Plackett-Burman Test Combined with Box-Behnken Response Surface Method to Optimize the Formulation of Pork Meatball Added with Soluble Antioxidant Dietary Fiber from Sponge Layer of Guanxi Pomelo
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摘要: 为进一步研发并提升猪肉丸产品品质，研究采用Plackett-Burman结合Box-Behnken试验设计，以硬度、内聚性、弹性、咀嚼性四个质构指标的综合评分为指标，优化琯溪蜜柚海绵层水溶性抗氧化膳食纤维（Soluble antioxidant dietary fiber，SADF）猪肉丸的加工配方，分别考察SADF（羟自由基清除率为IC50=0.92 mg/mL）、玉米淀粉、食盐、复合磷酸盐以及水分添加量对猪肉丸硬度（X1）、内聚性（X2）、弹性（X3）、咀嚼性（X4）及质构综合评分（Y）的影响，基于上述结果，采用Plackett-Burman设计筛选对实验结果影响较为显著的因素（SADF、玉米淀粉以及水分添加量）进行Box-Behnken响应曲面优化试验，并用光学显微镜和扫描电镜观察猪肉丸微观结构。结果表明：采用降维分析法提得两个公共因子，确立猪肉丸Y值计算公式为：Y=（84.055Y1+15.627Y2）/99.681（Y1=0.234X1+0.259X2+0.297X3+0.296X4，Y2=0.989X1−0.784X2−0.010X3−0.084X4）；最终得到猪肉丸最优配方为：琯溪蜜柚海绵层SADF添加量为6.49%，玉米淀粉添加量为18.64%，水添加量为29.98%，此时猪肉丸质构综合评分最高（1.2782分），猪肉丸软硬适中、粘弹性优良；经光学显微镜和扫描电镜观察猪肉丸微观结构显示，6.49% SADF添加组肉丸较之未添加SADF组能够明显改善猪肉丸的整体结构，使其微观结构细密均匀，内部凝胶网络相互交联程度增强。综上，本研究不仅提升了猪肉丸的营养与质构品质，还实现了蜜柚废弃物的综合利用，为肉糜类食品品质优化提升提供了新思路。
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关键词:
- 猪肉丸 /
- 海绵层水溶性抗氧化膳食纤维 /
- Plackett-Burman /
- Box-Behnken /
- 质构综合评分 /
- 微观结构
Abstract: In order to further develop and improve the quality of pork meatballs, Plackett-Burman combined with Box-Behnken experimental design was used to optimize the processing formula of pork meatball added with soluble antioxidant dietary fiber (SADF) from sponge layer of Guanxi pomelo, based on the texture comprehensive score of hardness, cohesion, elasticity and chewability. The effects of addition of SADF (the hydroxyl radical scavenging rate was IC50=0.92 mg/mL), corn starch, salt, complex phosphate and water on hardness (X1), cohesiveness (X2), elasticity (X3), chewability (X4) and the texture comprehensive score (Y) of pork meatballs were investigated, respectively. Based on the above results, the Plackett-Burman design was used to screen the factors (SADF addition, corn starch addition and water content addition) that had significant impact on the experimental results for subsequent response surface optimization using Box-Behnken experimental design. The microstructure of pork meatballs was observed by optical microscope and scanning electron microscope. The results showed that two common factors were obtained by dimensionality reduction analysis, and the formula for calculating Y value of pork meatball was established as follows: Y=(84.055Y1+15.627Y2)/99.681 (Y1=0.234X1+0.259X2+0.297X3+0.296X4, Y2=0.989X1−0.784X2−0.010X3−0.084X4). The optimal formula of pork meatballs was finally obtained as follows: The addition of SADF from sponge layer of Guanxi pomelo was 6.49%, the addition of corn starch was 18.64%, and the addition of water was 29.98%. In this case, the texture comprehensive score of pork meatballs was the highest (1.2782), which was of moderate hardness and excellent viscoelasticity. The test of optical microscopy and scanning electron microscopy showed that compared with the non-SADF group, the 6.49% SADF supplemented group could significantly improve the overall structure of the meatballs, make the microstructure fine and uniform, and enhance the cross-linking degree of internal gel networks. To sum up, this study not only improved the nutritional and structural quality of pork meatballs, but also realized the comprehensive utilization of pomelo waste, providing a new idea to optimize and improve the quality of minced meat food. -
