诸城市青科机械制造有限公司；

包装机DZ-600/4S，山东康贝特食品包装机械有限公司；

斩拌机ZBZ125，河北晓进机械制造股份有限公司；

肉丸成型机WZJ-1，诸城金博威食品机械有限公司；

质构仪TA-XT2i，英国SMS公司。

1.3 试验方法

1.3.1 基本配方

鸡胸肉90kg、猪肥膘10kg、食用盐3kg、大豆分离蛋白2.5kg、白糖2kg、葱姜各1.5kg、复合磷酸盐500g、胡椒粉300g、味精200g，黄桃皮渣粉末(水分含量<5%)、改性玉米淀粉、卡拉胶和冰水的添加量根据研究结果确定。

1.3.2 制作方法

按比例选择鸡胸肉和猪肥膘，用6mm孔径的绞肉机绞碎，于搅拌机中搅拌5min后，加入食盐、复合磷酸盐和1/3量冰水，继续搅拌15min,腌制24h，腌制间温度0～4℃。肉馅倒入斩拌机中，按比例加入改性玉米淀粉、大豆分离蛋白、胡椒粉、黄桃皮渣(过60目筛)，先慢斩2min，加入其它辅料和剩余冰水，快斩5min，斩拌温度不超过4℃。制好的肉馅经肉丸成型机挤压成肉丸，100℃沸水煮15～20min，捞出及时送入冷却间降温，晾干水分，包装。

1.3.3 单因素试验

在保持其他工艺条件不变情况下，分别改变黄桃皮渣添加量、改性玉米淀粉添加量、卡拉胶添加量、冰水添加量，探究不同原料添加量对鸡肉丸质构、感官评分的影响，确定不同因素添加量的最佳水平。具体单因素水平变化见表1。

表1 不同原料添加量的单因素水平表

1.3.4 感官评价

感官评分标准见表2。

表2 感官指标评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria

由10名食品专业学生组成感官评定小组，对产品色泽、组织状态、弹性、口感等进行评定，4项指标总分100分[11，12]。评定采用盲双法[13]，即样品随机编号、样品随机抽取。

1.3.5 质构特性测定

采用质构多面剖析法(Texture profile analysis TPA)对肉丸品质进行测定。具体参数设定为：柱形探头(P/50)，压缩比70%，触发力5g，测前速度、测定速度和测后速度均为1mm/s，2次下压样品模拟咀嚼情形。测试3次，取平均值。

1.3.6 响应面试验

由前单因素试验结果，分别选取对产品感官品质有影响的黄桃皮渣添加量(A)、改性玉米淀粉添加量(B)、卡拉胶添加量(C)及冰水添加量(D)这4个因素为自变量，每个变量分别以-1，0，1表示，以感官评分为响应值，设计响应曲面试验，试验因素水平如表3。

表3 响应面试验因素水平表

1.4 数据处理

根据Box-Benhnken模型的中心组合试验设计原理，采用Design-Expert V8.0.6.1软件中多元线性回归方程拟合分析响应曲面试验结果。

2 结果与讨论

2.1 单因素结果分析

2.1.1 黄桃皮渣添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

黄桃皮渣添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响，见表4。

表4 黄桃皮渣添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

由表4可知，黄桃皮渣添加量对鸡肉丸硬度、咀嚼性和感官评分影响显著(p<0.05)，对鸡肉丸弹性影响不显著。随着黄桃皮渣添加量的增加，硬度、咀嚼性、感官评分先升高后降低。硬度直接影响咀嚼性，两者变化趋势相似，黄桃皮渣膳食纤维添加量为5%时鸡肉丸感官评分最高。黄桃皮渣是肉类制品膳食纤维的重要来源，皮渣中的膳食纤维含有丰富的多聚糖，有良好的亲水性，会结合肉丸中一部分水分，形成网络结构，起到水合作用，使肉的结合更加紧密[14]，在一定程度上保持鸡肉丸的完整性。王瑶[15](2019)等研究，膳食纤维添加到肉制品中提高产品的乳化稳定性，并有较好的持油性、成胶性，赋予产品适当的流变学特性，提高出品率、延长货架期。同时减少脂肪摄入量，食用后产生饱腹感，增加肉丸的保健功能。但黄桃皮渣添加量过高，鸡肉丸中蛋白质的网络结构逐渐扩展，凝胶结构破坏，质构会出现一系列改变，组织结构变差，色泽暗淡，口感粗糙，影响感官评分，这与张博华[16](2019)等研究结果一致。因此，考虑到试验中的口感因素，选4%～6%为因素水平，整体接受度较佳。

2.1.2 改性玉米淀粉添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

改性玉米淀粉添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响，见表5。

表5 改性玉米淀粉添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响Table 5 Effects of modified corn starch on texture and sensory score of chicken meatballs

