磷酸鹽對PSE豬肉食用品質和微觀結構的影響

劉廣娟, 徐澤權, 邢世均, 陳錚, 朱明睿, 徐艷麗,張洪瑞, 張莉, 王子榮

(新疆農業大學食品科學與藥學學院，烏魯木齊 830052)

PSE豬肉即發白(pale)、松軟(soft)和表面液汁滲出(exudative)的肉[1]。低pH和較高的胴體溫度相結合會導致肌肉蛋白質變性，進而產生PSE肉[2-3]。部分蛋白質變性會降低豬肉的保水性，導致豬肉的質量變輕，同時具有較高的滴水損失和蒸煮損失，進而影響豬肉的品質，給肉類行業造成了極大的經濟損失[4-5]。雖然為了降低PSE肉的發生率已經做了大量工作，但仍然不能避免[6]。因此，提高PSE肉的保水性對減少經濟損失有重要意義。目前，改善PSE豬肉的方法主要包括在正常肉中添加一定比例的PSE豬肉、添加非肉成分和采用輻射處理等。如Motzer等[7]研究發現，50%的PSE豬肉與50%的正常豬肉混合加工制作的重組火腿的產品品質與正常肉的品質接近。Booren等[8]通過添加羥丙基甲基纖維素和魔芋粉改善PSE豬肉質構特性。

保水劑主要包括磷酸鹽保水劑和無磷保水劑。磷酸鹽是肉制品工業中廣泛使用的保水劑，對肉制品的品質改良起著重要作用，是唯一一種有效激活肉蛋白的肉制品水分保持劑[9]，應用最為廣泛的主要為焦磷酸鈉(Na4P2O7)、三聚磷酸鈉(Na5P3O10)和六偏磷酸鈉[(NaPO3)6]及復合形式。添加磷酸鹽可以提高肉的保水性和嫩度，增加出品率。磷酸鹽是具有緩沖作用的堿性物質，可以提高肉的pH使其偏離肉蛋白質等電點，也可增加離子強度有利于肌原纖維蛋白的溶出，同時還能螯合與肌肉結構蛋白質結合的Ca2+、Mg2+，從而提高肉的持水能力，使肉在加工過程中仍能保持其水分，營養成分和柔嫩性也得到了保存。根據食品添加劑使用標準GB2760-2014用量規定(以磷酸鹽計不得超過5 g·kg-1)，添加過多磷酸鹽會降低肉的食用品質，甚至危害人體健康[10]。段昌圣等[11]研究發現，3 g·100 mL-1三聚磷酸鹽浸泡鴨肉，可以顯著提高其保水性，質構也得到了明顯改善，因此，三聚磷酸鹽能夠改善鴨肉的品質。孫悅等[12]研究發現，焦磷酸鈉對豬肉的肌原纖維蛋白氧化具有一定的抑制作用，凝膠性能得到提高。高菲菲等[13]研究發現，經磷酸鹽處理后的牛肚嫩度得到改善，保水性得到提高。祖鐵紅等[14]研究發現，復合磷酸鹽保水劑處理后的閉殼肌解凍損失和蒸煮損失顯著降低，其保水性得到提高。另外，磷酸鹽可以改善牛肉的色澤，其品質和感官特性也得到顯著提高[15-16]。而磷酸鹽對PSE豬肉食用品質和微觀結構的影響研究還比較少。

本研究以PSE豬肉為試驗材料，研究不同質量濃度焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對保水性的影響，確定復合磷酸鹽的最佳配比，并對其pH、嫩度、色澤及微觀結構進行了觀察分析，為磷酸鹽提高PSE豬肉的利用價值具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬品種為杜長大，育齡160～170 d，體質量100～120 kg。優選豬背最長肌，樣本來源于新疆天康食品有限公司。