肉制品是人类高生物价值蛋白质、脂肪酸、脂溶性维生素、矿物质和生物活性化合物的优质来源[1]。然而，过多食用高脂肉制品不仅会使肥胖患者数量急剧升高，还非常容易增加机体罹患心血管、糖尿病、癌症等疾病的概率[2]。近年来，人们为了保持健康，将目光越来越多地转向低脂肉制品。但是，由于现有低脂产品（如肉丸、香肠等）存在质地、外观品质较差、新品研发不足等问题，导致其市场份额占比较小，销量普遍偏低[3−4]。新研究发现，植物类膳食纤维（Dietary fiber，DF）添加能够有效改善肉制品的质构与营养特性[5]。其中，植物源多糖是典型的抗氧化膳食纤维（Antioxidant dietary fiber，ADF），它是大量天然抗氧化活性成分组合成DF基质的产物[6−7]，能够用作增稠剂、稳定剂、乳化剂、质地剂、凝胶剂等在肉制品中添加[8−9]，不仅可以补充DF成分，改善产品的感官和质构特性，还可以利用其抗氧化作用抑制肉制品的氧化变质，对人体产生生物学作用[7]。目前已有燕麦DF、豌豆DF、苹果DF添加于鸡胸肉[10]，大麦DF、小麦DF、燕麦DF添加于牦牛肉[11]，蜜柚海绵层DF添加于兔肉[12]等的报道。
琯溪蜜柚是福建省漳州市平和县的地理标志保护产品。蜜柚果皮中含有大量的ADF，在蜜柚加工过程中，大量的果皮被作为废弃物丢弃，其总重量约占果实总重量的一半，造成了严重的资源浪费和环境污染[13]。蜜柚海绵层是柚皮去除外层精油的部分，含有诸多天然化学成分，如不溶性抗氧化膳食纤维（Insoluble antioxidant dietary fiber，IADF）（如纤维素），可溶性抗氧化膳食纤维（Soluble antioxidant dietary fiber，SADF）（如果胶），以及类黄酮，酚酸等[14−15]。与IADF相比，SADF具有更优异的持水/持油能力、溶解性、表面或界面性能等[16−18]。据报道，柑橘果胶骨架主要由1,4-链α-D-半乳醛酸单元组成，具有优良的生物相容性和安全性，柑桔果胶在食品、化妆品和制药行业中被广泛用作胶凝剂、增稠剂、稳定剂和乳化剂[19−20]。基于此，蜜柚海绵层SADF添加于肉糜制品，不仅能够提高柚皮废弃物的综合利用，减少环境污染，还能够改善肉糜制品的质构与营养特性，提升产品品质，增加产品附加值。
本研究以琯溪蜜柚海绵层SADF为研究对象，系统考察玉米淀粉，食盐，复合磷酸盐以及水分添加量对猪肉丸质构综合评分的影响，采用Plackett-Burman（PBD）结合Box-Behnken（BBD）试验设计，优化SADF猪肉丸的加工配方，以期为肉糜类产品加工提供新的思路，为肉制品产业发展升级助推动力。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
冷鲜猪肉（背部最长肌）、玉米淀粉 南京甘汁园糖业有限公司；食盐 福建省盐业集团有限公司；新鲜琯溪蜜柚皮 由漳州市平和县蜜柚生产基地提供；复合磷酸盐（聚磷酸钠60%，偏磷酸钠22%，偏磷酸钾14%，焦磷酸钠2%，焦磷酸钾2%） 德国三颗星食品物料公司；纤维素酶（50 U/mg） 河南亚统食品原料有限公司；无水乙醇、3,5-二硝基水杨酸、硫酸亚铁 均为分析纯，西陇科学股份有限公司。
DGG-9140B电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；FW100高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；AR124CN电子天平 奥豪斯仪器（上海）有限公司；HH-2数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；Forma-86 ℃超低温冰箱 美国UNICO公司；UV5100B紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司；CT3-10K质构仪 美国博勒飞公司；DM500-ICC50W生物数码显微镜 徕卡显微系统有限公司；JSM-6010LA扫描电子显微镜 日本电子（JEOL）公司。
1.2 实验方法
1.2.1 蜜柚海绵层SADF的制备
1.2.1.1 蜜柚海绵层的处理
将新鲜琯溪蜜柚皮去除表面黄油胞层，经清水冲洗后切成0.2 cm薄片，于60 ℃鼓风干燥箱烘至恒重（水分含量<5%），粉碎后过40目筛，于阴凉处密封保存。
1.2.1.2 SADF的制备
SADF的制备参考薛山等[21]方法。称取海绵层粉末10.0 g，按料液比1:55 g/mL加入pH6.0（0.2 mol/L）的PBS缓冲溶液，均质后于常温超声功率180 W的条件下超声处理30 min。向混合体系加入3%的纤维素酶溶液（称取30 mg的纤维素酶，溶解1 mL pH6.0的柠檬酸缓冲液中），50 ℃水浴90 min。酶解结束之后，冷却至室温，于8000 r/min离心10 min，收集上清液。将上清液于65 ℃，真空度−0.098 MPa下旋蒸浓缩至原体积的1/3，转入烧杯中，加入4倍体积的无水乙醇，室温中静置醇沉12 h，过滤后洗涤冻干得到SADF。
1.2.1.3 SADF羟自由基清除率测定
参考Yu等[22]方法略微修改。分别准确称取 6、18、24、30、36、48、54、60 mg SADF，定容至15 mL制得样品液。各管分别加入1 mL的硫酸亚铁（6 mmol/L）和1 mL水杨酸（6 mmol/L），摇匀后向各管加入1 mL的H2O2（6 mmol/L）混匀，37 ℃水浴15 min，过滤。以蒸馏水为空白对照，以VC为阳性对照，在510 nm波长下测定各反应溶液的吸光度并计算清除率。
羟自由基清除率(%)=A0−(AX−AX0)A0×100 式中：A0为空白对照的吸光值；Ax为添加SADF的实验组吸光值；Ax0为不加显色剂H2O2参比组的吸光值。
1.2.2 琯溪蜜柚海绵层SADF猪肉丸的制备
琯溪蜜柚海绵层SADF猪肉丸制备流程如图1所示，具体步骤如下：绞肉：将清洗干净的猪瘦肉（背部最长肌）切成小块，并用绞肉机绞成糜状，绞肉过程注意温度控制在20 ℃以内，以防止肉品氧化；擂溃：将一定量的海绵层SADF、玉米淀粉、食盐、复合磷酸盐、水分加入肉糜，擂溃搅拌10 min；凝胶化：将肉糜制成直径约40 mm肉丸，放入50 ℃水中凝胶化10 min；熟制：将肉丸置于100 ℃沸水中煮制6~7 min，此时肉丸中心温度可达85 ℃；预冷：将煮熟的猪肉丸置于室温下冷却即得成品。
1.2.3 单因素实验
1.2.3.1 SADF添加量对猪肉丸质构品质的影响
以猪肉糜质量为基准，考察SADF添加量分别为2%、4%、6%、8%、10%对猪肉丸质构综合评分的影响。其他成分添加量为：玉米淀粉15%、食盐3%、复合磷酸盐0.3%、水30%。
1.2.3.2 玉米淀粉添加量对猪肉丸质构品质的影响
考察玉米淀粉添加量分别为5%、10%、15%、20%、25%对猪肉丸质构综合评分的影响。其他成分添加量为：SADF6%、食盐3%、复合磷酸盐0.3%、水30%。
1.2.3.3 食盐添加量对猪肉丸质构品质的影响
考察食盐添加量分别为1%、2%、3%、4%、5%对猪肉丸质构综合评分的影响。其他成分添加量为：SADF6%、玉米淀粉20%、复合磷酸盐0.3%、水30%。
1.2.3.4 复合磷酸盐添加量对猪肉丸质构品质的影响
考察复合磷酸盐添加量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%对猪肉丸质构综合评分的影响。其他成分添加量为：SADF6%、玉米淀粉20%、食盐3%、水30%。
1.2.3.5 水分添加量对猪肉丸质构品质的影响
考察水分添加量分别为20%、25%、30%、35%、40%对猪肉丸质构综合评分的影响。其他成分添加量为：SADF6%、玉米淀粉20%、食盐3%、复合磷酸盐0.3%。
