果膠改善玉米淀粉影響辣椒紅在調(diào)理肉制品中呈色效果的研究

吳永強(qiáng)，王少甲,，李苗苗，齊立軍，黃樂琰，高偉,，曹雁平,

（1.北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院，北京 100048；2.晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司，河北邯鄲 057250）

調(diào)理肉制品是以畜禽肉為主要原料，經(jīng)預(yù)調(diào)制加工，在冷藏或冷凍條件下銷售的非即食肉制品。其因具有便捷、味道多樣和營養(yǎng)豐富的特點(diǎn)而備受消費(fèi)者關(guān)注。調(diào)理肉制品外觀色澤和產(chǎn)品質(zhì)量是消費(fèi)者購買時(shí)重要參考指標(biāo)，消費(fèi)者偏好紅色和具有良好口感的調(diào)理肉制品。在調(diào)理肉制品中辣椒紅作為著色劑加入以提升調(diào)理肉制品感官品質(zhì)。為了提升肉的鮮嫩口感、營養(yǎng)品質(zhì)和熱加工后的外觀，調(diào)理肉制品制作過程中常加入淀粉。

辣椒紅是一種來源于紅辣椒中的天然色素，辣椒紅中主要含有辣椒紅素、辣椒玉紅素、玉米黃質(zhì)、-胡蘿卜素、-隱黃質(zhì)等類胡蘿卜素。辣椒紅由于其著色力強(qiáng)，著色效果優(yōu)異，安全性高被廣泛的應(yīng)用于調(diào)理肉制品加工。淀粉在食品工業(yè)中通常作為膨化劑、增稠劑、填充劑等使用。玉米淀粉和土豆淀粉因其自身特性和成本差異，在食品工業(yè)中應(yīng)用也有不同。食品企業(yè)在調(diào)理肉制品加工過程中，發(fā)現(xiàn)與土豆淀粉相比，玉米淀粉對辣椒紅的呈色有不利影響，即使用玉米淀粉時(shí)調(diào)理肉制品偏黃色。玉米淀粉2018 年產(chǎn)量2815 萬噸，土豆淀粉2018 年產(chǎn)量59 萬噸。玉米淀粉價(jià)格較土豆淀粉低，改善辣椒紅對玉米淀粉的呈色效果能夠降低調(diào)理肉制品價(jià)格同時(shí)不降低產(chǎn)品品質(zhì)。Huber 等報(bào)道了玉米淀粉顆粒存在孔徑或者通道。Sujka 等報(bào)道了玉米淀粉顆粒比表面積、平均孔徑、孔隙率和總孔隙面積均高于土豆淀粉顆粒。劉立增等報(bào)道含羥基紅曲紅色素能夠在淀粉表面吸附。Manca 等報(bào)道親脂性分子可與位于顆粒外圍的直鏈淀粉的復(fù)合。玉米淀粉可能存在選擇性吸附辣椒紅中的類胡蘿卜素，影響辣椒紅的呈色效果。玉米淀粉可能通過其顆粒表面直鏈淀粉與色素結(jié)合影響辣椒紅的呈色效果。

果膠是一種天然的植物多糖，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣，被廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥工業(yè)。柳艷梅等報(bào)道果膠可能與直鏈淀粉形成氫鍵和相互纏繞。曲金萍等報(bào)道果膠能夠包埋淀粉顆粒，影響體系散射率。Bai 等報(bào)道果膠可能通過阻礙淀粉葡萄糖苷酶與淀粉接觸，抑制淀粉的水解。Verrijssen等報(bào)道果膠可能吸附在脂滴表面，阻礙脂滴與脂肪酶接觸。因此，果膠具有通過將玉米淀粉顆粒包裹、與直鏈淀粉結(jié)合或吸附辣椒紅等方式改善玉米淀粉對辣椒紅呈色不利影響的潛力。

國內(nèi)對調(diào)理肉制品的研究專注于防腐保鮮和貯藏期等方向，顏色是消費(fèi)者購買調(diào)理肉制品參考的最重要指標(biāo)之一，目前研究對呈色效果影響的文獻(xiàn)較少。本論文將采用淀粉-水-辣椒紅模擬體系，研究玉米淀粉、果膠和辣椒紅不同濃度對體系顏色影響的特性，并采用均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化三種成分的濃度，獲得最佳呈色效果的原料配比，建立調(diào)理肉制品的顏色預(yù)測模型。本論文研究成果為解決玉米淀粉對辣椒紅在預(yù)調(diào)理肉制品中呈色的不利影響奠定技術(shù)基礎(chǔ)，具有實(shí)際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

