发酵鸭肉熟制品加工工艺研究及其生产线设计大学论文.docx
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发酵鸭肉熟制品加工工艺研究及其生产线设计大学论文
毕业论文
2015年6月10日
发酵鸭肉熟制品加工工艺研究及其生产线设计
摘要：
通过单因素试验及响应面优化法对鸭肉肠发酵条件进行优化，最后得出鸭肉肠发酵最优方案是：
发酵剂添加量为10^6CFU/g，发酵时间54h，发酵温度27℃。
在此条件下发酵的鸭肉肠瘦肉呈鲜红色，脂肪呈乳白色，外表有光泽，腊香味纯正浓郁，具有发酵鸭肉肠固有风味，滋味鲜美，鲜甜适中，外形完整，质地均匀。
该工艺较好的改善了发酵鸭肉肠的感官品质，可用于工业化生产。
接下来，对年产1000吨发酵鸭肉肠生产线进行了工艺衡算，对主要设备进行了选型和设计，并对本方案的可行性进行了评估，本项目总投资1057.1万元，其中固定资产投资757.1万元，经营安全率为94.2%，预计投资回收期为1.1年，表明该设计方案是可行的。
关键词：
发酵鸭肉肠戊糖片球菌植物乳杆菌工艺优化生产线设计
Abstract:
Bythemethodofsinglefactortestsandresponsesurfaceoptimizationtooptimizetheducksausagesfermentationcondition,finallyitisconcludedtheoptimalcaseoffermentedducksausagesisthat:
addedcontentofadditiveis10^6CFU/g,timeoffermentationis54handthefermentationtemperatureis27℃.Underthiscondition,theleanmeatoffermentedducksausagesisbrightredandthefatismilk-white,outwardappearancehasgloss,lafragranceispureandrich,andhastheinherentflavoroffermentedducksausages,deliciousintaste,Sweetismoderate,appearanceiscompleteanduniformtexture.Theprocessbetterimprovedthesensoryqualityoffermentedducksausages,whichcanbeusedforindustrialproduction.Next,Ihavefinishedtheprocesscalculationofproductionlinefortheannualoutputof1000tonsoffermentedducksausages,selectedanddesignedthemainequipment,andevaluatedthefeasibilityofthisscheme,thetotalinvestmentofthisprojectis10.571millionyuan,ofwhich7.571millionyuanisusedinfixedassetinvestment,operationsafetyrateis94.2%,thepaybackperiodexpectedis1.1years,whichindicatethedesignschemeisfeasible.
Keywords:
Fermentedducksausagesduck；pediococcuspentosaceus；lactobacillusplantarum；processingparameter；designofproductionline
1引言
1.1课题研究背景
发酵肉制品是指在自然或人工控制条件下，利用微生物或酶的发酵作用，使原料肉发生一系列生物化学变化及物理变化，而形成具有特殊风味、色泽和质地以及较长保存期的肉制品【1】。
其主要特点是营养丰富、风味独特、保质期长。
经过有益微生物的发酵，引发肉中蛋白质变性和降解，既改善产品质量，也提高了蛋白质的吸收率；微生物发酵及内源酶联合作用，构成醇类、酸类、杂环化合物、核苷酸等芳香类物质，赋予产品特有的风味。
【2】肉中有益微生物可产生乳酸、菌素等代谢产物，降低肉品pH值，发酵的同时还会降低肉品水分含量，对致病菌和腐败菌形成竞争性抑制，这些都将提高产品安全性和延长产品货架期【3】。
鸭肉营养丰富，蛋白质含量高，脂肪含量低，同时，它还含有多种微量元素和B族维生素，能有效抵抗脚气病，神经炎和多种炎症，还能抗衰老【4-5】。
鸭肉中的脂肪酸熔点低，易于消化【6】。
鸭肉中含有较为充足的烟酸，它是组成人体内两种重要辅酶的成份之一，对心肌梗死等心脏疾病患者有保护作用【7】。
以发酵鸭肉肠为例，对发酵鸭肉制品进行研究。
1.2国内外研究现状
国内外对于发酵肉肠的研究重点集中于发酵剂和生产工艺两个方面.曾志刚【8】等从肉肠中分离筛选获得1株产细菌素的乳酸片球菌。
该细菌素对很多革兰氏阳性菌有较强的抑制作用，而对革兰氏阴性菌、酵母和霉菌并无作用。
卢士玲【9】等从发酵香肠、腊肠、火腿中分离筛选获得2株德氏乳杆菌，并建立了一套发酵肉制品中乳酸菌的分离鉴定方法。
王永霞【10】等从20余种传统发酵肉制品中筛选出两株过氧化氢酶阳性菌，经过初步鉴定为肉糖葡萄球菌S15和S113，并初步确定了戊糖片球菌P20与肉糖葡萄球菌S15作为肉品混合发酵剂。
德国推出的发酵装置，利用新鲜空气的导入以调节湿度，这一技术不仅简化了装置，主要优点是使发酵期能量耗用降低70%.
