復(fù)合無磷保水劑的配方優(yōu)化及對PSE豬肉貯藏品質(zhì)的影響

劉廣娟 徐澤權(quán) 邢世均 陳 錚 朱明睿 徐艷麗 王子榮

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052)

PSE 豬肉即生豬被屠宰后其肌肉顏色發(fā)白(pale)、質(zhì)地松弛無彈性(soft)以及肌肉表面液汁滲出(exudative)的肉[1]。PSE 豬肉的品質(zhì)較差，消費(fèi)者接受度較低，對肉類行業(yè)造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失[2]。PSE 豬肉具有pH 值低、色澤差、保水性差等問題，近來諸多肉類科學(xué)研究工作者和加工商均開始關(guān)注PSE豬肉的品質(zhì)問題，并開展了大量改善PSE 豬肉品質(zhì)的研究，如Lesiow 等[3]添加三聚磷酸鹽和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶到PSE 豬肉香腸中，其品質(zhì)可達(dá)正常香腸的水平，Booren 等[4]通過添加羥丙基甲基纖維素和魔芋粉改善了PSE 豬肉的質(zhì)構(gòu)特性。

磷酸鹽是肉類企業(yè)廣泛使用的保水劑，其能提高肉的保水性和嫩度，增加出品率[5]，在改良肉品質(zhì)方面起著重要作用[6]。但磷酸鹽添加過量，會產(chǎn)生金屬澀味，肉組織結(jié)構(gòu)也會變得粗糙，還會對人體健康產(chǎn)生不利影響[7]。因此，越來越多的研究者選擇無磷保水劑來代替磷酸鹽。L-精氨酸是一種堿性氨基酸，其等電點(diǎn)為10.76，可以提高肉的pH 值使其偏離肉蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，從而提高肉的持水力[8]。碳酸鈉和檸檬酸鈉屬于強(qiáng)堿弱酸鹽，PSE 豬肉中添加上述物質(zhì)可提高其pH 值，而且其陰離子含量高，還可用于提高肉類蛋白的離子強(qiáng)度，有利于肌球蛋白凝膠的形成，從而提高保水性[9]。因此，本試驗(yàn)以PSE 豬肉為原料，開展L-精氨酸、碳酸鈉、檸檬酸鈉對PSE 豬肉的保水性研究，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化最佳添加量，并分析測定復(fù)合無磷保水劑處理的PSE 豬肉在貯藏過程中的品質(zhì)變化，以期為復(fù)合無磷保水劑改善豬肉品質(zhì)提供一定的指導(dǎo)，同時為后期調(diào)理豬肉肉制品的加工提供借鑒參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬品種:杜長大，育齡:160～170 d，體質(zhì)量:100～120 kg。優(yōu)選豬背最長肌，新疆天康食品有限公司。參照PSE 肉的鑒別方法[10]對肉樣進(jìn)行判定。

L-精氨酸、碳酸鈉、檸檬酸鈉(均為食品級)，湖北興發(fā)化工有限公司；食鹽，新疆烏魯木齊市沙依巴克區(qū)友好超市；生理鹽水、平板計(jì)數(shù)瓊脂(plate count agar，PCA)，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TESTO 205 便攜式pH 計(jì)，德國德圖(深圳)有限公司；JZ-350 色彩色差計(jì)，深圳市金準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司；KA-6189 滾揉機(jī)，康鼎食品機(jī)械設(shè)備有限公司；DK-8D 電加熱恒溫水槽，上海一恒科技有限公司；Avanti-J-26S XPI 落地式高速冷凍離心機(jī)，美國Beckman Coulter 有限公司；LE204E/02 電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；C-LM.3B 數(shù)顯式肌肉嫩度儀，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院；DHS-16 鹵素水分測定儀，上海菁海儀器有限公司；TA-XT2i 型質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems 公司；JSM-7610FPlus 掃描電鏡，捷歐路(北京)科貿(mào)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 PSE 豬肉的處理方法 將PSE 豬肉切成大小相近、厚薄一致的肉塊。分別制備不同濃度的L-精氨酸、碳酸鈉、檸檬酸鈉無磷保水劑溶液，采用注射的方法將蒸餾水和不同濃度無磷保水劑溶液注入PSE 豬肉中，注射后在5～6℃條件下間歇式滾揉12 h，用PE保鮮膜包裝，待測。

