復合無磷保水劑的配方優化及對PSE豬肉貯藏品質的影響

劉廣娟 徐澤權 邢世均 陳 錚 朱明睿 徐艷麗 王子榮

(新疆農業大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052)

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

磷酸鹽是肉類企業廣泛使用的保水劑，其能提高肉的保水性和嫩度，增加出品率[5]，在改良肉品質方面起著重要作用[6]。但磷酸鹽添加過量，會產生金屬澀味，肉組織結構也會變得粗糙，還會對人體健康產生不利影響[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，其等電點為10.76，可以提高肉的pH 值使其偏離肉蛋白質的等電點，從而提高肉的持水力[8]。碳酸鈉和檸檬酸鈉屬于強堿弱酸鹽，PSE 豬肉中添加上述物質可提高其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，在單因素試驗基礎上，通過正交試驗優化最佳添加量，并分析測定復合無磷保水劑處理的PSE 豬肉在貯藏過程中的品質變化，以期為復合無磷保水劑改善豬肉品質提供一定的指導，同時為后期調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，體質量:100～120 kg。優選豬背最長肌，新疆天康食品有限公司。參照PSE 肉的鑒別方法[10]對肉樣進行判定。

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

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；KA-6189 滾揉機，康鼎食品機械設備有限公司；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；DHS-16 鹵素水分測定儀，上海菁海儀器有限公司；TA-XT2i 型質構儀，英國Stable Micro Systems 公司；JSM-7610FPlus 掃描電鏡，捷歐路(北京)科貿有限公司。

1.3 試驗方法

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 單因素試驗與正交試驗

1.3.2.1 單因素試驗設計 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%)進行單因素試驗，測蒸煮損失、離心損失和滴水損失。

1.3.2.2 正交試驗設計 根據單因素試驗結果，以蒸煮損失、離心損失、滴水損失指標，做L9(34)正交試驗，確定復合無磷保水劑配方。試驗因素及水平設計見表1。

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

1.3.3 復合無磷保水劑對PSE 豬肉貯藏品質的影響選擇最佳組合復合無磷保水劑按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、質構、菌落總數和微觀結構。

1.3.4 測定指標

1.3.4.1 蒸煮損失測定 參考程述震等[11]的方法，并作適當修改。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，蒸煮前質量為m1，蒸煮完成后，在25℃條件下冷卻15 min 后，稱其質量為m2。按照公式計算蒸煮損失:

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 參照徐澤權等[14]的方法，用便攜式pH 計測定。

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，準確稱取2～5 g 樣品置于鹵素水分測定儀中。重復測定3 次。

1.3.4.6 剪切力測定 參照嚴維凌等[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，用數顯式肌肉嫩度儀測定。

1.3.4.7 質構測定 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，用色差計測定L*、a*和b*值[14]，每個樣品重復3 次。

1.3.4.9 菌落總數測定 參照GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[17]對PSE 豬肉中的菌落總數進行測定。

1.3.4.10 微觀結構觀察 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)，然后用無水乙醇進行脫水，再用叔丁醇置換，之后再進行冷凍干燥，粘臺噴金，送至中國科學院新疆理化技術研究所電鏡室進行掃描電鏡分析。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2013 軟件處理數據，Origin 8.5 軟件制圖，選用SPSS 19.0 軟件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(P＜0.05 表示差異顯著)。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

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]研究也發現，L-精氨酸可以增加豬肉蛋白凝膠的保水性，這與本研究結果基本一致。綜合考慮3 個指標，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，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]的測定結果基本一致。綜合考慮3 個指標，選定檸檬酸鈉的最適添加量為0.6%。

2.2 正交試驗結果

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，其最優組合為A3B2C3。

表2 正交試驗結果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，在肉制品生產中，蒸煮損失是衡量和評價保水效果的重要指標，因為蒸煮損失直接反映肉制品中蛋白質結合水的能力，決定了肉制品加工過程中的產品得率以及感官品質[23]。以蒸煮損失確定復合無磷保水劑的最佳組合為A3B2C2。以最優組合進行驗證試驗，得到PSE 豬肉的蒸煮損失為13.55%，優于正交試驗中所有組合。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 復合無磷保水劑對PSE 豬肉貯藏品質的影響