食用辣椒紅E150、腌料 河北晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司；食用玉米淀粉 沂水大地玉米開發(fā)有限公司；食用土豆淀粉 煙臺(tái)雙塔食品股份有限公司；果膠 半乳糖醛酸（干基計(jì)）≥74.0%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；鮮雞胸肉 北京永輝超市有限公司；復(fù)合磷酸鹽、大豆分離蛋白 河南萬邦化工科技有限公司。

CR-800 分光測色儀 北京科美潤達(dá)儀器設(shè)備有限公司；KB-5010 Test Tube Shaker 海門市其林貝爾儀器制造有限公司；BSA124S-CW 電子天平北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；HC-145 智能腌制機(jī) 山東鼎鴻廚具有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 調(diào)理肉腌料液模擬體系制備 稱量一定質(zhì)量玉米淀粉于50 mL 離心管中，加入果膠和去離子水，振蕩1 h；再加入辣椒紅，振蕩2 h。離心管內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量為30 g。土豆淀粉-辣椒紅體系制備，原料玉米淀粉換為土豆淀粉，制備方法同上。

1.2.2 調(diào)理肉腌料液模擬體系中物料濃度對呈色效果的影響

1.2.2.1 辣椒紅濃度對體系呈色的影響 按照1.2.1描述的方法，于離心管中加入6.67%玉米淀粉，1.83%果膠和相應(yīng)質(zhì)量去離子水，振蕩1 h；再加入0.03%、0.10%、0.17%、0.23%、0.30%辣椒紅，振蕩2 h。研究辣椒紅濃度對體系色差和散射率的影響。

1.2.2.2 玉米淀粉濃度對體系呈色的影響 按照1.2.1 描述的方法，于離心管中加入3.33%、5%、6.67%、8.33%、10%玉米淀粉，1.83%果膠和相應(yīng)質(zhì)量去離子水，振蕩1 h；再加入0.17%辣椒紅，振蕩2 h。研究玉米淀粉濃度對體系色差和散射率的影響。

1.2.2.3 果膠濃度對體系呈色的影響 按照1.2.1 描述的方法，于離心管中加入6.67%玉米淀粉，0.17%、1.00%、1.83%、2.67%、3.50%、4.33%果膠和相應(yīng)質(zhì)量去離子水，振蕩1 h；再加入0.17%辣椒紅，振蕩2 h。研究果膠濃度對體系色差和散射率的影響。

1.2.3 模擬體系中物料濃度的優(yōu)化 以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，以淀粉濃度X、果膠濃度X和辣椒紅濃度X為自變量設(shè)計(jì)均勻?qū)嶒?yàn)，實(shí)驗(yàn)因素及水平見表1。

表1 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 Experimental factors and levels of uniform design

使用DPS V18.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對均勻?qū)嶒?yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置因素?cái)?shù)為3，水平數(shù)為5，實(shí)驗(yàn)次數(shù)為15 次，獲得U5均勻設(shè)計(jì)表（表5），中心化偏差為0.1147。

1.2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 采用1.2.1 描述的方法，按照模型計(jì)算的辣椒紅、玉米淀粉和果膠最優(yōu)濃度制作樣品，驗(yàn)證最優(yōu)呈色條件時(shí)該模型對體系色差及散射率預(yù)測的精度。并對比評價(jià)改善效果。

1.2.5 實(shí)際體系驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 調(diào)理雞肉制作方法：雞胸肉100 g，淀粉4 g，復(fù)合磷酸鹽1.2 g，大豆分離蛋白1 g，腌料6.3 g，水48.5 g，置于保鮮袋中，滾揉1 h；加入0.1 g 辣椒紅再滾揉20 min。取成品淀粉糊檢測色差。

1.3 檢測指標(biāo)

1.3.1 色差的測定 采用分光測色儀測定色差，檢測條件：D65 光源，觀測者角度10°，照明口徑26 mm，測量波長400～700 nm，反射模式。檢測樣品亮度值（）、紅度值（）和黃度值（）。為亮度，=0 為黑色，=100 為白色；為紅綠度，+為紅，?為綠；為黃藍(lán)度，+為黃，?為藍(lán)。色相（h）和總色差（Δ）計(jì)算公式分別為式（1）和式（2）。

