复合无磷保水剂的配方优化及对PSE猪肉贮藏品质的影响

刘广娟 徐泽权 邢世均 陈 铮 朱明睿 徐艳丽 王子荣

(新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052)

PSE 猪肉即生猪被屠宰后其肌肉颜色发白(pale)、质地松弛无弹性(soft)以及肌肉表面液汁渗出(exudative)的肉[1]。PSE 猪肉的品质较差，消费者接受度较低，对肉类行业造成了极大的经济损失[2]。PSE 猪肉具有pH 值低、色泽差、保水性差等问题，近来诸多肉类科学研究工作者和加工商均开始关注PSE猪肉的品质问题，并开展了大量改善PSE 猪肉品质的研究，如Lesiow 等[3]添加三聚磷酸盐和谷氨酰胺转氨酶到PSE 猪肉香肠中，其品质可达正常香肠的水平，Booren 等[4]通过添加羟丙基甲基纤维素和魔芋粉改善了PSE 猪肉的质构特性。

磷酸盐是肉类企业广泛使用的保水剂，其能提高肉的保水性和嫩度，增加出品率[5]，在改良肉品质方面起着重要作用[6]。但磷酸盐添加过量，会产生金属涩味，肉组织结构也会变得粗糙，还会对人体健康产生不利影响[7]。因此，越来越多的研究者选择无磷保水剂来代替磷酸盐。L-精氨酸是一种碱性氨基酸，其等电点为10.76，可以提高肉的pH 值使其偏离肉蛋白质的等电点，从而提高肉的持水力[8]。碳酸钠和柠檬酸钠属于强碱弱酸盐，PSE 猪肉中添加上述物质可提高其pH 值，而且其阴离子含量高，还可用于提高肉类蛋白的离子强度，有利于肌球蛋白凝胶的形成，从而提高保水性[9]。因此，本试验以PSE 猪肉为原料，开展L-精氨酸、碳酸钠、柠檬酸钠对PSE 猪肉的保水性研究，在单因素试验基础上，通过正交试验优化最佳添加量，并分析测定复合无磷保水剂处理的PSE 猪肉在贮藏过程中的品质变化，以期为复合无磷保水剂改善猪肉品质提供一定的指导，同时为后期调理猪肉肉制品的加工提供借鉴参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪品种:杜长大，育龄:160～170 d，体质量:100～120 kg。优选猪背最长肌，新疆天康食品有限公司。参照PSE 肉的鉴别方法[10]对肉样进行判定。

L-精氨酸、碳酸钠、柠檬酸钠(均为食品级)，湖北兴发化工有限公司；食盐，新疆乌鲁木齐市沙依巴克区友好超市；生理盐水、平板计数琼脂(plate count agar，PCA)，北京奥博星生物技术有限责任公司。

1.2 仪器与设备

TESTO 205 便携式pH 计，德国德图(深圳)有限公司；JZ-350 色彩色差计，深圳市金准仪器设备有限公司；KA-6189 滚揉机，康鼎食品机械设备有限公司；DK-8D 电加热恒温水槽，上海一恒科技有限公司；Avanti-J-26S XPI 落地式高速冷冻离心机，美国Beckman Coulter 有限公司；LE204E/02 电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；C-LM.3B 数显式肌肉嫩度仪，东北农业大学工程学院；DHS-16 卤素水分测定仪，上海菁海仪器有限公司；TA-XT2i 型质构仪，英国Stable Micro Systems 公司；JSM-7610FPlus 扫描电镜，捷欧路(北京)科贸有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 PSE 猪肉的处理方法 将PSE 猪肉切成大小相近、厚薄一致的肉块。分别制备不同浓度的L-精氨酸、碳酸钠、柠檬酸钠无磷保水剂溶液，采用注射的方法将蒸馏水和不同浓度无磷保水剂溶液注入PSE 猪肉中，注射后在5～6℃条件下间歇式滚揉12 h，用PE保鲜膜包装，待测。

