食品添加劑對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

李湘鑾，劉巧瑜，白衛(wèi)東*，劉果，莊沛銳，甘尚威

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院，廣州 510225；2.廣州市廣式傳統(tǒng)食品加工與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510225；3.東莞市華井生物科技有限公司，廣東 東莞 523832；4.廣東真美食品股份有限公司，廣東 潮州 515637)

冷凍是肉制品最常用的貯藏方式。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于在運(yùn)輸、貯藏、銷售過(guò)程中冷鏈體系的不健全，外界溫度波動(dòng)比較大，新鮮肉類在被消費(fèi)者食用之前，不可避免地經(jīng)受反復(fù)凍結(jié)、解凍的過(guò)程，引起肉制品中水分等發(fā)生一系列生化反應(yīng)，從而影響其品質(zhì)[1]。肉制品在反復(fù)凍融的過(guò)程中，內(nèi)部部分融化的水重結(jié)晶，形成的大冰晶會(huì)造成食品組織結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷，再次解凍時(shí)往往造成大量的汁液損失[2]。研究表明，隨著解凍次數(shù)的增加，肉制品的汁液損失呈現(xiàn)較明顯的增加趨勢(shì)[3,4]。因此，亟需解決反復(fù)凍融豬肉保水性差的問(wèn)題，從而提升豬肉的品質(zhì)，滿足消費(fèi)者的需求。

食品添加劑是現(xiàn)代食品工業(yè)的靈魂，在肉制品中的應(yīng)用，可推動(dòng)肉制品工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新[5]。大豆蛋白、TG酶、復(fù)合磷酸鹽、黃原膠、單甘脂對(duì)肉制品具有一定的保水作用[6-9]，因此常作為肉制品添加劑。而復(fù)合食品添加劑是將兩種或兩種以上功能互補(bǔ)或有協(xié)同作用的單體按適當(dāng)?shù)谋壤龔?fù)合在一起形成的復(fù)合物[10]。通過(guò)將不同功能的食品添加劑進(jìn)行復(fù)配，從而提高肉的保水性來(lái)改善肉的嫩度、質(zhì)地、口感和質(zhì)量，滿足消費(fèi)者的需求[11]。

本文通過(guò)研究大豆蛋白、TG酶、復(fù)合磷酸鹽、黃原膠、單甘脂對(duì)豬肉反復(fù)凍融后蒸煮損失率的影響，并采用響應(yīng)面優(yōu)化各因素的添加量來(lái)提高豬肉的保水性，以期為產(chǎn)業(yè)化有效提升豬肉的品質(zhì)和開(kāi)發(fā)冷藏產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮豬肉：購(gòu)于超市；大豆蛋白粉、復(fù)合磷酸鹽、黃原膠、玉米淀粉、單甘脂、TG酶：均為食品級(jí)，河南天潤(rùn)生物科技有限公司。

JJ600型電子分析天平、BCD-192TGN型冰箱 廣州市正一科技有限公司；LL-220P型電磁爐 佛山市順德區(qū)勞萊斯電氣有限公司。

1.2 工藝流程

1.3 豬肉的處理方法

將切割好的豬肉分成25組并分別稱重后使用保鮮袋封口裝好編號(hào)，其中1～5組分別冷凍解凍1次，6～10組分別冷凍解凍2次，11～15組分別冷凍解凍3次，16～20組分別冷凍解凍4次，21～25組分別冷凍解凍5次，然后依據(jù)冷凍解凍的次數(shù)將這些樣品分為A，B，C，D，E 5大組，并在每大組按數(shù)字序號(hào)分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的大豆蛋白、TG酶、復(fù)合磷酸鹽、黃原膠、單甘脂(%指占肉重量的百分比)。

將處理好的樣品放入-18 ℃的冰箱冷凍室靜置24 h，隨后取出放入0～4 ℃的冰箱冷藏室靜置24 h(這兩個(gè)步驟為冷凍解凍1次，其中A組進(jìn)行1次，B組進(jìn)行2次，C組進(jìn)行3次，D組進(jìn)行4次，E組進(jìn)行5次)。再將樣品置于80 ℃恒溫水浴30 min(此處使用電磁爐在最低功率狀態(tài)下進(jìn)行水恒溫)，隨后取出置于陰涼處將樣品晾干，稱重，根據(jù)蒸煮損失率確定各因素的最佳添加量。