焦磷酸鈉(pH 9.8～10)、三聚磷酸鈉(pH 9.5～9.8)、六偏磷酸鈉(pH 6.4～6.5)，均為食品級，購自湖北興發化工有限公司。

1.2 儀器與設備

TESTO 205便攜式pH計，德國德圖(深圳)有限公司；JZ-350色彩色差計，深圳市金準儀器設備有限公司；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，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數顯式肌肉嫩度儀，東北農業大學工程學院研制；JSM-7610FPlus掃描電鏡，捷歐路(北京)科貿有限公司。

1.3 PSE豬肉的處理方法

參照PSE豬肉的鑒別方法[17]對肉樣進行判定。PSE豬肉的L*值、蒸煮損失和pH分別為(53.14±2.52)(32.22±1.85)和(5.45±0.05)。按照工藝要求把PSE豬肉切成大小相近、厚薄一致的肉片。分別把焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉溶于去離子水中，制備成不同濃度的磷酸鹽溶液，采用注射的方法把蒸餾水和不同濃度磷酸鹽溶液注入PSE豬肉中，注射量為PSE豬肉重量的5%，注射后在5～6 ℃條件下間歇式滾揉12 h。

1.4 單因素試驗與正交試驗

1.4.1單因素試驗設計 參考丁武等[18]研究方法，在試驗過程中，考察不同質量濃度焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉對PSE豬肉蒸煮損失、離心損失、滴水損失的影響情況，焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的添加量選取0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%。

1.4.2正交試驗設計 根據單因素試驗結果，以蒸煮損失、離心損失、滴水損失為指標，以焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉為因素，進行L9(34)正交試驗。焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉的添加量選取0.10%、0.15%、0.20%。

1.5 測定指標

1.5.1蒸煮損失測定 參考王曉宇等[19]的設計方案進行優化，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，蒸煮前質量為m1，蒸煮完成后，在25 ℃條件下冷卻15 min后，稱其質量為m2，計算蒸煮損失。

1.5.2滴水損失、離心損失和pH測定 滴水損失參照王曉宇等[19]方法進行，離心損失參照蔡淑偉[20]方法進行，pH用TESTO 205便攜式pH計進行測定。

1.5.3剪切力測定 參照嚴維凌等[21]方法并進行優化，把肉塊裝入蒸煮袋中，把肉塊放入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，用取樣器順肌纖維方向取1 cm的肉柱，用C-LM.3B數顯式肌肉嫩度儀測定。

1.5.4色差測定 把PSE豬肉切割成厚度約1 cm左右、直徑約2 cm的圓片，用色差計測定L*、a*和b*值，每個樣品重復3 次[22]。

1.5.5微觀結構觀察 參照Chumngoen等[23]方法，將處理好的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)，然后用不同濃度(30%、50%、70%、80%、90%)的乙醇脫水(各15 min)，用無水乙醇進行脫水，再用叔丁醇置換，進行冷凍干燥，粘臺噴金，最后送至中國科學院新疆理化技術研究所電鏡室進行透射電子分析。

1.6 數據處理與統計分析

本研究所有數據處理由Microsoft Excel 2013軟件完成，繪圖由Origin 8.5軟件(OriginLab公司)完成，數據分析選用SPSS 19.0軟件(SPSS公司)進行單因素方差分析，數據的差異顯著性評定經由鄧肯多重比較完成。

2 結果與分析

2.1 不同磷酸鹽對PSE豬肉保水性的影響

2.1.1焦磷酸鈉添加量對PSE豬肉保水性的影響 由圖1中可以看出，隨著焦磷酸鈉質量濃度的升高，PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失都呈先降低后升高的趨勢，并且經焦磷酸鈉處理的PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失都明顯低于對照組(P<0.05)。當焦磷酸鈉添加量在0.10%～0.20%時，PSE豬肉的處理組間的蒸煮損失和離心損失差異不顯著(P>0.05)。從滴水損失來看，當焦磷酸鈉添加量在0.10%～0.20%時，PSE豬肉的滴水損失顯著低于對照組(P<0.05)。當焦磷酸鈉添加量為0.15%時,滴水損失最低為2.11%，綜合考慮3個指標，選定焦磷酸鈉的最適添加量為0.15%。

