白青云，陈晓明*
(淮阴工学院生命科学与化学工程学院，江苏 淮安 223003)
摘 要：研究调理猪肉的嫩化技术，对胰蛋白酶浓度、嫩化温度和嫩化时间对调理猪肉剪切力的影响进行测试，并采用响应面法优化胰蛋白酶嫩化调理猪肉的最佳条件，利用Design Expert软件对胰蛋白酶嫩化调理猪肉的二次回归模型进行分析。结果表明，在一定温度下胰蛋白酶可有效降低调理猪肉的剪切力，提高肉的嫩度。Box-Behnken试验结果显示，胰蛋白酶嫩化调理猪肉的最佳条件为：胰蛋白酶质量浓度0.04g/100mL，嫩化温度31℃，嫩化时间2.8h，在此条件下调理猪肉的实测剪切力为9.73N。方差分析表明：所建的回归模型极显著，模型能很好地预测调理猪肉嫩度的变化。其中，胰蛋白酶质量浓度，胰蛋白酶质量浓度和嫩化温度以及嫩化温度和嫩化时间的交互作用均显著影响调理猪肉的剪切力。
关键词：生鲜调理猪肉；胰蛋白酶；嫩化技术；响应面法
随着人们生活节奏的加快，同时伴随着冷藏链、冰箱和微波炉在家庭生活中的普及，市场急需质量安全、食用便利、营养均衡的方便食品。其中，生鲜调理食品最受世界各国公共饮食机构和家庭的青睐。调理肉制品是指以畜禽肉为原料，经适当加工(如分切、搅拌、成型、调理)后以包装或散装形式于冷冻(－18℃)或冷藏(7℃以下)或常温的条件下储存、销售，可直接食用或食用前经简单加工或热处理的产品[1]。调理肉制品不但满足了消费者的饮食需求，而且大大缩短了消费者备餐时间，因此受到消费者的青睐。
肉品嫩度是肉类主要的食用品质之一，也是消费者评判肉质优劣最常用的指标，主要是指肉在食用时口感的老嫩，反映了肉的质地[2]。调理肉制品由于只用简单加工或热处理即可食用，因此如何提高肉的嫩度是调理肉制品加工的关键技术。蛋白酶能有效降解胶原纤维和结缔组织中的蛋白质，使部分氨基酸之间的连接发生断裂，破坏其分子结构，提高肉的嫩度[3]。目前，肉类嫩化的蛋白酶主要有植物蛋白酶(如木瓜蛋白酶)和动物蛋白酶(如胰蛋白酶)，微生物蛋白酶(如枯草杆菌蛋白酶)等正处于研究之中。研究表明，胰蛋白酶是一种效果较理想的肉类嫩化剂[4-5]。本实验研究胰蛋白酶质量浓度、嫩化温度和嫩化时间对调理猪肉嫩度的影响，采用响应面法优化酶法嫩化调理猪肉的作用条件，以期为工业化生产生鲜调理猪肉提供理论依据。
1.1 材料与试剂
冷却猪肉 淮安市新天地食品公司。
胰蛋白酶(1:250，酶活力25万U/g) 北京拜尔迪生物技术有限公司；其他辅料均为食品级，购于当地农贸市场。
1.2 仪器与设备
TA-PLUS物性测试仪 英国Lloyd Instrument公司；HWS26型电热恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
参照甘泉等[6]的方法制作调理猪肉制品，并做适当调整，主要工艺流程如下：选料→切片→腌制→嫩化→成品。
1.3.2 操作要点
选料及切片：选取健康、合格的分割冷却猪肉作为原料、对分割肉原料去除筋腱、结缔组织后切成大小均匀的肉片，肉片大小约2cm×2cm×1cm。
腌制：准确称量肉的质量，按照胡椒13.57%、食盐20.15%、砂糖22.14%的质量分数添加，其余以辅料(小茴香、姜粉、月桂、大蒜粉、八角、豆蔻、味精)补充至100%的调味料配方[7]配制好调味料，与肉拌匀后腌制1h，在此期间翻动两次。
嫩化：将配制好的嫩化液(酶液)按照每100g原料肉添加10mL均匀搅拌，然后放入设定的温度下嫩化一定时间。
成品：将嫩化好的成品放入4℃冷藏，测定其各项指标。
1.3.3 嫩化条件单因素试验设计
按照调理猪肉加工工艺，分别研究胰蛋白酶质量浓度(0～0.09g/100mL)、嫩化温度(10～60℃)和嫩化时间(0.5～3.0h)对调理猪肉嫩化效果的影响。
1.3.4 响应面试验设计
在单因素试验基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，以胰蛋白酶质量浓度(A)、嫩化温度(B)和嫩化时间(C)为因素，以调理猪肉的剪切力(Y)为响应值，进行响应面试验设计，优化调理猪肉酶嫩化条件。通过Design Expert软件对试验数据进行回归分析，预测最佳嫩化条件。
1.3.5 嫩化效果测定方法
