L-組氨酸、L-賴氨酸、檸檬酸鈉復(fù)配對牛肉糜保水性的影響

李叢勝，羅雨，劉馨雨，劉笑，田佳佳，劉金平，尚校蘭，*

（1.廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000；2.河北省動物多樣性重點實驗室，河北廊坊065000）

保水性是衡量牛肉糜制品的一個重要指標(biāo)，如何提高牛肉糜保水性，減少蒸煮損失成為研究的重點。當(dāng)前，我國食品工業(yè)大部分采用磷酸鹽作為肉制品的保水劑。但過多的磷酸鹽對食物和人體都存在危害。鑒于此，許多研究人員將目光轉(zhuǎn)向了無磷保水劑。Velde[1]和Pietrasik[2]發(fā)現(xiàn)，向肉制品添加多糖有利于保持肉中的水分。張杰等[3]發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉、檸檬酸三鈉和乳酸鈉均可代替磷酸鹽，降低牦牛肉的蒸煮損失；李雪姣等[4]研究確定無磷保水劑最佳配比為：蘋果酸鈉4%、醋酸鈉1.5%、氯化鈉1.5%、水93%，此時牛肉蒸煮損失降至14.79%；付麗等[5]向牛排中添加0.5%蘋果酸鈉、0.49%碳酸鈉、0.49%檸檬酸鈉以及0.11%蘋果酸，保水率達(dá)到30%，提高了牛排的品質(zhì)和嫩度。

目前，氨基酸作為保水劑添加到肉制品中也成為了研究的熱點。張建華等[6]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入6%氨基酸（L-組氨酸和L-賴氨酸的質(zhì)量比為1∶1）代替NaCl時，鴨肉的蒸煮損失顯著降低。李俊[7]的研究結(jié)果表明，添加0.8%L-賴氨酸或0.6%精氨酸均能改善豬肉腸品質(zhì)。

對于食品添加劑行業(yè)來講，研究開發(fā)復(fù)合添加劑是一種趨勢，其使用效果優(yōu)于單一添加劑的使用[8]。另外，一定濃度的食鹽溶液可以提高肉制品保水性[9-10]。本試驗擬采用L-組氨酸、L-賴氨酸、檸檬酸鈉復(fù)配，并加入1.5%的NaCl，制成無磷保水劑，加入到牛肉糜中，提高其保水性，改善牛肉品質(zhì)，順應(yīng)市場需求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉（后腿肉，宰后10 h）：廊坊市元辰超市；蒸煮袋：永誠包裝材料有限公司；L-組氨酸、L-賴氨酸、檸檬酸鈉、氯化鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉（均為食品級）：河南明瑞食品添加劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

J-HH-6A精密數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海皓莊儀器有限公司；FA2004B電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；FR-300A塑料薄膜封口機：上海義光包裝設(shè)備制造有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 牛肉糜的制備

將新鮮牛后腿肉切成邊長1 cm的正方體，4℃下使用斬拌機于3 500 r/min斬拌3 min，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的添加量加入NaCl，再于4℃下使用斬拌機于3 500 r/min斬拌3 min。

1.3.2 單因素試驗

分別以L-組氨酸（含量為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）、L-賴氨酸（含量為 0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%）、檸檬酸鈉（含量為0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%）進(jìn)行單因素試驗，測量蒸煮損失。當(dāng)選取一種添加劑的添加量作為自變量時，要固定另外兩種添加劑的添加量。

1.3.3 響應(yīng)面法確定無磷保水劑的最佳配比

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取每種添加劑蒸煮損失較低的3個濃度，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗，具體因素水平見表1。

1.3.4 蒸煮損失的測定

按照已經(jīng)確定的試驗方案，用精密天平準(zhǔn)確稱取3種添加劑。每組取已經(jīng)制備好的牛肉糜100 g，分別加入3種不同含量的添加劑，混勻后裝入大小相同的蒸煮袋中，封口機封口，稱重（m1）。水浴鍋提前加溫至90℃，將裝好肉糜的蒸煮袋放入水浴鍋加熱20 min。取出后至于流水中降低至室溫（20℃），剪開蒸煮袋，用濾紙吸干肉糜表面水分后稱重（m2）。每個樣品重復(fù)3次。按照以下公式計算蒸煮損失[11]。