式中：h 為色相，0～90°由紅到黃；90°～180°由黃到綠；180°～270°由綠到藍(lán)；270°～360°由藍(lán)到紅。

式中：為樣品亮度，為對照品亮度；為樣品紅綠度，為對照品；為樣品黃藍(lán)度，為對照品體系黃度。以土豆淀粉-辣椒紅體系顏色為對照計(jì)算的總色差記為Δ；以玉米淀粉-果膠-辣椒紅體系顏色為對照計(jì)算的總色差記為Δ。

1.3.2 散射率的測定 采用分光測色儀測定散射率，檢測條件：D65 光源，觀測者角度10°，照明口徑26 mm，測量波長400～700 nm，透射模式。

式中：P 為散射率；I 為散射光強(qiáng)；I為入射光強(qiáng)。即：

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差（Mean±SD）表示。SPSS 22.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。DPS V18.0 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，根據(jù)回歸方程計(jì)算辣椒紅呈色最優(yōu)條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米/土豆淀粉-辣椒紅模擬體系呈色效果差異

如圖1 所示，玉米淀粉-辣椒紅體系顏色較土豆淀粉-辣椒紅體系黃，這與實(shí)際生產(chǎn)中情況一致。

圖1 玉米/土豆淀粉-辣椒紅模擬體系顏色Fig.1 Color of corn/potato starch-paprika red system

2.2 模擬體系中物料濃度對呈色的影響

2.2.1 辣椒紅濃度對體系呈色的影響 辣椒紅濃度對體系的色差影響結(jié)果見表2，對散射率的影響見圖2。

從表2 和圖2 可知，隨著辣椒紅濃度增大，值逐漸減??；值逐漸增大；值逐漸增大；h 值逐漸減?。沪ぶ饾u減?。簧⑸渎手饾u減小，最后趨于不變。說明增大辣椒紅濃度，能降低體系亮度，能夠提升體系紅度，與土豆淀粉-辣椒紅體系顏色越來越接近。表明增大辣椒紅濃度能夠改善體系呈色效果。辣椒紅濃度為0.17%時(shí)為最佳濃度，繼續(xù)增大辣椒紅濃度，h 值降低有限，且值也繼續(xù)降低造成顏色偏暗。

圖2 辣椒紅濃度對體系散射率的影響Fig.2 Influence of paprika red concentration on the scattering rate of the system

表2 辣椒紅濃度對體系顏色的影響Table 2 Influence of paprika red concentration on the color of the system

2.2.2 玉米淀粉濃度對體系呈色的影響 玉米淀粉濃度對體系的色差影響結(jié)果見表3，對散射率的影響見圖3。

圖3 玉米淀粉濃度對體系散射率的影響Fig.3 Effect of corn starch concentration on the scattering rate of the system

從表3 和圖3 可知，隨著玉米淀粉濃度增大，L值逐漸增大，增速逐漸減小；a值先增加后減小，于6.67%濃度取得最大值；b值逐漸增大，后趨于平緩；h 值逐漸增大，增速逐漸減??；Δ逐漸增大；散射率逐漸減小。說明隨著玉米淀粉濃度的增大，體系顏色越來越亮、黃，和土豆淀粉-辣椒紅體系顏色相差越來越大。表明增大淀粉濃度會(huì)使體系呈色效果更差。最佳玉米淀粉濃度為6.67%，減小淀粉濃度會(huì)造成L值偏低顏色偏暗，且h 值降低有限。

表3 玉米淀粉對體系顏色的影響Table 3 Effect of corn starch concentration on the color of the system

2.2.3 果膠濃度對體系呈色的影響 果膠濃度對體系的色差影響結(jié)果見表4，對散射率的影響見圖4。

圖4 果膠濃度對體系散射率的影響Fig.4 Effect of pectin concentration on the scattering rate of the system

從表4 和圖4 可知，隨著果膠濃度增大，L值變化不明顯；a值逐漸減小；b值逐漸減??；h 值逐漸減??；Δ逐漸減??；散射率逐漸減小，最后趨于不變。說明添加果膠后，對體系亮度影響不明顯，能夠提升體系紅度，與土豆淀粉-辣椒紅體系顏色越來越接近。表明果膠能夠改善體系呈色效果。最佳果膠濃度為3.5%，繼續(xù)增大果膠濃度，且體系粘度過大難以混合均勻并且可能會(huì)影響產(chǎn)品感官品質(zhì)。