2.3.1 復合無磷保水劑對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)。說明復合無磷保水劑可以抑制貯藏中后期PSE 豬肉pH 值的升高，進而減緩PSE 豬肉品質劣變速率。

2.3.2 復合無磷保水劑對PSE 豬肉蒸煮損失的影響蒸煮損失與豬肉的持水能力有關，是評價肌肉保水性的一項重要指標。由圖5可知，隨著貯藏時間的延長，添加復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合無磷保水劑組(P＜0.05)。貯藏9 d 后，復合無磷保水劑組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]的研究結果基本一致。表明適當的復合無磷保水劑對PSE 豬肉具有顯著的保水效果。

2.3.3 復合無磷保水劑對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*值達到最高，分別為10.01 和12.43。說明，復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。

2.3.5 復合無磷保水劑對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]的研究結果基本一致。同一貯藏時間，復合無磷保水劑組PSE 豬肉的剪切力顯著低于對照組(P＜0.05)。貯藏9 d 后，復合無磷保水劑組PSE 豬肉的剪切力降至26.17 N。表明，復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 復合無磷保水劑對PSE 豬肉質構的影響 由圖9可知，隨著貯藏時間的延長，添加復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，復合無磷保水劑組的硬度顯著高于對照組(P＜0.05)。說明復合無磷保水劑組對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 復合無磷保水劑對PSE 豬肉菌落總數的影響由圖11可知，隨著貯藏時間的延長，添加復合無磷保水劑組和對照組PSE 豬肉的菌落總數均呈上升趨勢，且在同一貯藏時間，復合無磷保水劑組的菌落總數顯著低于對照組(P＜0.05)。貯藏7 d 時，對照組PSE豬肉菌落總數為6.07 lgCFU·g-1，此時PSE 豬肉已腐敗變質，而復合無磷保水劑組PSE 豬肉的菌落總數為5.28 lgCFU·g-1，顯著低于對照組(P＜0.05)，且復合無磷保水劑組貯藏9 d 后，菌落總數為5.88 lgCFU·g-1仍處于鮮肉范圍(＜6 lgCFU·g-1)。說明適當的復合無磷保水劑對PSE 豬肉具有一定的保鮮效果。

2.3.8 復合無磷保水劑對PSE 豬肉微觀結構的影響由圖12可知，復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，其結構完整、堅固均勻、規則有序，而對照組則表現為不平整、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復合無磷保水處理的PSE 豬肉具有致密平坦、完整的組織狀態，有效地提高了PSE 豬肉的保水性。這與復合無磷保水劑對PSE 豬肉保水特性的數據分析結果基本一致。說明復合無磷保水劑具有極強的親水性和保水性[28-29]。

3 討論

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

本研究發現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，可導致PSE 豬肉的pH 值偏離等電點，且其自帶的羧基、氨基等官能團，能與肌肉蛋白發生親水結合作用，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 豬肉蛋白的網絡結構，使PSE豬肉蛋白網絡結構松散，從而增強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，本研究還發現，經復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 豬肉的微觀結構結果可以看出，無磷保水劑可以保持致密完整的組織狀態。以上結果表明，無磷保水劑改善了PSE 豬肉的品質，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用提供了一定的理論依據和實踐指導。但無磷保水劑對PSE 豬肉保水性改善的機理，有待更加深入的研究。

4 結論

單因素和正交試驗結果表明，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豬肉經復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，微觀結構更加緊密完整，且菌落總數得到一定的抑制，對PSE 豬肉具有保鮮效果。綜上，復合無磷保水劑能有效改善PSE 豬肉品質，為保水劑的研發提供了一定的理論依據。