淀粉作为传统食品基料，主要分为豆类淀粉、谷类淀粉及薯类淀粉等，与亲水胶体、植物蛋白等外源添加物相比，表现出成本优势和功能稳定性。淀粉对肉糜凝胶特性的改善效果与其生物来源、分子结构及物理化学性质密切相关，其在加工过程中通过吸水膨胀与糊化作用促进肉糜制品形成致密微孔结构，从而改善产品的口感与外观。Jiang Xin等研究表明，添加淀粉有助于减轻由温度升高引起的鱼糜凝胶品质劣变；Li Huanhuan等对比不同淀粉对猪肉糜凝胶品质的影响，发现马铃薯淀粉能显著提升猪肉糜凝胶的强度与保水性。值得注意的是，水热处理会诱导淀粉分子结构变化，进而通过氢键与蛋白质分子发生相互作用及分子间纠缠，最终对淀粉基食品的功能特性产生影响。目前，脆性品质是衡量潮汕牛肉丸品质的核心指标，但其科学化评价体系尚未完善，且基于淀粉特性改善牛肉丸脆性品质的加工工艺优化仍需系统探究。
华南农业大学食品学院严敏谊、郭善广、艾民珉*等首先探讨不同种类淀粉对潮汕牛肉丸品质的影响，确定最佳淀粉种类及牛肉丸脆性品质评价指标，然后通过单因素试验考察淀粉添加量、淀粉热处理温度、淀粉热处理时间和牛肉丸预煮制温度对牛肉丸脆性品质的影响，最后采用响应面法对牛肉丸加工工艺进行优化，以期为潮汕牛肉丸脆性品质评价与工业化生产提供理论参考。
1 淀粉种类的确定
1.1 淀粉种类对牛肉丸质构特性的影响
质构特性是反映肉糜凝胶产品胶凝能力的重要指标。由表4、5可知，马铃薯淀粉与绿豆淀粉组硬度、咀嚼性、回复性、破裂力及破裂距离均无显著差异（P＞0.05），且二者硬度均高于其他淀粉组。马铃薯淀粉组在黏着性与凝胶强度方面表现尤为突出，显著高于其他淀粉组（P＜0.05），表明马铃薯淀粉在全面提升牛肉丸质构特性方面更具优势，这一现象可归因于马铃薯淀粉独特的理化特性，其颗粒尺寸较大且在加热过程中表现出更强的溶胀能力，当淀粉颗粒在加热过程中吸水膨胀时可占据更大的体积，并通过物理挤压作用对周围肉糜基质施加更大的应力，从而促进更为致密且稳定的三维凝胶网络结构形成，使牛肉丸产生更高的凝胶强度。
1.2 淀粉种类对牛肉丸感官评分的影响
感官评定是评价食品风味与品质的重要依据。由表6可知，各组组织形态、弹性、风味评分无显著差异（P＞0.05），而外观色泽、口感评分及总评分均以马铃薯淀粉组最高。这可能主要归因于马铃薯淀粉的高支链淀粉含量可通过促进美拉德反应赋予牛肉丸更佳的色泽；同时其较高的凝胶强度能锁住水分并形成细腻、多汁的口感。
2 牛肉丸脆性评价方法构建
2.1 感官评分与质构特性相关性分析
为明确牛肉丸脆性品质在感官属性与仪器指标间的关联性，本研究选取牛肉丸组织形态、弹性和口感评分与质构特性进行相关性分析。参考牛丽影等的方法构建相关性热图，如图1所示。Pearson相关系数（r）0.80～1.00表示极强相关性，0.60～0.80表示强相关性，0.40～0.60表示中等相关性，0.20～0.40表示弱相关性，0～0.20表示极弱或无相关性。结果表明，硬度、黏着性、破裂力、咀嚼性及凝胶强度与组织形态、口感评分存在显著正相关（r＝0.78～0.98，P＜0.05或P＜0.01）；硬度、黏着性、咀嚼性、破裂力与弹性评分虽无显著相关性（P＞0.05），但存在较强的正相关趋势（r＝0.66～0.78），表明这4 项质构特性指标可能是影响感官属性弹性的潜在关键物理指标；而弹性、内聚性、回复性、破裂距离与3 种核心感官属性评分均无显著相关性（P＞0.05），表明这4 项质构特性指标对感官品质的预测作用有限。这与李树长等的研究结论相似。综上，质构特性仪器分析中的硬度、黏着性、咀嚼性、破裂力和感官评价在牛肉丸脆性品质评估中具有一致性，均能较好地反映牛肉丸脆性品质。