1.2.4 Plackett-Burman试验设计
根据单因素实验结果确定SADF、玉米淀粉、食盐、复合磷酸盐、水分添加量5个因素的水平值。利用Minitab 18软件进行Plackett-Burman试验设计及数据处理，确定影响显著的因素。Plackett-Burman试验因素水平表如表1所示：
表 1 Plackett-Burman试验因素与水平Table 1. Factors and levels of Plackett-Burman design因素 水平 −1 1 A SADF添加量（%） 4 8 B 玉米淀粉添加量（%） 15 25 C 食盐添加量（%） 2 4 D 复合磷酸盐添加量（%） 0.2 0.4 E 水添加量（%） 25 35 1.2.5 响应面试验设计
根据Plackett-Burman试验结果，选取SADF、玉米淀粉、水分为响应因素，分别用A、B、C表示，以质构综合评分为响应值，Design-expert 8.0.6软件进行Box-Behnken试验设计、数据处理和预测优化最佳工艺条件。响应面试验因素水平表如表2所示：
表 2 响应面试验因素与水平Table 2. Factors and levels of response surface design因素 水平 −1 0 1 A SADF添加量（%） 5 6 7 B 玉米淀粉添加量（%） 17 20 23 C 水分添加量（%） 27 30 33 1.2.6 SADF猪肉丸质构的测定及综合评分的计算
将猪肉丸切成长、宽、高约2 cm的正方体，选用TA39小直径圆柱型探头，使用CT3-10K型质构仪进行TPA（Texture profile analysis）质构测试（硬度、内聚性、弹性、咀嚼性）。测试参数：触发力0.05 N；测试速率：1 mm/s；目标值：2 mm。采用因子分析法对所测质构指标提取主成分公因子，以每个因子的方差贡献率为权重，建立质构综合评分模型[12]，对SADF猪肉丸进行综合指标评定。
1.2.7 猪肉丸微观结构观察
将样品用双面刀片切成2×5 mm的小条，将1 g亚甲基蓝溶于100 mL超纯水中配制亚甲基蓝储备液，移取储备液5 mL加蒸馏水到100 mL，混匀，将样品置于其中漂染1 min左右，蒸馏水冲洗干净，吸水纸吸干水分后置于生物数码显微镜下观察光学微观结构。
将样品加入2.5%戊二醛（pH=6.8）固定并置于4 ℃冰箱中固定1.5 h以上；用0.1 mol磷酸缓冲液（pH=6.8）冲洗3次，每次10 min；分别用浓度为50%、70%、90%的乙醇进行脱水各一次，每次10 min，无水乙醇脱水2次，每次10 min；然后用100%乙醇:叔丁醇=1:1，纯叔丁醇置换各一次，每次15 min；将样品放入−20 ℃冰箱冷冻室30 min，放入冷冻干燥仪对样品进行干燥，干燥完全后将样品观察面朝上，用导电胶带粘在扫描电镜样品台上，用离子溅射镀膜仪在样品表面镀上一层金属膜进行扫描电镜观察微观结构[23]。
1.3 数据处理
试验结果以均值±标准偏差表示，采用SPSS 17.0软件对数据进行显著性分析（P<0.05为有显著性），Mintab 18软件进行显著性筛选分析，响应面分析利用Design-Expert 8.0.6软件中多元线性回归方程拟合分析。
2. 结果与分析
2.1 SADF的抗氧化性测定
羟基自由基作为最强的氧化剂之一，能够与不同的细胞成分发生反应，破坏生物机体，进而导致衰老和疾病[22]。柚皮SADF（0.5~4.0 mg/mL）和VC（4~32 μg/mL）对羟基自由基的清除作用显著（P<0.05），且浓度与清除率呈正相关（图2）。经计算，VC羟自由基清除率的IC50为12.73 μg/mL，SADF的IC50值为0.92 mg/mL，说明柚皮海绵层SADF具有良好的抗氧化活性。SADF作为水溶性多糖，具有多种生理功能，如降低血脂，预防糖尿病、心血管疾病、大肠癌等，且其生理功能的强弱与其抗氧化活性密切相关[17−18]，可见蜜柚SADF在肉品中的添加不仅能够发挥抗氧化作用，同时还具备潜在的多种生物学功效，能够为产品品质提升发挥积极的作用。
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图 2 不同浓度VC和SADF的羟自由基清除率注：A：VC；B：SADF；不同字母的数值表示差异显著（P<0.05）。Figure 2. Hydroxyl radical scavenging rates of different concentrations of VC and SADF2.2 单因素实验
2.2.1 琯溪蜜柚海绵层SADF添加对产品综合指标的影响
2.2.1.1 琯溪蜜柚海绵层SADF添加对产品硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响
由表3可知，随着SADF添加量增大，猪肉丸的内聚性、弹性和咀嚼性均呈现逐渐上升又下降的趋势，弹性变化较大，而内聚性变化不显著（P>0.05），当SADF添加量为6%时，质构的四个指标均有最大值，这可能是因为SADF本身具有的凝胶性质可使食品的组织状态得到改善，它与水紧密结合可改善肉制品的保水性，适量添加能够提升猪肉丸的质构品质[7]。因此，选择SADF添加量为6%进行后续试验。
表 3 琯溪蜜柚海绵层SADF对猪肉丸硬度、内聚性、弹性、咀嚼性的影响Table 3. Effects of SADF from pomelo sponge peel on hardness, cohesiveness, elasticity and chewiness of pork meatball2.2.1.2 综合指标评价模型的建立
KMO检验和Bartlett球形检验用于判断变量是否适用因子分析法。根据标准[24]，一般KMO检验系数大于0.5时，说明变量间的相关程度无太大差异，对数据进行因子分析，同时，Bartlett球形检验结果的显著性小于0.05，说明数据呈球形分布，各变量在一定程度上相互独立，符合因子分析标准。本检验结果的KMO系数为0.569（表4）大于统计学Kaiser给出的标准0.5，且Bartlett球形度检验显著性为0.004<0.05，因此，猪肉丸质构综合指标模型可以做因子分析。
表 4 质构指标降维模型的KMO和巴特利球形检验Table 4. KMO and Bartlett sphere tests for dimensional reduction models of qualitative and structural indices项目 数值 充分抽样的Kaiser-Meyer-Olkin度量 0.569 Bartlett球形度检验 近似卡方 19.204 自由度 6 显著性 0.004 根据SPSS 17.0软件运用主成分分析法提取特征值大于1的因子，碎石图输出结果如图3a，可以看出越高的点，其势能越大，该特征值曲线有一个因子的特征值大于1，第一个因子的特征值最高，对解释原有题项的贡献最大，第三个以后的特征值都较小，对解释原有的题项的贡献小，可以忽略，因此提取两个因子比较适合。经过方差最大化正交旋转后2个因子的累计方差贡献率达到99.681%（表5），即所提取的2个因子反映原来4个指标99.681%的信息。两个主成分分布图如图3b所示，四个因子自然聚成两类，V1（硬度）、V2（内聚性）、V3（弹性）、V4（咀嚼性）在成分1上均具有较大载荷，V1和V2在成分2上具有较大载荷，因此，成分1可用V1、V2、V3、V4表示，成分2主要由V1和V2表示。
