響應面法優化微波聯合蒸汽預處理黃羽肉雞原料肉工藝

王康寧，李蛟龍，呂經秀，李鵬鵬，王道營，徐為民

摘? 要：以黃羽肉雞為對象，研究微波聯合蒸汽保溫預處理黃羽肉雞原料的最優加工工藝。以微波加熱時間、蒸汽保溫時間和微波聯合蒸汽處理循環次數為單因素影響因子，預處理黃羽肉雞原料雞胸肉的剪切力和蒸煮損失率為響應值，通過響應面優化試驗確定黃羽肉雞預處理最佳工藝參數。結果表明，黃羽肉雞最佳預處理工藝為微波加熱時間30 s、蒸汽保溫時間55 s、微波結合蒸汽處理循環次數7 次，在此預處理條件下黃羽肉雞胸肉的剪切力為18.31 N，蒸煮損失率為13.10%，與預測值接近。

關鍵詞：黃羽肉雞;微波;蒸汽;響應面;工藝優化

Response Surface Methodology Optimization of Microwave Combined with Steam Pretreatment of Yellow-Feathered Broiler Carcasses

WANG Kangning1，2， LI Jiaolong1，2， Lü Jingxiu2， LI Pengpeng2， WANG Daoying1，2，*， XU Weimin1，2

（1.School of Food Science and Technology， Nanjing Agricultural University， Nanjing? ?210095， China; 2.Institute of Agricultural Products Processing， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing? ?210014， China）

Abstract： The objective of this study was to investigate the optimal conditions for the microwave combined with steam pretreatment of yellow-feathered broiler carcasses using response surface methodology （RSM）. Microwave heating time， steam holding time and number of microwave combined with steam treatment cycles were considered as the independent variables， while the shear force and cooking loss of chicken breast meat were considered as response variables. The optimal processing parameters were as follows： microwave heating time of 30 s， steam holding time of 60 s， and seven cycles of treatments. Under these conditions， the shear force of chicken breast was 18.31 N， and the cooking loss was 13.10%， both of which were close to the predicted values. Keywords： yellow-feathered broiler; microwave; steam; response surface methodology; process optimization

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220421-042

中圖分類號：TS251.1? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：

引文格式：

王康寧， 李蛟龍， 呂經秀， 等. 響應面法優化微波聯合蒸汽預處理黃羽肉雞原料肉工藝[J]. 肉類研究， 2022， 36（5）：? . DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220421-042.? ? http：//www.rlyj.net.cn

WANG Kangning， LI Jiaolong， Lü Jingxiu， et al. Response surface methodology optimization of microwave combined with steam pretreatment of yellow-feathered broiler carcasses[J]. Meat Research， 2022， 36（5）：? . DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220421-042.? ? http：//www.rlyj.net.cn

黃羽肉雞是我國本土的肉雞品種，因其具有生長周期長、味道鮮美、肉質緊實等特點，深受中國居民喜愛[1-2]。傳統中式烹飪一般用現宰的黃羽肉雞為原料，經較長時間燉煮后得到肉質緊實有嚼勁、湯汁鮮美的中式烹飪美食。近幾年受禽流感、新冠肺炎疫情等影響，尤其是政府活禽禁宰、定點屠宰等政策的實施，黃羽肉雞的屠宰方式由熱鮮雞向冷鮮雞轉變[3-4]。冷鮮雞的屠宰處理方式導致雞肉原料過度嫩化，經過長時間燉煮后使肉粉化、咀嚼感喪失，并不適合中式烹飪，對黃羽肉雞產業的發展產生了一定的負面影響[5]。目前在研究適合中式烹飪的黃羽肉雞原料專用屠宰加工技術方面，存在很大空白。

為改善黃羽肉雞過度嫩化、肉質粉化等問題，許多學者對此進行了研究。王安琪等[6]發現，55 ℃熱處理條件下黃羽肉雞的咀嚼性提高50%，保水性也有明顯改善。李煜等[7]在白條鴨的研究中發現，當浸燙溫度為55～60 ℃時剪切力上升。Li Pengpeng等[8]研究指出，55 ℃短時處理后雞肉中的蛋白酶均表現出一級失活動力學，肉的硬度顯著提升，改善了肉的質地和微觀結構。上述研究表明，一定程度的加熱預處理能改善肉過度嫩化和肉質粉化的問題。

