响应面法优化香茅草风味牛肉干工艺

李泽林，李茸茸，杨晓倩，聂凡秋，艾媛媛，付艳丽，樊莹润，彭 君，任丽蓉，郭其洪，廖小琳

（云南农业大学食品科学技术学院，云南 昆明 650201）

牛肉在我国肉类食品中占有重要位置，是我国的第二大肉类食品，仅次于猪肉，牛肉蛋白质含量高，而脂肪含量低，所以味道鲜美，受人喜爱[1-2]。牛肉含有丰富的蛋白质，氨基酸组成比猪肉更接近人体需要，能提高机体抗病能力，对生长发育及手术后、病后调养的人在补充失血、修复组织等方面特别适宜[3-4]。香茅草又称柠檬草，是生长在亚热带的一种茅草香料，天然含柠檬香味，具有和胃通气、止咳、抗菌等功效[5]。经常被用来当佐料食用，并且深受年轻人喜欢。

牛肉干作为一种休闲食品，越来越受到人们的喜爱[6]，它具有口味佳、营养价值好、保质期长等优点。调查显示，目前我国牛肉干产量虽然大，但是口味和加工工艺都比较传统，消费还是受到一定程度的限制，就牛肉行业总体而言，仍保持着追求产量的模式[7-8]。且目前市场上口味比较单一，采用传统的加工模式会使牛肉干产品品质受到损害，消费受到一定的限制[9]。因此，增加牛肉食品的生产和消费，提高牛肉品质，改善人民生活质量乃是行业发展的战略重点[10]。然而，现在市场上有的牛肉干主要以香辣味、原味和椒盐味为主，还可以对牛肉干产品进行多元化开发。李刚凤等人[11]成功研制了带有空心李果汁风味的香辣牛肉干。任志刚[12]使用木瓜蛋白酶、复合磷酸盐和氯化钙的最佳复配物成功研发了嫩化型五香牛肉干。李嘉辉等人[13]研发了海苔风味牛肉干。但是，还未见到有关香茅草风味牛肉干的报道。

因此，拟通过单因素试验确定每个因素的最优值，然后运用响应面优化香茅草风味牛肉干工艺。旨在将香茅草的特殊风味与新鲜牛肉结合，满足人们日益增长的口味和营养需求的目标，为牛肉的综合开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜牛后腿肉、新鲜柠檬草、精盐、味精、鸡精、酱油、花椒、干辣椒粉、五香粉、白砂糖、大蒜、生姜均为市售。

1.2 设备

HX1002Z型电子天平，慈溪市天东衡器厂产品；C21-WK2102型电磁炉，广东美的生活电器制造有限公司产品；HXRB-6P型肉类烘干机，诸城市华信自动化设备有限公司产品；DZ-600/2S型真空包装机，山东方源惠众智能装备有限公司产品；BHD388/05型电吹风，荷兰皇家飞利浦电子公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

选料→清洗处理牛肉→切块→加配料混匀→腌制→干燥→高温烤制→冷却→真空包装→成品。

1.3.2 操作要点

（1）原料与处理。选择优质健康的牛后腿肉，剔去其脂肪、筋腱，冷冻牛肉室温下解冻至半解冻状态。

（2）切块。将已经剔除筋腱、皮、脂肪后的牛肉切成长4 cm，宽2 cm，厚1 cm的牛肉块，清水洗净。

（3）加配料混匀。加入精盐、味精、鸡精、酱油、花椒、干辣椒粉、五香粉、白砂糖、酱油、大蒜、生姜搅拌混合均匀。

（4）腌制。在25℃条件下腌制23 h。

（5）微波炉干燥。置于微波炉中以95℃的温度烘烤15 min。

（6）高温烤制。将牛肉块平铺在烤盘上，放入烘干机（80℃）中烘制4 h。

（7）真空包装。烘烤后立即取出均匀摊开用风机吹冷或自然冷却至38℃左右送入无菌室采用真空抽气包装。

1.3.3 单因素试验

选取烘烤温度、腌制时间、食盐添加量和香茅草添加量为4个单因素，每个因素设置5组试验，以感官评分为评价指标进行试验。其中，香辛料的添加参考周亚军等人[14]的研究稍加修改，试验分为5组，每组加入等量以下香辛料：味精2.5 g，鸡精2.5 g，酱油10 g，花椒10 g，辣椒粉15 g，五香粉10 g，白砂糖15 g，生姜、大蒜各10 g。