1.4 響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，并運(yùn)用Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，選擇大豆蛋白(A)、復(fù)合磷酸鹽(B)、黃原膠(C)為自變量，以蒸煮損失率為響應(yīng)值。因素水平取值及編碼見(jiàn)表1，全部試驗(yàn)反復(fù)凍融3次。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiment

注：表中%指占肉重量的百分比。

1.5 豬肉蒸煮損失率的測(cè)定

將樣品置于-18 ℃的冰箱冷凍室靜置24 h，隨后轉(zhuǎn)移至4 ℃的冰箱冷藏室靜置24 h，再將樣品置于80 ℃的恒溫水中保持30 min。水浴后將樣品置于陰涼處晾15 min，樣品表面局部未完全晾干的水分用濾紙吸干，隨后稱重。蒸煮損失率的計(jì)算公式如下：

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件處理數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，采用Design Expert 8.0.5b Trail 軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆蛋白對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖1 大豆蛋白添加量對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響Fig.1 Effect of additive amount of soybean protein on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由圖1可知，隨著大豆蛋白添加量的增加，豬肉蒸煮損失率呈現(xiàn)先顯著性不斷下降(P<0.05)再上升的趨勢(shì)(P<0.05)。當(dāng)大豆蛋白添加量為0.4%時(shí)，豬肉的蒸煮損失率達(dá)到最低。這主要是因?yàn)榇蠖沟鞍拙哂休^強(qiáng)的持水性，與豬肉中的鹽溶蛋白結(jié)合，提高了豬肉的持水性，從而蒸煮損失率下降。因此，大豆蛋白的最佳添加量為0.4%。

隨著凍融次數(shù)的增加，豬肉的蒸煮損失率先上升再呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)，原因在于冷凍過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大小不一的冰晶，增大了冰晶占肉中總含水量的比例，再進(jìn)行解凍處理，使得肉樣中冰晶融化，這樣反復(fù)凍融處理造成肉樣汁液損失增加，因此蒸煮損失率會(huì)增大，但由于大豆蛋白對(duì)脂肪和水分的束縛，在一定程度上減少了蒸煮損失率。根據(jù)圖1中蒸煮損失率的變化，當(dāng)凍融次數(shù)為3次時(shí)對(duì)添加大豆蛋白后蒸煮損失率的變化最大。

2.2 TG酶對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖2 TG酶添加量對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響Fig.2 Effect of additive amount of TG enzyme on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由圖2可知，TG酶對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的作用效果不顯著(P>0.05)。TG酶可催化蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)，形成共價(jià)鍵[12]，從而提升肌肉的保水性。但豬肉在反復(fù)凍融過(guò)程中，TG活性受到溫度的影響較大，其催化作用減弱，無(wú)法作用于肉中蛋白質(zhì)分子之間進(jìn)行交聯(lián)，因此豬肉的持水性下降。

以曲沃、翼城、浮山一帶鐵礦為例。產(chǎn)于閃長(zhǎng)巖或閃長(zhǎng)斑巖與奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖接觸帶，尤以其中富含一定鎂質(zhì)的鈣質(zhì)白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r碳酸鹽巖最有利成礦[14](圖3)。礦體主要賦存于斷裂接觸帶中，其次是捕虜體、巖體或接觸帶附近圍巖中。構(gòu)造控礦明顯，接觸帶越復(fù)雜，成礦越好，礦體越大，反之則差或無(wú)礦。尤其在兩組構(gòu)造交接部位。

隨著凍融次數(shù)的增加，豬肉的蒸煮損失率顯著性持續(xù)增加(P<0.05)，主要是因?yàn)樵趦鋈谶^(guò)程中，TG酶的各項(xiàng)性能都會(huì)降低，從而導(dǎo)致豬肉的汁液損失增加，蒸煮損失率也上升。

