食品添加劑對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響

李湘鑾，劉巧瑜，白衛東*，劉果，莊沛銳，甘尚威

(1.仲愷農業工程學院 輕工食品學院，廣州 510225；2.廣州市廣式傳統食品加工與安全控制重點實驗室，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。在實際生產過程中，由于在運輸、貯藏、銷售過程中冷鏈體系的不健全，外界溫度波動比較大，新鮮肉類在被消費者食用之前，不可避免地經受反復凍結、解凍的過程，引起肉制品中水分等發生一系列生化反應，從而影響其品質[1]。肉制品在反復凍融的過程中，內部部分融化的水重結晶，形成的大冰晶會造成食品組織結構的機械損傷，再次解凍時往往造成大量的汁液損失[2]。研究表明，隨著解凍次數的增加，肉制品的汁液損失呈現較明顯的增加趨勢[3,4]。因此，亟需解決反復凍融豬肉保水性差的問題，從而提升豬肉的品質，滿足消費者的需求。

食品添加劑是現代食品工業的靈魂，在肉制品中的應用，可推動肉制品工業的技術創新[5]。大豆蛋白、TG酶、復合磷酸鹽、黃原膠、單甘脂對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。而復合食品添加劑是將兩種或兩種以上功能互補或有協同作用的單體按適當的比例復合在一起形成的復合物[10]。通過將不同功能的食品添加劑進行復配，從而提高肉的保水性來改善肉的嫩度、質地、口感和質量，滿足消費者的需求[11]。

本文通過研究大豆蛋白、TG酶、復合磷酸鹽、黃原膠、單甘脂對豬肉反復凍融后蒸煮損失率的影響，并采用響應面優化各因素的添加量來提高豬肉的保水性，以期為產業化有效提升豬肉的品質和開發冷藏產品提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮豬肉：購于超市；大豆蛋白粉、復合磷酸鹽、黃原膠、玉米淀粉、單甘脂、TG酶：均為食品級，河南天潤生物科技有限公司。

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，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，然后依據冷凍解凍的次數將這些樣品分為A，B，C，D，E 5大組，并在每大組按數字序號分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的大豆蛋白、TG酶、復合磷酸鹽、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(這兩個步驟為冷凍解凍1次，其中A組進行1次，B組進行2次，C組進行3次，D組進行4次，E組進行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下進行水恒溫)，隨后取出置于陰涼處將樣品晾干，稱重，根據蒸煮損失率確定各因素的最佳添加量。

1.4 響應面分析試驗設計

根據單因素試驗結果設定試驗參數，并運用Box-Behnken設計試驗方案，選擇大豆蛋白(A)、復合磷酸鹽(B)、黃原膠(C)為自變量，以蒸煮損失率為響應值。因素水平取值及編碼見表1，全部試驗反復凍融3次。

表1 響應面試驗因素水平表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定

將樣品置于-18 ℃的冰箱冷凍室靜置24 h，隨后轉移至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。蒸煮損失率的計算公式如下：

1.6 數據分析

試驗數據采用SPSS軟件處理數據進行顯著性分析，采用Design Expert 8.0.5b Trail 軟件進行響應面分析，采用Origin 9.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 大豆蛋白對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖1 大豆蛋白添加量對反復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先顯著性不斷下降(P<0.05)再上升的趨勢(P<0.05)。當大豆蛋白添加量為0.4%時，豬肉的蒸煮損失率達到最低。這主要是因為大豆蛋白具有較強的持水性，與豬肉中的鹽溶蛋白結合，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%。

隨著凍融次數的增加，豬肉的蒸煮損失率先上升再呈現一定的下降趨勢，原因在于冷凍過程中會產生大小不一的冰晶，增大了冰晶占肉中總含水量的比例，再進行解凍處理，使得肉樣中冰晶融化，這樣反復凍融處理造成肉樣汁液損失增加，因此蒸煮損失率會增大，但由于大豆蛋白對脂肪和水分的束縛，在一定程度上減少了蒸煮損失率。根據圖1中蒸煮損失率的變化，當凍融次數為3次時對添加大豆蛋白后蒸煮損失率的變化最大。

2.2 TG酶對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖2 TG酶添加量對反復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酶對反復凍融豬肉蒸煮損失率的作用效果不顯著(P>0.05)。TG酶可催化蛋白質發生交聯，形成共價鍵[12]，從而提升肌肉的保水性。但豬肉在反復凍融過程中，TG活性受到溫度的影響較大，其催化作用減弱，無法作用于肉中蛋白質分子之間進行交聯，因此豬肉的持水性下降。

以曲沃、翼城、浮山一帶鐵礦為例。產于閃長巖或閃長斑巖與奧陶系中統碳酸鹽巖接觸帶，尤以其中富含一定鎂質的鈣質白云巖及白云質灰巖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。構造控礦明顯，接觸帶越復雜，成礦越好，礦體越大，反之則差或無礦。尤其在兩組構造交接部位。

隨著凍融次數的增加，豬肉的蒸煮損失率顯著性持續增加(P<0.05)，主要是因為在凍融過程中，TG酶的各項性能都會降低，從而導致豬肉的汁液損失增加，蒸煮損失率也上升。