1.3待解决的问题
经市场调查和化学检验,腌腊肉制品加工时,硝酸钠添加过量,有的超过国家标准20倍以上，其中腌腊肉中NaNO2含量超过国家卫生标准的情况最为严重。
过量的NaNO2与肉中蛋白质分解产生的胺结合生成亚硝胺,可致癌。
此外，微生物在氨基酸脱羧酶的作用下能产生许多生物胺，过多的生物胺的生成会对人体的神经系统，胃、肠系统和血压造成不同程度的伤害。
这些都造成了人们想吃腌腊肉而不敢购买的情形,严重影响我国传统发酵肉制品的发展和出口，制约了发酵肉制品的生产。
因此，食品加工过程中必须严格控制硝盐的添加量,明确添加硝酸钠的作用和添加过量的危害,严格执行GMP管理。
1.4本课题的主要内容及意义
（1）从发酵温度、发酵剂添加量、发酵时间三个因素来对发酵鸭肉肠加工工艺条件进行优化，改善发酵鸭肉肠感官品质。
（2）根据实验结果，以年产1000吨肉肠为例，通过物料衡算和设备的选型与设计，绘制带控制点的工艺流程图、车间设备布置图和设备装配图，为工业化生产提供指导。
2发酵鸭肉肠加工工艺条件优化
2.1材料与方法
2.1.1材料与设备
（1）菌种：
嗜酸乳杆菌（L.plantarum）、戊糖片球菌（P.pentosaces）
（2）鸭肉：
购于家乐福超市
（3）肠衣：
购于夹江县健华肠衣厂
（4）添加剂：
食盐、白糖、亚硝酸钠、硝酸钠等均为食品级
（5）主要仪器设备：
电子天平、冰箱、恒温培养箱等
设备名称
型号
生产厂家
恒温恒湿箱
上海一恒科学仪器有限公司
绞肉机
SXC12
上海双碟出局有限公司
鼓风干燥箱
DGF30/7-I型
南京实验仪器厂
冰箱
BCD-18ZZMZ
合肥美菱股份有限公司
恒温水浴锅
HH-S
江苏金坛市金城国胜实验仪器厂
电子天平
FA/004
上海民桥精密科学仪器有限公司
灭菌锅
JCG
上海宜川上岭仪表有限公司
GC-MS
Trace2000
Finigan公司
2.1.2实验方法
2.1.2.1工艺流程
原料肉预处理→切碎→拌料→腌制→接种→灌肠→培养发酵→终止发酵→蒸煮→成品
2.1.2.2操作要点
（1）预料肉预处理：
选取鸭腿肉，剔除筋、腱、皮等。
将鸭肉切细，并混入一定量的鸭肉脂肪。
（2）腌制：
在原料肉中加入一定比例的腌制剂（3.0%的食盐，2.5%的白糖，
0.1%的亚硝酸钠），使其充分混匀，于4℃冰箱中冷藏腌制4h。
（3）接种:
将嗜酸乳杆菌和戊糖片球菌按试验比例（1:
1）接种到配制好的肉馅中,搅拌均匀。
（4）灌肠:
用清水将动物肠衣清洗干净，再将混合料灌入肠衣中,灌肠松紧适宜,灌肠时要用针扎孔排出内部残留空气以防发酵煮制时肠衣胀破。
（5）发酵:
发酵温度33℃，相对湿度86.3%，发酵时间48h。
终止发酵宜采用低温终止方法，即在15℃下24h终止发酵。
（6）蒸煮:
在沸水中煮制20-30min,然后在蒸制15-20min，即可食用。
2.1.3试验方案
2.1.3.1单因素试验
（1）发酵温度对发酵鸭肉肠感官品质的影响
选取发酵温度分别为25℃，30℃，35℃，40℃进行试验。
（2）发酵剂添加量对发酵鸭肉肠感官品质的影响
选取发酵剂添加量分别为10^5CFU/g,10^6CFU/g,10^7CFU/g,10^8CFU/g进行试验。
（3）发酵时间对发酵鸭肉肠感官品质的影响
选取发酵时间分别为24h,36h,48h,60h,72h进行试验。
2.1.3.2响应面试验
选取单因素中影响显著的因素，利用Design-Expert8.0软件设计3因素3水平共17点的响应面试验。
