潮汕牛肉丸是一种传统的粤式特色肉类深加工产品，是以牛肉为原料，经斩拌、成型、煮制、冷却及速冻等加工制成的肉糜类凝胶制品，凭借其特有的脆性口感在预制菜市场中备受消费者青睐[1]。近年来，牛肉丸生产企业数量逐渐增加，但市售牛肉丸仍存在脆性较差、结构偏软及不耐长期或冷冻贮藏等问题[2]，这些问题限制了潮汕牛肉丸的大规模推广与产业化发展。因此，改善牛肉丸脆性口感并提升其整体品质成为其工业化生产亟待解决的关键问题。目前，牛肉丸品质优化研究主要集中在配方优化[3]和工艺改进[4]等方面。淀粉作为关键辅料，在增强牛肉丸凝胶品质方面展现出重要作用。
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[5]，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[6]，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[7]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[8]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[9]，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[10]。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。
本研究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 材料与方法
1.1 材料与试剂
牛肉 市售；马铃薯淀粉、木薯淀粉、绿豆淀粉、豌豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉 河南中润谷物食品研究院有限公司；食盐 广东省广盐集团股份有限公司；味精 广州奥桑味精食品有限公司。各种淀粉的理化性质[11-14]如表1所示。
表1 不同淀粉的理化性质
Table 1 Physicochemical properties of different starches
淀粉种类晶体类型颗粒形态粒径/μm 糊化起始温度/℃小麦淀粉A型圆形、球形1～4057.90玉米淀粉A型圆形、多角形2～3062.10豌豆淀粉C型卵形、球形2～4055.00绿豆淀粉C型圆形、卵形5～3057.28木薯淀粉 A型或C型 椭圆形、球缺形 4～4562.30马铃薯淀粉B型圆形、椭圆形5～10058.20
1.2 仪器与设备
PTX-FA220SL电子分析天平 德国赛多利斯公司；22高速肉丸打浆机 双晓食品机械厂；WB1001恒温水浴锅 群安科学仪器（浙江）有限公司；HWCL-3集热式恒温磁力搅拌浴 郑州长城科工贸有限公司；TA.XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司。
1.3 方法
1.3.1 淀粉热处理
将装有蒸馏水的烧杯置于磁力搅拌水浴锅中，设定反应温度（25～65 ℃），待温度稳定后按料液比1∶1（g/mL）加入淀粉，在既定温度下对混合物进行水热处理（0～8 min）。水热处理后立即将烧杯从水浴锅中移出，并迅速浸入冰水，快速冷却至25 ℃以终止反应。
1.3.2 牛肉丸加工工艺流程
参考T/CZSPTXH 108—2019《潮州菜 潮州牛肉丸制作工艺规范》与谢宇欣等[15]的牛肉丸制作工艺并稍作修改。制作工艺流程：选料→原料肉预处理→混料→斩拌→挤丸成型→预煮制→90 ℃煮熟→冷却→包装→成品。
操作要点：选取屠宰后6 h内的新鲜牛后腿肉，剔除筋膜，切分为2 cm×2 cm×1 cm的肉块，4 ℃预冷2 h；将肉块倒入打浆机，添加辅料（3%（m/m，以牛肉质量计，下同）食盐、2%味精、26%冰水（分3 次加入）、0%～12%淀粉）后打浆乳化（打浆时间120 s），肉馅温度控制在10 ℃以下；打浆乳化完成后手工挤丸，控制肉丸直径为2 cm左右，肉丸水浴（40～80 ℃）煮制20 min成型后，90 ℃水浴锅煮制10 min，捞出冷却至室温，备用。
1.3.3 淀粉种类筛选
按照1.3.2节方法制作牛肉丸，淀粉添加量为6%。淀粉热处理温度45 ℃、淀粉热处理时间2 min、牛肉丸预煮制温度50 ℃，探究小麦淀粉、玉米淀粉、豌豆淀粉、绿豆淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉对牛肉丸质构特性与感官评分的影响。
1.3.4 单因素试验
以质构特性（硬度、黏着性、咀嚼性、破裂力）与感官评分为评价指标，考察淀粉添加量（0%、3%、6%、9%、12%）、淀粉热处理温度（25、35、45、55、65 ℃）、淀粉热处理时间（0、2、4、6、8 min）、牛肉丸预煮制温度（40、50、60、70、80 ℃）对牛肉丸脆性品质的影响，并确定各因素的适宜范围。固定参数分别为淀粉添加量6%、淀粉热处理温度45 ℃、淀粉热处理时间2 min、牛肉丸预煮制温度50 ℃。
1.3.5 响应面试验
基于单因素试验结果，进一步采用Box-Behnken响应面法，选取淀粉添加量（A）、淀粉热处理温度（B）、牛肉丸预煮制温度（C）进行3因素3水平试验设计，以硬度、破裂力及感官评分为响应值，建立各因素与响应值之间的数学模型，优化牛肉丸的加工工艺条件，具体试验因素和水平如表2所示。
表2 响应面试验因素和水平
Table 2 Codes and levels of independent variables used in response surface analysis
水平A淀粉添加量/%B淀粉热处理温度/℃C牛肉丸预煮制温度/℃-134540 0 6 5550 1 9 6560
1.3.6 质构特性测定
采用质构仪分别进行质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）和穿刺实验，首先采用特制方形裁切刀具（内径1.50 cm）将牛肉丸切割为1.50 cm3的立方体。TPA参考Wan Zicong等[16]的方法并稍作修改。采用P/36R探头，参数设置：测前速率2 mm/s、测中速率2 mm/s、测后速率2 mm/s、压缩程度50%、触发力5.00 g。穿刺实验参考Li Jiayi等[17]的方法并稍作修改。采用P/5探头，参数设置：测前速率1 mm/s、测中速率1 mm/s、测后速率5 mm/s、压缩距离10 mm、触发力10 g。
1.3.7 感官评价