注：圖中不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。

2.1.2三聚磷酸鈉添加量對PSE豬肉保水性的影響 由圖2可以看出，隨著三聚磷酸鈉質量濃度的升高，PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失都呈整體下降趨勢，并且經三聚磷酸鈉處理的PSE豬肉的處理組間的蒸煮損失和離心損失都明顯低于對照組(P<0.05)。當三聚磷酸鈉添加量大于0.15%時，PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失差異不顯著(P>0.05)。從滴水損失來看，當三聚磷酸鈉添加量在0.15%～0.25%時，PSE豬肉的滴水損失顯著低于對照組(P<0.05)。綜合考慮3個指標，選定三聚磷酸鈉的最適添加量為0.15%。

注：圖中不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。

2.1.3六偏磷酸鈉添加量對PSE豬肉保水性的影響 由圖3可以看出，從PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失考慮，隨著六偏磷酸鈉質量濃度的升高，PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失都呈先降低后升高的趨勢，并且經六偏磷酸鈉處理的PSE豬肉的蒸煮損失和離心損失都明顯低于對照組(P<0.05)。當六偏磷酸鈉添加量在0.15%時，PSE豬肉的處理組的蒸煮損失和離心損失最低，分別為20.57%和22.89%。而空白組的蒸煮損失和離心損失分別為32.46%和34.78%。從滴水損失來看，當六偏磷酸鈉添加量在0.10%～0.20%時，PSE豬肉的滴水損失顯著低于對照組(P<0.05)，且處理組間的滴水損失差異不顯著(P>0.05)。綜合考慮3個指標，選定六偏磷酸鈉的最適添加量為0.15%。

注：圖中不同小寫字母表示差異在P<0.05水平具有顯著性。

2.2 正交試驗結果分析

由表1可知，從磷酸鹽對PSE豬肉蒸煮損失影響來看，A因素的影響最大，其次是B因素，C因素影響最小，即焦磷酸鈉>三聚磷酸鈉>六偏磷酸鈉，其最優組合為A3B2C2。從磷酸鹽對PSE豬肉離心損失角度來考慮，三因素影響順序為三聚磷酸鈉>焦磷酸鈉>六偏磷酸鈉，其最優組合為A3B2C2。磷酸鹽對PSE豬肉滴水損失影響來看，焦磷酸鈉>三聚磷酸鈉>六偏磷酸鈉，其最優組合為A3B3C1。

表1 PSE豬肉保水性正交試驗結果

綜合考慮磷酸鹽對PSE豬肉保水性的影響，在肉制品生產中通常認為，蒸煮損失率是衡量和評價保水效果的一項重要指標，因為蒸煮損失直接反映了產品的出品率[24]。以蒸煮損失確定復合磷酸鹽的最佳組合為A3B2C2。故進行驗證實驗，結果PSE豬肉的蒸煮損失為12.22%，優于正交試驗中所有組合。最終確定最佳添加量是焦磷酸鈉為0.20%、三聚磷酸鈉為0.15%、六偏磷酸鈉為0.15%。

2.3 復合磷酸鹽處理對PSE豬肉pH、嫩度和色澤的影響

按照正交試驗優化的保水工藝(焦磷酸鈉0.20%、三聚磷酸鈉0.15%、六偏磷酸鈉0.15%)處理PSE豬肉，分析對照組與處理組的pH、嫩度、色澤的區別，結果如表2所示。與對照組相比，經復合磷酸鹽處理的PSE豬肉pH顯著增加(P<0.05)。這是由于復合磷酸鹽溶液呈堿性，可解離出氫氧根離子，并與PSE豬肉中的酸性物質發生反應，降低氫離子的濃度，從而使得PSE豬肉的pH升高[25]。與對照組相比，經復合磷酸鹽處理的PSE豬肉剪切力極顯著降低(P<0.01)。剪切力值越低說明PSE豬肉的嫩化效果越好。經復合磷酸鹽處理的PSE豬肉的亮度值L*較對照組略低，紅度值a*較對照組顯著增加(P<0.05)，黃度值b*和對照組相比無顯著性差異(P>0.05)。由此可見，復合磷酸鹽的添加，可以提高PSE豬肉的pH，改善PSE豬肉的嫩度和色澤。