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图 3 因子分析的碎石图和主成分分布图注：A：碎石图；B：主成分分布图；V1、V2、V3、V4分别表示硬度、内聚性、弹性和咀嚼性。Figure 3. Factor analysis of scree plot and principal component distribution表 5 解释的总方差Table 5. Total variance of interpretation成分 初始特征值 提取平方和载入 合计 方差的贡献率
（%）累积
（%）合计 方差的贡献率
（%）累积
（%）1 3.362 84.055 84.055 3.362 84.055 84.055 2 0.625 15.627 99.681 0.625 15.627 99.681 3 0.012 0.290 99.971 4 0.001 0.029 100.000 2.2.1.3 提取公因子确立综合指标计算
通过因子旋转的方法，使每个变量仅在一个公共因子上有较大的载荷，而在其余的公共因子上的载荷比较小，这样就突出了每个公共因子和其载荷较大的那些变量的联系，该公共因子的含义也就能通过这些载荷较大的变量做出合理的解释，根据旋转后的载荷矩阵得到蓝圆鲹鱼丸综合质构指标评分Y的计算公式如下：
Y1=0.234X1+0.259X2+0.297X3+0.296X4 Y2=0.989X1−0.784X2−0.010X3−0.084X4 Y=(84.055Y1+15.627Y2)/99.681 其中：Y1代表第一主成分，Y2代表第二主成分，X1代表硬度值，X2代表内聚性值，X3代表弹性值，X4代表咀嚼性值。
SADF添加量对猪肉丸质构综合得分的影响如图4所示。随着SADF添加量的增大，猪肉丸质构综合评分呈现先显著升高，后显著下降的趋势（P<0.05），当SADF添加量为6%时，猪肉丸质构综合评分有最大值。食品的质构特性是非常重要的特征，不仅影响肉制品的加工技术，而且在消费者满意度中起着至关重要的作用[7]，肉制品呈现的质地特性主要是基于肉类蛋白质与DF这种非肉类成分成胶或乳化相互作用的结果，ADF的存在会通过影响肉制品的硬度、弹性、剪切力等特性进而改变肉制品的质地[25]。同时，在肉制品配方中使用ADF还可以通过缓释酚类抗氧化剂延缓脂质氧化以延长其保质期，且还能够增强肉制品的理化和感官属性[26]。DAS等[27]和ZHOU等[28]研究发现，DF的性质、添加量及在肉糜中的分散程度都会影响肉制品的质地。由此可见，富含SADF的果胶粉对肉品品质影响显著，故选取柚子海绵皮SADF的这一单因素数据建立模型评价猪肉肉丸的质地综合评分。
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2.2.2 玉米淀粉添加量对产品综合指标的影响
在制作猪肉丸的过程中加入淀粉，淀粉本身具有的粘着性可以使肉糜结合，从而使肉丸富有弹性，且淀粉颗粒吸水膨胀可以提高肉丸的持水性[29]。由图5及表6可知，质构综合评分随着玉米淀粉添加量的增加先上升后下降（P<0.05），淀粉添加量为20%时综合评分最高。淀粉具有很强的凝胶结合能力，具有一定程度的吸水和膨胀特性，从而提高了猪肉糜的支撑性和黏弹性，当淀粉添加较少时，粘着性低，制作较困难，而淀粉添加量较多时，硬度较大，不易咀嚼[30−31]。因此，选择玉米淀粉添加量20%进行后续试验。
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图 5 玉米淀粉添加量对猪肉丸质构综合得分的影响Figure 5. Effect of corn starch addition on the comprehensive score of quality and texture表 6 玉米淀粉添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响Table 6. Effects of corn starch addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of products玉米淀粉
添加量（%）5 10 15 20 25 硬度 0.52±0.07d 0.66±0.06c 0.77±0.05b 0.93±0.01a 0.76±0.06b 内聚性 0.57±0.02a 0.52±0.03a 0.55±0.08a 0.58±0.05a 0.59±0.05a 弹性 1.54±0.05b 1.70±0.03ab 1.74±0.09a 1.72±0.03ab 1.67±0.06ab 咀嚼性 0.45±0.02d 0.68±0.02c 0.78±0.05b 1.03±0.04a 0.80±0.03b 2.2.3 食盐添加量对产品综合指标的影响
制作猪肉丸的过程中添加食盐可增强肉糜的持水能力，改善产品的组织结构[32]。由图6可知，食盐添加量在1%~5%的范围内，质构综合评分出现先上升后下降的趋势，综合评分最高时食盐添加量为3%。由表7可知，适当添加食盐，可增加肉丸的硬度、内聚性、弹性和咀嚼性，当添加量大于4%时，弹性、咀嚼性较差[32]。这是因为随着NaCl添加量的增大，肉糜中盐溶性蛋白不断溶出，蛋白凝胶网络会进一步加强，从而增强肉糜的凝胶强度[33]。因此，选择食盐添加量3%进行后续优化试验。
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图 6 食盐添加量对猪肉丸质构综合得分的影响Figure 6. Effect of salt addition on the comprehensive score of quality and texture表 7 食盐添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响Table 7. Effects of salt addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of product食盐添加量
（%）1 2 3 4 5 硬度 0.69±0.07c 0.78±0.08b 1.04±0.02a 0.99±0.06a 0.81±0.05b 内聚性 0.51±0.07b 0.56±0.03ab 0.66±0.07a 0.64±0.06a 0.58±0.04ab 弹性 1.60±0.01a 1.65±0.02a 1.60±0.03a 1.67±0.04a 1.59±0.08a 咀嚼性 0.60±0.04c 0.78±0.02b 1.15±0.09a 1.10±0.04a 0.80±0.04b 2.2.4 复合磷添加量对产品综合指标的影响
在制作猪肉丸过程中添加复合磷酸盐可以改善产品的质构特性，提高肉丸的保水性[34]。由图7可知，复合磷酸盐添加量在0.1%~0.5%范围内，综合评分出现先增加后下降的趋势，最高点复合磷酸盐添加量为0.3%。由表8可知，适当添加复合磷酸盐可增加肉丸的硬度和咀嚼性，内聚性、弹性变化则不显著。当添加量大于4%时，内聚性、弹性值较低。这是因为复合磷酸盐的添加会导致结合水的横向弛豫时间和不易流动水的横向弛豫时间缩短，不易流动水的横向驰豫峰面积百分比增加，导致部分自由水转化为不易流动水，从而提升了肉丸的保水能力[35]，同时，复合磷酸盐的添加具有提高肉类pH、螯合金属离子、解离肌动球蛋白等作用[36]。由此，选择复合磷酸盐添加量0.3%进行后续试验。
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图 7 复合磷酸盐的添加量对猪肉丸质构综合得分的影响Figure 7. Effect of composite phosphates addition on the comprehensive score of quality and texture表 8 复合磷酸盐添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响Table 8. Effects of composite phosphates addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of product复合磷酸盐
