基于主成分分析和响应曲面法的烤肉腌制剂配方优化

李安林; 王琳; 许程剑; 周宇; 熊双丽

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022080015

基于主成分分析和响应曲面法的烤肉腌制剂配方优化

李安林^1,,
王琳²,
许程剑³,
周宇³,
熊双丽^3, ,

1.
四川旅游学院图书馆，四川成都 610100
2.
西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010
3.
四川旅游学院食品学院，四川成都 610100

基金项目: 烹饪科学四川省高等学校重点实验室2021年开放基金项目（PRKX2021Z05）；四川旅游学院科研团队项目（21SCTUTY03）。

详细信息

作者简介:
李安林（1977−），男，硕士研究生，研究方向：功能性食品加工与安全，E-mail：313266270@qq.com

通讯作者:
熊双丽（1977−），女，博士，教授，研究方向：功能性食品加工与安全，E-mail：lxberry225@163.com

中图分类号: TS251
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出版历程
- 收稿日期: 2022-08-02
- 网络出版日期: 2023-03-16
- 刊出日期: 2023-05-14

Optimization of Roasted Pork Curing Agent Formulation Based on Principal Component Analysis and Response Surface Methodology

1.
Library, Sichuan Tourism University, Chengdu 610100, China
2.
School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China
3.
Food College, Sichuan Tourism University, Chengdu 610100, China

摘要

摘要: 论文以猪里脊肉为原料，考察茶多酚、大豆分离蛋白和大蒜对烤肉品质的影响。以感官评分、色泽、丙二醛含量和过氧化值为响应指标，通过进行单因素、主成分分析及Box-Benhnken响应曲面设计优化烤制猪肉腌制剂配方。结果表明，单因素实验中茶多酚对烤肉感官评分影响不显著。感官评分随大豆分离蛋白、大蒜和菜籽油添加量的加大，皆呈先升高后降低趋势，在三者分别为2%、5%和12%时最高。大豆分离蛋白和茶多酚抑制脂肪氧化效果优于大蒜和菜籽油，茶多酚和菜籽油能较好提升烤肉L^*值。主成分分析及Box-Benhnken响应曲面设计优化结果显示，各添加剂最佳添加量分别为大蒜4.8%、大豆分离蛋白2.0%、菜籽油12.0%，茶多酚0.03%，得到规范化综合评分0.95，与预测值0.98基本一致。该主成分分析和响应面设计优化的腌制剂配方对实际生产具有一定指导意义。
- 里脊肉 /
- 腌制剂 /
- 主成分分析 /
- 响应面法 /
- 配方
Abstract: The effects of tea polyphenols, soy protein isolate and garlic on the quality of pork fillet were investigated. Sensory score, color value, malondialdehyde content and peroxide value were used as evaluation indexes to optimize recipe of roast pork marinade by single factor, principal component analysis and Box-Benhnken response surface design. Results showed that, in the single factor experiments, the tea polyphenols had no significant effect on the sensory score of roast meat. With the increase of soy protein isolate, garlic and rapeseed oil, the sensory score increased first and then decreased, and reached the highest when they were 2%, 5% and 12% respectively. The effect of soybean protein isolate and tea polyphenols on improving fat oxidation was better than those of garlic and rapeseed oil. Tea polyphenols and rapeseed oil can improve the L^* value of roast pork. The optimal dosage of each additive was 4.8% of garlic, 2.0% of soybean protein isolate, 12.0% of rapeseed oil and 0.03% of tea polyphenols, respectively. The standardized comprehensive score was 0.95, which was basically consistent with the predicted value of 0.98. The formula optimized by principal component analysis and response surface design would have a certain guiding significance for practical production.
- tenderloin /
- curing agent /
- principal component analysis /
- response surface method /
- formula

HTML全文

猪肉作为中国传统消费肉类食品，资源广，易获取，营养丰富，是较好的烤肉食材。烤肉具有风味独特、色泽诱人、香味浓郁等特点，深受国内外消费者喜爱^[1]。但由于烤肉含有一定脂肪，又属于

高温肉制品，烧烤或烤制过程中，其脂肪更容易氧化形成脂烷基自由基、过氧自由基和烷氧自由基，原料肉中肌酸、葡萄糖和氨基酸容易反应形成致癌物质杂环芳香胺，具有一定潜在安全风险^[2-3]。

腌制处理对改善肉制品风味、色泽和嫩度，提升其贮运品质具有重要作用，其中腌制剂配方又至关重要。该过程中，腌制剂中主要调味料和活性成分扩散入肉中，肉中蛋白质和脂肪溶解扩散及水分迁移等形成新的交联结构，从而改善质地、感官品质，影响杂环胺等有害物质形成^[4]。有研究表明，加入抗氧化剂是降低氧化程度和抑制杂环芳香胺生成的常用方法^[5]。Yan等^[6]在研究同时测定烤制猪肉饼中典型杂环胺测定方法时，发现在新鲜碎肉中添加0.0375%的虾青素能显著降低烤肉杂环胺50%以上。茶多酚、大蒜具有清除自由基、抗氧化活性及阻止杂环胺形成的功能^[7-9]，大豆分离蛋白具有较好保水性，常用于肉制品加工^[10-11]。

茶多酚、大蒜、大豆分离蛋白、菜籽油对烤肉脂肪氧化及食用品质的影响的相关研究较少。本研究以猪里脊肉为研究对象，在腌制剂中加入具有较好抗氧化活性或保水性较好的茶多酚、大蒜、豆分离蛋白和菜籽油，以烤肉感官评价、色泽、过氧化值和丙二醛含量为响应值，通过单因素、主成分分析和响应曲面研究四种添加剂对烤肉食用品质及脂肪氧化的影响，并优化腌制剂配方，旨在为烤肉加工过程品质控制提供新的思路和技术参考。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