表4 果膠濃度對體系顏色的影響Table 4 Effect of pectin concentration on the color of the system

2.3 模擬體系中物料濃度的優(yōu)化結(jié)果

以玉米淀粉、果膠、辣椒紅濃度為自變量，L、a、b、hΔ和散射率為指標(biāo)，采用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的結(jié)果見（表5）。

表5 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Experimental results of uniform design

通過DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用最小二乘二次多項(xiàng)式回歸分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得回歸方程見表6，回歸方程標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)見表7。

表6 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)偏最小二乘二次多項(xiàng)式回歸方程Table 6 Partial least squares quadratic polynomial regression equation of uniform design experiment

通過分析表7 中標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)，可以得到玉米淀粉、果膠和辣椒紅對指標(biāo)L、a、b、h、Δ和散射率的影響關(guān)系。

表7 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)偏最小二乘回歸方程標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)Table 7 Standard regression coefficients of partial least squares regression equation of uniform design experiment

2.3.1 對亮度值（L）的回歸分析 使用DPS 數(shù)據(jù)處理軟件對均勻?qū)嶒?yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，通過偏最小二乘二次多項(xiàng)式回歸分析得到的回歸方程。對值回歸方程決定系數(shù)為0.9696，擬合度較高。從標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)中可以得出，影響體系值的主要因素為辣椒紅濃度，且隨著辣椒紅濃度的增加，亮度降低。這與李文龍的研究結(jié)果一致。辣椒紅是從天然辣椒中提取的植物紅色色素，吸收其他色光只反射紅光，故體系亮度降低。玉米淀粉不溶于冷水，入射光在碰到淀粉顆粒時(shí)不能全部透過，一部分被散射，一部分被吸收，使得穿過淀粉顆粒的光強(qiáng)低于入射光光強(qiáng)。

2.3.2 對紅度值（a）的回歸分析 對a值回歸方程決定系數(shù)為0.8979，擬合程度較好。從標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)中可以得出，影響體系紅綠度的主要因素為辣椒紅濃度，且隨著辣椒紅濃度的增加，紅度增加。辣椒紅是一種天然紅色色素添加后可以提高體系a值。這與李文龍、劉學(xué)軍等研究結(jié)果一致。果膠濃度與a值呈負(fù)相關(guān)。果膠在食品中可以用作乳化劑，果膠可能將辣椒紅包埋，導(dǎo)致a值降低。玉米淀粉顆粒存在孔洞和表面親水性羥基，可能吸附辣椒紅導(dǎo)致a值降低。

2.3.3 對黃度值（b）的回歸分析 對b值回歸方程決定系數(shù)為0.7524，擬合程度較好。從標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)中可以得出，影響體系黃度的主要因素為果膠濃度，且隨著果膠濃度的增加，b值降低。辣椒紅是一種從天然辣椒中提取得到的紅色色素，其中主要包括偏紅色的辣椒紅素和辣椒玉紅素和偏黃色的-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)和-隱黃質(zhì)等。果膠將辣椒紅包埋不僅能夠使a值降低，同樣也能使b值降低。玉米淀粉濃度與b值呈正相關(guān)，可能是由于，隨著玉米淀粉濃度的增加，體系反射率增加，b值增大。辣椒紅與b值呈正相關(guān)，辣椒紅中含有-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)和-隱黃質(zhì)等色素能夠提高體系b值。

2.3.4 對色相值（h）的回歸分析 對h 值的回歸方程決定系數(shù)為0.9184，擬合度較高。從標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)中可以得出，影響體系色相的主要因素為辣椒紅濃度，且隨著辣椒紅濃度的增加，h 值降低，即體系越紅。辣椒紅是一種天然紅色色素添加后可降低體系值，增加體系紅度。玉米淀粉濃度與色相呈負(fù)相關(guān)，可能對辣椒紅存在選擇性吸附，吸附紅色色素多余黃色色素。果膠與h 值呈負(fù)相關(guān)，果膠可能通過將玉米淀粉顆粒包埋阻止其吸附辣椒紅中的紅色素。

