楊君娜 王輝 劉偉等

摘 要：應(yīng)用響應(yīng)面法研究壓力、時間和溫度3因素對超高壓牛肉保鮮效果的影響。分別以感官評分、菌落總數(shù)、硫代巴比妥酸值、嫩度值、紅度值（a*）為響應(yīng)值建立數(shù)學(xué)模型，模型的決定系數(shù)R2和顯著性檢驗水平分別為0.9862（P<0.0001）、0.9929（P<0.0001）、0.9930（P<0.0001）、0.9970（P<0.0001）、0.9537（P=0.0007），具有較高的擬合度和可信度。綜合優(yōu)化得出超高壓牛肉保鮮工藝條件為處理壓力368MPa、保壓時間5min、處理溫度4℃。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)面法；超高壓；牛肉；保鮮

中圖分類號：TS251.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2013）11-0024-06

食品高壓處理技術(shù)是食品加工高新技術(shù)之一，從20世紀(jì)80年代開始風(fēng)靡全球。超高壓技術(shù)是指將食品密封于彈性容器或置于無菌壓力系統(tǒng)中（常以水或其他流體介質(zhì)作為傳遞壓力的媒介）在高靜壓（一般為100～900MPa）下處理一段時間，以達到加工保藏的目的[1]。超高壓技術(shù)以其獨特的加工方法和效果，被稱為除高溫殺菌外的第二大食品滅菌技術(shù)，1899年美國化學(xué)家Hite首次將超高壓技術(shù)應(yīng)用于食品保藏中[2]。超高壓技術(shù)作用于鮮肉有明顯改善肉類品質(zhì)的作用，例如可以殺滅微生物[3-5]，改善肉品嫩度[6-7]，但同時也會導(dǎo)致鮮肉顏色變化[8-9]、脂肪氧化加劇[10-11]等鮮肉理化性質(zhì)的劣變。馬漢軍等[8]將牛肉在室溫下用不同壓力處理，結(jié)果顯示隨著壓力的升高，牛肉肉色的亮度值增加、紅度值下降、黃度值基本不變，肉色逐漸變?yōu)槭烊獾幕野咨?。段旭昌等[12]研究了用400～700MPa分別處理20～60min對生、熟牛肉感官品質(zhì)、保藏性和殘存微生物的影響，結(jié)果表明超高壓處理對鮮牛肉感官品質(zhì)有顯著影響，37℃恒溫培養(yǎng)下，超高壓處理將鮮牛肉的保質(zhì)時間由12h延長到20h。靳燁[13]對牛肉不同部位進行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)超高壓能明顯降低牛肉的剪切力。超高壓牛肉保鮮最佳工藝條件研究目前尚屬于空白，主要難點在于嫩化和殺滅微生物所需壓力較高，而高壓力下對鮮牛肉顏色等感官品質(zhì)影響較大。響應(yīng)曲面法是通過對響應(yīng)曲面及等高線的分析尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，采用多元二次回歸方程來擬合響應(yīng)值與因素之間函數(shù)關(guān)系的1種優(yōu)化統(tǒng)計方法[14-15]。利用響應(yīng)曲面法擬合的回歸方程模型和繪制的響應(yīng)曲面及等高線，可以求出各試驗因素相應(yīng)水平的響應(yīng)值，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化最優(yōu)響應(yīng)值以及最佳試驗條件。本實驗采用響應(yīng)曲面法，以處理壓力、保壓時間和溫度為試驗因素，超高壓鮮牛肉的感官評分、菌落總數(shù)、硫代巴比妥酸（thibabituric acid，TBA）值、嫩度值和紅度值（a*）為響應(yīng)值，分別進行二次多項回歸方程擬合，最后對超高壓保鮮牛肉的工藝條件進行綜合優(yōu)化，得到超高壓牛肉保鮮工藝的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉（小黃瓜條） 北京御香苑畜牧有限公司；CM101平板計數(shù)瓊脂 北京陸橋技術(shù)有限責(zé)任公司；氯化鈉、三氯甲烷、乙二胺四乙酸二鈉均為分析純；2-硫代巴比妥酸為生化試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

SL-502N電子秤 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；DZ-600/2S真空包裝機 山東小康機械有限公司；HPP600MPa-15L超高壓設(shè)備 包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司；GI54DWS高壓蒸汽滅菌 致微儀器有限公司；ESCO二級生物安全柜 上海金鵬分析儀器有限公司；F1-45培養(yǎng)箱 日本東洋公司；SCR20BA離心機 日本日立Hitachi公司；TA-XT plus物性測試儀 英國Stable Micro System公司；CR400色彩色差計 日本柯尼卡美能達公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將鮮牛肉（小黃瓜條）分割切成2cm厚的片，用復(fù)合膜包裝袋每袋裝100g，真空包裝后于0～4℃冰箱保存。