2.2 质构特性PCA基于PCA方法对牛肉丸质构特性指标进行降维处理，共提取6 个PC。由表7可知，PC1方差贡献率为65.417 81%，PC2方差贡献率为25.922 57%，累计方差贡献率达91.340 38%，能够充分反映原始数据特征。因此，选择PC1与PC2作进一步分析并绘制PCA载荷图。由图2可知，PC1与质构特性指标均呈正相关，其中，硬度、黏着性、咀嚼性和破裂力载荷量较高。PC2与弹性、硬度、黏着性、咀嚼性和破裂力呈正相关，与内聚性、回复性、破裂距离和凝胶强度则呈负相关。由图3可知，感官评分较高的样品集中分布于PC1和PC2的正方向，证实高感官评分牛肉丸需同时具备较高的硬度、黏着性、咀嚼性、弹性和破裂力。
3 单因素试验结果分析
基于以上结果可知，添加马铃薯淀粉的牛肉丸在质构特性和感官品质方面均表现出显著优势，且相关性分析和PCA结果表明，硬度、黏着性、咀嚼性和破裂力结合感官评价可综合评价牛肉丸脆性品质。因此，本研究选取马铃薯淀粉制作牛肉丸，并以硬度、黏着性、咀嚼性、破裂力和感官评分为评价指标进行牛肉丸加工工艺优化实验。
3.1 淀粉添加量对牛肉丸品质的影响
DBS 44/005—2024规定，汕头牛肉丸的牛肉质量分数或牛肉与牛筋总质量分数需达90%以上，在此前提下，科学调控淀粉添加量对改善牛肉丸的品质具有关键作用。淀粉的引入可显著改变肉丸的微观组织结构，如影响凝胶网络的连续性、孔径大小及水分分布状态。这些结构变化直接决定肉丸的宏观质构特性与组织状态、口感等感官品质。如图4所示，随着淀粉添加量的增加，牛肉丸的硬度、黏着性、咀嚼性和破裂力均显著升高（P＜0.05）。在牛肉丸热加工过程中，淀粉通过糊化作用产生“填充效应”，即受热吸水膨胀的淀粉颗粒渗透并压缩周围的肉糜基质，促进形成更致密的三维凝胶网络结构。这种物理填充作用协同淀粉-蛋白质分子间相互作用，共同增强凝胶体系的机械强度和结构稳定性。淀粉添加量是影响肉丸的组织形态和口感等品质特性的关键因素。如图5所示，当淀粉添加量为6%时，牛肉丸感官评分总分最高。淀粉添加量过低将导致牛肉丸凝胶网络交联不足，产品质构松散，口感较差；而淀粉添加量过高则因淀粉竞争性结合自由水，降低体系光学反射率，致使牛肉丸色泽变暗、口感僵硬，可接受度降低。综上，淀粉添加量应控制在3%～9%。
3.2 淀粉热处理温度对牛肉丸品质的影响
由图6可知，牛肉丸的质构特性指标均随淀粉热处理温度的增加呈先上升后下降的趋势，淀粉热处理温度为55 ℃时，牛肉丸质构特性最佳。当淀粉未经适当的水热处理或处于相对较低的水热环境中时，淀粉颗粒吸水程度不足，将与肉糜-蛋白质体系竞争水分，从而干扰肉糜凝胶形成，导致牛肉丸凝胶强度降低。随着热处理温度升高，淀粉链段发生伸展，直链淀粉分子从膨胀的淀粉颗粒中适度溶出，与蛋白质分子相互渗透，在局部区域形成互穿网络（或半互穿网络）结构，加固凝胶结构。但过高温度的热处理会导致淀粉完全糊化裂解，导致持水能力下降，在牛肉丸后续煮制的凝胶化过程中无法吸收基质中多余的水，对外围肌原纤维蛋白网络的压缩作用降低，导致牛肉丸质构特性降低。