1.3.2 單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以L-精氨酸添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)、碳酸鈉添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)和檸檬酸鈉添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，測蒸煮損失、離心損失和滴水損失。

1.3.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以蒸煮損失、離心損失、滴水損失指標(biāo)，做L9(34)正交試驗(yàn)，確定復(fù)合無磷保水劑配方。試驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)的因素水平表Table 1 Arrangement of factors and levels in orthogonal design

1.3.3 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉貯藏品質(zhì)的影響選擇最佳組合復(fù)合無磷保水劑按1.3.1 處理PSE豬肉，分別于貯藏1、3、5、7、9 d 測定PSE 豬肉的pH值、蒸煮損失、水分含量、色澤、剪切力、質(zhì)構(gòu)、菌落總數(shù)和微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.4 測定指標(biāo)

1.3.4.1 蒸煮損失測定 參考程述震等[11]的方法，并作適當(dāng)修改。沿肌肉纖維方向切成5 cm×3 cm×2 cm 肉塊，用濾紙吸干表面水分，置于蒸煮袋中，把肉塊放入90℃水浴中加熱至中心溫度為70℃，立即取出，蒸煮前質(zhì)量為m1，蒸煮完成后，在25℃條件下冷卻15 min 后，稱其質(zhì)量為m2。按照公式計(jì)算蒸煮損失:

1.3.4.2 離心損失測定 參照蔡淑偉[12]的方法。

1.3.4.3 滴水損失測定 參照王曉宇[13]的方法。

1.3.4.4 pH 值測定 參照徐澤權(quán)等[14]的方法，用便攜式pH 計(jì)測定。

1.3.4.5 水分含量測定 參照李君等[15]的方法，取PSE 豬肉絞碎，準(zhǔn)確稱取2～5 g 樣品置于鹵素水分測定儀中。重復(fù)測定3 次。

1.3.4.6 剪切力測定 參照嚴(yán)維凌等[16]的方法，略作修改。把3 cm×3 cm×5 cm 的肉塊裝入蒸煮袋中，放入90℃水浴中加熱至中心溫度為70℃，取出肉塊冷卻至室溫，用濾紙吸干表面的水分，用取樣器沿肌纖維方向取1 cm 的肉柱，用數(shù)顯式肌肉嫩度儀測定。

1.3.4.7 質(zhì)構(gòu)測定 將PSE 豬肉切成2 cm×2 cm×2 cm 肉塊，采取TPA 模式，探頭是P/5，維持1 mm·s-1的測前速度、1 mm·s-1的測中速度與1 mm·s-1的測后速度。

1.3.4.8 色澤測定 將PSE 豬肉切成厚度約1 cm、直徑約2 cm 的圓片，用色差計(jì)測定L*、a*和b*值[14]，每個樣品重復(fù)3 次。

1.3.4.9 菌落總數(shù)測定 參照GB 4789.2-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》[17]對PSE 豬肉中的菌落總數(shù)進(jìn)行測定。

1.3.4.10 微觀結(jié)構(gòu)觀察 參照Chumngoen 等[18]的方法，將PSE 豬肉切成3 mm×3 mm×6 mm，放入固定液(2.5%戊二醛，2%多聚甲醛緩沖液)中4℃固定3 h，用0.1 mol·L-1的磷酸緩沖液漂洗3 次(各30 min)，然后依次用不同濃度(30%、50%、70%、80%、90%)的乙醇梯度脫水(各15 min)，然后用無水乙醇進(jìn)行脫水，再用叔丁醇置換，之后再進(jìn)行冷凍干燥，粘臺噴金，送至中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所電鏡室進(jìn)行掃描電鏡分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013 軟件處理數(shù)據(jù)，Origin 8.5 軟件制圖，選用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，數(shù)據(jù)的差異顯著性評定經(jīng)由鄧肯多重比較完成(P＜0.05 表示差異顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 L-精氨酸添加量對PSE 豬肉保水性的影響由圖1可知，隨著L-精氨酸添加量的增加，PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失呈降低趨勢，且L-精氨酸處理組PSE 豬肉的蒸煮損失、滴水損失和離心損失均顯著低于對照組(P＜0.05)，但當(dāng)L-精氨酸添加量≥0.3%時，PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失變化趨于平緩。表明L-精氨酸可以提高PSE豬肉的保水性。付淵等[19]研究表明，L-精氨酸可顯著提高雞胸肉中肌球蛋白凝膠的保水性；Guo 等[20]研究也發(fā)現(xiàn)，L-精氨酸可以增加豬肉蛋白凝膠的保水性，這與本研究結(jié)果基本一致。綜合考慮3 個指標(biāo)，選定L-精氨酸的最適添加量為0.3%。