添加量（%）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 硬度 0.67±0.07b 0.68±0.06b 0.86±0.04a 0.81±0.02a 0.67±0.01b 内聚性 0.50±0.03b 0.50±0.02b 0.54±0.07ab 0.60±0.03a 0.49±0.06b 弹性 1.54±0.05b 1.61±0.01a 1.59±0.03ab 1.61±0.03ab 1.63±0.06ab 咀嚼性 0.55±0.01b 0.50±0.01b 0.80±0.08a 0.83±0.03a 0.55±0.06b 2.2.5 水分添加量对产品综合指标的影响
肉丸中添加适当的水可增加产品的多汁性和口感，但过量会引起肉丸蛋白质分子之间游离水过剩，导致产品松散，成型度及口感变差[37]。由图8可知，水分添加量在20%~40%的范围内，质构综合评分呈现先上升后下降的趋势（P<0.05），在水添加量30%时达到最高点。当水添加量小于30%时，肉丸不易成型。当水添加量大于30%时，组织松散，硬度低，弹性、咀嚼性较差，因此最优水分添加量固定为30%。
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图 8 水分添加量对猪肉丸质构综合得分的影响Figure 8. Effect of water addition on the comprehensive score of quality and texture表 9 水分添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响Table 9. Effects of water addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of product水分添加量（%） 20 25 30 35 40 硬度 0.83±0.07a 0.79±0.02a 0.85±0.06a 0.73±0.03b 0.69±0.07c 内聚性 0.55±0.06b 0.55±0.06b 0.62±0.01a 0.49±0.01b 0.50±0.07b 弹性 1.49±0.03c 1.59±0.04b 1.86±0.02a 1.56±0.07b 1.50±0.06b 咀嚼性 0.56±0.08b 0.62±0.02b 0.85±0.03a 0.58±0.05b 0.55±0.06b 2.3 Plackett-Burman试验结果与分析
Plackett-Burman可通过各因素两水平试验设计，比较所考察因素两水平的差异与整体的差异，确定因素的显著性[38]。利用Plackett-Burman试验设计对柚皮白瓤粉添加量、玉米淀粉添加量、盐添加量、复合磷酸盐添加量、水添加量这五个因素进行筛选，确定对质构综合评分影响显著的因素，试验设计及结果见表10，试验结果的统计分析见表11。
表 10 Plackett-Burman试验设计及结果Table 10. Plackett-Burman experimental design with experimental results实验号 A SADF添加量（%） B玉米淀粉添加量（%） C食盐添加量（%） D复合磷酸盐添加量（%） E水分添加量（%） 质构综合评分 预测值 差异（%） 1 −1（4） 1（25） 1（33） 1（0.4） −1（25） 1.0249 0.9803 1.577351 2 1（8） 1 −1（27） 1 1（35） 0.9013 0.9305 1.03271 3 1 −1（15） −1 −1（0.2） 1 1.1633 1.101 2.20334 4 −1 −1 −1 1 1 0.9957 1.0005 0.16976 5 −1 −1 −1 −1 −1 1.1433 1.1603 0.60123 6 1 1 1 −1 1 0.9131 0.9377 0.87002 7 1 1 −1 1 −1 1.0814 1.0736 0.27586 8 −1 1 −1 −1 −1 0.9874 1.0065 0.6755 9 −1 1 1 −1 1 0.8744 0.8539 0.725016 10 1 −1 1 −1 −1 1.2125 1.2346 0.7816 11 −1 −1 1 1 1 0.9668 0.991 0.85587 12 1 −1 1 1 −1 1.2237 1.2179 0.205126 表 11 Plackett-Burman的回归分析Table 11. Regression analysis (ANOVA) of Plackett-Burman来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 0.154571 5 0.030914 19.33 0.001 ** A SADF添加量（%） 0.021067 1 0.021067 13.18 0.011 * B玉米淀粉添加量（%） 0.070963 1 0.070963 44.38 0.001 ** C食盐添加量（%） 0.000271 1 0.000271 0.17 0.695 D复合磷酸盐添加量（%） 0.000837 1 0.000837 0.52 0.497 E水分添加量（%） 0.061433 1 0.061433 38.42 0.001 ** 残差 0.009594 6 0.001599 总和 0.164165 11 注：“*”表示结果差异显著（P<0.05），“**”表示结果差异极显著（P<0.01）。 由表11可知，SADF添加量对猪肉丸质构综合评分影响显著（P<0.05）；玉米淀粉添加量和水添加量对猪肉丸质构综合评分影响极显著（P<0.01）；盐添加量和复合磷酸盐添加量对猪肉丸质构综合评分影响不显著（P>0.05）。R²=0.9416，即有94.16%试验数据的差异可用该模型解释。故选取SADF添加量、玉米淀粉添加量和水添加量这3个因素进行Box-Behnken试验。
2.4 Box-Behnken试验结果与分析
根据表12试验结果，运用软件Design Expert 8.0.6对表的实验数据进行回归分析，可得综合分值的二次多项式回归关系式为：Y=1.24+0.094×A−0.046×B−0.014×C−0.0425×A×B−0.045×A×C+0.020×B×C−0.098×A2−0.053×B2−0.10×C2
表 12 Box-Behnken试验设计与结果Table 12. Box-Behnken design with response value实验号 A SADF添加量 B玉米淀粉添加量 C水分添加量 综合评分 1 −1 −1 0 1.0671 2 1 −1 0 1.2384 3 −1 1 0 0.9578 4 1 1 0 1.1121 5 −1 0 −1 0.9837 6 1 0 −1 1.1061 7 −1 0 1 0.8934 8 1 0 1 1.1940 9 0 −1 −1 1.1690 10 0 1 −1 1.0626 11 0 −1 1 1.0754 12 0 1 1 1.0481 13 0 0 0 1.2218 14 0 0 0 1.2660 15 0 0 0 1.2596 16 0 0 0 1.2430 17 0 0 0 1.2341 由表13可知，失拟项不显著（P>0.05），说明回归方程不失拟，表明所选模型适合，可以用该模型来拟合实验；回归模型的决定系数R²=0.9753，校正决定系数R²Adj=0.9436，表明模型解释度和相关性都较好；模型P值极显著（P<0.01），说明回归方程能较好的拟合实验结果。方程中，因素A、B、A²、B²、C²对产品质构综合评分影响极显著（P<0.01），因素AC对产品质构综合评分影响显著（P<0.05），因素C、AB、BC对产品质构综合评分影响不显著（P>0.05）。
