乳化肉糜制品中降低磷酸鹽的加工技術新策略研究進展

趙宏蕾，常婧瑤，陳佳新，王 浩，劉 慧，孔保華，劉 騫

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

乳化肉糜制品是由畜禽肌肉組織、脂肪組織經過低溫高速斬拌后，再經過灌制、加熱等工序而制成，在加工過程中往往要加入保水劑，以提升產品的持水、持油能力和感官特性，保水劑的加入能極大限度地保持肉制品的營養成分和其柔嫩多汁的口感，因此深受廣大消費者的青睞[1-2]。磷酸鹽是目前廣泛應用于乳化肉糜制品中的保水劑，其能夠增加蛋白質分子間的靜電斥力，使分子之間結構疏松，從而提高產品持水能力，減少脂質氧化，并起到改善肉質的作用[3-4]。磷酸鹽對人體健康也起到至關重要的作用，其參與多種代謝途徑，如刺激神經肌肉、調節維生素代謝、維持鈣的內環境穩定等[5]。GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中規定[6]，肉制品中磷酸鹽的最大添加量為5 g/kg，通常健康成年人每日攝入磷的最大限量為40 mg/kg[7]，而人體每日攝入乳化肉糜制品的量是否超過磷的最大攝入量由人的體質量決定，若一成年人體質量為60 kg，則其每日攝入乳化肉糜制品的量不宜超過480 g，否則將會達到人體中磷的最大攝入量。有證據表明，磷酸鹽攝入量過多會危害消費者的健康[8-9]，短時間內可能會造成腹痛和腹瀉，長期大量攝入磷酸鹽會影響機體的鈣磷代謝，嚴重者將患有高磷血癥等疾病[10]。此外，磷酸鹽攝入量過多可導致甲狀旁腺功能亢進、代謝性骨病和心血管鈣化，可能使患者的死亡風險增加20%～40%[11-12]。因此，為了向消費者提供更加健康的乳化肉糜制品，降低磷酸鹽在該類產品中的含量逐漸成為研究熱點[13]。

近年來，消費者逐漸重視綠色、環保、營養的食品理念，熱衷于追求添加劑較少的食品，其與“清潔標簽”的理念一致[14]，極大程度地為食品領域的可持續發展提供機會。因此，開發“清潔標簽”產品逐漸受到肉類產業的重視。基于此，研究人員開發了大量磷酸鹽替代物應用于乳化肉糜制品加工中，提高了產品質構特性并改善了產品品質[15]。另外，有研究結果表明，新型加工技術（如超高壓處理、超聲波處理等）也會降低肉制品中磷酸鹽含量，在一定程度上延緩不飽和脂肪酸的氧化、抑制蛋白質氧化變性，生產出的肉制品更受消費者青睞[16]。本文全面綜述了磷酸鹽提高乳化肉糜制品品質的作用機制，以及降低該類產品中磷酸鹽含量的新策略，為研發滿足人類健康需求的乳化肉糜制品提供理論指導。

1 磷酸鹽在乳化肉糜制品中的作用

1.1 磷酸鹽的種類

食品級磷酸鹽可根據其化學結構不同，分為正磷酸鹽和縮聚磷酸鹽。目前，主要應用于肉制品的正磷酸鹽包括正磷酸鈉鹽、正磷酸鈣鹽和正磷酸鉀鹽，而其中以正磷酸鈉鹽的應用最為廣泛，具體包括磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉和磷酸三鈉等[17]。焦磷酸鹽、聚磷酸鹽和偏磷酸鹽在化學結構上均屬于縮聚磷酸鹽的范疇，其由正磷酸鹽受熱聚合而成。短鏈縮聚磷酸鹽多用于乳化肉糜制品的加工，能夠使烹飪后的蛋白質凝結成適度且緊密的網狀結構[16]。GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中規定，食品中允許使用的磷酸及磷酸鹽種類共19 種[6]，復配型磷酸鹽品種則更多，三聚磷酸鈉通常與六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等復配混合，用于乳化肉糜制品的加工，其能使肉類蛋白質形成均勻、穩定的網狀結構，從而保持肉制品良好的品質與柔嫩多汁的口感[18-19]（表1）。

表1 乳化肉糜制品中常用磷酸鹽的種類[20]Table 1 Classification of phosphates used in emulsified meat products[20]

續表1

1.2 磷酸鹽的作用

磷酸鹽可作為乳化肉糜制品的保水劑，會使肌原纖維蛋白的pH值偏離其等電點，因此肉制品中使用的大多數磷酸鹽都是堿性的[20-21]，肌原纖維蛋白pH值遠離等電點導致蛋白質之間的靜電排斥力增強，蛋白質主肽鏈遭到破壞，結構松弛，水進入蛋白質之間的空隙，從而提高肉制品的持水能力。