由图7可知，当淀粉热处理温度为55 ℃时，牛肉丸外观和风味较好。此温度下，淀粉的溶胀和直链淀粉的溶出能够优化淀粉在肉糜凝胶形成过程中的填充作用及与肉糜基质的交联作用，有助于形成质地细腻的肉丸结构，感官评分最高。综上，淀粉热处理温度应控制在45～65 ℃。
3.3 淀粉热处理时间对牛肉丸品质的影响
如图8所示，牛肉丸的硬度、破裂力随淀粉热处理时间的增加呈先上升后下降趋势，当淀粉热处理时间为4 min时，牛肉丸的硬度、破裂力达到最高。在一定温度下，随着加热时间的延长，淀粉分子氢键断裂，晶体结构解离，形成具有黏弹性的三维凝胶网络，从而产生具有良好分散性和稳定性的淀粉糊，可有效填充肉糜基质间隙，促进牛肉丸致密结构的形成。加热时间越长，淀粉多尺度结构破坏程度越大，支链淀粉降解导致凝胶交联度下降，质构特性显著降低，牛肉丸品质变差。
由图9可知，淀粉热处理时间为2 min时，牛肉丸感官评分总分最高，继续延长淀粉热处理时间并不能提高牛肉丸的感官品质。这表明淀粉预先吸水溶胀有利于其在后续煮制过程中实现更完全的糊化，糊化淀粉能够有效填充牛肉丸内部的微小空隙，形成更加紧密且富有弹性的组织结构，从而提升其咬劲和脆性。加热时间过长会导致淀粉组分中的直链淀粉过度溶出，虽然直链淀粉溶出在一定程度上能够通过与蛋白质的交联作用增强牛肉丸的结构刚性，但感官评价结果显示，这一变化同时会引发牛肉丸外观色泽与风味品质的降低。综上，淀粉热处理时间应控制在2 min。
3.4 牛肉丸预煮制温度对牛肉丸品质的影响
由图10可知，预煮制温度为50 ℃时，牛肉丸质构特性最佳。适宜温度条件下，蛋白质高级结构展开，暴露出更多活性基团，从而增强分子间交联，促进牛肉丸质构特性的提升。同时，淀粉适度吸水膨胀，对蛋白质产生机械压力，使其分子间交联网络更稳定有序。温度较低时，蛋白质变性程度不足，无法构建连续凝胶网络，导致牛肉丸无法形成良好质构特性；而温度过高时，蛋白质聚集速率过快，蛋白质-蛋白质及蛋白质-水分子之间的分子间相互作用被破坏，肌原纤维蛋白聚集体呈现出混乱无序的状态，网状结构松散，导致牛肉丸质构特性劣化。
由图11可知，当预煮制温度为50 ℃时，牛肉丸感官评分总分最高。在此温度下，蛋白质凝胶网状结构稳定有序，牛肉丸富有弹性，口感最佳。肉制品呈色与肌肉中肌红蛋白和血红蛋白等色素蛋白密切相关，加工温度过高会使蛋白质过度变性，导致血红素氧化聚集，最终形成褐色的高铁肌红蛋白或高铁血红蛋白，影响产品色泽。低温加工过程中，牛肉中的蛋白质变性程度适中，可避免因温度过高导致的色泽过深，使牛肉丸具有良好的外观色泽。综上，牛肉丸预煮制温度应控制在40～60 ℃。
4 响应面试验结果分析