表 13 响应面试验方差分析Table 13. Analysis of response surface experiment variance方差来源 平方和 自由度 均方和 F值 P值 显著性 模型 0.21 9 0.023 30.73 <0.0001 ** A 0.07 1 0.07 94.38 <0.0001 ** B 0.017 1 0.017 22.97 0.002 ** C 0.00153 1 0.00153 2.06 0.1947 AB 0.00007 1 0.00007 0.097 0.7641 AC 0.00794 1 0.00794 10.7 0.0137 * BC 0.00156 1 0.00156 2.11 0.1899 A2 0.04 1 0.04 54.22 0.0002 ** B2 0.012 1 0.012 16.11 0.0051 ** C2 0.045 1 0.045 59.99 0.0001 ** 残差 0.00520 7 0.00074 失拟项 0.00388 3 0.00129 3.93 0.1095 纯误差 0.00132 4 0.00033 总离差 0.21 16 注：**表示极显著，P<0.01；*表示显著，P<0.05。 因素A和B，A和C，B和C两两交互作用的响应面图和等高线图见图9~图11。图9和图11可响应曲面的坡度较平缓，等高线较稀疏，说明AB、BC交互作用不显著，而图10响应曲面的坡度较陡峭，等高线呈较均匀且紧密的微椭圆形分布，说明AC交互作用显著，这与表13方差分析结果PAB（0.7641>0.05），PAC（0.0137<0.05），PBC（0.1899>0.05）具有一致性。
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图 9 SADF添加量和玉米淀粉添加量交互作用的响应面图和等高线图Figure 9. Response surface map and contour plots of the interaction between the addition of SADF and corn starch![]()
图 11 玉米淀粉添加量和水分添加量交互作用的响应面图和等高线图Figure 11. Response surface map and contour plots of the interaction between the addition of corn starch and water![]()
图 10 SADF添加量和水分添加量交互作用的响应面图和等高线图Figure 10. Response surface map and contour plots of the interaction between the addition of SADF and water2.5 最优组合确定和验证
经过软件Design Expert 8.0.6优化，得到猪肉丸的最优加工配方为：以猪肉糜质量为基准，SADF添加量6.49%、玉米淀粉添加量18.64%、水分添加量29.98%，在此组合下预测综合评分为1.2782。经验证，在上述配方下测得猪肉丸硬度1.01，内聚性0.76，弹性2.13，咀嚼性1.14，综合评分为1.2281，实际值与预测值相对误差为3.92%（<0.05），说明经优化得到的工艺参数基本准确可靠，可应用于实际生产。
2.6 猪肉丸微观结构观察
不添加SADF和添加6.49%SADF的猪肉丸光学微观结构如图12a和图12b所示，添加SADF组（图12b）显微结构较不添加组（图12a）颗粒状增多，且质地更加致密，孔洞面积和数量减少。此结果出现的原因是由于果胶的加入导致凝胶的网络结构更加致密和紧凑，使肉丸粘度增大。这与任多多等[39]对果胶特性的研究结果一致。
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图 12 光学显微镜观察猪肉丸微观结构（目镜10×，物镜40×）注：a：不添加SADF；b：添加SADF。Figure 12. Microstructure of pork meatballs observed by optical microscope (eyepiece 10×, objective 40×)扫描电镜观察猪肉丸结构图如图13所示。由图可知，不添加SADF组的猪肉丸横截面疏松多孔，结构松散粗糙，此时猪肉丸内部凝胶网络结构不够细致紧密，孔径不均匀且形成了较多且相对较大的腔室结构，而添加6.49% SADF后的肉丸横截面平坦光滑，微观结构细密均匀，可能是因为肉丸内部凝胶网络相互交联程度增强所致[40−41]，由此可见适量SADF的添加有利于改善肉丸的整体结构。
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图 13 扫描电镜观察猪肉丸微观结构（500×）注：a：不添加SADF；b：添加SADF。Figure 13. Microstructure of pig meatballs observed by SEM (500×)3. 结论
本研究通过单因素、Plackett-Burman结合Box-Behnken试验设计，构建基于硬度（X1）、内聚性（X2）、弹性（X3）、咀嚼性（X4）四个质构指标的综合评分（Y）模型，得到琯溪蜜柚海绵层SADF猪肉丸的最优加工配方为：以猪肉糜质量为基准，SADF添加量6.49%、玉米淀粉添加量18.64%、水分添加量29.98%，在此组合下综合评分为1.2281，与模型预测值（1.2782）差异不显著（P>0.05）。用光学显微镜和扫描电镜观察发现，适量SADF的添加有利于改善猪肉丸的整体结构，使其微观结构细密均匀，内部凝胶网络相互交联程度增强。本研究不仅提升了猪肉丸产品质构与营养品质，还一定程度实现了蜜柚废弃物的综合利用，为肉糜类产品优化创新提供了新思路。与此同时，琯溪蜜柚海绵层SADF/IADF添加对猪肉丸加工及贮藏特性的影响及作用机制将有待进一步探究。
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图 2 不同浓度VC和SADF的羟自由基清除率
注：A：VC；B：SADF；不同字母的数值表示差异显著（P<0.05）。
Figure 2. Hydroxyl radical scavenging rates of different concentrations of VC and SADF
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图 3 因子分析的碎石图和主成分分布图
注：A：碎石图；B：主成分分布图；V1、V2、V3、V4分别表示硬度、内聚性、弹性和咀嚼性。
Figure 3. Factor analysis of scree plot and principal component distribution
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图 5 玉米淀粉添加量对猪肉丸质构综合得分的影响
Figure 5. Effect of corn starch addition on the comprehensive score of quality and texture
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图 6 食盐添加量对猪肉丸质构综合得分的影响