感官评价由12 名食品专业研究生（6女6男）组成的评价小组完成。参考GB/T 16860—1997《感官分析方法 质地剖面检验》、DBS 44/005—2024《汕头牛肉丸》和李应兰[18]的方法制订感官评价标准，如表3所示。重点对牛肉丸的组织形态、弹性、口感进行评价，同时辅以外观色泽和风味对牛肉丸品质进行综合评价，并采用强制决定法确定权重集X＝{0.1，0.15，0.3，0.3，0.15}。
表3 牛肉丸感官评价标准
Table 3 Sensory evaluation criteria for beef meatballs
指标（总分）评价方法评分标准分值外观色泽（10）在自然光下观察样品外观和色泽表面圆润，呈灰褐色，色泽均匀8～10表面较圆润，色泽均匀，但颜色较深或较浅5～7表面凹凸不平，灰白色或有杂色，色泽不均匀≤4组织形态（15）在自然光下观察样品切面均匀性、气孔情况切面致密光滑、无明显颗粒，有气孔11～15切面较致密光滑、有较少颗粒，有气孔6～10切面粗糙、有较多颗粒，无气孔≤5弹性（30）将样品放在食指和拇指间并进行局部捏压，取消捏压并评价样品恢复原状的速率和程度样品富有弹性，手指轻压不破裂，迅速恢复原状21～30样品有弹性，手指轻压不破裂，较慢恢复原状11～20样品弹性较差，手指轻压即破裂，不恢复原状≤10样品富有脆性、爽口，易咬碎，咀嚼无明显粗糙感21～30口感（30）先咬下一块样品，嘴唇尚未闭合时对样品的主观感受为脆性；于口腔中咀嚼样品，评价咀嚼样品所需力量及可吞咽时的咀嚼次数样品较脆、欠爽口，易咬碎，咀嚼稍有粗糙感11～20样品脆性差，易咬碎、咀嚼有明显粗糙感≤10风味（15）对样品进行嗅闻、品尝肉味浓郁，具有牛肉特有的气味和滋味11～15肉味正常，香气一般，无异味6～10无肉香味，有异味≤5
1.4 数据处理
TPA与穿刺实验均重复测定8 次，采用SPSS 20.0软件进行数据统计分析，并采用Origin 2024软件进行相关性分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）及作图；采用Design-Expert 13软件中的Box-Behnken进行响应面试验设计。
2 结果与分析
2.1 淀粉种类的确定
2.1.1 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[19]，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[20]。
表4 添加不同淀粉牛肉丸TPA结果
Table 4 Texture profile analysis results of beef meatballs with different starches
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。表5、6同。
淀粉种类硬度/g弹性/%内聚性/%黏着性/g咀嚼性/g回复性/%小麦淀粉 2 355.43±79.27b 0.86±0.01a0.76±0.00a 1 785.79±48.22bc 1 532.38±58.15b 0.37±0.00a玉米淀粉 2 210.59±116.07b 0.88±0.01a0.76±0.01a 1 638.78±107.65c 1 440.40±101.06b 0.37±0.01a豌豆淀粉 2 329.89±82.96b 0.87±0.01a0.77±0.01a 1 801.85±72.89bc 1 555.95±89.30b 0.37±0.00a绿豆淀粉 2 577.47±45.93ab 0.89±0.00a0.77±0.00a 1 961.96±21.70b 1 753.46±27.29ab 0.36±0.01ab木薯淀粉 2 310.45±81.05b 0.88±0.01a0.72±0.01b 1 662.21±74.12bc 1 463.51±68.96b 0.35±0.01b马铃薯淀粉 2 931.59±222.59a 0.88±0.01a0.78±0.02a 2 279.21±151.01a 1 939.81±156.00a 0.37±0.01a
表5 添加不同淀粉牛肉丸穿刺实验结果
Table 5 Results of puncture test of beef meatballs with different starches
淀粉种类破裂力/g破裂距离/cm 凝胶强度/（g·cm）小麦淀粉589.58±20.76bc0.74±0.01a430.08±22.89bc玉米淀粉574.46±17.71bc0.71±0.02abc406.12±16.54bc豌豆淀粉581.78±11.98bc0.68±0.01bc396.33±6.17bc绿豆淀粉625.70±22.80ab0.70±0.02abc436.09±17.08b木薯淀粉558.80±17.39c0.65±0.01c368.50±17.17c马铃薯淀粉689.45±20.63a0.71±0.02ab505.80±28.31a
2.1.2 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。
表6 添加不同淀粉牛肉丸感官评分
Table 6 Sensory scores of beef meatballs with different starches
淀粉种类外观色泽评分 组织形态评分弹性评分口感评分风味评分总评分小麦淀粉7.10±0.31ab11.10±0.71a24.50±0.90a23.30±0.96ab12.00±0.61a76.80±1.60ab玉米淀粉6.90±0.55ab10.90±0.53a23.40±1.03a22.30±0.96b11.60±0.76a75.30±2.05ab豌豆淀粉6.10±0.50b11.20±0.66a24.10±0.85a22.80±0.95ab11.00±0.68a74.90±1.65b绿豆淀粉7.40±0.22ab10.90±0.67a24.60±0.75a23.30±1.27ab11.40±0.34a76.80±1.62ab木薯淀粉7.10±0.31ab10.90±0.55a24.40±0.82a21.40±1.32b11.10±0.50a73.70±2.62b马铃薯淀粉7.70±0.30a12.00±0.60a24.90±0.91a26.10±0.57a11.70±0.50a81.80±1.48a
2.2 牛肉丸脆性评价方法构建