表2 復合磷酸鹽處理對PSE豬肉pH、嫩度和色澤的影響

2.4 復合磷酸鹽處理對PSE豬肉微觀結構的影響

PSE豬肉經復合磷酸鹽(焦磷酸鈉0.20%、三聚磷酸鈉0.15%、六偏磷酸鈉0.15%)處理，放大500倍，由圖4發現，經復合磷酸鹽處理后的PSE豬肉表面較對照組更加平坦致密、堅固均勻規則有序，而對照組則表現出不平整、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復合磷酸鹽處理的PSE豬肉變得致密平坦，有效地提高了PSE豬肉的保水性。這與磷酸鹽對PSE豬肉保水特性的分析結果基本一致。

圖4 PSE豬肉的掃描電鏡

3 討論

不同磷酸鹽對PSE豬肉的保水性指標是有差異的，這說明磷酸鹽對PSE豬肉保水性的作用不同。本研究發現，焦磷酸鈉對PSE豬肉的蒸煮損失和滴水損失影響最大，三聚磷酸鈉對PSE豬肉離心損失影響最大。磷酸鹽提高PSE豬肉保水性是因為添加磷酸鹽后增加了肉中的親水基團，抑制蛋白變性，螯合Ca2+、Mg2+等金屬離子，釋放羧基，增加負電荷斥力，改善體系電荷，促使肌動球蛋白解離等因素[26]。復合磷酸鹽不僅能提高肉的保水性，還能提高pH，促進膠原蛋白溶解，增加離子強度，具有一定的嫩化效果，可以改善其色澤[27]。尚校蘭等[28]研究發現，當磷酸三鈉為1.0 g·kg-1、三聚磷酸鈉為2.0 g·kg-1、焦磷酸鈉為1.0 g·kg-1、六偏磷酸鈉為1.5 g·kg-1時，海鱸魚魚糜具有最小的蒸煮損失為25.34%；高海燕等[29]研究表明,復合磷酸鹽的質量分數為0.20%時，鵝肉的pH得到提高，色澤均較為鮮亮，嫩化效果最顯著(P<0.05)。Mc Gee等[30]研究發現，復合磷酸鹽的添加量為0.25%、注射量為7%～9%時能夠顯著改善牛肉的蒸煮損失和感官評分(P<0.05)；Baublits等[31]研究也發現，當復合磷酸鹽添加量為0.40%、注射量為12%時，能夠顯著改善牛肉的多汁性和嫩度等感官評分(P<0.05)。本研究也發現，通過復合磷酸鹽處理的PSE豬肉，pH得到了提高，嫩度和色澤也得到了改善。可見，復合磷酸鹽使用，對提高PSE豬肉保水性，提高pH，改善嫩度和色澤都有較好的效果。

單因素試驗表明，焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉均能提高PSE豬肉的保水性。在單因素試驗基礎上，采用L9(34)正交試驗，對PSE豬肉復合磷酸鹽保水劑進行復配研究，確定復合保水劑最佳質量濃度配比為焦磷酸鈉0.20%、三聚磷酸鈉0.15%、六偏磷酸鈉0.15%。此條件下處理的PSE豬肉保水性最好。且經該條件(焦磷酸鈉0.20%、三聚磷酸鈉0.15%、六偏磷酸鈉0.15%)處理后的PSE豬肉的pH得到提高，嫩度和色澤得到改善，并且微觀結構也更加規則有序。這為磷酸鹽提高PSE豬肉的利用價值提供一定的依據。