2.1.2 碳酸鈉添加量對PSE 豬肉保水性的影響 由圖2可知，不同碳酸鈉添加量對PSE 豬肉蒸煮損失和離心損失均有一定的影響，且碳酸鈉處理組PSE 豬肉的蒸煮損失和離心損失均顯著低于對照組(P＜0.05)。隨著碳酸鈉添加量的增加，PSE 豬肉的蒸煮損失和離心損失均呈下降趨勢。當(dāng)碳酸鈉添加量在0.2%～0.6%之間時，PSE 豬肉的蒸煮損失和離心損失均顯著降低(P＜0.05)。對照組PSE 豬肉的滴水損失為5.02%，各碳酸鈉處理組PSE 豬肉的滴水損失均顯著低于對照組(P＜0.05)；當(dāng)碳酸鈉添加量為0.6%時，PSE 豬肉的滴水損失最低為2.79%。綜合考慮3 個指標(biāo)，選定碳酸鈉的最適添加量為0.6%。

2.1.3 檸檬酸鈉添加量對PSE 豬肉保水性的影響由圖3可知，隨著檸檬酸鈉添加量的增加，PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失均呈降低趨勢，且檸檬酸鈉處理組PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失均顯著低于對照組(P＜0.05)。對照組PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失分別為33.12%、35.08%、5.22%，當(dāng)檸檬酸鈉添加量為0.6%時PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失均最低，分別為20.45%、22.56%、3.01%；然而當(dāng)檸檬酸鈉的添加量大于0.6%時，PSE 豬肉的蒸煮損失、離心損失和滴水損失反而有所上升，但差異不顯著(P＞0.05)。這與付麗等[21]和李莎莎等[22]的測定結(jié)果基本一致。綜合考慮3 個指標(biāo)，選定檸檬酸鈉的最適添加量為0.6%。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，從無磷保水劑對PSE 豬肉蒸煮損失、離水損失、滴水損失影響來看，L-精氨酸的影響最大，其次是碳酸鈉，檸檬酸鈉影響最小，即A＞B＞C，其中，從蒸煮損失角度考慮，其最優(yōu)組合為A3B2C2。從無磷保水劑對PSE 豬肉離心損失角度來考慮，其最優(yōu)組合為A3B3C3。從無磷保水劑對PSE 豬肉滴水損失影響來看，其最優(yōu)組合為A3B2C3。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal array experiments

綜合考慮無磷保水劑對PSE 豬肉保水性的影響，在肉制品生產(chǎn)中，蒸煮損失是衡量和評價保水效果的重要指標(biāo)，因?yàn)檎糁髶p失直接反映肉制品中蛋白質(zhì)結(jié)合水的能力，決定了肉制品加工過程中的產(chǎn)品得率以及感官品質(zhì)[23]。以蒸煮損失確定復(fù)合無磷保水劑的最佳組合為A3B2C2。以最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到PSE 豬肉的蒸煮損失為13.55%，優(yōu)于正交試驗(yàn)中所有組合。最終確定最佳添加量L-精氨酸為0.4%、碳酸鈉為0.6%、檸檬酸鈉為0.6%。

2.3 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉貯藏品質(zhì)的影響

2.3.1 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉pH 值的影響由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的pH 值整體均呈上升趨勢，且對照組的pH 值上升速度較快。貯藏初期，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的pH 值顯著高于對照組(P＜0.05)。貯藏5 d 時，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的pH 值高于對照組，但差異不顯著(P＞0.05)。貯藏9 d時，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的pH 值(6.11)顯著低于對照組(6.32)。說明復(fù)合無磷保水劑可以抑制貯藏中后期PSE 豬肉pH 值的升高，進(jìn)而減緩PSE 豬肉品質(zhì)劣變速率。