2.2.1 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[21]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[22]。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[23]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。
图1 感官评分与质构特性相关性热图
Fig.1 Heatmap of the correlation between sensory scores and texture characteristics
*.显著相关（P＜0.05）；**.极显著相关（P＜0.01）。
2.2.2 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[23]，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。
图2 PCA载荷图
Fig.2 Principal component analysis (PCA) loading plot
图3 6 组样品PCA得分图
Fig.3 PCA score plot of six groups of samples
表7 前6 个PC的特征值及其方差贡献率
Table 7 Eigenvalues of the first six principal components and their contribution rates to the total variance
PC特征值方差贡献率/%累计方差贡献率/%PC15.887 6065.417 8165.417 81 PC22.333 0325.922 5791.340 38 PC30.428 454.760 5696.100 94 PC40.290 833.231 3999.332 33 PC50.060 090.667 67100.000 00 PC67.391 19×10-308.212 44×10-29100.000 00
2.3 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。
2.3.1 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[24]。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[25]。
图4 淀粉添加量对牛肉丸质构特性的影响
Fig.4 Effect of starch addition on texture characteristics of beef meatballs
小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。图6、8、10同。
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[26]。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[27]，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%。
图5 淀粉添加量对牛肉丸感官评分的影响
Fig.5 Effect of starch addition on sensory scores of beef meatballs
2.3.2 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[28]，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[29]，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[30]。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。
图6 淀粉热处理温度对牛肉丸质构特性的影响
Fig.6 Effect of starch heat treatment temperature on texture characteristics of beef meatballs
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 ℃。
图7 淀粉热处理温度对牛肉丸感官评分的影响
Fig.7 Effect of starch heat treatment temperature on sensory scores of beef meatballs
2.3.3 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[31]。加热时间越长，淀粉多尺度结构破坏程度越大[32]，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。
图8 淀粉热处理时间对牛肉丸质构特性的影响
Fig.8 Effect of starch heat treatment time on texture characteristics of beef meatballs
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[33]，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[34]，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。
图9 淀粉热处理时间对牛肉丸感官评分的影响
Fig.9 Effect of starch heat treatment time on sensory scores of beef meatballs
2.3.4 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[35]。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[35]。
图10 预煮制温度对牛肉丸质构特性的影响
Fig.10 Effect of pre-cooking temperature on texture characteristics of beef meatballs