里脊肉（新鲜肉）　绵阳四汇勋洋贸易有限公司；鸡精　四川国莎实业有限公司；食盐　中盐东兴盐化股份有限公司；辣椒粉　四川翠宏食品有限公司；花椒粉、孜然粉　四川晨鑫食品有限公司；十三香　驻马店市王守义十三香调味品基团有限公司；大豆分离蛋白　临沂山松生物制品有限公司；大蒜、柠檬　四川省绵阳市涪城区青义镇福润万家超市；茶多酚（98%）　广州万汇配料商城；嫩肉粉　广汉市香之道食品有限公司；三氯乙酸、乙二胺四乙酸二钠、冰乙酸、三氯甲烷、碘化钾、石油醚（沸程为30~60 ℃）、无水硫酸钠、可溶性淀粉　分析纯，成都市科隆化学品有限公司。

OPTO-LAB胴体肉质颜色测定仪　德国MATTHAUS公司；UV1800紫外可见分光光度计　翱艺仪器（上海）有限公司；THZ-82A数显气浴恒温振荡器　常州普天仪器制造有限公司；RE-52B旋转蒸发仪　上海亚荣生化仪器厂；YH-36远红外食品烤炉　成都瑞昌仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 烤肉制作工艺

选用同品种、同批次、相同部位的里脊肉，冷冻6 h后用切片机切成3 mm厚肉片，分装为100 g/份，放在冷藏室，第2 d备用。经预实验得到腌制剂基础配方：以里脊肉为基准，鸡精0.3%、食盐1.1%、菜籽油11.0%、辣椒粉3.2%、花椒粉0.5%、十三香1.0%、孜然粉0.3%、大豆分离蛋白1.5%、大蒜5.0%、嫩肉粉1.0%。先将鸡精、食盐等调料置于盆中混匀后，再加入菜籽油，将所有腌制剂混匀后加入里脊肉片，均匀混合。常温常压下腌制20 min后，将混合均匀的肉片平铺在烤网上，烤炉上下火提前预热到170 ℃后烤制8 min。

1.2.2 单因素实验

根据基础配方，固定其他条件，分别研究茶多酚（0%、0.010%、0.015%、0.020%、0.025%、0.030%）、大豆分离蛋白（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）、大蒜（0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%、8.0%）和菜籽油（0%、9.0%、10.0%、11.0%、12.0%、13.0%）对烤肉品质的影响。

1.2.3 响应面试验设计

在单因素实验基础上，根据Box-Benhnken试验设计原理，选择大蒜添加量（A）、大豆分离蛋白添加量（B）、菜籽油添加量（C）三个影响因子作为因素，烤制温度170 ℃，烤制时间8 min，以感官评价、过氧化值、丙二醛的规范化综合评分为响应值，进一步优化腌制剂配方，响应面实验因素及水平见表1。

表 1 Box-Behnken设计因素与水平

Table 1. Factors and levels of Box-Behnken design experiment

水平	因素
水平	A大蒜添加量（%）	B大豆分离蛋白添加量（%）	C菜籽油添加量（%）
−1	4.0	1.5	11.0
0	5.0	2.0	12.0
1	6.0	2.5	13.0

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1.2.4 烤肉感官评分

由10人组成专业评定小组（男女比例3:2），评价每个样品后用清水漱口，2 min后再进行下一个样品的评定。综合文献[12-14]，结合本实验实际情况，制定烤肉感官评分标准与细则（表2）。

表 2 烤肉感官评分标准与细则

Table 2. Criteria for sensory evaluation of roast meat

指标	评价标准	得分
色泽（20分）	色泽红色偏金黄，让人有强烈的食欲	16~20
	色泽白色偏黄，让人有些食欲	11~15
	色泽偏白或黄色偏黑	6~10
	色泽呈深棕发黑，让人完全没有食欲	0~5
组织状态（25分）	干爽结实，表面整齐，渗油，弹性小	19~25
	稍干爽，组织结实，有渗油现象，表皮微有弹性或表皮过硬	12~18
	表皮潮湿，肉质较软，有弹性	6~11
	表面凹凸不平，无渗油，无弹性	0~5
风味（30分）	烤肉味浓烈鲜香，无异味、酸味	26~32
	烤肉味较好，无异味、无强烈酸味	16~25
	烤肉味较淡或有糊味、酸味	8~15
	无烤肉特有味道或酸味过强	0~7
咀嚼性（25分）	咀嚼性好，肉感强，无油腻感	19~25
	易咀嚼，弹性好，较油腻	12~18
	咀嚼性一般，需要较多能量，油腻	6~11
	咀嚼困难，无弹性，质地干或油腻感较重	0~5
总分		100

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1.2.5 烤肉色差测定

清理烤肉表面调料，使用胴体肉质颜色测定仪对样品进行L^*、a^*、b^*测定，每个样品测定6次，取平均值。

1.2.6 丙二醛和过氧化值测定

丙二醛测定参照GB 5009.181-2016《食品安全国家标准食品中丙二醛的测定》中分光光度计法^[15]；过氧化值测定参照国标GB 5009.227-2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》滴定法^[16]。

1.2.7 主成分分析

将过氧化值、丙二醛、感官评分同趋势化后的数据进行主成分分析^[17]，得出特征值、贡献率、累计贡献率、成份矩阵。按照式（1）计算得出综合评分（Y）^[18]，再按照式（2）计算规范化综合评分（Z）^[19]，以其为响应值，优化腌制剂配方。