本研究采用剪切力评价肉的嫩度[8]。将处理过的调理猪肉肉块，用物性测试仪测定肉的剪切力。探头使用刀片Kramer刀具，使用100kg力量感应元，并保证原料容积填充承重平台50%。设定相关参数：方向为压缩，预载为0.1N，预载速度为120mm/min，测试伸长速度为2mm/s，载荷速率为15N/min，采用“百分比下降”断裂检测器作极限检测，载荷达最大载荷80%时停止测量，刀片回到零点。
1.3.6 数据处理
试验重复3次，结果以
2.1 胰蛋白酶质量浓度对调理猪肉嫩化效果的影响
图1 胰蛋白酶质量浓度对调理猪肉剪切力的影响
Fig.1 Effect of trypsin concentration on shear force of processed pork
分别注射不同质量浓度的胰蛋白酶液于30℃嫩化1h，观察调理猪肉剪切力的变化，结果见图1。随着酶质量浓度的增加，调理猪肉的剪切力显著下降，嫩度增加。当酶质量浓度为0.03～0.05g/100mL时，肉的剪切力最小，嫩化效果最好，且两者没有显著差异，0.03g/100mL的胰蛋白酶处理调理猪肉剪切力比对照(不添加酶液)下降27.52%。当酶质量浓度增加到0.07g/100mL时，肉的剪切力反而增加，嫩度下降，这可能是因为酶质量浓度太大导致肉蛋白质的过度降解而不能保持较多的水分或者某些老化物质增加的缘故[9]，当酶质量浓度再增加时，由于蛋白降解过度，肉的外观和组织完整性破裂，失水严重，此时剪切力虽然最低，但嫩化效果最差，因此选择0.03g/100mL的酶质量浓度作为响应面研究的中心点。
2.2 嫩化温度对调理猪肉嫩化效果的影响
图2表示胰蛋白酶质量浓度为0.05g/100mL、嫩化1h，不同嫩化温度对调理猪肉剪切力的影响。随着嫩化温度的升高剪切力呈逐渐下降的趋势，且各处理间差异显著。当嫩化温度在50～60℃时，肉的剪切力最低，这与胰蛋白酶的最适作用温度(55℃)相一致[10]，但由于此时肉的感官性状遭到破坏，肌纤维几乎完全破裂，此时的剪切力不能真实反映肉的嫩度，因此，嫩化温度应小于50℃。考虑到肉的感官形状，以30℃作为响应面的中心温度。
图2 嫩化温度对调理猪肉剪切力的影响
Fig.2 Effect of tenderization temperature on shear force of processed pork
2.3 嫩化时间对调理猪肉嫩化效果的影响
图3 嫩化时间对调理猪肉剪切力的影响
Fig.3 Effect of tenderization time on shear force of processed pork
由图3可见，胰蛋白酶质量浓度为0.05g/100mL，在嫩化温度30℃条件下，随着嫩化时间的延长，调理猪肉的剪切力下降，嫩度增加。嫩化2.0～3.0h剪切力无显著差异，嫩化2.0h的剪切力比嫩化0.5h下降25.52%。嫩化时间过长，蛋白质水解过度，破坏骨架蛋白质的组织结构，汁液流失严重，营养价值下降[11]。因此，以嫩化2h作为响应面的中心点。
2.4 响应面法优化调理猪肉嫩化条件
在单因素试验基础上，对调理猪肉的酶嫩化条件：胰蛋白酶质量浓度(A)、嫩化温度(B)、嫩化时间(C)进行Box-Behnken响应面分析试验，试验设计及结果见表1。利用Design Expert软件，对表1数据进行二次多元逐步回归拟合，得到调理猪肉嫩化条件的二次多项逐步回归方程：
对上述回归模型进行方差分析(表2)，结果表明，回归模型的P＜0.01，模型的相关系数R2=0.8646，R2越接近1，说明实验模型与真实值之间的拟合度越好。此模型可解释93%的变异，说明此模型相关性良好，有实践指导意义。
表1 响应面法优化调理猪肉酶嫩化试验设计与结果
Table 1 Design of response surface and the shear force of processed pork
试验号A胰蛋白酶质量B嫩化C嫩化 剪切力/N浓度/(g/100mL)温度/℃时间/h实际值预测值1 0.01202.014.7816.48 2 0.05202.010.8711.10 3 0.01402.012.8313.43 4 0.05402.015.4014.52 5 0.01301.014.3913.61 6 0.05301.010.6611.46 7 0.01303.014.0512.53 8 0.05303.010.5210.38 9 0.03201.011.8610.48 100.03401.014.7914.51 110.03203.013.7913.21 120.03403.09.029.58 130.03302.09.8510.06 140.03302.09.6410.06 150.03302.09.7610.06 160.03302.09.5310.06 170.03302.09.8810.06