1.3.2 感官評價

由6名經(jīng)過培訓(xùn)的感官評價員對超高壓處理牛肉的色澤、黏性、彈性、氣味4個方面進行感官評價，評價方法采用7分法（1～7），依次對應(yīng)非常差、很差、差、一般、好、很好、非常好。評價結(jié)果以6名評價員評價的平均分表示，最終的感官評價分為色澤、黏性、彈性、氣味4個方面得分之和。

1.3.3 菌落總數(shù)的測定

按照GB 4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗：菌落總數(shù)測定》進行測定。

1.3.4 TBA值的測定

按Pearson法[16]測定。

1.3.5 嫩度的測定

按照NY/T 1180—2006《肉嫩度的測定：剪切力測定法》進行測定。

1.3.6 顏色（紅度值（a*））的測定

將超高壓處理的鮮牛肉自真空包裝袋中取出后，在空氣中暴露5min后測定，每個樣品測定6次，取平均值。

1.3.7 單因素試驗

選取壓力、時間和溫度3個因素對超高壓牛肉保鮮效果的影響進行研究。

1.3.8 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken3因素3水平的響應(yīng)曲面（response surface methodology，RSM）設(shè)計方法，以壓力、時間和溫度為試驗因素（自變量），以感官評分、菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值和紅度值（a*）為評價指標(biāo)（響應(yīng)值），分別進行二次多項回歸方程擬合及其優(yōu)化分析。試驗設(shè)計因素編碼及水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

嫩度值及紅度值的影響

2.2 模型建立及顯著性檢驗

方程Y1的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9862，失擬項不顯著（P=0.7209>0.05）；方程Y2的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9929，失擬項不顯著（P=0.1576>0.05）；方程Y3的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9930，失擬項不顯著（P=0.2476>0.05）；方程Y4的模型顯著性P<0.0001，R2=0.9970，失擬項不顯著（P=0.5519>0.05）；方程Y5的模型顯著性P=0.0007，R2=0.9537，失擬項不顯著（P=0.7355>0.05）；說明以上建立的5個模型擬合程度良好，試驗誤差小，可以用于對樣品感官評分、菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值、紅度值進行分析預(yù)測。

表8回歸方程系數(shù)顯著性檢驗結(jié)果表明，一次項X1（壓力）、X2（時間）對感官評分、菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值、紅度值的影響都為顯著；X3（溫度）對感官評分、TBA值的影響顯著。交互項X1X2對感官評分、菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值的影響顯著；X1X3對TBA值的影響顯著。二次項X12對感官評分、菌落總數(shù)、嫩度值、紅度值的影響顯著；X22對菌落總數(shù)、嫩度值的影響顯著；X32感官評分、TBA值、嫩度值的影響顯著。其他系數(shù)項均不顯著。

2.3 響應(yīng)曲面分析及結(jié)果

2.3.1 感官評分

2.3.2 菌落總數(shù)

2.3.3 TBA值

2.3.4 嫩度

2.3.5 紅度值（a*）

2.3.6 工藝優(yōu)化結(jié)果

綜合考慮生產(chǎn)效率和牛肉品質(zhì)，利用Design-Expert軟件的優(yōu)化功能，在試驗因素取值范圍內(nèi)，響應(yīng)值感官評分和紅度值選取最大值，菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值選取最小值，并設(shè)定菌落總數(shù)和嫩度權(quán)重為++++，感官評分、TBA值和紅度值權(quán)重為+++，綜合優(yōu)化得出超高壓牛肉保鮮最佳工藝條件為處理壓力368MPa、保壓時間5min、處理溫度4℃。經(jīng)該工藝條件處理的真空包裝鮮牛肉0～4℃保藏8d后菌落總數(shù)達到鮮牛肉標(biāo)準(zhǔn)106CFU/g，而未經(jīng)超高壓處理的真空包裝鮮牛肉0～4℃保藏4d后菌落總數(shù)就已經(jīng)達到鮮牛肉標(biāo)準(zhǔn)106CFU/g，經(jīng)過超高壓處理的鮮牛肉比未經(jīng)超高壓處理的鮮牛肉保藏時間延長了1倍，說明該工藝條件能有效的延長牛肉的保鮮期。

3 結(jié) 論

3.1 采用響應(yīng)曲面法分別建立了感官評分、菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值、紅度值（a*）的二次多項回歸模型，5個模型擬合程度良好，試驗誤差小，可以用于對樣品感官評分、菌落總數(shù)、TBA值、嫩度值、紅度值進行分析預(yù)測。