表1 試驗因素水平表Table 1 Factors and levels for design

式中：CL為蒸煮損失，%；m1為蒸煮前牛肉糜質(zhì)量，g；m2為蒸煮后牛肉糜質(zhì)量，g。

1.3.5 復(fù)配無磷保水劑與磷酸鹽保水劑保水效果對比

響應(yīng)面法優(yōu)化出3種添加劑的最佳配比，按此配比復(fù)配添加劑，與磷酸鹽的保水性進(jìn)行對比，在相同條件下測量牛肉糜的蒸煮損失，以檢驗此復(fù)配無磷保水劑的保水效果。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016、SPSS16.0和Design-expert 8.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定3種添加劑的最佳配比，使牛肉糜蒸煮損失降低到最小。

2 結(jié)果與分析

2.1 L-組氨酸添加量對牛肉糜保水性的影響

不同L-組氨酸添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響見圖1。

圖1 不同L-組氨酸添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.1 Effect of different L-histidine additions on cooking loss of minced beef

由圖1可知，隨著L-組氨酸添加量的逐漸增加，蒸煮損失降低極顯著（P＜0.01）。當(dāng)L-組氨酸添加量為0.15%時，蒸煮損失達(dá)到14.67%，較空白對照組下降了48.18%，牛肉糜保水性極顯著提高（P＜0.01）。Zhang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，L-組氨酸的添加對熱誘導(dǎo)的凝膠行為和增強水的結(jié)合能力有積極的影響，增加了凝膠的交聯(lián)密度，有助于改善肌球蛋白的凝膠特性，特別是在低NaCl濃度下，其保水效果更明顯。李儒仁等[13]研究表明，L-組氨酸可以改變蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，使肌球蛋白的溶解度提高，進(jìn)而提高肉制品的保水性。當(dāng)L-組氨酸添加量大于0.15%時，蒸煮損失升高極顯著（P＜0.01），故將L-組氨酸添加量確定為0.15%。

2.2 L-賴氨酸添加量對牛肉糜保水性的影響

不同L-賴氨酸添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響見圖2。

圖2 不同L-賴氨酸添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.2 Effect of different L-lysine additions on cooking loss of minced beef

由圖2可知，當(dāng)L-賴氨酸含量小于0.20%時，隨著含量升高，蒸煮損失下降極顯著（P＜0.01），較空白對照組下降34.58%。當(dāng)添加量為0.20%時，牛肉糜蒸煮損失降到最小為19.57%。Guo等[14]研究發(fā)現(xiàn)，L-賴氨酸添加在肉制品中，使表面疏水性和反應(yīng)性巰基含量增加（P<0.05），最終增加肉的肌球蛋白的溶解度，提高肉制品保水性[15]。李林賢等[16]發(fā)現(xiàn)，L-賴氨酸可以提高肌球蛋白的溶解度，提高保水性，改善肉制品品質(zhì)。當(dāng)L-賴氨酸添加量大于0.25%時，蒸煮損失升高，但不顯著（P＞0.05），故選擇L-賴氨酸的添加量為0.25%。

2.3 檸檬酸鈉添加量對牛肉糜保水性的影響

檸檬酸鈉作為一類強堿弱酸鹽，也具有提高保水性的能力。不同檸檬酸鈉添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響見圖3。

圖3 不同檸檬酸鈉添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.3 Effect of different sodium citrate additions on cooking loss of minced beef

由圖3分析可知，添加有檸檬酸鈉的牛肉糜的蒸煮損失與空白對照組相比，有降低趨勢。當(dāng)檸檬酸鈉添加量小于0.30%時，隨添加量的增加，蒸煮損失下降極顯著（P＜0.01）。張英等[17]研究表明，檸檬酸鈉對肉組織中的金屬離子（Ca2+、Mg2+等）具有較強的絡(luò)合能力，從而有效鎖住組織中的水分，提高肉制品保水性。李雪蕊等[18]研究發(fā)現(xiàn)，添加檸檬酸鈉可以使肉制品形成緊密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)受熱變性，阻止水分流失，從而使蒸煮損失顯著降低（P<0.05），提高肉制品的保水能力。且在低NaCl添加量下，由于Cl-提高了凈電作用力，使得肉制品蛋白質(zhì)的內(nèi)聚力下降，組織結(jié)構(gòu)松散，從而能夠保留更多的水分，使肉的嫩度得到改善。當(dāng)檸檬酸鈉添加量大于0.30%時，下降不顯著（P＞0.05）。故將檸檬酸鈉的添加量確定為0.30%。