表2 回归模型方差分析
Table 2 Analysis of variance (ANOVA) for the regression equation
注：RSN=9.143；**.P＜0.01，表示差异极显著；*.P＜0.05，表示差异显著。
变异来源平方和自由度均方F值P值显著性模型69.5779.948.210.0027** A9.2219.227.620.0221* B0.06910.0680.0570.8161 C2.3412.341.930.1982 A215.75115.7513.010.0057** B215.10115.1012.480.0064** AB10.49110.498.670.0164* BC14.78114.7812.210.0068**残差10.9091.21总变异80.4716
利用Design Expert软件对表1数据进行二次多元回归拟合，得到具有显著交互作用的两因素的响应曲面见图4和图5。
由图4可见，当嫩化时间2h时，胰蛋白酶质量浓度和嫩化温度的交互作用对调理猪肉的剪切力有显著影响(P＜0.05)(表2)。调理猪肉的剪切力受胰蛋白酶质量浓度的显著影响(P＜0.05)，在一定的嫩化温度下，剪切力随胰蛋白酶质量浓度的升高先急速下降后逐渐上升，胰蛋白酶质量浓度为0.04g/100mL时达到最低值。同样，在一定的胰蛋白酶质量浓度下，剪切力随着嫩化温度的增加呈现先下降后上升的趋势，31℃时剪切力最低。在一定范围内，胰蛋白酶质量浓度越大，嫩化效果越好，但质量浓度过大会导致蛋白质过度降解，组织结构塌陷，猪肉质地软烂，食用价值和商品价值降低；胰蛋白酶质量浓度过低，达不到嫩化效果，本研究结果与猪肉脯的嫩化研究[12]和弹性蛋白酶在猪肉嫩化中的应用研究[13]结果相似。
图4 酶质量浓度和嫩化温度交互作用对调理猪肉剪切力的影响
Fig.4 Effect of the interaction between trypsin concentration and tenderization temperature on the shear force of processed pork
图5 嫩化温度和嫩化时间交互作用对调理猪肉剪切力的影响
Fig.5 Effect of the interaction between tenderization temperature and time on the shear force of processed pork
当胰蛋白酶质量浓度为0.03g/100mL时，嫩化温度和嫩化时间的交互作用对调理猪肉剪切力的影响见图5。嫩化温度与嫩化时间的交互作用对调理猪肉剪切力的影响极显著(表2)，在一定嫩化温度下，调理猪肉的剪切力随着嫩化时间的延长升高；当嫩化时间固定时，随着嫩化温度的升高调理猪肉的剪切力先下降后上升。这表明，胰蛋白酶在一定时间内发挥作用，长时间处理易导致酶活性降低或丧失[14]。胰蛋白酶作用的最适温度为55℃[10]，但温度过高酶作用过度肉蛋白质发生变性，肉的感官性状破坏，或在较高温度下，尽管酶活性较高，但短时间内即可失活，不利于其充分发挥作用[15]，因此嫩化温度不易过高。
2.5 验证实验
由响应面试验得到的调理猪肉的最佳嫩化条件为胰蛋白酶质量浓度0.04g/100mL、嫩化温度31℃、嫩化时间2.8h，在此条件下调理猪肉剪切力的预测值为9.62N。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9.73N，实测值与预测值之间吻合良好，说明实验得到的模型有效，响应面模型优化的试验结果可靠。
本实验首先研究了胰蛋白酶质量浓度、嫩化温度和嫩化时间对调理猪肉嫩化效果的影响，然后采用响应面法对调理猪肉的酶嫩化条件进行优化，通过回归分析建立了调理猪肉剪切力的二次多项数学模型，模型具有显著性。由回归方程得到的调理猪肉酶嫩化的最佳条件为胰蛋白酶质量浓度0.04g/100mL、嫩化温度31℃、嫩化时间2.8h，在此条件下调理猪肉剪切力的预测值为9.62N，实测值为9.73N，实测值与预测值之间吻合良好，说明模型能很好的预测调理猪肉的剪切力。