2.3.2 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉蒸煮損失的影響蒸煮損失與豬肉的持水能力有關(guān)，是評價肌肉保水性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由圖5可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的蒸煮損失均呈上升趨勢，同一貯藏時間，對照組的蒸煮損失顯著高于復(fù)合無磷保水劑組(P＜0.05)。貯藏9 d 后，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的蒸煮損失為20.65%，而對照組的蒸煮損失為40.55%，這與張杰等[24]和董超等[25]的研究結(jié)果基本一致。表明適當(dāng)?shù)膹?fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉具有顯著的保水效果。

2.3.3 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉水分含量的影響由圖6可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的水分含量均呈下降趨勢，同一貯藏時間，復(fù)合無磷保水劑組的水分含量顯著高于對照組(P＜0.05)。貯藏9 d 時，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的水分含量為71.01%，而對照組的水分含量為65.24%。說明復(fù)合無磷保水劑能降低PSE 豬肉冷藏過程中水分損失，從而對PSE 豬肉有保水作用。

2.3.4 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉色澤的影響 由圖7可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的L*值、a*值呈下降趨勢，b*值隨著貯藏時間的延長呈先升高后降低趨勢。L*值隨著貯藏時間的延長逐漸降低，說明PSE 豬肉的亮度降低。其中復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉1～3 d 紅度(a*)值降低，3～5 d 時呈上升趨勢。貯藏7 d 時，兩組PSE 豬肉b*值達(dá)到最高，分別為10.01 和12.43。說明，復(fù)合無磷保水劑能有效抑制PSE 豬肉中氧合肌紅蛋白的氧化，從而延緩PSE 豬肉顏色的變化，提高其感官品質(zhì)。

2.3.5 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉剪切力的影響剪切力反映豬肉的嫩度。由圖8可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的剪切力均呈降低趨勢，這與Dilger 等[26]和黃明焜等[27]的研究結(jié)果基本一致。同一貯藏時間，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的剪切力顯著低于對照組(P＜0.05)。貯藏9 d 后，復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的剪切力降至26.17 N。表明，復(fù)合無磷保水劑可以降低PSE 豬肉的剪切力，改善其嫩度，從而提高PSE 豬肉的嫩度。

2.3.6 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉質(zhì)構(gòu)的影響 由圖9可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的硬度均呈降低趨勢，且在同一貯藏時間，復(fù)合無磷保水劑組的硬度顯著高于對照組(P＜0.05)。說明復(fù)合無磷保水劑組對PSE 豬肉冷藏過程中硬度的下降具有一定的減緩作用。

由圖10可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的彈性均呈下降趨勢。貯藏9 d 時，添加復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的彈性為0.78 mm，而對照組彈性為0.62 mm。說明復(fù)合無磷保水劑組對PSE 豬肉的彈性具有較好的保持作用。

2.3.7 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉菌落總數(shù)的影響由圖11可知，隨著貯藏時間的延長，添加復(fù)合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的菌落總數(shù)均呈上升趨勢，且在同一貯藏時間，復(fù)合無磷保水劑組的菌落總數(shù)顯著低于對照組(P＜0.05)。貯藏7 d 時，對照組PSE豬肉菌落總數(shù)為6.07 lgCFU·g-1，此時PSE 豬肉已腐敗變質(zhì)，而復(fù)合無磷保水劑組PSE 豬肉的菌落總數(shù)為5.28 lgCFU·g-1，顯著低于對照組(P＜0.05)，且復(fù)合無磷保水劑組貯藏9 d 后，菌落總數(shù)為5.88 lgCFU·g-1仍處于鮮肉范圍(＜6 lgCFU·g-1)。說明適當(dāng)?shù)膹?fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉具有一定的保鮮效果。