1.3.2 单因素试验与正交试验

1.3.2.1 单因素试验设计 以L-精氨酸添加量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)、碳酸钠添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)和柠檬酸钠添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)进行单因素试验，测蒸煮损失、离心损失和滴水损失。

1.3.2.2 正交试验设计 根据单因素试验结果，以蒸煮损失、离心损失、滴水损失指标，做L9(34)正交试验，确定复合无磷保水剂配方。试验因素及水平设计见表1。

表1 正交试验的因素水平表Table 1 Arrangement of factors and levels in orthogonal design

1.3.3 复合无磷保水剂对PSE 猪肉贮藏品质的影响选择最佳组合复合无磷保水剂按1.3.1 处理PSE猪肉，分别于贮藏1、3、5、7、9 d 测定PSE 猪肉的pH值、蒸煮损失、水分含量、色泽、剪切力、质构、菌落总数和微观结构。

1.3.4 测定指标

1.3.4.1 蒸煮损失测定 参考程述震等[11]的方法，并作适当修改。沿肌肉纤维方向切成5 cm×3 cm×2 cm 肉块，用滤纸吸干表面水分，置于蒸煮袋中，把肉块放入90℃水浴中加热至中心温度为70℃，立即取出，蒸煮前质量为m1，蒸煮完成后，在25℃条件下冷却15 min 后，称其质量为m2。按照公式计算蒸煮损失:

1.3.4.2 离心损失测定 参照蔡淑伟[12]的方法。

1.3.4.3 滴水损失测定 参照王晓宇[13]的方法。

1.3.4.4 pH 值测定 参照徐泽权等[14]的方法，用便携式pH 计测定。

1.3.4.5 水分含量测定 参照李君等[15]的方法，取PSE 猪肉绞碎，准确称取2～5 g 样品置于卤素水分测定仪中。重复测定3 次。

1.3.4.6 剪切力测定 参照严维凌等[16]的方法，略作修改。把3 cm×3 cm×5 cm 的肉块装入蒸煮袋中，放入90℃水浴中加热至中心温度为70℃，取出肉块冷却至室温，用滤纸吸干表面的水分，用取样器沿肌纤维方向取1 cm 的肉柱，用数显式肌肉嫩度仪测定。

1.3.4.7 质构测定 将PSE 猪肉切成2 cm×2 cm×2 cm 肉块，采取TPA 模式，探头是P/5，维持1 mm·s-1的测前速度、1 mm·s-1的测中速度与1 mm·s-1的测后速度。

1.3.4.8 色泽测定 将PSE 猪肉切成厚度约1 cm、直径约2 cm 的圆片，用色差计测定L*、a*和b*值[14]，每个样品重复3 次。

1.3.4.9 菌落总数测定 参照GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》[17]对PSE 猪肉中的菌落总数进行测定。

1.3.4.10 微观结构观察 参照Chumngoen 等[18]的方法，将PSE 猪肉切成3 mm×3 mm×6 mm，放入固定液(2.5%戊二醛，2%多聚甲醛缓冲液)中4℃固定3 h，用0.1 mol·L-1的磷酸缓冲液漂洗3 次(各30 min)，然后依次用不同浓度(30%、50%、70%、80%、90%)的乙醇梯度脱水(各15 min)，然后用无水乙醇进行脱水，再用叔丁醇置换，之后再进行冷冻干燥，粘台喷金，送至中国科学院新疆理化技术研究所电镜室进行扫描电镜分析。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2013 软件处理数据，Origin 8.5 软件制图，选用SPSS 19.0 软件进行单因素方差分析，数据的差异显著性评定经由邓肯多重比较完成(P＜0.05 表示差异显著)。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 L-精氨酸添加量对PSE 猪肉保水性的影响由图1可知，随着L-精氨酸添加量的增加，PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失呈降低趋势，且L-精氨酸处理组PSE 猪肉的蒸煮损失、滴水损失和离心损失均显著低于对照组(P＜0.05)，但当L-精氨酸添加量≥0.3%时，PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失变化趋于平缓。表明L-精氨酸可以提高PSE猪肉的保水性。付渊等[19]研究表明，L-精氨酸可显著提高鸡胸肉中肌球蛋白凝胶的保水性；Guo 等[20]研究也发现，L-精氨酸可以增加猪肉蛋白凝胶的保水性，这与本研究结果基本一致。综合考虑3 个指标，选定L-精氨酸的最适添加量为0.3%。