Y = Y_{1} C_{1} + Y_{2} C_{2}

$\text{Y}={\text{Y}}_{\text{1}}{\text{C}}_{\text{1}}+{\text{Y}}_{\text{2}}{\text{C}}_{\text{2}}$

(1)

Z = \frac{Y - Y_{min}}{Y_{max} - Y_{min}}

$\text{Z}=\frac{\text{Y}-{\text{Y}}_{\text{min}}}{{\text{Y}}_{\text{max}}-{\text{Y}}_{\text{min}}}$

(2)

式中：Y：综合评分；Y₁：第一主成分得分；C₁：第一主成分贡献率；Y₂：第二主成分得分；C₂：第二主成分贡献率；Z：规范化综合得分；Y_min：综合评分最小值；Y_max：综合评分最大值。

1.3 数据处理

每组实验均3次平行值，数据结果均以平均值±标准偏差表示。采用Microsoft Excel 2016整理数据，Origin2021软件绘图，SPSS 17.0对数据进行主成分分析及显著性分析，Design-Expert.V8.0.6.1对数据进行响应面试验设计与分析。

2. 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 茶多酚添加量对烤肉品质的影响

茶多酚对烤肉感官评分与脂肪氧化的影响变化规律见图1。从图1a可知，茶多酚添加量对烤肉感官评分影响不显著（P>0.05），未呈现出一定规律，在0.03%时，感官评分相对最高。由图1b可知，0.01%~0.03%范围内，与0添加组比较，茶多酚对烤肉脂肪氧化均有显著抑制作用（P<0.05），随浓度增加，丙二醛含量有一定的波动，先降低，至0.015%时有个较高拐点值，随后一直降低，热加工过程中发生的化学反应与氧化过程同步进行，茶多酚的抗氧化活性比较复杂^[20]，呈现此趋势的原因有待进一步探讨。过氧化值一直呈降低趋势，在0.03%时达到显著水平（P<0.05）。这与Bao等^[21]研究相似，其研究表明在腌制剂中添加0.03%茶多酚可以降低烤肉的氧化速率。这可能是因为茶多酚中的多个酚羟基在高温油制食品中加工过程中可提供质子活性，还原力强，可阻止脂质过氧化物自由基形成，阻断油脂链式氧化反应^[22]。

图 1 茶多酚添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

注：同一折线图或同一柱状图中标注不同字母者具有显著性差异（P<0.05），相同字母为差异不显著（P>0.05）；图2~图4同。

Figure 1. Effects of tea polyphenols on sensory and fat oxidation of roasted pork

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色泽是评价肉品外观的重要指标之一，L^*、a^*和b^*值分别反映烤肉表面折射光亮度、红度和黄度变化。表3反映了茶多酚对烤肉色泽的影响。在0.01%~0.03%范围内，与未添加组相比，烤肉L^*和b^*值均显著增加（P<0.05），a^*变化差异不显著（P>0.05）。随茶多酚添加量的增加，L^*和b^*值均逐渐升高，逐渐升高，达到显著水平（P<0.05），这与Turgut等^[23]研究报道一致，b^*值增加可能是肉品烤制过程中，蛋白质及脂肪中的羰基、氨基化合物高温下发生美拉德反应导致颜色变黄。a^*值变化不显著，可能是茶多酚阻止氧合肌红蛋白的氧化作用，减缓亮红色的氧合肌红蛋白被氧化为褐色的高铁肌红蛋白、亚铁离子被氧化为铁离子，起到保护颜色的作用^[24]。总体来看，茶多酚适宜添加量为0.03%。

表 3 茶多酚添加量对烤肉色差的影响

Table 3. Effect of adding amount of tea polyphenols on color of roast meat

茶多酚添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0	28.67±1.51^c	17.10±1.60^a	28.67±1.63^bc
0.010	30.67±1.37^b	18.00±0.50^a	29.08±1.22^c
0.015	31.28±1.70^b	18.00±1.00^a	30.14±1.07^b
0.020	31.50±1.50^b	17.67±0.47^a	30.17±1.07^b
0.025	31.50±1.52^b	17.83±0.75^a	30.33±0.82^b
0.030	33.83±0.98^a	18.50±0.55^a	32.17±0.75^a
注：表中肩注不相同字母表示差异显著（P<0.05）；同列肩注相同字母表示差异不显著（P>0.05）；表4~表6同。

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2.1.2 大豆分离蛋白添加量对烤肉品质的影响

大豆分离蛋白添加量对烤肉感官评价和脂肪的影响的变化规律见图2。由图2a可知，随大豆分离蛋白含量增加，烤肉感官评分先上升后下降，为2.0%时达最大值，达到显著水平（P<0.05），进一步增加却引起感官评分略微下降，粉质感较重，口感下降。从图2b可见。大豆蛋白含量增加与丙二醛和过氧化值含量之间均呈反相关，两者一直下降，丙二醛含量下降更为明显，各添加组均显著低于未添加组（P<0.05），达2.5%时，添加组过氧化值显著低于未添加组（P<0.05）。丙二醛和过氧化值均降低，可能归结于大豆分离蛋白在高温状态下水解形成肽和游离氨基酸，后者具有较强的抗氧化活性，抑制高温条件下的自由基及中间产物生成，阻断脂质持续氧化^[25]。

图 2 大豆分离蛋白添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

Figure 2. Effect of addition amount of soy protein isolate on sensory and fat oxidation of roasted pork