Figure 6. Effect of salt addition on the comprehensive score of quality and texture
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图 7 复合磷酸盐的添加量对猪肉丸质构综合得分的影响
Figure 7. Effect of composite phosphates addition on the comprehensive score of quality and texture
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图 8 水分添加量对猪肉丸质构综合得分的影响
Figure 8. Effect of water addition on the comprehensive score of quality and texture
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图 9 SADF添加量和玉米淀粉添加量交互作用的响应面图和等高线图
Figure 9. Response surface map and contour plots of the interaction between the addition of SADF and corn starch
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图 11 玉米淀粉添加量和水分添加量交互作用的响应面图和等高线图
Figure 11. Response surface map and contour plots of the interaction between the addition of corn starch and water
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图 10 SADF添加量和水分添加量交互作用的响应面图和等高线图
Figure 10. Response surface map and contour plots of the interaction between the addition of SADF and water
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图 12 光学显微镜观察猪肉丸微观结构（目镜10×，物镜40×）
注：a：不添加SADF；b：添加SADF。
Figure 12. Microstructure of pork meatballs observed by optical microscope (eyepiece 10×, objective 40×)
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图 13 扫描电镜观察猪肉丸微观结构（500×）
注：a：不添加SADF；b：添加SADF。
Figure 13. Microstructure of pig meatballs observed by SEM (500×)
表 1 Plackett-Burman试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of Plackett-Burman design
因素 水平 −1 1 A SADF添加量（%） 4 8 B 玉米淀粉添加量（%） 15 25 C 食盐添加量（%） 2 4 D 复合磷酸盐添加量（%） 0.2 0.4 E 水添加量（%） 25 35 
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表 2 响应面试验因素与水平
Table 2 Factors and levels of response surface design
因素 水平 −1 0 1 A SADF添加量（%） 5 6 7 B 玉米淀粉添加量（%） 17 20 23 C 水分添加量（%） 27 30 33
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表 3 琯溪蜜柚海绵层SADF对猪肉丸硬度、内聚性、弹性、咀嚼性的影响
Table 3 Effects of SADF from pomelo sponge peel on hardness, cohesiveness, elasticity and chewiness of pork meatball
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表 4 质构指标降维模型的KMO和巴特利球形检验
Table 4 KMO and Bartlett sphere tests for dimensional reduction models of qualitative and structural indices
项目 数值 充分抽样的Kaiser-Meyer-Olkin度量 0.569 Bartlett球形度检验 近似卡方 19.204 自由度 6 显著性 0.004
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表 5 解释的总方差
Table 5 Total variance of interpretation
成分 初始特征值 提取平方和载入 合计 方差的贡献率
（%）累积
（%）合计 方差的贡献率
（%）累积
（%）1 3.362 84.055 84.055 3.362 84.055 84.055 2 0.625 15.627 99.681 0.625 15.627 99.681 3 0.012 0.290 99.971 4 0.001 0.029 100.000
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表 6 玉米淀粉添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响
Table 6 Effects of corn starch addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of products
玉米淀粉
添加量（%）5 10 15 20 25 硬度 0.52±0.07d 0.66±0.06c 0.77±0.05b 0.93±0.01a 0.76±0.06b 内聚性 0.57±0.02a 0.52±0.03a 0.55±0.08a 0.58±0.05a 0.59±0.05a 弹性 1.54±0.05b 1.70±0.03ab 1.74±0.09a 1.72±0.03ab 1.67±0.06ab 咀嚼性 0.45±0.02d 0.68±0.02c 0.78±0.05b 1.03±0.04a 0.80±0.03b
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表 7 食盐添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响
Table 7 Effects of salt addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of product
食盐添加量
（%）1 2 3 4 5 硬度 0.69±0.07c 0.78±0.08b 1.04±0.02a 0.99±0.06a 0.81±0.05b 内聚性 0.51±0.07b 0.56±0.03ab 0.66±0.07a 0.64±0.06a 0.58±0.04ab 弹性 1.60±0.01a 1.65±0.02a 1.60±0.03a 1.67±0.04a 1.59±0.08a 咀嚼性 0.60±0.04c 0.78±0.02b 1.15±0.09a 1.10±0.04a 0.80±0.04b