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[36]。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[37]。综上，牛肉丸预煮制温度应控制在40～60 ℃。
图11 牛肉丸预煮制温度对牛肉丸感官评分的影响
Fig.11 Effect of pre-cooking temperature on sensory scores of beef meatballs
2.4 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。
表8 响应面试验设计及结果
Table 8 Experimental design and results for response surface analysis
试验号A淀粉添加量/%预煮制温度/℃ Y1硬度/gY2破裂力/gY3感官评分1345502 982.26611.1874.5 2945503 149.04604.3577.4 3365502 759.61581.8363.4 4965503 058.17606.7765.9 5355402 688.11580.8065.8 6955403 077.7595.4373.6 7355603 137.48588.8365.0 8955603 181.18613.9462.3 9645403 039.14608.9076.8 10665402 843.54579.4165.6 11645603 165.44602.4272.3 12665603 180.84608.2061.9 13655503 545.02721.5579.0 14655503 659.03721.7081.4 15655503 514.49718.2280.9 16655503 617.33729.9681.4 17655503 624.78726.2882.3 B淀粉热处理温度/℃C牛肉丸
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。
表9 3 个二次多项式模型方差分析
Table 9 Analysis of variance of three quadratic polynomial models
注：*.显著（P＜0.05）；**.极显著（P＜0.01）。
方差来源硬度破裂力感官评分平方和自由度均方F值P值显著性平方和自由度均方F值P值显著性平方和自由度均方F值P值显著性模型 1.463×10691.626×105 64.05＜0.000 1**56 895.6496 321.74301.99 ＜0.000 1**897.95999.7786.68＜0.000 1**A1.009×10511.009×105 39.760.000 4**418.411418.4119.990.002 9*13.78113.7811.970.010 5*B30 468.74130 468.7412.000.010 5*320.721320.7215.320.005 8*244.201244.20212.15 ＜0.000 1**C1.291×10511.291×105 50.870.000 2**298.351298.3514.250.006 9**51.51151.5144.750.000 3**AB4 342.0714 342.071.710.232 2252.351252.3512.050.010 4*0.040 010.040 00.034 80.857 4 AC29 911.21129 911.2111.780.010 9*27.46127.461.310.289 727.56127.5623.950.001 8*BC11 130.83111 130.834.380.074 5310.911310.9114.850.006 3**0.160 010.160 00.139 00.720 3 A24.325×10514.325×105 170.37 ＜0.000 1**17 110.15117 110.15 817.35 ＜0.000 1**182.721182.72158.74 ＜0.000 1**B23.405×10513.405×105 134.13 ＜0.000 1**14 538.80114 538.80 694.51 ＜0.000 1**71.21171.2161.870.000 1**C22.643×10512.643×105 104.10 ＜0.000 1**17 814.76117 814.76 851.01 ＜0.000 1**252.081252.08219.00 ＜0.000 1**残差17 769.9472 538.56146.54720.938.0671.15失拟项 3 346.0031 115.330.309 30.818 862.09320.700.980 30.485 82.0430.679 20.451 30.730 3纯误差 14 423.9443 605.9984.45421.116.0241.50总离差 1.481×1061657 042.1816906.0116 R20.988 00.997 40.991 1 R2 Adj0.972 60.994 10.979 7
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。
图12 各因素交互作用对牛肉丸硬度、破裂力和感官评分影响的响应面图
Fig.12 Response surface plots showing the interactive effects of variables on the hardness, rupture force and sensory score of beef meatballs
2.5 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。
3 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。
[1] MENG X R, WU D X, ZHANG Z L, et al.An overview of factors affecting the quality of beef meatballs: processing and preservation[J].Food Science & Nutrition, 2022, 10(6): 1961-1974.DOI:10.1002/fsn3.2812.