2.4 響應(yīng)面法試驗結(jié)果及優(yōu)化分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，每種添加劑選出3個較優(yōu)添加量，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗設(shè)計，共17個處理組合，具體組合編碼見表2，回歸方程方差分析見表3。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface analysis（RSA）

表3 回歸方程方差分析Table 3 Variance analysis of regression models

利用Design-expert 8.0軟件對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸擬合，得到該組數(shù)據(jù)的編碼方程為：Y=16.62-1.09A-4.40B+0.34C-0.66AB+0.85AC+0.81BC-0.23A2+1.65B2+1.50C2。

由表3方差分析可以得出，該回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P＞0.05），說明此模型理想可用。模型的決定系數(shù)為R2=0.975 0，校正決定系數(shù)為R2Adj=0.942 8，表明模型中有94.28%可以用此方程來解釋，說明該方程對試驗擬合好，試驗誤差小。信噪比Adeq Precision=19.694＞4，說明該模擬響應(yīng)的信號強，可進(jìn)行真實值的分析和試驗結(jié)果的預(yù)測。該模型較好地反映了L-組氨酸、L-賴氨酸以及檸檬酸鈉和牛肉糜蒸煮損失之間的關(guān)系。

一次項L-組氨酸添加量（A）和L-賴氨酸添加量（B）對牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），而檸檬酸鈉添加量（C）對蒸煮損失的影響不顯著（P＞0.05）；L-賴氨酸和檸檬酸鈉的二次項（B2和 C2）對牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），而 L-組氨酸的二次項（A2）不顯著（P＞0.05）；兩兩因素的交互項（AB、AC、BC）對蒸煮損失的影響都不顯著（P＞0.05）。

2.5 兩因素之間的交互作用

由軟件得到各因素交互作用的等高線圖和響應(yīng)面圖，它們直觀的反映出3個自變量對牛肉糜蒸煮損失的影響。響應(yīng)面曲面坡度陡峭，等高線圖中的橢圓較扁，說明該因素對牛肉糜蒸煮損失的影響顯著，反之則不顯著，由此，可分析兩兩因素對牛肉糜蒸煮損失的交互作用的影響。

2.5.1 L-組氨酸和L-賴氨酸之間的交互作用

L-組氨酸和L-賴氨酸的交互作用對蒸煮損失的影響見圖4。

圖4 L-組氨酸和L-賴氨酸的交互作用對蒸煮損失的影響Fig.4 Effect of interaction of L-histidine and L-lysine on cooking Loss

由圖4觀察分析可得，響應(yīng)面的曲面平緩，等高線也比較稀疏，所以交互項AB對牛肉糜的蒸煮損失影響不顯著。檸檬酸鈉的添加量固定在0.30%，當(dāng)L-組氨酸添加量較高時，隨著L-賴氨酸添加量的逐漸增加，牛肉糜蒸煮損失逐漸下降，且下降速度越來越慢。

2.5.2 L-組氨酸和檸檬酸鈉之間的交互作用

L-組氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對蒸煮損失的影響見圖5。

圖5 L-組氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對蒸煮損失的影響Fig.5 Effect of interaction of L-histidine and sodium citrate on cooking Loss

由圖5觀察分析可得，響應(yīng)面曲面平緩，等高線稀疏，故L-組氨酸和檸檬酸鈉的二次項交互作用對牛肉糜蒸煮損失的影響不顯著。L-賴氨酸添加量固定在0.25%，L-組氨酸添加量較高時，隨著檸檬酸鈉添加量的逐漸增加，牛肉糜的蒸煮損失先降低后升高；L-組氨酸添加量較低時，此變化更明顯。

2.5.3 L-賴氨酸和檸檬酸鈉之間的交互作用

L-賴氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對蒸煮損失的影響見圖6。

圖6 L-賴氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對蒸煮損失的影響Fig.6 Effect of interaction of L-lysine and sodium citrate on cooking Loss