2.3 復(fù)合磷酸鹽對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖3 復(fù)合磷酸鹽添加量對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響Fig.3 Effect of additive amount of complex phosphate on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由圖3可知，隨著復(fù)合磷酸鹽添加量的增加，蒸煮損失率先下降后增大。當(dāng)復(fù)合磷酸鹽添加量為0.3%時(shí)蒸煮損失率最小。主要原因：一方面，磷酸鹽提高了肌球蛋白的溶解性；另一方面，增強(qiáng)了金屬離子與蛋白質(zhì)之間的螯合作用，從而提高了豬肉的保水性，降低了其蒸煮損失率[13]。當(dāng)磷酸鹽添加量過(guò)大時(shí)，蒸煮損失率有所減弱。因此，復(fù)合磷酸鹽的添加量不宜過(guò)多，最佳添加量為0.3%。

豬肉的蒸煮損失率隨著凍融次數(shù)的增加不斷上升(P<0.05)，隨后呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)(P<0.05)。冷凍過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生冰晶，增大了肉中冰晶占肉中總含水分量的比例，進(jìn)行解凍處理時(shí)，肉樣中冰晶融化，這樣反復(fù)凍融處理造成肉樣汁液損失增加，蒸煮損失率增大。但是復(fù)合磷酸鹽能調(diào)節(jié)豬肉的pH，使之偏離其等電點(diǎn)[14]，并螯合肉中的金屬離子，提高豬肉的保水性，因此在一定程度上降低了其蒸煮損失率。在反復(fù)凍融3次時(shí)蒸煮損失率變化的幅度最大，因此，在凍融次數(shù)為3次時(shí)對(duì)添加復(fù)合磷酸鹽后豬肉蒸煮損失率的影響最大。

2.4 黃原膠對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖4 黃原膠添加量對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響Fig.4 Effect of additive amount of xanthan gum on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由圖4可知，當(dāng)黃原膠的添加量在0.1%～0.4%的范圍內(nèi)，隨著黃原膠的添加量不斷增加，蒸煮損失率顯著性不斷下降(P<0.05)。當(dāng)黃原膠的添加量為0.4%時(shí)蒸煮損失率最小，然后又呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。由于黃原膠具有較強(qiáng)的親水作用[15]，從而提高了肉的保水性，降低了豬肉的蒸煮損失率。因此，黃原膠的最佳添加量為0.3%。

豬肉的蒸煮損失率隨著凍融次數(shù)的增加先上升后下降再呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。這是因?yàn)榉磸?fù)凍融處理造成肉樣汁液損失變大，從而導(dǎo)致蒸煮損失率增大，但是由于黃原膠具有增稠性，提高了豬肉的保水性，在一定程度上減少了蒸煮損失率。在進(jìn)行反復(fù)凍融3次處理時(shí)蒸煮損失率變化幅度最大，因此在凍融次數(shù)為3次時(shí)對(duì)添加黃原膠后豬肉蒸煮損失率的影響最大。

2.5 單甘脂對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖5 單甘脂添加量對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響

由圖5可知，隨著單甘脂添加量的增加，蒸煮損失率的總體變化幅度不明顯(P>0.05)。因?yàn)樵诜磸?fù)凍融過(guò)程中，單甘脂的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一定程度的變化，導(dǎo)致性能效果減弱，較難提高肉樣的保水性，因此單甘脂的添加量對(duì)豬肉反復(fù)凍融后蒸煮損失率的影響不顯著。豬肉蒸煮損失率隨著凍融次數(shù)的增加持續(xù)增加，且增加幅度較大，主要原因是在反復(fù)冷凍-解凍處理過(guò)程中，單甘脂的一部分性能減弱，對(duì)肉樣保水性影響較小，因此導(dǎo)致蒸煮損失率大。

2.6 復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮損失率的響應(yīng)面試驗(yàn)分析

2.6.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選用A(大豆蛋白)、B(復(fù)合磷酸鹽)、C(黃原膠)為自變量，以蒸煮損失率為響應(yīng)值設(shè)計(jì)試驗(yàn)。運(yùn)用Box-Behnken設(shè)計(jì)進(jìn)行19組試驗(yàn)，具體響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Response surface optimization experimental design and results