由表5可知，改性玉米淀粉添加量对鸡肉丸质构及感官评分影响显著(p<0.05)。在试验范围内，鸡肉丸的弹性、咀嚼性、感官评分先升高后降低，硬度一直呈上升趋势。随着改性玉米淀粉添加量的增加，鸡肉丸的弹性和咀嚼性增大，这是因为在加热过程中，改性玉米淀粉糊化和肌肉蛋白变性形成的网状结构相互混溶，形成致密的微孔结构，从而增加其凝胶强度，提高了保水性与粘着性，使鸡肉丸具有良好弹性和组织状态。当玉米淀粉添加量超过14%时，淀粉吸收大量水分，淀粉浆液过于稠密，不能被彻底斩拌乳化，淀粉形成的小团没有完全分散，导致淀粉不均匀的裸露在网状结构体系中，肉馅内部的空隙减少，肉丸硬度增加，弹性减弱，组织结构粗糙，嫩度不足，肉香味被掩盖，口感差，影响感官评分，这与已有研究结果一致[17～19]。而玉米淀粉添加量过少，粘着性低，肉丸成型较难，且硬度、弹性不足[20]。经综合评价，考虑成本因素，选择玉米淀粉10%～14%为因素水平。

2.1.3 卡拉胶添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

卡拉胶添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响，见表6。

表6 卡拉胶添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

由表6可知，卡拉胶添加量对鸡肉丸硬度、咀嚼性和感官评分影响显著(p<0.05),对弹性影响不显著。在试验范围内，随着卡拉胶添加量的增加，感官评分先升高后降低，硬度、咀嚼性一直呈上升趋势。卡拉胶具有半醋化硫酸酯的半乳糖残基为主链的高分子多糖，其分子结构中的强阴离子性硫酸酯基团，能与游离水形成额外的氢键，保水能力强大[21]；卡拉胶与蛋白质具有强烈的交互作用和乳化稳定作用，能将蛋白质有效的结合在其胶体体系中，提高蛋白质的构象稳定性、乳化特性、凝胶能力、溶解性、黏度等特性[22]，使鸡肉丸硬度、咀嚼性一直呈上升趋势，形成良好的组织结构，赋予鸡肉丸细腻的口感和光滑的切片。而卡拉胶添加量过高，弹性降低，可能与其基团和分子间相互作用形成的结构体系遭到破坏、改变了蛋白质分子吸引力和排斥力，导致凝胶强度降低有关。综合考虑，确定卡拉胶在鸡肉丸中的添加量为0.3%～0.5%作为因素水平。

2.1.4 冰水添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

冰水添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响，见表7。

表7 冰水添加量对鸡肉丸质构及感官评分的影响

由表7可知，冰水添加量对鸡肉丸的质构及感官评分影响显著(p<0.05)。在试验范围内，质构及感官评分先升高后降低，冰水添加量在30%时，各项指标最优。冰水是鸡肉丸的主要成分之一，其添加量是影响鸡肉丸质构特性和稳定性的关键因素之一。冰水能改变鸡肉丸的物性和流变性[28]。鸡肉和膳食纤维等原辅料通过斩拌乳化形成致密的三维空间结构体系，包埋更多的水分子，提高持水性，保证了肉丸的弹性。适量的冰水在鸡肉丸加工过程中，既能使鸡肉盐溶蛋白的析出更彻底，有助于凝胶结构的形成，又使淀粉加热时完全糊化[23]，将水分锁定在鸡肉丸的凝胶混合体中，保留更多的风味物质，保证了鸡肉丸的咀嚼性。而冰水添加量过高，蛋白质分子间的相互作用力减弱，降低肉糜的粘着力，蛋白质的凝胶结构稳定性下降[24]，则产品的感官和质构指标会下降。综合考虑，选取冰水添加量25%～35%为因素水平。

2.2 响应曲面试验分析

2.2.1 响应曲面试验结果及方差分析

以鸡肉丸感官评分为响应值(Y)，进行4因素3水平共29个试验点的 Box-Behnken试验设计。试验设计见表8。

表8 Box-Behnken试验设计及结果

通过数据进行多元回归拟合，得到回归方程为：Y=92.92+3.25A-0.72B-0.77C+1.05D-3.40AB-5.33AC-2.57AD-0.25BC-0.1BD-0.42CD-7.41A2-3.26B2-8.89C2-3.96D2。

公式中：各项系数绝对值的大小，表示各影响因素对鸡肉丸加工工艺的影响大小，系数正负表示该因素影响的方向，各因素对鸡肉丸加工工艺影响顺序的大小是A>D>C>B。

从表9可看出，因素A(黄桃皮渣添加量)对鸡肉丸感官评分影响极显著(p<0.01)，因素B(改性玉米淀粉添加量)、因素C(卡拉胶添加量)、因素D(冰水添加量)影响不显著；AB交互作用影响显著(p<0.05)，AC交互作用影响极显著(p<0.01)；A2、C2、D2影响极显著(p<0.01)，B2影响显著(p<0.05)，其他交互作用影响不显著。以鸡肉丸感官得分为响应值，模型p=0.0001小于0.01，表明回归方程模型极显著，该模型失拟项(p=0.0523)大于0.05影响不显著，说明试验结果和数学模型有良好的拟合度，可以用其预测试验结果。