（1）烘烤温度对感官评分的影响。称取500 g新鲜牛肉，清洗干净，每组固定香茅草添加量2%，食盐添加量1.5%，腌制21 h，考查在不同温度（70，75，80，85，90℃）下分别烘烤4 h后各组样品感官评分的高低。

（2）腌制时间对感官评分的影响。称取500 g新鲜牛肉，清洗干净，每组固定香茅草添加量2%，食盐添加量1.5%，分别腌制（17，19，21，23，25 h）后，80℃烘箱烘烤4 h，评定各组样品感官评分高低。

（3）食盐添加量对感官评分的影响。称取500 g新鲜牛肉，清洗干净，每组固定香茅草添加量2%，腌制23 h，食盐添加量分别为（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%）置于80℃烘箱烘烤4 h，评定各组样品感官评分高低。

（4）香茅草添加量的影响。称取500 g新鲜牛肉，清洗干净，每组固定食盐添加量1.5%，分别加入不同香茅草添加量（1%，2%，3%，4%，5%），腌制23 h，置于80℃烘箱中烘烤4 h，评定各组样品感官评分高低。

1.3.4 响应面试验设计

在单因素基础上确定出3个水平，以烘烤温度、腌制时间、食盐添加量和香茅草添加量为4个因素，分别编码为A、B、C、D进行四因素三水平的响应曲面分析。

响应面因素与水平设计见表1。

表1 响应面因素与水平设计

1.3.5 感官评定

感官评价小组成员由9名从事食品科学研究的研究生组成，分别为5名女生和4名男生，以9人的平均值作为评价结果。

香茅草牛肉干感官评分标准见表2。

表2 香茅草牛肉干感官评分标准

1.4 数据处理

运用Excel 2016和SPSS 19.0软件进行数据处理与分析，利用Design Expert 8.0.5对表中的数据进行多元回归拟合分析。

2 结果与分析

2.1 单因素结果

2.1.1 烘烤温度对香茅草牛肉干的感官评分的影响

烘烤温度对感官评分的影响见图1。

由图1可知，烘烤温度对香茅草牛肉干感官评分影响较为明显，随着烘烤温度的升高，感官评分先上升后下降。当烘烤温度达到80℃时，感官评分为82.8分达到最大值。此时，牛肉干色泽呈现深红色，有香茅草特有的味道，无异味，组织质地均匀，无黏液。当烘烤温度为85～90℃时，随着烘烤温度的升高，牛肉干色泽变深，口感变硬；当达到90℃时，颜色黑沉，口感较差。因此，选择80℃为最优烘烤温度。

图1 烘烤温度对感官评分的影响

2.1.2 腌制时间对香茅草牛肉干的感官评分的影响

腌制时间对感官评分的影响见图2。

图2 腌制时间对感官评分的影响

由图2可知，腌制时间对香茅草牛肉干感官评分影响较为明显，随着腌制时间的延长，感官评分先上升再下降。当腌制时间达到23 h时，感官评分为83.4分达到最大值，此时牛肉干色泽呈现深红色，有香茅草特有的味道，味道较好，组织质地均匀，无黏液；当腌制时间为25 h时，牛肉干口味较浓厚，组织质地不均，口感较硬。因此，选择腌制时间23 h最优。

2.1.3 食盐添加量对香茅草牛肉干的感官评分的影响

食盐添加量对感官评分的影响见图3。

图3 食盐添加量对感官评分的影响

由图3可知，食盐添加量对香茅草牛肉干感官评分影响较为明显，随着食盐添加量的增加，感官评分先上升再下降。当食盐添加量达到1.5%时，感官评分85.2分达到最大值。此时，牛肉干色泽呈现深红色，有香茅草特有的味道，味道、口感较好，组织质地均匀，无黏液。当食盐添加量为2.5%～3.0%时，牛肉干色泽较深，口味较咸厚，口感较硬。因此，选择1.5%为最优食盐添加量。