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表 8 复合磷酸盐添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响
Table 8 Effects of composite phosphates addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of product
复合磷酸盐
添加量（%）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 硬度 0.67±0.07b 0.68±0.06b 0.86±0.04a 0.81±0.02a 0.67±0.01b 内聚性 0.50±0.03b 0.50±0.02b 0.54±0.07ab 0.60±0.03a 0.49±0.06b 弹性 1.54±0.05b 1.61±0.01a 1.59±0.03ab 1.61±0.03ab 1.63±0.06ab 咀嚼性 0.55±0.01b 0.50±0.01b 0.80±0.08a 0.83±0.03a 0.55±0.06b
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表 9 水分添加量对猪肉丸硬度、内聚性、弹性和咀嚼性的影响
Table 9 Effects of water addition on hardness, cohesion, elasticity and chewiness of product
水分添加量（%） 20 25 30 35 40 硬度 0.83±0.07a 0.79±0.02a 0.85±0.06a 0.73±0.03b 0.69±0.07c 内聚性 0.55±0.06b 0.55±0.06b 0.62±0.01a 0.49±0.01b 0.50±0.07b 弹性 1.49±0.03c 1.59±0.04b 1.86±0.02a 1.56±0.07b 1.50±0.06b 咀嚼性 0.56±0.08b 0.62±0.02b 0.85±0.03a 0.58±0.05b 0.55±0.06b
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表 10 Plackett-Burman试验设计及结果
Table 10 Plackett-Burman experimental design with experimental results
实验号 A SADF添加量（%） B玉米淀粉添加量（%） C食盐添加量（%） D复合磷酸盐添加量（%） E水分添加量（%） 质构综合评分 预测值 差异（%） 1 −1（4） 1（25） 1（33） 1（0.4） −1（25） 1.0249 0.9803 1.577351 2 1（8） 1 −1（27） 1 1（35） 0.9013 0.9305 1.03271 3 1 −1（15） −1 −1（0.2） 1 1.1633 1.101 2.20334 4 −1 −1 −1 1 1 0.9957 1.0005 0.16976 5 −1 −1 −1 −1 −1 1.1433 1.1603 0.60123 6 1 1 1 −1 1 0.9131 0.9377 0.87002 7 1 1 −1 1 −1 1.0814 1.0736 0.27586 8 −1 1 −1 −1 −1 0.9874 1.0065 0.6755 9 −1 1 1 −1 1 0.8744 0.8539 0.725016 10 1 −1 1 −1 −1 1.2125 1.2346 0.7816 11 −1 −1 1 1 1 0.9668 0.991 0.85587 12 1 −1 1 1 −1 1.2237 1.2179 0.205126
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表 11 Plackett-Burman的回归分析
Table 11 Regression analysis (ANOVA) of Plackett-Burman
来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 0.154571 5 0.030914 19.33 0.001 ** A SADF添加量（%） 0.021067 1 0.021067 13.18 0.011 * B玉米淀粉添加量（%） 0.070963 1 0.070963 44.38 0.001 ** C食盐添加量（%） 0.000271 1 0.000271 0.17 0.695 D复合磷酸盐添加量（%） 0.000837 1 0.000837 0.52 0.497 E水分添加量（%） 0.061433 1 0.061433 38.42 0.001 ** 残差 0.009594 6 0.001599 总和 0.164165 11 注：“*”表示结果差异显著（P<0.05），“**”表示结果差异极显著（P<0.01）。
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表 12 Box-Behnken试验设计与结果
Table 12 Box-Behnken design with response value
实验号 A SADF添加量 B玉米淀粉添加量 C水分添加量 综合评分 1 −1 −1 0 1.0671 2 1 −1 0 1.2384 3 −1 1 0 0.9578 4 1 1 0 1.1121 5 −1 0 −1 0.9837 6 1 0 −1 1.1061 7 −1 0 1 0.8934 8 1 0 1 1.1940 9 0 −1 −1 1.1690 10 0 1 −1 1.0626 11 0 −1 1 1.0754 12 0 1 1 1.0481 13 0 0 0 1.2218 14 0 0 0 1.2660 15 0 0 0 1.2596 16 0 0 0 1.2430 17 0 0 0 1.2341
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表 13 响应面试验方差分析
Table 13 Analysis of response surface experiment variance
方差来源 平方和 自由度 均方和 F值 P值 显著性 模型 0.21 9 0.023 30.73 <0.0001 ** A 0.07 1 0.07 94.38 <0.0001 ** B 0.017 1 0.017 22.97 0.002 ** C 0.00153 1 0.00153 2.06 0.1947 AB 0.00007 1 0.00007 0.097 0.7641 AC 0.00794 1 0.00794 10.7 0.0137 * BC 0.00156 1 0.00156 2.11 0.1899 A2 0.04 1 0.04 54.22 0.0002 ** B2 0.012 1 0.012 16.11 0.0051 ** C2 0.045 1 0.045 59.99 0.0001 ** 残差 0.00520 7 0.00074 失拟项 0.00388 3 0.00129 3.93 0.1095 纯误差 0.00132 4 0.00033 总离差 0.21 16 注：**表示极显著，P<0.01；*表示显著，P<0.05。
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