表9 感官评分试验结果方差分析表

2.2.2 因素交互作用分析

黄桃皮渣添加量、改性玉米淀粉添加量、卡拉胶添加量及冰水添加量对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图见图1～图6。

图1 黄桃皮渣添加量和改性玉米淀粉添加量对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图Fig. 1 Response surface and contour plots of the interaction of yellow peach peel residue and modified corn starch on sensory scores of chicken meatballs

由图1可知，曲面坡度较陡，等高线为椭圆形，说明黄桃皮渣添加量和改性淀粉添加量二者影响鸡肉丸感官得分的交互作用显著。改性玉米添加量在10%～14%时，鸡肉丸感官得分随着改性玉米淀粉添加量的增加先增大后减小，12%时达到最高点；鸡肉丸感官得分在黄桃皮渣添加量5.5%时开始下降，但下降趋势比较缓慢。

由图2可知，曲面坡度较陡，等高线为椭圆形，说明黄桃皮渣添加量和卡拉胶添加量二者影响鸡肉丸感官得分的交互作用极显著，这与表9的分析结果一致。当黄桃皮渣添加量为4%～6%时，鸡肉丸感官得分先增大后减少，添加量5.5%时感官得分最高；卡拉胶添加量超过0.4%时，鸡肉丸感官得分呈明显下降趋势。

图2 黄桃皮渣添加量和卡拉胶添加量对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图Fig. 2 Response surface and contour plots of the interaction of yellow peach peel residue and carrageenan on sensory scores of chicken meatballs

由图3可知，曲面坡度平缓，等高线为椭圆形，说明黄桃皮渣添加量和冰水添加量二者有交互作用，但交互作用不显著，这与表9分析结果一致。当黄桃皮渣添加量为4%～6%时鸡肉丸感官得分先增大后减小，添加量5.5%时得分最高；冰水添加量为25%～35%时，感官得分先增大后减小，添加量33%时得分最高。

图3 黄桃皮渣添加量和冰水添加量对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图Fig. 3 Response surface and contour plots of the interaction of yellow peach peel residue and ice water on sensory scores of chicken meatballs

由图4可知，曲面坡度平缓，等高线为椭圆形，说明改性玉米淀粉添加量和卡拉胶添加量二者有交互作用，但交互作用不显著，这与表9分析结果一致。当卡拉胶添加量为0.3%～0.5%时，鸡肉丸感官得分先增加后减小，添加量0.4%时感官得分最高；改性玉米淀粉添加量在10%～14%范围内，感官得分先增加后减小，添加量12%时感官得分最高。

图4 改性淀粉添加量和卡拉胶添加量对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图Fig. 4 Response surface and contour plots of the interaction of modified starch and carrageenan on sensory scores of chicken meatballs

由图5可知，曲面坡度平缓，等高线为椭圆形，说明改性玉米淀粉添加量和冰水添加量二者有交互作用，但交互作用不显著，这与表9分析结果一致。随着改性玉米淀粉添加量和卡拉胶添加量的增加，感官得分先增加后减小，改性玉米淀粉添加量12%、冰水添加量33%时感官得分最高。

图5 改性淀粉和冰水添加量对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图Fig. 5 Response surface and contour plots of interaction between modified starch and ice water on sensory scores of chicken meatballs

由图6可知，曲面坡度平缓，等高线为椭圆形，说明卡拉胶添加量和冰水添加量二者有交互作用，但交互作用不显著，这与表9分析结果一致。当卡拉胶添加量0.3%～0.5%时，感官得分先增加后减小，添加量0.4%时感官得分最高；冰水添加量在25%～35%时，先增加后减小，添加量为33%时感官得分最高。

图6 卡拉胶添加量和冰水对鸡肉丸感官得分交互作用的响应面图和等高线图Fig. 6 Response surface and contour plots of interaction between carrageenan content and ice water on sensory scores of chicken meatballs

通过响应曲面优化黄桃皮渣膳食纤维鸡肉丸最佳配方：黄桃皮渣添加量5.5%,改性玉米淀粉添加量12%，卡拉胶添加量0.4%，冰水添加量33%，鸡肉丸感官评分92.78。

对黄桃皮渣膳食纤维鸡肉丸进行验证性试验，试验3次，感官得分平均值92.50，理论预测值92.78，差异不显著，证明该回归模型较好的预测鸡肉丸配方，具备可靠性。

3 结论

本研究基于单因素试验，以感官评价分值为响应值，通过Box-Behnken响应曲面分析方法，对制得的黄桃皮渣膳食纤维鸡肉丸进行工艺优化。最终得出最佳工艺条件：黄桃皮渣添加量5.5%、改性玉米淀粉添加量12%、卡拉胶添加量0.4%、冰水添加量33%，产品外表光滑，弹性、硬度适中，咀嚼性好，感官评分最高。