與傳統水浴加熱相比，微波加熱能使肉中肌原纖維迅速聚集、縮短，提高肉的硬度[9]。同時由于其加熱時間短，肌原纖維未能在短時間內完全聚集，從而在相同溫度下比其他加熱方式處理的肉具有更好的質地和微觀結構。但是微波射頻處理存在加熱不均勻的缺點[10-11]，尤其是食品物料性質復雜，單一的射頻處理會出現“冷點”和“熱點”的現象[12]，影響整體的處理效果。熱蒸汽處理能提高加熱的均勻性，具有在較低溫度物料表面優先凝結的優點[13-14]，因此能夠從一定程度上彌補微波加熱的不足，并保持胴體表面的濕度，改善預處理產品的感官品質[15-16]。

本研究利用微波加熱和熱蒸汽保溫相結合的預處理方式，通過對預處理黃羽肉雞的溫度、剪切力和蒸煮損失進行測定，研究不同微波處理時間、蒸汽保溫時間及循環次數對雞胸肉肉質的影響，開發一種能改善雞肉過度嫩化的黃羽肉雞原料肉預處理工藝，為探索適合中式烹飪的黃羽肉雞專用屠宰加工技術提供指導。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料與試劑

黃羽肉雞購自南京市孝陵衛菜市場，體質量約1.25 kg，所有黃羽肉雞均為當天宰殺的熱鮮雞。

1.2? ?儀器與設備

PG23EOW微波蒸烤箱? ?美的集團股份有限公司;HH-4數顯恒溫水浴鍋? ?常州國華電器有限公司;C-LM3F數顯式肌肉嫩度儀? ?東北農業大學工程學院。

1.3? ?方法

1.3.1? ?黃羽肉雞預處理工藝

黃羽肉雞宰殺放血后凈膛，經2 h排酸后，置于微波蒸烤箱中進行微波和蒸汽循環處理，其中微波功率為1 000 W，蒸汽保溫溫度為60 ℃。冷卻至室溫后放入4 ℃環境中靜置24 h后取出恢復至室溫，剖取雞胸肉部分進行相關指標的測定。實驗中各指標進行6 次重復測定。

1.3.2? ?單因素試驗設計

根據前期預試驗結果，分別評價不同微波加熱時間（20、30、40、50、60 s）、蒸汽保溫時間（30、60、90、120、150 s）和微波蒸汽循環次數（6、7、8、9、10 次）3 個因素對剪切力和蒸煮損失率的影響。當評價其中1 個參數時，其他參數固定為微波時間30 s、蒸汽保溫時間60 s、微波蒸汽循環7 次。

1.3.3? ?響應面法優化黃羽肉雞預處理工藝參數

采用Design-Expert 8.0軟件，依據Box-Benhnken中心組合試驗設計原理設計以微波處理時間、蒸汽保溫時間、微波蒸汽保溫循環次數為因變量，以蒸煮損失率和剪切力為響應值的響應面優化試驗，各因素和水平設計如表1所示。

1.3.4? ?指標測定

1.3.4.1? ?預處理黃羽肉雞胴體溫度測定

將預處理黃羽肉雞從微波箱內取出后，插入溫度計測量溫度。選取大腿內側、大腿外側、腔體內部、胸部共4 點作為溫度測定采樣點，代表胴體溫度。用數顯溫度計進行溫度測定，所有采樣點分別測定2 次。

1.3.4.2? ?預處理黃羽肉雞雞胸肉蒸煮損失率測定

參照張澤等[14]的方法，取雞大胸，修整去除附著的脂肪后稱質量并記錄。隔水放入80 ℃水浴鍋中，待中心溫度達到75 ℃后取出，冷卻至室溫后擦干表面水分，稱質量并記錄。蒸煮損失率按下式計算。