磷酸鹽具有螯合特性，通過其陰離子基團螯合肌動球蛋白復合物中的金屬離子（如Ca2+、Mg2+、Fe2+和Fe3+）而形成穩定的環狀結合物[22]，進而弱化肌動球蛋白中肌球蛋白與肌動蛋白之間的連接作用，導致肌球蛋白與肌動蛋白自由體的形成[23]，增加肉類蛋白質的溶解性，使肉制品柔嫩多汁、富有彈性，同時提高肉制品的持水能力。此外，磷酸鹽與金屬離子螯合對延緩不飽和脂肪酸氧化有積極作用，可有效抑制肌紅蛋白氧化成高鐵肌紅蛋白，抑制產品的變色、酸敗，還可保持蛋白質二級結構的穩定性，使蛋白質抗氧化變性的能力更強[24]。

磷酸鹽還可以與氯化鈉發生協同作用以提高產品品質。氯化鈉在水溶液中能解離成Na+和Cl-，Cl-對肌原纖維蛋白中正電荷的吸引力極強，而磷酸鹽基團所帶的負電荷會使蛋白質的疏水基團暴露出來[25]，二者發生協同作用會增加肉的離子強度，肌原纖維蛋白的溶出量也會隨之增加，進而增加肌原纖維蛋白在鹽水體系中的溶解性[26]。此外，磷酸鹽和氯化鈉在肉制品加工中的協同作用可導致肌球蛋白親水性末端與水結合，加熱后的蛋白質會發生α-螺旋解旋和β-折疊形成等結構變化，這些結構變化可增強凝膠體系的凝膠結構和乳化穩定性，從而減少蒸煮損失率[27]。

2 乳化肉糜制品中降低磷酸鹽含量的加工技術新策略

隨著各國生活水平的提高，消費者對“清潔標簽”的重視程度逐漸提高，清潔標簽就是在產品標簽上盡可能少地出現E編碼（歐盟為各種食品添加劑而編訂的食物標簽）[28]，保持產品標簽配料欄中食品的天然屬性，而磷酸鹽作為乳化肉糜制品中重要的保水劑和改良劑，降低其在肉制品中含量最直接的方法就是添加磷酸鹽替代物或應用新型加工技術，在降低磷酸鹽含量的同時保持其產品品質。圖1總結了降低乳化肉糜制品中磷酸鹽含量的加工技術新策略，通過對產品持水能力、乳化穩定性、感官和質構等特性進行分析，簡要討論各種新策略的作用機制以及作用效果，為研發滿足消費者健康需求的乳化肉糜制品提供理論指導[20]。

圖1 降低乳化肉糜制品中磷酸鹽含量的加工技術新策略[20]Fig.1 Novel strategies for reducing the contents of phosphates in emulsified meat products[20]

2.1 磷酸鹽替代物

近年來，為迎合消費者的需求，國內外學者正在積極尋求能夠作為磷酸鹽天然替代物的清潔標簽配料，在保持肉制品的持水能力以及品質特性的基礎上，降低肉制品加工中磷酸鹽的使用量，進而開發“清潔標簽”食品。目前，尋找到的磷酸鹽天然替代物主要有多糖、植物蛋白和菌菇提取物等。