3.2 綜合優(yōu)化得出超高壓牛肉保鮮工藝條件為處理壓力為368MPa、保壓時間5min、處理溫度4℃，該工藝條件可以有效的延長牛肉的保鮮期。

3.3 由于超高壓設(shè)備穩(wěn)定性和價格問題，超高壓保鮮牛肉實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)還存在一定的困難，在我國商品化的超高壓肉制品上市銷售還尚需時日，超高壓設(shè)備和技術(shù)的研究任重而道遠，還需廣大科研工作者的不斷努力研究和提高。

參考文獻：

[1] 阮征， 曾慶孝. 高流體靜壓處理技術(shù)[J]. 四川食品工業(yè)科技， 1997（1）： 28-32.

[2] 林淑英， 寧正祥， 郭清泉. 超高壓對食品中微生物的影響及應(yīng)用[J]. 糧油食品科技， 2003， 11（4）： 22-23.

[3] CONSIDINE K M， KELLY A L， FITZGERALD G F， et al. High-pressure processing effects on microbial food safety and food quality[J]. EFMS Microbiology Letters， 2008， 281： 1-9.

[4] 肖華志， 呂洪波， 賈愷， 等. 超高壓處理對芥菜制品與生鮮豬肉殺菌效果的研究[J]. 食品與機械， 2007， 23（1）： 36-38.

[5] 王歲樓， 吳曉宗， 郝莉花， 等. （超）高壓對微生物的影響及其誘變效應(yīng)探討[J]. 微生物學(xué)報， 2005， 45（6）： 970-973.

[6] 鄧紹林， 黃明， 周光宏. 高壓和氯化鈣結(jié)合處理對牛肉嫩度的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2012， 28 （增刊1）： 294-99

[7] 白艷紅， 德力格爾桑， 趙電波， 等. 超高壓處理對綿羊肉嫩化機理的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2004， 20（6）： 6-10.

[8] 馬漢軍， 周光宏， 徐幸蓮， 等. 高壓處理對牛肉肌紅蛋白及顏色變化的影響[J]. 食品科學(xué)， 2004， 25（12）： 36-39.

[9] 王碩， 謝慧明， 蘇慧， 等. 超高壓與冷凍協(xié)同處理對牛排品質(zhì)和貯藏時間的影響[J]. 食品科學(xué)， 2012， 33 （22）： 337-340.

[10] 王志江， 何瑞琪， 蔣愛民， 等. 超高壓處理白切雞在冷藏過程中微生物和品質(zhì)的變化[J]. 食品與機械， 2010， 26（2）： 43-46.

[11] 馬漢軍， 周光宏， 王霞， 等. 高壓和熱結(jié)合處理對牛肉變性和脂肪氧化的影響[J]. 食品工業(yè)科技， 2004， 25（10）： 63-68.

[12] 段旭昌， 李紹峰， 張建新， 等. 超高壓處理對牛肉加工特性的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版， 2005， 33（10）： 62-66.

[13] 靳燁. 超高壓對牛肉理化特性、超微結(jié)構(gòu)的影響及嫩化機理的研究[D]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)， 1999： 29-33.

[14] BOX G E P. Statistics for experiments： an introduction to design， data analysis and model building[M]. New York： Wiley， 1990.

[15] MONTGOMERY D C. 實驗設(shè)計與分析[M]. 傅鈺生， 張健， 王振羽， 等， 譯. 6版. 北京： 人民郵電出版社， 2009： 366-379.

[16] PEARSON D. Chemical analysis of foods[M]. 8th ed. Edinburgh： Edinburgh Churchill Livingstone， 1988： 537.

[17] HOOVER D G， METRICK C， PAPINEAU A M， et al. Biological effects of high hydrostatic pressure on food microorganisms[J]. Food Technology， 1989， 43（3）： 99-107.

[18] 白艷紅， 趙電波， 德力格爾桑， 等. 牛、羊雞肉的顯微鏡結(jié)構(gòu)及剪切力在高壓處理下的變化[J]. 食品科學(xué)， 2004， 25（9）： 27-31.

[19] CHEAH P B， LEDWARD D A. Catalytic mechanism of lipid oxidation following high pressure treatment in pork fat and meat[J]. Journal of Food Science， 1997， 62（6）：1135-1138.

[20] 王志江， 郭善廣， 蔣愛民， 等. 超高壓處理對熟制雞肉品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué)， 2008， 29（9）： 78-82.

[21] 馬漢軍， 潘潤淑， 周光宏. 不同溫度下高壓處理牛肉TBARS值的變化及抗氧化劑和螯合劑的抑制作用研究[J]. 食品科技， 2006， 31（9）： 126-130.