1.3.4.3? ?預處理黃羽肉雞雞胸肉剪切力測定

參考李超等[17]的方法，雞胸肉樣品經1.3.4.2節的水浴加熱處理后，冷卻至室溫。沿肌肉纖維的方向進行整形分切，得到寬10 mm、高10 mm的長形肉條，將肉樣水平放置，剪切力測定儀在肌纖維垂直方向上測定每個肉樣的剪切力。

1.4? ?數據處理

數據處理和顯著性分析采用IBM SPSS Statistics 23軟件，采用單因素方差分析，LSD法進行多重比較，檢測結果以平均值±標準差表示，P<0.05表示數據間具有顯著性差異。采用SigmaPlot 12.5軟件作圖，采用Design Expert 10軟件進行響應面試驗計算和分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?微波聯合蒸汽預處理后黃羽肉雞胴體的溫度變化

A. 不同微波時間處理;B. 不同蒸汽保溫時間處理;C. 不同循環次數處理;小寫字母不同，表示同一部位、不同處理條件差異顯著（P<0.05）。圖2～3同。

由圖1A可知，隨著微波時間的延長，黃羽肉雞各部位溫度顯著上升（P<0.05），30～40 s達到55 ℃左右，而在60 s時大腿外側溫度已經升高到80 ℃以上。由圖1B可知，蒸汽保溫時間30～60 s時胸肉的溫度逐漸上升，并在60 ℃時達到最大。由圖1C可知，隨著循環次數的增加，各部位溫度顯著上升（P<0.05），胸肉溫度最高達到70 ℃左右，各部位溫度上升幅度最大的是大腿外側，最高達到90 ℃左右，其次是胸肉，大腿內側和腔體內部溫度上升幅度最小。

在微波電場的交互作用下，樣品內部極性分子不斷摩擦碰撞，隨著總微波時長的延長，黃羽肉雞溫度不斷升高。蒸汽保溫處理組因2 次微波的間隔太長，且蒸汽升溫的速率慢，因此90 s及以后的保溫時長處理后溫度不升反降。不同部位溫度的差距主要是由于微波穿透能力有限，大腿內側和腔體內部分別受腿外側和翅膀的阻擋，因而溫度上升緩慢[18]。胸肉溫度和大腿外側溫度受微波時長、蒸汽保溫時間、微波和蒸汽循環處理次數影響均比較明顯，胸肉質量占整雞質量的比例較高[19]，更具有代表性，因此選擇雞胸肉作為代表，進行后續品質指標的測定和分析。王安琪[20]通過研究發現，將雞肉溫度升高到50～55 ℃時，雞胸肉的蒸煮損失率、剪切力、彈性等品質指標均優于冷鮮黃羽肉雞。并且在預實驗中發現，溫度過高時，胴體大部分部位表現出明顯的熟化現象，不符合預處理原料肉產品的要求。因此選擇雞胸肉溫度在50～55 ℃的微波時長、蒸汽保溫時間和微波蒸汽循環次數工藝參數。

2.2? ?單因素試驗結果

2.2.1? ?不同微波時間、蒸汽保溫時間和循環次數對黃羽肉雞胸肉蒸煮損失率的影響

由圖2可知，隨著微波時間、蒸汽保溫時間和微波蒸汽循環次數的增加，黃羽肉雞胸肉蒸煮損失率整體上呈現先下降后上升，而后下降或接近平衡的趨勢。由圖2A可知，微波加熱時間20～30 s時蒸煮損失率降低，在30 s時出現轉折點，30～50 s蒸煮損失率上升，并在50 s時達到最高，而后60 s時迅速下降。由圖2B可知，蒸煮損失率的最低點是蒸汽保溫時間為60 s時，120～150 s蒸煮損失率無顯著差異。圖2A與圖2C變化趨勢相似，蒸煮損失率先下降，在循環次數7 次時出現轉折點，而后上升，在循環次數8 次達到最高，最后迅速下降。