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大豆分离蛋白对烤肉色泽的影响见表4。各添加组对烤肉的色泽影响均不显著（P>0.05）。因此，综合感官和脂肪氧化结果，大豆分离蛋白适宜范围1.5%~2.5%，将其作为响应面设计水平。

表 4 大豆分离蛋白添加量对烤肉色差的影响

Table 4. Effect of adding amount of soy protein isolate on color of roast meat

大豆分离蛋白添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0.0	28.80±1.30^a	17.60±0.55^a	29.00±0.75^a
0.5	28.50±1.73^a	17.50±0.58^a	30.25±0.96^a
1.0	28.40±0.55^a	17.80±1.30^a	29.60±1.34^a
1.5	27.60±1.52^a	18.20±0.84^a	30.00±0.71^a
2.0	27.60±1.14^a	18.00±1.00^a	30.00±1.22^a
2.5	27.20±1.79^a	18.00±0.71^a	28.20±1.92^a

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2.1.3 大蒜添加量对烤肉品质的影响

大蒜对烤肉感官和脂肪氧化的影响规律见图3。与未添加组相比，各添加组感官评分均显著升高（P<0.05），随大蒜添加量增加，各组感官评分呈先升高后降低趋势，当大蒜添加量超过5.0%后，由于大蒜素的特殊性气味过重^[26]，感官评分开始下降。由图3b可知，各大蒜添加组过氧化值均显著低于未添加组（P<0.05）。随大蒜添加量增加，过氧化值降低后增加，随后再持续降低，丙二醛含量在达到最高值（大蒜添加量6%）后又逐渐降低，最后与未添加组差异不显著（P>0.05）。丙二醛为氢过氧化物的裂解产物^[27]，过氧化值总体降低的情况下，丙二醛含量却先升高后降低，这可能与两者的生成速率相关^[28]。添加大蒜后，由于大蒜的抗氧化作用，脂肪氧化减弱，过氧化物降低^[26]，但其也可能增加了过氧化物的分解速率，加速丙二醛的形成，随着大蒜添加量的进一步增加，其形成速率又进一步降低。

图 3 大蒜添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

Figure 3. Effects of garlic addition on sensory and fat oxidation of roasted pork

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大蒜添加量对烤肉色差的影响变化规律见表5。当大蒜添加量为6.0%、7.0%时，与0添加量组相比，L^*值显著下降（P<0.05），其余各组之间影响不显著（P>0.05）；添加量为8.0%时L^*值与对照组无明显差别（P>0.05）；大蒜添加量对a^*值和b^*值无显著影响（P>0.05）。综合感官评价、色差、脂肪氧化结果分析，大蒜适宜范围为4.0%~6.0%，将其作为响应面设计水平。

表 5 大蒜添加量对烤肉色差的影响

Table 5. Effect of adding amount of garlic on color of roast meat

大蒜添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0.0	27.75±0.96^a	21.00±2.45^a	30.75±2.06^a
4.0	28.40±1.52^a	19.60±1.67^a	29.20±1.30^a
5.0	28.00±1.00^a	19.60±1.14^a	28.60±2.19^a
6.0	24.00±0.82^b	18.00±0.00^a	27.75±0.96^a
7.0	25.00±1.00^b	18.00±0.00^a	27.67±0.58^a
8.0	27.50±0.71^a	18.00±2.83^a	29.00±1.41^a

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2.1.4 菜籽油添加量对烤肉品质影响

菜籽油对烤肉感官和脂肪氧化的影响规律见图4。从图4a中可以看出，所有菜籽油添加组感官评分均显著高于未添加组（P<0.05），且随其添加量的增加，烤肉感官评分逐渐增加，当超过12%以后，反而降低。未添加菜籽油组，烤肉质地干硬，难以咀嚼，色泽偏黄无光泽，食欲感不强，烤肉味不足。由图4b可以看出，随菜籽油添加量的增加，菜籽油添加组丙二醛含量和过氧化值均先升高后降低（10%拐点），菜籽油达11%时，各组丙二醛含量与未添加组差异不显著（P>0.05）。

图 4 菜籽油添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

Figure 4. Effects of rapeseed oil on sensory and fat oxidation of roasted pork

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菜籽油添加量对烤肉色差的影响见表6。菜籽油的添加对烤肉色差影响从大至小分别为L^*、b^*和a^*值，对L^*值有较大影响，各添加组均显著大于未添加组（P<0.05），13%时的L^*值最大，12%时L^*值最小；对a^*值影响不大，各添加组a^*值与未添加组之间差异不显著（P>0.05）；对b^*值有一定影响，菜籽油添加组均大于未添加组，9%时b^*值最高，其次为菜籽油13%时，可能是猪肉在高温条件下，菜籽油的添加，使肉中水分不易蒸发损失，发生美拉德反应，使食品呈现金黄色^[29]，同时菜籽油的添加会增加烤肉表面的光泽度，使L^*值升高。因此，综合来看，菜籽油适宜添加量范围为11.0%~13.0%，将其作为响应面设计水平。

表 6 菜籽油添加量对烤肉色差的影响

Table 6. Effect of adding amount of rapeseed oil on color of roasted pork

菜籽油添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0.0	30.17±0.75^d	20.50±1.22^a	30.67±1.03^b
9.0	35.33±1.53^ab	20.66±0.58^a	34.33±1.15^a
10.0	33.50±1.29^bc	18.75±1.26^a	31.75±0.50^b
11.0	35.33±1.53^ab	19.00±1.00^a	32.33±2.52^ab
12.0	31.85±1.21^cd	18.57±1.72^a	30.42±1.27^b
13.0	35.80±1.10^a	18.80±1.92^a	33.00±1.22^ab