2.1.4菌种发酵剂的制备
将嗜酸乳杆菌和戊糖片球菌分别由干粉接种至MRS培养基中，37℃下培养24h，然后活化2~3次。
活化后的菌种作为原液按照4%的接种量在37℃的恒温摇床中培养24h，然后高速冷冻离心（5000rpm，10min，4℃），得到的沉淀物用无菌水稀释，即可得到所需的液体的发酵剂，最后通过倒平板法对菌种进行计数，再按照一定的比例接种的肉中。
2.1.5测定项目与方法
2.1.5.1感官评定方法
感官评价在昇华楼527实验室进行，邀请10位同学进行品尝评定，评定过程严格遵守“双盲”原则，即不告诉品尝者试验条件，各品评者之间无交流。
参照中式香肠标准GB/T23493-2009，分别对颜色、香味、口感、形态等指标进行打分【11】，制定如下表所示的感官评价标准表。
评分表
项目评分细则
色泽瘦肉呈鲜红色、枣红色，脂肪呈乳白色，外表有光泽20—30分
30瘦肉呈灰红色，脂肪呈暗白色，外表色泽一般11—20分
瘦肉呈灰色或暗淡色，脂肪呈暗灰色，外表色泽暗淡1—10分
香气腊香味纯正浓郁，具有中式香肠固有风味16—20分
20腊香味一般，中式香肠固有风味较弱8—15分
基本无腊香味及中式香肠固有风味1—7分
滋味滋味鲜美，咸甜适中20—30分
30滋味一般，略甜或略咸11—20分
滋味较差，过甜或过甜1—10分
形态外形完整，质地均匀，表面干爽呈现收缩后的自然皱纹16—20分
20外形较完整，质地均匀，表面较干爽有一定收缩后的皱纹8—15分
外形不完整，质地不均匀，表面粘黏1—7分
计算公式：
感官综合分=色泽+香气+滋味+形态
2.1.5.2风味物质检测
利用ＧＣ—ＭＳ和固相微萃取技术（SPME），检测发酵鸭肉肠中的挥发性风味物质【12-13】。
2.1.6数据处理
采用Excel对单因素实验结果进行方差分析；用Design-Expert软件设计响应面试验【14】。
2.2结果与分析
2.2.1单因素对实验结果的影响
2.2.1.1发酵温度的不同对鸭肉肠感官评分的影响
在鸭肉中添加107CFU/g的发酵剂，控制发酵温度分别为25℃，30℃,35℃,40℃进行发酵。
由10人组成的感官小组对鸭肉肠进行打分，结果如图2-1所示。
图2-1发酵温度对发酵鸭肉肠感官品质的影响
Picure2-1Effectoffermentationtemperatureonthesensory
qualityoffermentedduckintestines
在25℃到30℃的过程中，发酵鸭肉肠的感官品质随着发酵温度的增加而上升，在30℃到35℃的时候，感官品质随着温度的增加而急速下降，而温度大于35℃时，感官品质下降的速度降低。
在一定范围内，温度越高菌活性越大，发酵作用越强烈。
低于30℃时，随着发酵作用的增强，鸭肉肠的发酵香气越来越强烈，跟符合发酵鸭肉肠的固有风味；当温度大于30℃时，鸭肉肠呈现出腐败的酸味，导致口感变差；而当温度超过40℃时，高温会将菌杀死，因此我们研究温度对鸭肉肠风味的影响一般是在40℃下进行。
经单因素方差分析得到P-value=0.000125,可知发酵温度对发酵鸭肉感官品质的影响高度显著。
因此，在后续的单因素实验中，将采用30℃的发酵温度进行发酵。
2.2.1.2发酵剂的不同添加量对鸭肉肠感官评分的影响
控制发酵剂接种量分别为105CFU/g,106CFU/g,107CFU/g，108CFU/g，30℃发酵培养两天。