2.1.4 香茅草添加量对香茅草牛肉干的感官评分的影响

香茅草添加量对感官评分的影响见图4。

图4 香茅草添加量对感官评分的影响

由图4可知，香茅草添加量对香茅草牛肉干感官评分影响较为明显，随着香茅草添加量的增加，感官评分先上升再下降。当香茅草添加量达到3%时，感官评分83.6达到最大值。此时，牛肉干色泽呈现深红色，有香茅草特有的味道，味道较好，组织质地均匀，无黏液。当香茅草添加量为5%时，牛肉干口味较浓厚，口感较差。因此，选择3%为最优香茅草添加量。

2.2 响应曲面试验设计结果

2.2.1 试验结果

对烘烤温度、腌制时间、食盐添加量和香茅草添加量4个影响因素使用响应面法进行优化。

响应面试验结果见表3。

表3 响应面试验结果

利用Design Expert 8.0.5对表中的数据进行多元回归拟合分析，得到感官评定值对烘烤温度、腌制时间、食盐添加量和香茅草添加量的二次多项回归：

Y=83.40-1.17A-1.40B-0.38C+0.92D+0.050AB+

响应面试验结果分析见表4。

由表4可知，p值小于0.05表示模型项显著，大于0.05表示模型项不显著，研究模型p值为0.000 4＜0.01模型极显著，失拟项p值为0.147＞0.05不显著，说明模型是合适的。模型R2=0.961 3，R2Adj=0.913 2，表明该模型中的试验值与预测值具有较好的相关性，该模型拟合度较好试验重现性较好。根据各因素显著水平，结合F值大小可以判断，各单因素对果胶提取率影响程度的主次顺序为腌制时间（B）＞烘烤温度（A）＞香茅草添加量（D）＞食盐添加量（C）。

表4 响应面结果分析

2.2.2 交互作用分析

响应面3D图的弧度与等高线图的密集程度反映了各因素作用的大小[15]，各个因素的交互作用对响应值的影响可通过等高线图直观地反映出来，等高线图的形状可以反映出各因素交互效应的强弱，椭圆形的等高线图表明两因素的交互作用对牛肉干的品质影响显著，当等高线图呈现圆形时，则表明两因素交互作用不显著[16-17]。

交互作用对感官评分的影响见图5。

图5 交互作用对感官评分的影响

由图5可知，随着烘烤温度和食盐添加量的增加，香茅牛肉干的感官评分均呈现先增加后减少的关系，且随着烘烤温度时和食盐添加量的增加，感官评分具有最大值。响应面等高线接近椭圆形，说明烘烤温度与食盐添加量的交互作用显著。

2.2.3 验证试验

利用Design Exoert 8.0.5对最佳工艺参数进行优化，预测香茅牛肉干的最佳工艺为烘烤温度78.45℃，腌制时间为22.46 h，食盐添加量1.38%，香茅草添加量3.03%，在此条件下，预测感官评分为83.9分。通过3次验证试验得到的感官评分平均值为84.8分，与预测值接近。得到的香茅草风味牛肉干颜色呈现深红色，无暗沉；气味芳香，有香茅草和牛肉干香味；滋味鲜美、软硬适中、口感较好；组织质地均匀，无黏液、无杂质。

3 结论

牛肉风味独特、营养价值高，而且人体对其的利用度大，有很大的多元开发价值。通过单因素为确定出各因素的最优工艺参数，再利用Box-behnken进行响应曲面设计，得到数学模型，确定出香茅草风味牛肉干的最佳工艺参数为烘烤温度78.45℃，腌制时间22.46 h，食盐添加量1.38%，香茅草添加量3.03%，经验证试验得到感官评分平均值为84.8分。该工艺可以很好地保留香茅草原有的特殊风味，且不流失牛肉本身的营养物质，丰富了牛肉干的风味和口感。