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2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

根据以上单因素实验结果，以大蒜添加量（A）、大豆分离蛋白添加量（B）、菜籽油添加量（C）为因素，以感官评分、丙二醛、过氧化值作为响应值，采用Box-Benhnken试验设计，其设计水平和结果如表7所示。

表 7 响应面试验设计及结果

Table 7. Response surface test design and results

实验号	A大蒜添加量	B大豆分离蛋白添加量	C菜籽油添加量	感官评分（分）	丙二醛（mg/kg）	过氧化值（mmol/kg）
1	0	0	0	83.0	1.53	2.01
2	0	0	0	82.0	1.52	2.04
3	0	0	0	84.0	1.54	2.01
4	0	0	0	83.0	1.53	2.08
5	0	−1	−1	77.0	1.57	2.41
6	0	−1	1	77.0	1.57	2.22
7	0	1	−1	78.0	1.58	2.11
8	1	0	−1	76.0	1.66	2.62
9	−1	−1	0	76.0	1.48	2.66
10	1	−1	0	74.0	1.67	2.79
11	1	0	1	73.0	1.76	2.75
12	−1	0	1	77.0	1.54	2.56
13	−1	1	0	76.0	1.57	2.66
14	1	1	0	74.0	1.69	2.45
15	0	1	1	75.0	1.69	2.14
16	0	0	0	81.0	1.53	2.02
17	−1	0	−1	75.0	1.53	2.70

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2.2.2 主成分分析

对表7响应值丙二醛、过氧化值、感官评分作同趋势化处理后进行主成分分析，其特征值与累计贡献率如表8所示，第一、二主成分累计贡献率96.58%>85%，说明提取前两个主成分能够全面反应烤肉品质。

表 8 主成分特征值与累计贡献率

Table 8. Principal component eigenvalues and cumulative contribution rate

成分	初始特征值			提取平方和载入
成分	合计	方差贡献率（%）	累积贡献率（%）	合计	方差贡献率（%）	累积贡献率（%）
1	2.24	74.81	74.81	2.24	74.81	74.81
2	0.65	21.77	96.58	0.65	21.77	96.58
3	0.10	3.42	100.00

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由于数据差异化较大，为消除量纲，将表7的数据同趋势化处理后再进行标准化，再利用表9成分矩阵计算得出第一、第二主成分得分，根据式（1）计算出综合评分（Y），根据式（2）计算规范化综合评分（Z），第一、二主成分得分、综合评分及规范化综合评分如表10。

表 9 成分矩阵

Table 9. Composition matrix

指标	成分
指标	第一主成分	第二主成分
感官评分	0.966	−0.093
丙二醛倒数	0.749	0.656
过氧化值倒数	0.867	−0.463

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表 10 主成分得分及规范化综合评分

Table 10. Principal component scores and standardized scores

实验号	Y₁	Y₂	Y	Z
1	2.0517	−0.3176	1.4657	0.9813
2	1.8364	−0.1372	1.3439	0.9484
3	2.1860	−0.4616	1.5348	1.0000
4	1.8719	−0.1336	1.3712	0.9558
5	−0.1753	0.3251	−0.0604	0.5688
6	0.1380	−0.1282	0.0754	0.6055
7	0.5344	−0.4722	0.2970	0.6654
8	−1.2842	−0.1945	−1.0031	0.3140
9	−0.1435	1.8175	0.2883	0.6631
10	−1.9975	−0.0464	−1.5044	0.1785
11	−2.6341	−0.8922	−2.1648	0.0000
12	−0.2369	0.9002	0.0188	0.5902
13	−0.7908	0.7484	−0.4287	0.4693
14	−1.5720	−0.7451	−1.3382	0.2234
15	−0.7391	−1.3783	−0.8530	0.3546
16	1.6941	−0.2065	1.2224	0.9156
17	−0.7389	1.3223	−0.2649	0.5135

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2.2.3 响应面方差分析

利用Design-Expert 8.0.6.1软件对规范化综合评分进行分析，方差分析结果如表11，并得到二次多项回归模型：Z=0.96−0.19A−0.038B−0.064C+0.060AB−0.098AC−0.087BC−0.39A²+0.19B²−0.22C²。由表11可知，模型P<0.01，表明此模型极显著，失拟项P=0.8943>0.05，失拟项不显著，表明该回归方程拟合度较好。该模型决定系数R²=0.9968，校正决定系数 $R_{\rm{Adj}}^2$ =0.9928，表明该模型的实际值与预测值具有良好的相关性，具有统计学意义，可以预测烤肉的规范化综合评分。一次项A、B、C，交互项AB、AC、BC，二次项A²、B²对规范化综合得分影响极显著（P<0.01）。由F值可以看出，对烤肉规范化综合评分的影响大小为A>C>B。

表 11 方差分析

Table 11. Analysis of variance

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	P值	显著性
模型	1.4998	9	0.1666	243.2586	< 0.0001	**
A-大蒜添加量	0.2889	1	0.2889	421.6640	< 0.0001	**
B-大豆分离蛋白添加量	0.0115	1	0.0115	16.7763	0.0046	**
C-菜籽油添加量	0.0327	1	0.0327	47.7354	0.0002	**
AB	0.0142	1	0.0142	20.7981	0.0026	**
AC	0.0382	1	0.0382	55.7056	0.0001	**
BC	0.0302	1	0.0302	44.0761	0.0003	**
A²	0.6254	1	0.6254	912.8704	< 0.0001	**
B²	0.1540	1	0.1540	224.8222	< 0.0001	**
C²	0.2045	1	0.2045	298.5029	< 0.0001
残差	0.0048	7	0.0007
失拟项	0.0006	3	0.0002	0.1956	0.8944	NS
纯误差	0.0042	4	0.0010
总和	1.5046	16
R²	0.9968
$R_{{\rm{Adj}}}^2$	0.9928
注：“”表示显著（P<0.05），“*”表示极显著（P<0.01），“NS”表示不显著。