續(xù) 表

利用Design Expert 11軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到復(fù)合添加劑對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率(Y)的回歸方程：

Y=25.63+0.69A-0.71B+1.35C+0.09AB+0.74AC-0.78BC+3.42A2+2.11B2+3.059C2。

蒸煮損失率回歸方程方差分析結(jié)果見(jiàn)表3，模型的F值為42.56，損失率預(yù)測(cè)模型達(dá)到極顯著水平(P<0.0001)，失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)，表明試驗(yàn)結(jié)果與模型擬合良好。由表3中P 值可知，A(大豆蛋白)、B(復(fù)合磷酸鹽)、C(黃原膠)的P值均小于0.05，說(shuō)明3個(gè)因素的添加量對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率有顯著影響。3個(gè)因素對(duì)反復(fù)凍融豬肉蒸煮損失率的影響排序?yàn)椋篊(黃原膠)>B(復(fù)合磷酸鹽)>A(大豆蛋白)。且模型的相關(guān)系數(shù)R2為97.70%，>90%，說(shuō)明模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差小，該模型是合適的。由P值可知，AC、BC的交互作用也顯著(P<0.05)，從交互作用來(lái)看，BC>AC>AB。

表3 蒸煮損失率回歸方程方差分析結(jié)果Table 3 Results of variance analysis of cookingloss rate regression equation

注：“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01；“***”表示P<0.001。

2.6.3 響應(yīng)面交互作用分析

各因素顯著項(xiàng)交互作用對(duì)蒸煮損失率影響的響應(yīng)面見(jiàn)圖6和圖7。因素C響應(yīng)面弧度最大，因素B次之，因素A的影響最小。因此，3個(gè)因素對(duì)豬肉蒸煮損失率的影響為：C(黃原膠)>B(復(fù)合磷酸鹽)>A(大豆蛋白)，與表3中的顯著性分析結(jié)果一致。在所選范圍內(nèi)存在極點(diǎn)，且響應(yīng)面坡度比較陡峭，說(shuō)明大豆蛋白和黃原膠的添加量、復(fù)合磷酸鹽和黃原膠的添加量之間的交互作用顯著，對(duì)蒸煮損失率的影響較大。

圖6 大豆蛋白和黃原膠添加量對(duì)蒸煮損失率影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface plot of the effect of soybean protein and xanthan gum on cooking loss rate

圖7 復(fù)合磷酸鹽和黃原膠添加量對(duì)蒸煮損失率影響的響應(yīng)面圖Fig.7 Response surface plot of the effect of complex phosphate and xanthan gum on cooking loss rate

2.6.4 最佳工藝參數(shù)確定及驗(yàn)證

通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化分析可知，當(dāng)大豆蛋白添加量為0.39%、復(fù)合磷酸鹽添加量為0.31%、黃原膠添加量為0.38%時(shí)，得到豬肉的蒸煮損失率理論值為25.43%。通過(guò)對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)3次平行試驗(yàn)，取平均值，得到豬肉的蒸煮損失率平均為25.88%，與模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差很小。因此，采用響應(yīng)面法對(duì)復(fù)合添加劑對(duì)豬肉蒸煮損失率影響條件的優(yōu)化是可行的。

3 結(jié)論

本文通過(guò)單因素試驗(yàn)，確定對(duì)反復(fù)凍融后豬肉的蒸煮損失率影響顯著的食品添加劑為大豆蛋白、復(fù)合磷酸鹽、黃原膠，而TG酶、單甘脂對(duì)蒸煮損失率也有一定影響，但效果不明顯；以蒸煮損失率作為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面法優(yōu)化大豆蛋白、復(fù)合磷酸鹽、黃原膠的添加量，得到最佳添加量配比為：大豆蛋白0.39%、復(fù)合磷酸鹽0.31%、黃原膠0.38%。使用該優(yōu)化配方得到的豬肉，在反復(fù)凍融3次后，測(cè)得的蒸煮損失率為25.88%， 極大地提高了豬肉在反復(fù)凍融過(guò)程中的保水性，降低了其蒸煮損失率。本研究結(jié)果可為提升反復(fù)凍融肉制品提供理論參考依據(jù)。