蒸煮損失能直觀反映雞肉的持水能力[21]，主要是加熱使肌原纖維蛋白結構改變[22]，肌節縮短和肌原纖維收縮，肌漿損失，肌肉中的水分子釋放導致的[23-24]。3 組處理的蒸煮損失率先下降的原因與微波處理有關，汪雪嬌[25]認為，微波升溫速率快，導致蛋白質變性的時間縮短、肉品中肌原纖維收縮的時間減少，雞肉中水分的滲出率也將會隨之下降。微波時間為60 s時，雞胸肉的溫度甚至達到73 ℃左右，過度加熱導致蛋白質變性，蛋白質空間構象改變，表面和分子內的疏水區暴露，疏水作用增強[26]，水分子與蛋白質分子結合能力進一步減弱，導致蒸煮時更多的水分流失[27]，蒸煮損失迅速下降。蒸汽保溫時間120～150 s蒸煮損失率無顯著差異的原因可能是2 次微波處理的間隔時間過長，削弱了微波處理對肌原纖維蛋白結構的影響。同時由于蒸汽保溫時間的間隔時間較長，蒸汽保溫處理組的樣品總受熱時間遠高于微波和循環次數處理的受熱時間，樣品長期處于高溫狀態下，導致其蒸煮損失率顯著高于其他各組。循環次數組實驗中蒸煮損失率的變化與微波時間的變化原因類似，微波加熱時間和整體的加熱時間較短，因此循環次數實驗中蒸煮損失率小于另外2 組，其中最轉折點出現在循環7 次時。

單因素試驗結果中3 種處理的蒸煮損失率具有明顯轉折點，即微波時間30 s、蒸汽保溫時間60 s、循環次數7 次，符合響應面試驗要求。

2.2.2? ?不同微波時間、蒸汽保溫時間和循環次數對黃羽肉雞胸肉剪切力的影響

剪切力是分析肉品嫩度的指標之一，一般條件下，剪切力越大，肉品的嫩度也就越低[8，28]。圖3A中樣品的剪切力先上升后下降，圖3B和圖3C中樣品的剪切力表現為先上升后下降，后又上升，出現了2 個增高的區間，加熱使蛋白質熱收縮，導致剪切力增大，而后過高的溫度使肌原纖維蛋白發生斷裂、降解，從而剪切力下降[29]，所以微波處理組剪切力先升后降。蒸汽保溫組和循環次數組出現了2 個增高的區間，造成這一現象的原因可能是肌纖維組織中不同部位對溫度的敏感性不同[30]。剪切力出現小幅度下降的原因可能是肌動蛋白與肌球蛋白解離，也可能與肌間膠原蛋白受熱溶解有關，Palka[31]發現，部分肌間結締組織的溶解溫度為60 ℃，而此時處理樣品的溫度也恰好在此溫度附近。溫度繼續升高，高溫導致肌內膜被破壞，剪切力增加，此時的肌原纖維結構因高溫而受到破壞，變得不清晰[32]。

單因素試驗結果中3 種處理的蒸煮損失率和剪切力均出現明顯轉折區間，經分析后選擇微波時間20、30、60 s，蒸汽保溫時間30、60、90 s，循環次數6、7、8 次進行響應面試驗。

2.3? ?響應面優化試驗結果及分析

2.3.1? ?響應面優化方案及結果分析

響應面優化試驗方案及結果見表2，通過Design-Exper進行多元回歸擬合，得到A（微波時間）、B（蒸汽保溫時間）、C（循環次數）3 個因素與響應值Y1（蒸煮損失率）之間的多元二次回歸模型方程為Y1=13.12-0.09A+0.33B+0.35C+0.15AB-0.31AC-0.02BC+0.87A2+1.17B2+1.63C2，與響應值Y2（剪切力）之間的多元二次回歸模型方程為Y2=18.94+1.44A+0.96B+1.30C+1.55AB+0.32AC+1.30BC-1.95A2-3.50B2-1.85C2。

由表3可知，模型的F=140.16，且P<0.01，此模型極顯著，失擬項的F=0.38，且P>0.05，因此失擬項不顯著，說明該模型擬合良好，能夠對預處理黃羽肉雞的蒸煮損失率進行分析和預測，該結果具有統計學意義。根據F值判斷得出，各單因素對蒸煮損失率的影響大小順序為循環次數（C）>蒸汽保溫時間（B）>微波時間（A）;交互項因素對蒸煮損失率的影響大小順序為AC>AB>BC;二次項因素對蒸煮損失率的影響大小順序為C2>B2>A2。