2.1.1 多糖

多糖是存在于動物、植物和微生物中的生物大分子，由單糖通過糖苷鍵連接而成[29]。多糖與蛋白質分子的氨基之間能產生較強的靜電相互作用，使蛋白質結構松弛，水分進入蛋白質分子之間的空隙，顯著改善肉制品的持水能力[30]。此外，多糖具有長鏈和多羥基結構，其與水分子結合后形成的肌原纖維蛋白網狀凝膠能截留大量的水，使肉糜具有很好的持水能力和穩定性[31]。Camara等[32]將斯勒奇亞籽多糖作為清潔標簽配料，部分替代磷酸鹽應用到博洛尼亞香腸中，對成品的乳化穩定性、脂質氧化和感官特性進行了研究，結果表明添加質量分數2%的斯勒奇亞籽多糖能增強產品的彈性和內聚力，并提高博洛尼亞香腸的乳化穩定性，使產品磷酸鹽質量分數降低至0.25%，起到替代產品中50%磷酸鹽的效果。Chattopadhyay等[33]將殼聚糖凝膠添加到磷酸鹽質量分數為0.25%的魚糜香腸中，研究殼聚糖凝膠對魚糜香腸的乳化穩定性、pH值、蒸煮損失率和持水能力的影響，發現與對照樣品相比，添加殼聚糖凝膠可顯著提高魚糜香腸的持水能力，降低蒸煮損失率，但添加殼聚糖凝膠對產品內聚性影響較小，導致產品彈性降低，其對產品質地的影響還需要進一步的研究。此外，有關添加植物纖維來制備新型健康肉制品的研究也引起了極大的關注[34]。劉俊雅[35]將竹筍膳食纖維添加到磷酸鹽質量分數為0.3%的豬肉糜中，研究其對產品凝膠特性和保水性的影響，結果表明，與未添加竹筍膳食纖維的樣品相比，添加質量分數2%的竹筍膳食纖維可以顯著降低豬肉糜的蒸煮損失率，并能增強豬肉中鹽溶性蛋白的持水能力，故竹筍膳食纖維有望在降低磷酸鹽含量的相關研發中擁有廣闊的前景。Powell等[36]用柑橘纖維替代磷酸鹽添加到無磷博洛尼亞香腸中，發現添加質量分數0.75%柑橘纖維的產品具有與傳統香腸非常相似的質構、顏色和感官特性等，且不會引起過強的氧化，盡管煮熟后的產品多汁性有所降低，但產品外觀、風味和可接受性均在理想范圍內。從技術角度來看，使用不同植物來源的植物纖維來降低肉制品中磷酸鹽的含量是一種很有前景的方法，但纖維添加量超過一定濃度時，纖維顆粒的聚結就會導致更大的脂質粒產生，造成肉糜乳化穩定性降低。總之，以多糖替代磷酸鹽應用于肉制品中，在控制其用量的基礎上，不僅可以使產品獲得良好的感官屬性，還可以改善產品的功能特性，其對降低乳化肉糜制品中磷酸鹽含量具有積極意義。

2.1.2 植物蛋白

在肉制品加工過程中，植物蛋白具有持水、乳化以及質構改良等功能，其與肌肉蛋白疏水締合，加強了氫鍵和二硫鍵之間的相互作用，導致鹽溶性蛋白構象改變、α-螺旋部分解旋和β-折疊形成，肌原纖維蛋白凝膠網絡結構變得更連續、更均勻，促進了肌原纖維蛋白凝膠的持水能力[37-38]。因此植物蛋白在肉制品中得以廣泛應用，極大地滿足了消費者對產品口感的需求[39]。常見的能夠添加到肉制品中的植物蛋白有大豆分離蛋白、花生蛋白、豌豆蛋白等。Youssef等[40]將低膠凝大豆分離蛋白添加到磷酸鹽質量分數為0.25%的肉糜中，通過研究肉糜的乳化穩定性、質地和感官特性，發現添加質量分數13%～14%大豆分離蛋白時能夠產生更穩定的肉糜，產品的乳化穩定性更高，但添加大豆蛋白的產品顏色更淡，亮度明顯降低，可能會影響消費者對產品的接受度。楊琪等[41]將花生蛋白應用到牦牛肉糜中，通過評定產品的微觀結構、脂質氧化、持水能力以及質構特性，發現當花生蛋白質量分數為3%～7%時，肉糜的硬度和咀嚼性與花生蛋白添加量成正比，其能夠提高牦牛肉糜的亮度和紅度，顯著改善牦牛肉糜的色澤，有望將花生蛋白作為清潔標簽配料生產更健康的乳化肉糜制品。Sanjeewa等[42]將鷹嘴豆蛋白應用于無磷博洛尼亞香腸中，發現添加質量分數2.5%和5%鷹嘴豆蛋白可以減少產品的蒸煮損失率，產品的風味和口感與傳統香腸相似，但產品硬度有所下降，其對產品品質的影響還需要更多的研究。此外，Min等[43]研究了微生物轉谷氨酰胺酶和大豆分離蛋白對無磷肉糜營養、持水能力和質構特性的影響，結果表明添加微生物轉谷氨酰胺酶能增加肉糜的硬度、黏結性和彈性等質構特性，但降低了肉糜的出品率；添加大豆分離蛋白不會影響肉糜的質構特性，而且能夠顯著增加產品的出品率，兩者協同作用能夠提高產品的持水能力和總體可接受度。雖然各種功能性蛋白質添加劑在肉類工業中的應用仍在增加，但添加這些蛋白質會涉及到過敏源，應謹慎對待[44]，還需進一步探究其對乳化肉糜制品中降低磷酸鹽含量。