由10人组成的感官小组进行打分后得到如图2-2所示结果。
图2-2发酵剂添加量对发酵鸭肉肠感官品质的影响
Picture2-2Effectoffermentationagentadditiononthesensoryqualityoffermentedduckintestines
从图中可看出发酵剂添加量为106CFU/g时，鸭肉肠的感官评分最高。
发酵剂添加量从105CFU/g到106CFU/g增加的过程中，鸭肉肠的固有风味更加浓郁，当发酵剂添加量大于106CFU/g时，鸭肉肠呈现一股腐败的酸味，影响鸭肉的口感。
经单因素方差分析得到P-value=1.4E-05,可知发酵剂添加量对发酵鸭肉感官品质的影响高度显著。
所以，选择106CFU/g为发酵剂的最佳添加量。
2.2.1.3发酵时间不同对鸭肉肠感官评分的影响
在鸭肉中添加107CFU/g的发酵剂，于30℃的条件下控制发酵时间分别为24h,36h,48h,60h,72h。
由10人组成的感官小组进行打分后，结果如图3所示。
图2-3发酵时间对发酵鸭肉肠感官品质的影响
Picture2-3Effectoffermentationtimeonthesensory
qualityoffermentedduckintestines
发酵鸭肉肠的感官品质随着发酵时间的增加，变化并不明显。
发酵时间从24h增加到48h，感官评分也缓慢增加，大于48h后，略有下降。
发酵过程中菌对鸭肉肠中各种营养物质的代谢作用会产生一些风味物质，随着发酵时间的增加，风味物质也逐渐累积。
经单因素方差分析得到p-value=5.77E-10,可知发酵时间对发酵鸭肉感官品质的影响高度显著。
因此，选择48h为最佳发酵时间。
2.2.2多因素对实验结果的影响
根据单因素研究结果，对各因素进行发差分析，选取对感官品质影响显著的因素，采用响应面试验方法设计试验，进行多因素试验优化发酵条件。
本实验选取发酵时间、发酵温度、发酵剂添加量三因素，以感官评分为指标，利用Design-Expert8.0软件设计3因素3水平共17点的响应面试验，因子水平编码见表2-1，试验结果分析如表2所示。
表2-1Box-Behnken试验设计因素水平编码表
Table2-1CodedandreallevelsofindependentvariablesforBox-Behhkendesign
代号
X1
X2
X3
因子
发酵剂添加量/CFU/g
发酵时间/h
发酵温度/℃
-1
105
42
27
0
106
48
30
1
107
60
33
表2-2Box-Behnken试验方案与结果
Table2-2ExperimentaldesignmatrixandtheresultsforBox-Behnkendesign
序号
X1
X2
X3
感官评分/分
1
-1
-1
0
77
2
+1
-1
0
66
3
-1
+1
0
74
4
+1
+1
0
64
5
-1
0
-1
79
6
+1
0
-1
71
7
-1
0
+1
74
8
+1
0
+1
72
9
0
-1
-1
81
10
0
+1
-1
76
11
0
-1
+1
69
12
0
+1
+1
75
13
0
0
0
82
14
0
0
0
82
15
0
0
0
89
16
0
0
0
78
17
0
0
0
86
（1）模型的建立与方差分析
利用Design-Expert8.0软件对所得的数据进行分析，回归分析结果见表2-3.