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2.2.4 各因素交互作用

大蒜、大豆分离蛋白和菜籽油之间的相互作用曲面图如图5所示。三因素两两之间的等高图均呈椭圆，说明各交互作用显著，与表11结果一致。图5a显示，大蒜添加量曲线比大豆分离蛋白添加量曲线斜率变化速率更快，说明在此交互作用中规范化综合评分受单位大蒜添加量的影响大于受单位大豆分离蛋白添加量的影响。图5b显示，大蒜添加量曲线比菜籽油添加量曲线斜率变化速率更慢，说明在此交互组合中规范化评分受单位菜籽油添加量的影响是大于受单位大蒜添加量的影响。图5c显示，大豆分离蛋白添加量曲线比菜籽油添加量曲线斜率变化速率更快，说明在此交互组合中规范化评分受单位大豆分离蛋白添加量的影响是大于受单位菜籽油添加量的影响。

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图 5 各因素交互作用响应曲面图

注：（a）大蒜添加量和大豆分离蛋白添加量响应曲面图；（b）大蒜添加量和菜籽油添加量响应曲面图；（c）大豆分离蛋白添加量和菜籽油添加量响应曲面图。

Figure 5. Response surface diagram of interaction between factors

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2.2.5 验证试验

根据响应面试验模型分析，确定三种添加剂最优添加量：大蒜添加量4.75%、大豆分离蛋白添加量1.94%、菜籽油添加量11.93%，规范化综合评分。考虑到实际操作可行性，修正参数后，三种添加剂最添加量分别大蒜4.8%、大豆分离蛋白2.0%、菜籽油12.0%，得到规范化综合评分0.95，与预测值0.98基本一致，说明运用响应面法优化烤肉腌制剂配方准确可行。

3. 结论

从单因素实验结果来看，大蒜、菜籽油、大豆分离蛋白和茶多酚四种添加剂在一定范围内均能改善烤肉感官品质，当超过一定量以后感官品质下降。大豆分离蛋白和茶多酚降低烤肉过氧化值和丙二醛含量，抑制脂肪氧化，菜籽油和大蒜在抑制脂肪方面弱于前两者，但对感官有很好的促进作用。茶多酚和菜籽油的添加能提升烤肉L^*值，四种添加剂对红度值影响都不显著。主成分分析结合响应面设计综合分析，发现在基础配方上，添加剂最佳添加量分别为大蒜4.8%、大豆分离蛋白2.0%、菜籽油12.0%，茶多酚0.03%，此条件下得到的烤肉咀嚼性好，表面干爽，光泽好，色泽金黄偏红。该配方在烤肉加工的进一步开发中具有一定的应用价值，但就茶多酚、大蒜和大豆分离蛋白对腌制和烤肉烤制过程中蛋白质、脂肪变化综合分析和烤肉品质变化机制分析不深入。为进一步提升相应添加剂在烤肉纸品中的合理应用和烤肉品质，下一步将继续研究脂肪、蛋白质氧化机理及其对杂环胺生成的影响。

图 1 茶多酚添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

注：同一折线图或同一柱状图中标注不同字母者具有显著性差异（P<0.05），相同字母为差异不显著（P>0.05）；图2~图4同。

Figure 1. Effects of tea polyphenols on sensory and fat oxidation of roasted pork

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图 2 大豆分离蛋白添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

Figure 2. Effect of addition amount of soy protein isolate on sensory and fat oxidation of roasted pork

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图 3 大蒜添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

Figure 3. Effects of garlic addition on sensory and fat oxidation of roasted pork

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图 4 菜籽油添加量对烤肉感官和脂肪氧化的影响

Figure 4. Effects of rapeseed oil on sensory and fat oxidation of roasted pork

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图 5 各因素交互作用响应曲面图

Figure 5. Response surface diagram of interaction between factors

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表 1 Box-Behnken设计因素与水平

Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design experiment

水平	因素
水平	A大蒜添加量（%）	B大豆分离蛋白添加量（%）	C菜籽油添加量（%）
−1	4.0	1.5	11.0
0	5.0	2.0	12.0
1	6.0	2.5	13.0

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表 2 烤肉感官评分标准与细则

Table 2 Criteria for sensory evaluation of roast meat

指标	评价标准	得分
色泽（20分）	色泽红色偏金黄，让人有强烈的食欲	16~20
	色泽白色偏黄，让人有些食欲	11~15
	色泽偏白或黄色偏黑	6~10
	色泽呈深棕发黑，让人完全没有食欲	0~5
组织状态（25分）	干爽结实，表面整齐，渗油，弹性小	19~25
	稍干爽，组织结实，有渗油现象，表皮微有弹性或表皮过硬	12~18
	表皮潮湿，肉质较软，有弹性	6~11
	表面凹凸不平，无渗油，无弹性	0~5
风味（30分）	烤肉味浓烈鲜香，无异味、酸味	26~32
	烤肉味较好，无异味、无强烈酸味	16~25
	烤肉味较淡或有糊味、酸味	8~15
	无烤肉特有味道或酸味过强	0~7
咀嚼性（25分）	咀嚼性好，肉感强，无油腻感	19~25
	易咀嚼，弹性好，较油腻	12~18
	咀嚼性一般，需要较多能量，油腻	6~11
	咀嚼困难，无弹性，质地干或油腻感较重	0~5
总分		100