2.3.8 復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉微觀結(jié)構(gòu)的影響由圖12可知，復(fù)合無磷保水劑處理后的PSE 豬肉表面較對照組更加平坦致密，其結(jié)構(gòu)完整、堅(jiān)固均勻、規(guī)則有序，而對照組則表現(xiàn)為不平整、粗糙、空隙變大、混亂無序。掃描電子顯微鏡圖中，能夠明顯地觀察到經(jīng)復(fù)合無磷保水處理的PSE 豬肉具有致密平坦、完整的組織狀態(tài)，有效地提高了PSE 豬肉的保水性。這與復(fù)合無磷保水劑對PSE 豬肉保水特性的數(shù)據(jù)分析結(jié)果基本一致。說明復(fù)合無磷保水劑具有極強(qiáng)的親水性和保水性[28-29]。

3 討論

提高PSE 豬肉的保水性對肉品生產(chǎn)者和消費(fèi)者都具有非常重要的意義。目前國內(nèi)外學(xué)者主要針對PSE 豬肉肉制品進(jìn)行改善，對于改善冷藏PSE 豬肉保水性的研究較少。近來，研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)L-精氨酸、碳酸鈉和檸檬酸鈉可以改善肉及肉制品的品質(zhì)。李詩義[30]研究發(fā)現(xiàn)L-精氨酸可有效促進(jìn)鹽溶蛋白的溶解度，從而改善雞肉香腸的嫩度。Shang 等[31]研究發(fā)現(xiàn)碳酸鈉可以提高碎牛肉的保水性。高可蒙等[32]研究發(fā)現(xiàn)檸檬酸鈉、海藻糖和山梨糖醇可以降低冷凍調(diào)理豬肉的解凍損失，提高肉制品的保水性。

本研究發(fā)現(xiàn)L-精氨酸、碳酸鈉和檸檬酸鈉對PSE豬肉的保水作用不同，而復(fù)合無磷保水劑效果更加明顯。無磷保水劑可以提高PSE 豬肉的保水性，這可能是由于L-精氨酸屬于堿性氨基酸，可導(dǎo)致PSE 豬肉的pH 值偏離等電點(diǎn)，且其自帶的羧基、氨基等官能團(tuán)，能與肌肉蛋白發(fā)生親水結(jié)合作用，從而提高PSE豬肉的保水性[33]。碳酸鈉屬堿性疏松劑，可增大PSE豬肉的pH 值，改變PSE 豬肉蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使PSE豬肉蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，從而增強(qiáng)PSE 豬肉的保水性[34-35]。檸檬酸鈉對Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋等金屬離子具有很好的絡(luò)合能力，可以提高PSE 豬肉的保水性[36]。冷藏保鮮是豬肉主要的貯藏方式之一，本研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)復(fù)合無磷保水劑處理后，明顯降低了冷藏期間PSE 豬蒸煮損失，并延緩了pH 值的上升，提高了水分含量，保持了較好的硬度和彈性。復(fù)合無磷保水劑處理組PSE 豬肉剪切力顯著低于對照組，說明無磷保水劑改善了PSE 豬肉的嫩度。從PSE 豬肉的微觀結(jié)構(gòu)結(jié)果可以看出，無磷保水劑可以保持致密完整的組織狀態(tài)。以上結(jié)果表明，無磷保水劑改善了PSE 豬肉的品質(zhì)，使PSE 豬肉具有良好的加工性能和感官特性。本研究為無磷保水劑在豬肉肉制品中的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。但無磷保水劑對PSE 豬肉保水性改善的機(jī)理，有待更加深入的研究。

4 結(jié)論

單因素和正交試驗(yàn)結(jié)果表明，L-精氨酸、碳酸鈉和檸檬酸鈉的最適添加量分別為0.4%、0.6%和0.6%。此條件下處理的PSE 豬肉保水性最好。PSE豬肉經(jīng)復(fù)合無磷保水劑處理后，可以明顯降低其貯藏期間pH 值上升速度、蒸煮損失和剪切力，改善PSE 豬肉的嫩度和色澤，提高其水分含量，保持較好彈性，微觀結(jié)構(gòu)更加緊密完整，且菌落總數(shù)得到一定的抑制，對PSE 豬肉具有保鮮效果。綜上，復(fù)合無磷保水劑能有效改善PSE 豬肉品質(zhì)，為保水劑的研發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。