[2] YOU Q, YUAN Y K, MAO R X, et al.Simultaneous monitoring of two comprehensive quality evaluation indexes of frozen-thawed beef meatballs using hyperspectral imaging and multi-task convolutional neural network[J].Meat Science, 2025, 220: 109708.DOI:10.1016/j.meatsci.2024.109708.
[3] CHEN J Y, CHEN Q H, SHU Q, et al.The dual role of mannosylerythritol lipid-A: improving gelling property and exerting antibacterial activity in chicken and beef gel[J].Food Chemistry, 2025,464: 141835.DOI:10.1016/j.foodchem.2024.141835.
[4] 黄紫葳, 胡秦宇, 吴丹璇, 等.超声波协同真空滚揉处理对牛肉丸质地与风味品质的影响[J].食品工业科技, 2023, 44(1): 136-145.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022040237.
[5] MILANEZZI G C, SILVA E K.Pulsed electric field-induced starch modification for food industry applications: a review of native to modified starches[J].Carbohydrate Polymers, 2025, 348: 122793.DOI:10.1016/j.carbpol.2024.122793.
[6] JIA R, KATANO T, YOSHIMOTO Y, et al.Effect of small granules in potato starch and wheat starch on quality changes of direct heated surimi gels after freezing[J].Food Hydrocolloids, 2020, 104: 105732.DOI:10.1016/j.foodhyd.2020.105732.
[7] JIANG X, LIU J Y, XIAO N Y, et al.Characterization of the textural properties of thermally induced starch-surimi gels: morphological and structural observation[J].Food Bioscience, 2024, 58: 103675.DOI:10.1016/j.fbio.2024.103675.
[8] LI H H, ZHANG W, NUNEKPEKU X, et al.Investigating the change mechanism and quantitative analysis of minced pork gel quality with different starches using Raman spectroscopy[J].Food Hydrocolloids,2025, 159: 110634.DOI:10.1016/j.foodhyd.2024.110634.
[9] ZHANG S J, WU W G, ZHU J H, et al.Multi-scale structural evolution during simulated gelatinization process of sweet potato starch by heat-moisture treatment[J].Food Chemistry: X, 2025, 25:102123.DOI:10.1016/j.fochx.2024.102123.
[10] FU Z Q, CHE L M, LI D, et al.Effect of partially gelatinized corn starch on the rheological properties of wheat dough[J].LWTFood Science and Technology, 2016, 66: 324-331.DOI:10.1016/j.lwt.2015.10.052.
[11] VAMADEVAN V, BERTOFT E.Structure-function relationships of starch components[J].Starch-Stärke, 2015, 67(1/2): 55-68.DOI:10.1002/star.201400188.
[12] 李兆丰, 顾正彪, 洪雁.豌豆淀粉的研究进展[J].食品与发酵工业,2003, 29(10): 70-74.DOI:10.3321/j.issn:0253-990X.2003.10.017.
[13] 李文浩, 谭斌, 刘宏, 等.我国9 个品种绿豆淀粉的理化特性研究[J].中国食品学报, 2013, 13(4): 58-64.DOI:10.16429/j.1009-7848.2013.04.022.
[14] 许鑫, 韩春然, 袁美娟, 等.绿豆淀粉和芸豆淀粉理化性质比较研究[J].食品科学, 2010, 31(17): 173-176.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201017040.
[15] 谢宇欣, 徐乾达, 陈南, 等.假酸浆多糖对牛肉丸加工品质的影响[J].肉类研究, 2024, 38(3): 18-23.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240304-047.
[16] WAN Z C, XIAO N, GUO S G, et al.Synergistic effects of tea polyphenols and phosphorylation on the gelation behavior of egg white proteins[J].Food Hydrocolloids, 2024, 149: 109530.DOI:10.1016/j.foodhyd.2023.109530.
[17] LI J Y, LI S C, XIAO N, et al.Brittleness mechanism of pork meatballs revealed from molecular structure to macroscopic performance[J].Food Bioengineering, 2023, 2(2): 151-163.DOI:10.1002/fbe2.12052.
[18] 李应兰.黄花菜牛肉丸加工及干燥工艺研究[D].银川: 宁夏大学,2021: 5-49.DOI:10.27257/d.cnki.gnxhc.2021.000371.
[19] MISHRA S, RAI T.Morphology and functional properties of corn,potato and tapioca starches[J].Food Hydrocolloids, 2006, 20(5): 557-566.DOI:10.1016/j.foodhyd.2005.01.001.