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表 3 茶多酚添加量对烤肉色差的影响

Table 3 Effect of adding amount of tea polyphenols on color of roast meat

茶多酚添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0	28.67±1.51^c	17.10±1.60^a	28.67±1.63^bc
0.010	30.67±1.37^b	18.00±0.50^a	29.08±1.22^c
0.015	31.28±1.70^b	18.00±1.00^a	30.14±1.07^b
0.020	31.50±1.50^b	17.67±0.47^a	30.17±1.07^b
0.025	31.50±1.52^b	17.83±0.75^a	30.33±0.82^b
0.030	33.83±0.98^a	18.50±0.55^a	32.17±0.75^a
注：表中肩注不相同字母表示差异显著（P<0.05）；同列肩注相同字母表示差异不显著（P>0.05）；表4~表6同。

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表 4 大豆分离蛋白添加量对烤肉色差的影响

Table 4 Effect of adding amount of soy protein isolate on color of roast meat

大豆分离蛋白添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0.0	28.80±1.30^a	17.60±0.55^a	29.00±0.75^a
0.5	28.50±1.73^a	17.50±0.58^a	30.25±0.96^a
1.0	28.40±0.55^a	17.80±1.30^a	29.60±1.34^a
1.5	27.60±1.52^a	18.20±0.84^a	30.00±0.71^a
2.0	27.60±1.14^a	18.00±1.00^a	30.00±1.22^a
2.5	27.20±1.79^a	18.00±0.71^a	28.20±1.92^a

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表 5 大蒜添加量对烤肉色差的影响

Table 5 Effect of adding amount of garlic on color of roast meat

大蒜添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0.0	27.75±0.96^a	21.00±2.45^a	30.75±2.06^a
4.0	28.40±1.52^a	19.60±1.67^a	29.20±1.30^a
5.0	28.00±1.00^a	19.60±1.14^a	28.60±2.19^a
6.0	24.00±0.82^b	18.00±0.00^a	27.75±0.96^a
7.0	25.00±1.00^b	18.00±0.00^a	27.67±0.58^a
8.0	27.50±0.71^a	18.00±2.83^a	29.00±1.41^a

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表 6 菜籽油添加量对烤肉色差的影响

Table 6 Effect of adding amount of rapeseed oil on color of roasted pork

菜籽油添加量（%）	L^*	a^*	b^*
0.0	30.17±0.75^d	20.50±1.22^a	30.67±1.03^b
9.0	35.33±1.53^ab	20.66±0.58^a	34.33±1.15^a
10.0	33.50±1.29^bc	18.75±1.26^a	31.75±0.50^b
11.0	35.33±1.53^ab	19.00±1.00^a	32.33±2.52^ab
12.0	31.85±1.21^cd	18.57±1.72^a	30.42±1.27^b
13.0	35.80±1.10^a	18.80±1.92^a	33.00±1.22^ab

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表 7 响应面试验设计及结果

Table 7 Response surface test design and results

实验号	A大蒜添加量	B大豆分离蛋白添加量	C菜籽油添加量	感官评分（分）	丙二醛（mg/kg）	过氧化值（mmol/kg）
1	0	0	0	83.0	1.53	2.01
2	0	0	0	82.0	1.52	2.04
3	0	0	0	84.0	1.54	2.01
4	0	0	0	83.0	1.53	2.08
5	0	−1	−1	77.0	1.57	2.41
6	0	−1	1	77.0	1.57	2.22
7	0	1	−1	78.0	1.58	2.11
8	1	0	−1	76.0	1.66	2.62
9	−1	−1	0	76.0	1.48	2.66
10	1	−1	0	74.0	1.67	2.79
11	1	0	1	73.0	1.76	2.75
12	−1	0	1	77.0	1.54	2.56
13	−1	1	0	76.0	1.57	2.66
14	1	1	0	74.0	1.69	2.45
15	0	1	1	75.0	1.69	2.14
16	0	0	0	81.0	1.53	2.02
17	−1	0	−1	75.0	1.53	2.70

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表 8 主成分特征值与累计贡献率

Table 8 Principal component eigenvalues and cumulative contribution rate

成分	初始特征值			提取平方和载入
成分	合计	方差贡献率（%）	累积贡献率（%）	合计	方差贡献率（%）	累积贡献率（%）
1	2.24	74.81	74.81	2.24	74.81	74.81
2	0.65	21.77	96.58	0.65	21.77	96.58
3	0.10	3.42	100.00

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表 9 成分矩阵

Table 9 Composition matrix

指标	成分
指标	第一主成分	第二主成分
感官评分	0.966	−0.093
丙二醛倒数	0.749	0.656
过氧化值倒数	0.867	−0.463

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表 10 主成分得分及规范化综合评分

Table 10 Principal component scores and standardized scores

实验号	Y₁	Y₂	Y	Z
1	2.0517	−0.3176	1.4657	0.9813
2	1.8364	−0.1372	1.3439	0.9484
3	2.1860	−0.4616	1.5348	1.0000
4	1.8719	−0.1336	1.3712	0.9558
5	−0.1753	0.3251	−0.0604	0.5688
6	0.1380	−0.1282	0.0754	0.6055
7	0.5344	−0.4722	0.2970	0.6654
8	−1.2842	−0.1945	−1.0031	0.3140
9	−0.1435	1.8175	0.2883	0.6631
10	−1.9975	−0.0464	−1.5044	0.1785
11	−2.6341	−0.8922	−2.1648	0.0000
12	−0.2369	0.9002	0.0188	0.5902
13	−0.7908	0.7484	−0.4287	0.4693
14	−1.5720	−0.7451	−1.3382	0.2234
15	−0.7391	−1.3783	−0.8530	0.3546
16	1.6941	−0.2065	1.2224	0.9156
17	−0.7389	1.3223	−0.2649	0.5135