表2-3Box-Behnken试验结果方差分析表
Table2-3ANOVAtableforexperimentresultsforBox-Behnkendesign
变异源
平方和
df
均方
F值
P值
显著性
模型
631.65
10
63.16
4.17
0.0470
显著
A-发酵剂添加量
120.12
1
120.12
7.94
0.0305
B-发酵时间
2.00
1
2.00
0.13
0.7287
C-发酵温度
42.25
1
42.25
2.79
0.0458
AB
0.25
1
0.25
0.017
0.9019
AC
9.00
1
9.00
0.59
0.0499
BC
30.25
1
30.25
2.00
0.2072
A2
218.27
1
218.27
14.42
0.0090
B2
149.06
1
149.06
9.85
0.0201
C2
20.38
1
20.38
1.35
0.2900
A2C
10.13
1
10.13
0.67
0.4447
残差
90.82
6
15.14
失拟检验
19.62
2
9.81
0.55
0.6145
不显著
误差71.20417.80
总和722.4716
决定系数0.8743
信噪比5.520
变异系数5.11
因子经回归拟合，得到关于实际值回归方程为：
Y=-1204.85+335.525*A+10.95*B+30.25*C+0.041667*AB-8.5*AC+0.15
278*BC-29.7*A2-0.16528*B2-0.24444*C2+0.75*A2C
其中A﹣发酵剂添加量，B﹣发酵时间，C﹣发酵温度。
由表2-3可知，总模型p值﹤0.05，该方程回归显著，说明这种试验方法是可靠的；决定系数为0.8743，信噪比为5.520，表明方程的拟合度和可信度均很高；变异系数为5.11%，表明试验的精确度较高，试验操作可信；失拟项的P值﹥0.05，说明实验不存在其他未考虑到的影响因素，试验误差小。
综上说明可以用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析和预测。
各项系数的P值越小，表明对发酵鸭肉肠的感官品质影响越显著。
从表中可看出，A2影响高度显著，A、C、AC、B2影响显著，而B、C、C2影响不显著。
（3）响应面及等高线分析
根据回归分析结果，在发酵时间为48h时作出影响显著的交互作用响应面和等高线图，如图2-4所示。
图2-4发酵剂添加量和发酵温度对发酵鸭肉肠感官品质影响的
响应曲面和等高线
Figure2-4ResponsesurfaceandcontourfortheeffectofLeaveningagentadditionandfermentationtemperatureontheintestinalsensoryqualityoffermentedduck
图2-4直观的给出了发酵剂添加量和发酵温度交互作用的响应面和等高线图，响应面坡度较陡，表明响应面值对发酵剂添加量和发酵温度的交互作用较敏感，由等高线可看出沿发酵剂添加量轴向变化相对密集，说明发酵剂添加量的影响比发酵温度的影响大。
并且等高线呈椭圆形，说明两因素的交互作用较强，影响显著，与方差分析结果一致。
经软件分析可知，发酵鸭肉肠的最佳发酵条件为：
发酵剂添加量10^6CFU/g,发酵时间54h,发酵温度27℃。
在此条件下，根据方程得到发酵鸭肉肠的感官评分预测值为93分。
（3）验证实验
挑选单因素中的最佳发酵条件和响应面验证试验中的最佳发酵条件一起进行验证实验。
如表2-4所示。
表2-4验证试验结果表
Table4ResultVerificationexperiment
序号
验证方案
试验结果
发酵剂添加量/CFU/g
发酵时间/h
发酵温度/℃
预测值/分
实测值/分
1
10^6
54
27
100
93±4
2
10^6
48
30
95
90±2
由表2-4可以看出，在发酵剂添加量为10^6CFU/g,发酵时间54h,发酵温度27℃时，发酵鸭肉肠的感官评分最高，因此，选择此条件为最优发酵方案。
2.3发酵鸭肉肠挥发性风味物质的检测
采用ＳＰＭＥ与ＧＣ—ＭＳ联用，分析发酵鸭肉肠中的挥发性风味物质，检索出部分匹配率高的物质，得到挥发性风味物质的组成及相对含量见表2-5，总离子流图见图2-5。
表2-5发酵鸭肉肠主要挥发性风味物质成分
Table2-5Thevolatileflavormaterialcomponentsoffermentedduckintestines
种类
化合物名称
保留时间
相对百分含量
醇类
2-硝基乙醇
5.284
12.935
2-乙基环丁醇
8.84
0.147
二甲基环烷双醇
10.074
2.659
2,4-二甲基环戊醇
10.797
0.195
3-甲基-1-丁醇
11.579
4.105
正戊醇
11.82
2.226
1-甲基苯乙醇
12.72
2.737
正己醇
14.234
1.735
烷类
庚烷
10.738
0.775
环丁烷+
14.519
0.694
胺类
甲酰胺
11.001
4.109
乙胺
11.188
0.363
酯类
丙烯酸2-乙基己基酯
12.278
0.414
肼羧酸苯甲酯
12.514
1.047
醛类
庚醛
14.799
0.885
烯类
石竹烯
21.309
0.252
图2-5 发酵鸭肉肠挥发性风味物质总离子流图
Figure2-5TotalionchromatogramofVolati
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