由表4可知，模型的F=17.54，且P<0.01，此模型極顯著，失擬項的F=3.31，且P>0.05，因此失擬項不顯著，說明該模型擬合良好，能夠對預處理黃羽肉雞的剪切力進行分析和預測，該結果具有統計學意義。根據F值判斷得出，各單因素對剪切力的影響大小順序為微波時間（A）>循環次數（C）>蒸汽保溫時間（B）;交互項因素對剪切力的影響大小順序為AB>BC>AC;二次項因素對剪切力的影響大小順序為B2>A2>C2。

2.3.2? ?交互作用分析

由圖4～6可知：AC之間的響應面坡度陡峭，等高線圖趨近于橢圓，說明微波時間與循環次數交互作用較強，對蒸煮損失率的影響較大;BC和AB之間的響應面坡度較緩，說明蒸汽保溫時間與循環次數、微波時間與蒸汽保溫時間的交互作用較弱，對蒸煮損失率的影響較小，結果與方差分析相一致。

由圖7～9可知：AB之間的響應面坡度陡峭，等高線圖趨近于橢圓，說明微波時間與蒸汽保溫時間交互作用較強，對剪切力的影響較大;BC和AC之間的響應面坡度較緩，說明蒸汽保溫時間與循環次數、微波時間與循環次數的交互作用較弱，對剪切力的影響較小，結果與方差分析相一致。微波升溫速率過快，肌原纖維收縮劇烈，不利于水分的保持，因而蒸煮損失較大。蒸汽保溫時間越長，微波加熱的間隔就越大，升溫速率下降，Palka[31]認為，部分肌間結締組織的溶解溫度為60 ℃，隨后溫度上升又會在肌原纖維結構中形成凝膠，升溫速率慢時凝膠強度相對較弱。

2.3.3? ?最佳預處理工藝及驗證實驗

為得到黃羽肉雞最優預處理工藝，采用Design-Expert 8.0.6軟件對預處理后雞胸肉的蒸煮損失率和剪切力進行多目標優化。設置約束條件，即微波加熱時間20～60 s、蒸汽保溫時間30～150 s、循環次數6～10 次，優化指標為蒸煮損失率（Y1）和剪切力（Y2），根據2.3.1節的多元二次回歸模型方程，取Y1的極小值和Y2的極大值，最終得到黃羽肉雞最佳預處理工藝為微波加熱時間30.47 s、蒸汽保溫時間55.60 s、微波結合蒸汽處理循環次數6.89 次，在此預處理條件下黃羽肉雞雞胸肉的剪切力為18.64 N，蒸煮損失率為13.07%?？紤]到生產車間的實際可操作性，將最優工藝調整為微波加熱時間30 s、蒸汽保溫時間55 s、微波結合蒸汽處理循環次數7 次，進行驗證實驗，進行3 次平行實驗后取平均值。

由表5可知，驗證實驗結果為雞胸肉的剪切力18.31 N，蒸煮損失率13.10%，與預測值接近，證明響應面分析法對于黃羽肉雞預處理工藝優化結果可靠，具有實用價值。

3? ?結? 論

本研究對微波聯合蒸汽預處理黃羽肉雞的工藝進行研究，通過單因素與響應面優化分析后得到最優預處理工藝為微波加熱時間30.47 s、蒸汽保溫時間55.57 s、循環次數6.89 次。在此工藝條件下預處理黃羽肉雞胸肉的蒸煮損失率為13.07%，剪切力為18.64 N。根據生產車間的實際可操作性，將最優工藝調整為微波加熱時間30 s、蒸汽保溫時間55 s、循環次數7 次，驗證實驗結果為蒸煮損失率13.10%，剪切力18.31 N，與預測值接近。本研究能夠用于改善雞肉過度嫩化的黃羽肉雞原料肉預處理工藝的開發，為探索適合中式烹飪的黃羽肉雞專用屠宰加工技術提供指導。

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