2.1.3 菌菇提取物

菌菇中含有較高的營養成分，并含有酚類化合物和黃酮類化合物，這些抗氧化劑顯示出強還原能力、高自由基清除活性和抑制酸敗的作用，通過其抗氧化作用抑制肉的變色，并改善其感官特性和物理化學性質[45]。此外，菌菇含有相對較高的堿性氨基酸（如組氨酸和精氨酸），可以提高肉糜的pH值，增加肉蛋白的凈負電荷，螯合肉蛋白中的金屬離子，增強肉糜持水能力并減少脂肪的滲出。賴氨酸也可以提高肌球蛋白活性巰基的含量，并可通過與肌球蛋白相互作用提高肌球蛋白的溶解度[46-47]，有利于蛋白形成均勻、致密的三維網狀凝膠結構，從而顯著提高肉制品的持水能力，但菌菇中游離氨基酸含量對肉制品的鮮味、甜味和苦味有一定的影響，與苦味相關的游離氨基酸（如亮氨酸、色氨酸等）含量較高會對感官特性產生負面影響[48]，影響產品的口感。考慮到菌菇具有抗氧化活性，且能夠提高肉糜的pH值，它們可以作為天然的磷酸鹽替代物應用于肉制品中。Choe等[49]將金針菇粉作為磷酸鹽的替代物應用于無磷乳化腸中，通過測定pH值、脂質氧化指標、質構和感官特性來評估其在乳化腸中的潛在用途，結果表明，添加超過質量分數1.0%的金針菇粉可以抑制香腸的脂肪滲出，并且能提高香腸的pH值，抑制香腸的脂質氧化，但與含磷酸鹽的香腸相比，含有金針菇粉的香腸硬度有所降低，產品整體接受度會受到輕微影響。Kurt等[50]將雙孢菇粉添加到肉糜中，通過評估肉糜內部結構的變化以揭示其對肉糜乳化穩定性的影響，結果表明，添加質量分數2%蘑菇粉能夠吸附更多的蛋白質，從而產生良好有序的蛋白網狀結構，此時肉糜質地性能得到最大改善，但還需進一步研究其對產品風味和口感的影響。總之，以菌菇提取物替代磷酸鹽對肉制品的感官屬性以及功能特性都具有積極意義，可以作為肉制品中磷酸鹽天然替代物來滿足人們對健康的追求。

2.2 新型加工技術

近年來，消費者更傾向于綠色、環保、營養的食品理念，導致肉制品加工技術正向創新型非熱加工技術轉變，如超高壓處理和超聲波處理等。這些新型加工技術在保持乳化肉糜制品原有品質的前提下，能降低該類產品中磷酸鹽的含量，是一種同樣有效的降低磷酸鹽含量的加工技術新策略。

2.2.1 超高壓處理

如今肉類工業越來越多地采用超高壓處理來加工肉制品，不僅可以提高產品的保水性和嫩度，有效滅菌并延長產品貨架期，同時也對肉類的風味和營養成分的影響很小[51]。超高壓處理會影響蛋白質的二級結構，α-螺旋部分解旋且β-折疊相應形成[52]，蛋白質內部疏水基和巰基暴露于表面，提高肌原纖維蛋白的溶解度，從而改善肌原纖維蛋白凝膠體系的凝膠強度，進而提高肉制品的持水能力[53]。O’Flynn等[54]利用超高壓處理加工乳化腸，通過對產品出品率、質構特征和感官評分等指標的分析，發現與未經處理的乳化腸相比，150 MPa超高壓處理5 min的產品理化特性更好，可將磷酸鹽質量分數降低至0.25%，且對產品的硬度、咀嚼性、質地和總體可接受性未產生顯著影響，但是300 MPa超高壓處理對成品感官特性有負面影響，產品的總體接受度也有所降低。Zheng Haibo等[55]研究超高壓處理和熱處理協同作用對磷酸鹽質量分數為0.3%的雞肉腸外觀、質地、持水能力以及微觀結構的影響，發現兩者協同作用可以通過破壞肌原纖維結構，提高蛋白質的溶解度來改善雞肉腸的品質，在75 ℃、200 MPa處理肉糜30 min時，得到較高持水能力且質地良好的產品。此外，白云等[56]研究超高壓處理對乳化腸蒸煮損失率、質地和感官特性的影響，結果表明與未經超高壓處理的產品相比，隨著壓力的升高，添加質量分數0.2%磷酸鹽的產品蒸煮損失率更低，脂肪顆粒更小，網絡結構較為致密，在200 MPa超高壓處理9 min下的乳化腸食用品質最好，但當壓力升至300 MPa時，乳化腸品質急劇降低，脂質和蛋白質氧化加快。總之，超高壓處理乳化肉糜制品時需嚴格控制超高壓的強度，以達到降低磷酸鹽含量但不損失肉制品原有品質的效果，而且超高壓食品具有營養物質損失較少、安全衛生的特點，在肉制品加工貯藏過程中具有很好的應用前景。未來應通過更深入的研究，將其與磷酸鹽天然替代物相結合，以期生產出創新型乳化肉糜制品。