2.3.5 對總色差（Δ）的回歸分析 對Δ值的回歸方程決定系數(shù)為0.8955，擬合度較高。從標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)中可以得出，影響體系總色差的主要因素為辣椒紅濃度，且隨著辣椒紅濃度的增加，總色差降低。由于辣椒紅對土豆淀粉著色較玉米淀粉更紅，故增加辣椒紅濃度能夠降低總色差。由于Δ為計(jì)算值由、a和b值共同決定，故玉米淀粉和果膠對總色差的影響可解釋為對、a和b值的影響。

2.3.6 對散射率的回歸分析 對散射率的回歸方程決定系數(shù)為0.4559，擬合度一般。玉米淀粉濃度、果膠濃度和辣椒紅濃度并不能很好的解釋體系散射率的變化原因。

2.4 最優(yōu)呈色條件與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

利用建立的模型（表6），經(jīng)數(shù)據(jù)處理獲得最優(yōu)呈色條件為，玉米淀粉濃度5.37%，果膠濃度2.90%，辣椒紅濃度0.27%，目標(biāo)參數(shù)預(yù)測值和驗(yàn)證結(jié)果見表8。

表8 最優(yōu)呈色條件呈色效果驗(yàn)證Table 8 Verification of the color rendering effect of the optimal color rendering conditions

通過表8 預(yù)測值與實(shí)際值的誤差可以得出結(jié)論，該預(yù)測模型對、a、b值預(yù)測的精度很高，對散射率的精度較低。

分散體系中添加果膠對辣椒紅呈色的改善效果，見表9 和圖5。

圖5 最優(yōu)呈色條件呈色效果與未改善呈色效果對比Fig.5 Comparison of improved color and unimproved color

通過表9 可知，最優(yōu)呈色條件呈色效果與玉米淀粉-辣椒紅分散體系對比，值較低，即更暗；a值較高，b值較低，h 值較低，即更紅；ΔE=9.69>3，差異性非常顯著。與土豆淀粉-辣椒紅分散體系對比，值較高，即更亮；a值較高，b值較高，h 值較低，即更紅；ΔE=8.00>3，差異性非常顯著。上述分析說明最優(yōu)呈色條件呈色效果較好。

表9 呈色效果比較Table 9 Comparison of color rendering effects

2.5 實(shí)際體系驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按照1.2.5 配方制作調(diào)理肉。色差檢測結(jié)果見表10。

通過表10 和圖6 可知，實(shí)際體系最優(yōu)呈色條件與玉米淀粉-辣椒紅比較，值較低，即更暗；a值較低，b值較低，h 值較低，即更紅；1.5<ΔE=2.26<3，差異顯著。與土豆淀粉-辣椒紅比較，值較高，即更亮；a值較高，b值較高，h 值較高，即更黃；ΔE=5.10>3，差異極其顯著。添加果膠不能夠完全達(dá)到土豆淀粉-辣椒紅的呈色效果，但能夠有效改善玉米淀粉-辣椒紅的呈色效果。實(shí)際體系最優(yōu)呈色條件呈色效果與模擬體系結(jié)果相同，即果膠能夠改善實(shí)際調(diào)理肉制品呈色效果，最優(yōu)配比在實(shí)際體系中同樣可行。

圖6 最優(yōu)呈色條件實(shí)際體系呈色效果與未改善呈色效果對比Fig.6 Comparison of improved color and unimproved color of prepared chicken breast

表10 調(diào)理雞肉呈色效果比較Table 10 Comparison of color rendering effect between different systems of prepared chicken

3 結(jié)論

本文研究了玉米淀粉、果膠和辣椒紅不同濃度對體系顏色影響的特性。采用多次重復(fù)均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，建立有效的顏色預(yù)測模型。結(jié)果表明添加果膠能夠改善模擬體系呈色效果。通過均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化得到顏色預(yù)測模型和最優(yōu)呈色條件原料配比。經(jīng)驗(yàn)證該預(yù)測模型精度較高，最優(yōu)呈色條件下原料配比著色效果較好。本文通過預(yù)測模型篩選得到的最優(yōu)呈色效果的原料配比能夠有效的改善辣椒紅的呈色效果。實(shí)際體系中存在許多難以控制的因素，如生鮮肉的新鮮度、生鮮肉的本身顏色、滾揉效果等對呈色效果的影響。如能有效解決上述問題，在實(shí)際體系中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所獲得數(shù)據(jù)與結(jié)果，則更具有代表性。