由圖6觀察分析可得，響應(yīng)面的坡度較圖4、圖5有所增加，等高線也比較密集，但L-賴氨酸和檸檬酸鈉的二次項交互作用仍然不顯著。L-組氨酸添加量固定在0.15%，當(dāng)檸檬酸鈉添加量較低時，隨著L-賴氨酸添加量逐漸增加，蒸煮損失先降低后升高；當(dāng)檸檬酸鈉添加量較高時，隨著L-賴氨酸添加量的逐漸增加，蒸煮損失先降低后升高，變化不是很明顯。

2.6 無磷保水劑復(fù)配最佳配比的確定

本試驗采用L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉復(fù)配制備無磷保水劑。在單因素試驗基礎(chǔ)上，探究3種添加劑的不同添加量對牛肉糜蒸煮損失的影響，篩選出較優(yōu)的添加量，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗。根據(jù)軟件分析得到二次回歸方程，利用軟件的Optimization的Numerical優(yōu)化功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，得到3種添加劑的最佳配比為：L-組氨酸0.20%，L-賴氨酸0.30%，檸檬酸鈉0.23%，此時，牛肉糜的蒸煮損失達(dá)到最小值10.85%。

2.7 驗證試驗

為了驗證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，按優(yōu)化出的無磷保水劑的最佳配比將3種添加劑加入牛肉糜中，測量蒸煮前后的水分損失，進(jìn)行驗證試驗。實際測得的牛肉糜蒸煮損失為10.87%，十分接近預(yù)測值10.85%，相對誤差不超過0.02%，故通過響應(yīng)面所得到的牛肉糜蒸煮損失的方程適用性強，優(yōu)化的復(fù)配比例準(zhǔn)確可靠，具有實用價值。

2.8 復(fù)配無磷保水劑與磷酸鹽保水劑保水效果對比

試驗設(shè)計3組，使用相同的加入1.5% NaCl的牛肉糜為原料，保證同樣的試驗條件，每組重復(fù)3次，取平均值。

第1組，空白對照組，不添加任何保水劑，按1.3.4方法測量其蒸煮前后的失水量，測量牛肉糜蒸煮損失為26.07%。

第2組，王麗芳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽的添加量為0.2%，最佳配比為：三聚磷酸鈉∶焦磷酸鈉∶六偏磷酸鈉=0.75∶1∶1（質(zhì)量比）時，豬肉丸具有最好的保水效果。按此配比將復(fù)配的磷酸鹽加入到牛肉糜中，得到加入磷酸鹽后牛肉糜的蒸煮損失為15.32%。

第3組，按優(yōu)化出的L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉的配比將3種添加劑加入到牛肉糜，測量其蒸煮損失，為10.87%。

不同處理對牛肉糜蒸煮損失的影響見圖7。

圖7 不同處理對牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.7 Effects of different treatments on cooking loss of minced beef

由圖7分析可得，L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉復(fù)配制備的無磷保水劑能夠極顯著降低牛肉糜蒸煮損失（P＜0.01），且其保水效果優(yōu)于磷酸鹽保水劑。

3 討論

由單因素試驗分析得到，L-組氨酸和L-賴氨酸加入到牛肉糜中，都可以使其蒸煮損失降低，且隨著添加量的逐漸增加，蒸煮損失先降低后升高，其原因還有待于進(jìn)一步研究。牛肉糜中加入復(fù)配的無磷保水劑，可以使其pH值提高，從而遠(yuǎn)離肌原纖維蛋白的等電點，有利于組織中蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，提高凝膠強度[20-21]，降低肉制品蒸煮損失，使保水性和品質(zhì)得到提高。

4 結(jié)論

根據(jù)單因素試驗可得，添加一定濃度的L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉都可以降低牛肉糜的蒸煮損失，從而提高保水性。由響應(yīng)面試驗建立了二次回歸模型，分析得到，一次項L-組氨酸添加量（A）和L-賴氨酸添加量（B）對牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平，L-賴氨酸和檸檬酸鈉的二次項（B2和C2）對牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平。對回歸方程求導(dǎo)得到3種添加劑的最佳配比為：L-組氨酸0.20%，L-賴氨酸0.30%，檸檬酸鈉0.23%，此時牛肉糜的蒸煮損失達(dá)到最小值10.85%。在此最優(yōu)復(fù)配組合處理下，牛肉糜的蒸煮損失顯著降低，且保水效果優(yōu)于磷酸鹽，又避免了對食品和人體的不良影響，為無磷保水劑的開發(fā)提供了依據(jù)。