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Optimizing Tenderization of Fresh Pork Using Response Surface Methodology
BAI Qing-yun，CHEN Xiao-ming*
(School of Life Science and Chemical Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an 223003, China)
Abstract：Tenderization of processed pork was studied in this paper. Firstly, the effects of trypsin concentration, tenderization temperature and time on the shear force of pork was investigated, then the trypsin tenderization conditions were optimized using response surface methodology, and a quadric regression equation of trypsin-induced pork tenderization was developed by Design Expert software. The results showed that trypsin could effectively decrease the shear force of pork prepared and increase its tenderness at a certain temperature. The response surface optimization indicated that the optimal tenderization conditions were adding trypsin at a concentration of 0.04 g/100 mL for 2.8 h tenderization temperature at 31 ℃. Under these conditions, the observed pork shear force was 9.73 N. Analysis of variance suggested that the developed regression model was reliable and could be used to predict the change of shear force. Among the above three factors, trypsin concentration had a significant linear relationship with pork shear force, and the interaction between trypsin concentration and tenderization temperature as well as that between tenderization temperature and time had significant effect on the shearing force of processed pork.
Key words：fresh prepared pork；trypsin；tenderization technology；response surface methodology
中图分类号：TS201.1
文献标识码：A
文章编号：1001-8123(2011)02-0009-04
收稿日期：2010-12-09
基金项目：淮安市产学研合作促进计划项目(HAC0902)
作者简介：白青云(1973—)，女，讲师，博士，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：baiqy@hyit.edu.cn
*通信作者：陈晓明(1969—)，女，教授，博士研究生，研究方向为食品科学。E-mail：hychenxm@yahoo.com.cn
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