2.3 復合磷酸鹽對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖3 復合磷酸鹽添加量對反復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，隨著復合磷酸鹽添加量的增加，蒸煮損失率先下降后增大。當復合磷酸鹽添加量為0.3%時蒸煮損失率最小。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，增強了金屬離子與蛋白質之間的螯合作用，從而提高了豬肉的保水性，降低了其蒸煮損失率[13]。當磷酸鹽添加量過大時，蒸煮損失率有所減弱。因此，復合磷酸鹽的添加量不宜過多，最佳添加量為0.3%。

豬肉的蒸煮損失率隨著凍融次數的增加不斷上升(P<0.05)，隨后呈現一定的下降趨勢(P<0.05)。冷凍過程中會產生冰晶，增大了肉中冰晶占肉中總含水分量的比例，進行解凍處理時，肉樣中冰晶融化，這樣反復凍融處理造成肉樣汁液損失增加，蒸煮損失率增大。但是復合磷酸鹽能調節豬肉的pH，使之偏離其等電點[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。在反復凍融3次時蒸煮損失率變化的幅度最大，因此，在凍融次數為3次時對添加復合磷酸鹽后豬肉蒸煮損失率的影響最大。

2.4 黃原膠對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖4 黃原膠添加量對反復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，當黃原膠的添加量在0.1%～0.4%的范圍內，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)。當黃原膠的添加量為0.4%時蒸煮損失率最小，然后又呈現上升的趨勢。由于黃原膠具有較強的親水作用[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的增加先上升后下降再呈現上升趨勢。這是因為反復凍融處理造成肉樣汁液損失變大，從而導致蒸煮損失率增大，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。在進行反復凍融3次處理時蒸煮損失率變化幅度最大，因此在凍融次數為3次時對添加黃原膠后豬肉蒸煮損失率的影響最大。

2.5 單甘脂對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響

圖5 單甘脂添加量對反復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)。因為在反復凍融過程中，單甘脂的結構出現了一定程度的變化，導致性能效果減弱，較難提高肉樣的保水性，因此單甘脂的添加量對豬肉反復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的增加持續增加，且增加幅度較大，主要原因是在反復冷凍-解凍處理過程中，單甘脂的一部分性能減弱，對肉樣保水性影響較小，因此導致蒸煮損失率大。

2.6 復合添加劑對豬肉蒸煮損失率的響應面試驗分析

2.6.1 試驗結果分析

根據單因素試驗的結果，選用A(大豆蛋白)、B(復合磷酸鹽)、C(黃原膠)為自變量，以蒸煮損失率為響應值設計試驗。運用Box-Behnken設計進行19組試驗，具體響應面分析試驗設計和試驗結果見表2。

表2 響應面優化試驗設計和試驗結果Table 2 Response surface optimization experimental design and results

續 表

利用Design Expert 11軟件對表2中的試驗數據進行多元回歸擬合，得到復合添加劑對反復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果見表3，模型的F值為42.56，損失率預測模型達到極顯著水平(P<0.0001)，失擬項不顯著(P>0.05)，表明試驗結果與模型擬合良好。由表3中P 值可知，A(大豆蛋白)、B(復合磷酸鹽)、C(黃原膠)的P值均小于0.05，說明3個因素的添加量對反復凍融豬肉蒸煮損失率有顯著影響。3個因素對反復凍融豬肉蒸煮損失率的影響排序為：C(黃原膠)>B(復合磷酸鹽)>A(大豆蛋白)。且模型的相關系數R2為97.70%，>90%，說明模型擬合程度良好，試驗誤差小，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)，從交互作用來看，BC>AC>AB。

表3 蒸煮損失率回歸方程方差分析結果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 響應面交互作用分析

各因素顯著項交互作用對蒸煮損失率影響的響應面見圖6和圖7。因素C響應面弧度最大，因素B次之，因素A的影響最小。因此，3個因素對豬肉蒸煮損失率的影響為：C(黃原膠)>B(復合磷酸鹽)>A(大豆蛋白)，與表3中的顯著性分析結果一致。在所選范圍內存在極點，且響應面坡度比較陡峭，說明大豆蛋白和黃原膠的添加量、復合磷酸鹽和黃原膠的添加量之間的交互作用顯著，對蒸煮損失率的影響較大。

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

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

2.6.4 最佳工藝參數確定及驗證

通過響應面優化分析可知，當大豆蛋白添加量為0.39%、復合磷酸鹽添加量為0.31%、黃原膠添加量為0.38%時，得到豬肉的蒸煮損失率理論值為25.43%。通過對模型的準確性進行驗證，經過3次平行試驗，取平均值，得到豬肉的蒸煮損失率平均為25.88%，與模型預測值的相對誤差很小。因此，采用響應面法對復合添加劑對豬肉蒸煮損失率影響條件的優化是可行的。

3 結論

本文通過單因素試驗，確定對反復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、復合磷酸鹽、黃原膠，而TG酶、單甘脂對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值，采用響應面法優化大豆蛋白、復合磷酸鹽、黃原膠的添加量，得到最佳添加量配比為：大豆蛋白0.39%、復合磷酸鹽0.31%、黃原膠0.38%。使用該優化配方得到的豬肉，在反復凍融3次后，測得的蒸煮損失率為25.88%， 極大地提高了豬肉在反復凍融過程中的保水性，降低了其蒸煮損失率。本研究結果可為提升反復凍融肉制品提供理論參考依據。