[20] 秦斐, 强亚妹, 王琳琳, 等.三种原淀粉及其变性淀粉对牛肉糜凝胶品质的影响[J].食品与发酵工业, 2023, 49(18): 50-57.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032749.
[21] 牛丽影, 万玉炜, 李大婧, 等.不同品种紫薯的质构特征比较[J].现代食品科技, 2020, 36(7): 96-104.DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2020.7.1129.
[22] 任范伟, 朱兰兰, 周德庆.秋刀鱼肉质感官评价与质构的相关性分析[J].南方农业学报, 2016, 47(11): 1932-1938.DOI:10.3969/jissn.2095-1191.2016.11.1932.
[23] 李树长, 艾民珉, 龙姣丽, 等.潮汕脆性肉丸的感官评定与质构评价相关性分析[J].食品工业科技, 2022, 43(1): 62-70.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2021030214.
[24] WU M G, WANG J H, GE Q F, et al.Rheology and microstructure of myofibrillar protein-starch composite gels: comparison of native and modified starches[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 118: 988-996.DOI:10.1016/j.ijbiomac.2018.06.173.
[25] LI X X, YUE X R, HUANG Q L, et al.Insight into the spatial distribution and interaction model of heat-induced micro- and nano-starch/myofibrillar protein blends[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 240: 124366.DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.124366.
[26] ZHANG L, BARBUT S.Effects of regular and modified starches on cooked pale, soft, and exudative; normal; and dry, firm, and dark breast meat batters[J].Poultry Science, 2005, 84(5): 789-796.DOI:10.1093/ps/84.5.789.
[27] 张骏龙, 周纷, 邵俊花, 等.低场核磁共振技术研究淀粉添加量对肉糜保水性和质构特性的影响[J].食品工业科技, 2016, 37(21): 66-69;75.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.004.
[28] LIU X Y, MA Q Y, CHENG D W, et al.Preparation and characterization of type 3 resistant starch by ultrasound-assisted autoclave gelatinization and its effect on steamed bread quality[J].Ultrasonics Sonochemistry, 2023, 92: 106248.DOI:10.1016/j.ultsonch.2022.106248.
[29] SCHAFRANSKI K, ITO V C, LACERDA L G.Impacts and potential applications: a review of the modification of starches by heat-moisture treatment (HMT)[J].Food Hydrocolloids, 2021, 117: 106690.DOI:10.1016/j.foodhyd.2021.106690.
[30] FAN M C, HU T, ZHAO S M, et al.Gel characteristics and microstructure of fish myofibrillar protein/cassava starch composites[J].Food Chemistry, 2017, 218: 221-230.DOI:10.1016/j.foodchem.2016.09.068.
[31] CHAKRABORTY I, N P, MAL S S, et al.An insight into the gelatinization properties influencing the modified starches used in food industry: a review[J].Food and Bioprocess Technology, 2022, 15(6):1195-1223.DOI:10.1007/s11947-022-02761-z.
[32] LIN Z X, ZHANG R, WU Z T, et al.Prolonging heat-moisture treatment time at medium moisture content optimizes the quality attributes of cooked brown rice through starch structural alteration[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 279:135561.DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.135561.
[33] JIANG X, LIANG Q Q, SHI W Z.Influence of starch on freeze-thaw stability of Hypophthalmichthys molitrix surimi gel observed via ice crystal distribution and gel properties[J].Food Chemistry: X, 2024, 24:101995.DOI:10.1016/j.fochx.2024.101995.
[34] 徐敬欣, 常婧瑶, 殷永超, 等.淀粉预糊化温度对肉粉肠品质特性的影响和机制研究[J].食品工业科技, 2021, 42(21): 57-64.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2021010052.
[35] SHAN L Y, LI Y, WANG Q M, et al.Profiles of gelling characteristics of myofibrillar proteins extracted from chicken breast: effects of temperatures and phosphates[J].LWT-Food Science and Technology,2020, 129: 109525.DOI:10.1016/j.lwt.2020.109525.
[36] 梁荣蓉, 张一敏, 毛衍伟, 等.熟制牛肉肉色问题和影响因素研究进展[J].食品科学, 2019, 40(15): 285-292.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180731-376.
[37] 朱宏星, 孙冲, 王道营, 等.肌红蛋白理化性质及肉色劣变影响因素研究进展[J].肉类研究, 2019, 33(6): 55-63.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20190415-080.