响应面试验试验设计与结果如表8所示。经二次多项回归拟合获得硬度（Y1）、破裂力（Y2）和感官评分（Y3）对淀粉添加量（A）、淀粉热处理温度（B）、牛肉丸预煮制温度（C）的多元回归方程：Y1＝3 592.13+112.33A-61.71B+127.06C+32.95AB-86.47AC+52.75BC-320.49A2-284.37B2-250.52C2；Y2＝723.54+7.23A-6.33B+6.11C+7.94AB+2.62AC+8.82BC-63.75A2-58.76B2-65.05C2；Y3＝81.00+1.31A-5.52B-2.54C-0.10AB-2.63AC+0.20BC-6.59A2-4.11B2-7.74C2。
由表9可知，3 个二次回归模型P＜0.000 1，失拟项P＞0.05，表明失拟项不显著。其中，硬度模型R2＝0.988 0、R2Adj＝0.972 6，破裂力模型R2＝0.997 4、R2Adj＝0.994 1，感官评分模型R2＝0.991 1、R2Adj＝0.979 7，表明模型可信度均较高，具有较高的解释力和预测精度，可用于后续工艺优化和预测分析。响应曲面的陡峭程度反映因素交互作用对响应值影响的显著性，曲面越陡峭，表明因素交互作用对响应值的影响越显著。
由图12可知，以硬度和感官评分为响应值时，淀粉添加量与牛肉丸预煮制温度交互作用响应面坡度陡峭；以破裂力为响应值时，淀粉添加量、牛肉丸预煮制温度与淀粉热处理温度交互作用响应面坡度较陡，表明淀粉添加量与牛肉丸预煮制温度交互作用显著影响牛肉丸的硬度和感官评分；淀粉添加量与淀粉热处理温度、淀粉热处理温度与牛肉丸预煮制温度交互作用显著影响牛肉丸破裂力。该结果与回归分析结果相一致。
5 最佳条件预测及验证实验
基于响应面模型优化结果，牛肉丸的最佳工艺参数为淀粉添加量6.29%、淀粉热处理温度52.96 ℃、牛肉丸预煮制温度50.04 ℃，对应硬度预测值为3 600.55 g、破裂力预测值为722.35 g、感官评分预测值为82.01。考虑到实际生产操作的便利性和可行性，将参数调整为淀粉添加量6.3%、淀粉热处理温度53 ℃、牛肉丸预煮制温度50 ℃。在该条件下进行验证实验，牛肉丸硬度为（3 670.04±128.90）g、破裂力为（753.32±15.32）g、感官评分为81.2±1.9，相对误差在0.99%～4.29%之间，与预测值相差均小于5%，证实该模型具有较高的预测准确性和工程适用性，优化后的加工工艺可靠。
6 结论
脆性是衡量潮汕牛肉丸品质的重要品质指标，可通过质构特性（硬度、黏着性、咀嚼性和破裂力）结合感官评价系统评价牛肉丸的脆性品质。对比不同淀粉发现，马铃薯淀粉因其独特的理化特性能有效提升牛肉丸品质。工艺优化结果显示，53 ℃下对马铃薯淀粉进行2 min的水热处理能够促使其形成具备良好黏着特性的淀粉糊，在制作牛肉丸时以6.3%的添加量加入肉糜可改善牛肉丸的凝胶特性，在50 ℃下对牛肉丸进行低温预煮制，蛋白质缓慢变性使形成的凝胶网络结构更致密有序，有效增强牛肉丸的凝胶特性，进而改善其脆性口感。本研究结果可为牛肉丸脆性品质评价提供理论依据，对牛肉丸工业化生产具有参考意义。
来源：公众号-肉类研究
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/DuRiOriMrxOu2MRBn9BpeA