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表 11 方差分析

Table 11 Analysis of variance

方差来源	平方和	自由度	均方	F值	P值	显著性
模型	1.4998	9	0.1666	243.2586	< 0.0001	**
A-大蒜添加量	0.2889	1	0.2889	421.6640	< 0.0001	**
B-大豆分离蛋白添加量	0.0115	1	0.0115	16.7763	0.0046	**
C-菜籽油添加量	0.0327	1	0.0327	47.7354	0.0002	**
AB	0.0142	1	0.0142	20.7981	0.0026	**
AC	0.0382	1	0.0382	55.7056	0.0001	**
BC	0.0302	1	0.0302	44.0761	0.0003	**
A²	0.6254	1	0.6254	912.8704	< 0.0001	**
B²	0.1540	1	0.1540	224.8222	< 0.0001	**
C²	0.2045	1	0.2045	298.5029	< 0.0001
残差	0.0048	7	0.0007
失拟项	0.0006	3	0.0002	0.1956	0.8944	NS
纯误差	0.0042	4	0.0010
总和	1.5046	16
R²	0.9968
$R_{{\rm{Adj}}}^2$	0.9928
注：“”表示显著（P<0.05），“*”表示极显著（P<0.01），“NS”表示不显著。

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施引文献(8)

期刊类型引用(5)

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其他类型引用(3)

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图(6) / 表(11)

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1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 烤肉制作工艺
1.2.2 单因素实验
1.2.3 响应面试验设计
1.2.4 烤肉感官评分
1.2.5 烤肉色差测定
1.2.6 丙二醛和过氧化值测定
1.2.7 主成分分析
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 单因素实验结果
2.1.1 茶多酚添加量对烤肉品质的影响
2.1.2 大豆分离蛋白添加量对烤肉品质的影响
2.1.3 大蒜添加量对烤肉品质的影响
2.1.4 菜籽油添加量对烤肉品质影响
2.2 响应面试验结果分析
2.2.1 响应面试验设计及结果
2.2.2 主成分分析
2.2.3 响应面方差分析
2.2.4 各因素交互作用
2.2.5 验证试验
3. 结论

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 烤肉制作工艺
1.2.2 单因素实验
1.2.3 响应面试验设计
1.2.4 烤肉感官评分
1.2.5 烤肉色差测定
1.2.6 丙二醛和过氧化值测定
1.2.7 主成分分析
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 单因素实验结果
2.1.1 茶多酚添加量对烤肉品质的影响
2.1.2 大豆分离蛋白添加量对烤肉品质的影响
2.1.3 大蒜添加量对烤肉品质的影响
2.1.4 菜籽油添加量对烤肉品质影响
2.2 响应面试验结果分析
2.2.1 响应面试验设计及结果
2.2.2 主成分分析
2.2.3 响应面方差分析
2.2.4 各因素交互作用
2.2.5 验证试验
3. 结论

参考文献(29)

施引文献(8)

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基于主成分分析和响应曲面法的烤肉腌制剂配方优化

作者简介: 李安林（1977−），男，硕士研究生，研究方向：功能性食品加工与安全，E-mail：313266270@qq.com

通讯作者: 熊双丽（1977−），女，博士，教授，研究方向：功能性食品加工与安全，E-mail：lxberry225@163.com

计量

出版历程

Optimization of Roasted Pork Curing Agent Formulation Based on Principal Component Analysis and Response Surface Methodology

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.2 实验方法

1.2.1 烤肉制作工艺

1.2.2 单因素实验

1.2.3 响应面试验设计

1.2.4 烤肉感官评分

1.2.5 烤肉色差测定

1.2.6 丙二醛和过氧化值测定

1.2.7 主成分分析

1.3 数据处理

2. 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 茶多酚添加量对烤肉品质的影响

2.1.2 大豆分离蛋白添加量对烤肉品质的影响

2.1.3 大蒜添加量对烤肉品质的影响

2.1.4 菜籽油添加量对烤肉品质影响

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

2.2.2 主成分分析

2.2.3 响应面方差分析

2.2.4 各因素交互作用

2.2.5 验证试验

3. 结论

期刊类型引用(5)

其他类型引用(3)

计量

出版历程

目录

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.2 实验方法

1.2.1 烤肉制作工艺

1.2.2 单因素实验

1.2.3 响应面试验设计

1.2.4 烤肉感官评分

1.2.5 烤肉色差测定

1.2.6 丙二醛和过氧化值测定

1.2.7 主成分分析

1.3 数据处理

2. 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 茶多酚添加量对烤肉品质的影响

2.1.2 大豆分离蛋白添加量对烤肉品质的影响

2.1.3 大蒜添加量对烤肉品质的影响

2.1.4 菜籽油添加量对烤肉品质影响

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

2.2.2 主成分分析

2.2.3 响应面方差分析

2.2.4 各因素交互作用

2.2.5 验证试验

3. 结论

作者简介:
李安林（1977−），男，硕士研究生，研究方向：功能性食品加工与安全，E-mail：313266270@qq.com

通讯作者:
熊双丽（1977−），女，博士，教授，研究方向：功能性食品加工与安全，E-mail：lxberry225@163.com