2.2.2 超聲波處理

超聲波處理作為一種創新型技術，在肉制品加工中的應用逐年增多[57]。低強度超聲波通常用于改善肉制品的質地、味道和柔軟度[58]，而且其具有強大的穿透力和空化效應，可以在短時間內促進組織結構的快速破壞，引起物理、化學和生物學變化[59]，并可通過改變振幅以拉伸和收縮肌絲，使肌原纖維和肌節之間產生明顯的間隙和空洞[60]，導致肌原纖維膨脹并增強持水能力[61]。此外，短時間超聲引起的壓力和機械剪切使肉中肌動球蛋白解聚，此時肌動球蛋白的ATP酶活性降低，會影響肌動蛋白和肌球蛋白的相互作用，使肌動球蛋白解聚成肌動蛋白和肌球蛋白，進而增強肉制品持水能力[59]。Cichoski等[62]應用不同的超聲波操作模式于肉糜中，評估肉糜的蒸煮損失率、乳化穩定性、脂質氧化和蛋白質氧化程度，結果發現，在5.5 min、25 kHz頻率和60%振幅的超聲波處理中，正常操作模式的肉糜具有更好的乳化穩定性、良好的黏結性和咀嚼性，且未增加產品脂質和蛋白質的氧化程度。Li Ke等[63]研究超聲波處理對雞肉糜凝膠強度和持水能力的影響，結果表明，應用20 kHz頻率、60%振幅和750 W超聲處理的產品質地良好，顯著提升了肉糜pH值和持水能力，而且對產品的氧化未產生影響，這些結果證實了該新型加工技術降低磷酸鹽含量的可行性。此外，Pinton等[64]研究超聲波處理對乳化腸質地、持水能力、感官特性和蒸煮損失率的影響，結果表明，在正常模式下，應用25 kHz頻率、60%振幅和230 W功率超聲處理18 min的產品會抑制脂質氧化，且肉糜蒸煮損失率和乳化穩定性與未超聲處理的樣品相比較高，可以有效彌補由磷酸鹽添加量減少50%引起的大多數感官缺陷，并將產品中磷酸鹽的添加量降低至0.25%。總之，超聲波處理有望成為乳化肉糜制品中降低磷酸鹽含量的研究熱點，但是超聲波處理產生的空化現象也會帶來部分負面影響，這種空化作用使肉糜內部產生氣泡，氣泡坍塌時會釋放大量能量，導致肉糜溫度升高[65-66]，因此在乳化肉糜制品的加工過程中，需控制肉糜溫度達到一個肌原纖維蛋白不變性的狀態，這在超聲波技術降低磷酸鹽含量方面必然又是一個新的突破。理論上，天然磷酸鹽替代物和新型加工技術相結合可以達到降低磷酸鹽含量的效果，但是相關的研究較少，需進一步優化兩者相結合以降低磷酸鹽含量。

3 結 語

磷酸鹽作為乳化肉糜制品中重要的保水劑和改良劑，在改善產品質地、口感和風味等方面有重要的作用，但隨著人們消費觀念和健康意識的提高，消費者對過量磷酸鹽的攝入持謹慎態度，磷酸鹽攝入量過多會增加腎臟負擔、提高心腦血管疾病的發病率，因此在目前的食品市場上，含有較少添加劑或用天然物質替代添加劑的“清潔標簽”食品越來越受歡迎。近年來，降低磷酸鹽在乳化肉糜制品中的含量逐漸成為研究熱點，其中關于添加磷酸鹽天然替代物方面的研究已取得了一系列重要進展，雖然其能明顯增強肉制品的持水能力，改善肉制品的嫩度和風味，但也存在一些問題，如多糖不能對提高乳化穩定性、質構特性和持水能力等所有指標起作用，而大豆蛋白等植物蛋白是潛在的過敏源，可能會危害消費者的健康。在新型加工技術降低產品中磷酸鹽含量的研發中，這些加工技術可在一定程度上延緩產品的變色，并提高產品的持水能力，但會對肉制品的品質產生負面影響，對肉制品色澤、風味、口感等因素的研究也需要進一步深入和完善。在未來的研究中，將超高壓和超聲波等新技術與磷酸鹽天然替代物相結合可能會產生良好的協同效果，但還需進一步開發其潛在的應用價值。