2.1.2 碳酸钠添加量对PSE 猪肉保水性的影响 由图2可知，不同碳酸钠添加量对PSE 猪肉蒸煮损失和离心损失均有一定的影响，且碳酸钠处理组PSE 猪肉的蒸煮损失和离心损失均显著低于对照组(P＜0.05)。随着碳酸钠添加量的增加，PSE 猪肉的蒸煮损失和离心损失均呈下降趋势。当碳酸钠添加量在0.2%～0.6%之间时，PSE 猪肉的蒸煮损失和离心损失均显著降低(P＜0.05)。对照组PSE 猪肉的滴水损失为5.02%，各碳酸钠处理组PSE 猪肉的滴水损失均显著低于对照组(P＜0.05)；当碳酸钠添加量为0.6%时，PSE 猪肉的滴水损失最低为2.79%。综合考虑3 个指标，选定碳酸钠的最适添加量为0.6%。

2.1.3 柠檬酸钠添加量对PSE 猪肉保水性的影响由图3可知，随着柠檬酸钠添加量的增加，PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失均呈降低趋势，且柠檬酸钠处理组PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失均显著低于对照组(P＜0.05)。对照组PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失分别为33.12%、35.08%、5.22%，当柠檬酸钠添加量为0.6%时PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失均最低，分别为20.45%、22.56%、3.01%；然而当柠檬酸钠的添加量大于0.6%时，PSE 猪肉的蒸煮损失、离心损失和滴水损失反而有所上升，但差异不显著(P＞0.05)。这与付丽等[21]和李莎莎等[22]的测定结果基本一致。综合考虑3 个指标，选定柠檬酸钠的最适添加量为0.6%。

2.2 正交试验结果

由表2可知，从无磷保水剂对PSE 猪肉蒸煮损失、离水损失、滴水损失影响来看，L-精氨酸的影响最大，其次是碳酸钠，柠檬酸钠影响最小，即A＞B＞C，其中，从蒸煮损失角度考虑，其最优组合为A3B2C2。从无磷保水剂对PSE 猪肉离心损失角度来考虑，其最优组合为A3B3C3。从无磷保水剂对PSE 猪肉滴水损失影响来看，其最优组合为A3B2C3。

表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal array experiments

综合考虑无磷保水剂对PSE 猪肉保水性的影响，在肉制品生产中，蒸煮损失是衡量和评价保水效果的重要指标，因为蒸煮损失直接反映肉制品中蛋白质结合水的能力，决定了肉制品加工过程中的产品得率以及感官品质[23]。以蒸煮损失确定复合无磷保水剂的最佳组合为A3B2C2。以最优组合进行验证试验，得到PSE 猪肉的蒸煮损失为13.55%，优于正交试验中所有组合。最终确定最佳添加量L-精氨酸为0.4%、碳酸钠为0.6%、柠檬酸钠为0.6%。

2.3 复合无磷保水剂对PSE 猪肉贮藏品质的影响

2.3.1 复合无磷保水剂对PSE 猪肉pH 值的影响由图4可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的pH 值整体均呈上升趋势，且对照组的pH 值上升速度较快。贮藏初期，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的pH 值显著高于对照组(P＜0.05)。贮藏5 d 时，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的pH 值高于对照组，但差异不显著(P＞0.05)。贮藏9 d时，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的pH 值(6.11)显著低于对照组(6.32)。说明复合无磷保水剂可以抑制贮藏中后期PSE 猪肉pH 值的升高，进而减缓PSE 猪肉品质劣变速率。

2.3.2 复合无磷保水剂对PSE 猪肉蒸煮损失的影响蒸煮损失与猪肉的持水能力有关，是评价肌肉保水性的一项重要指标。由图5可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的蒸煮损失均呈上升趋势，同一贮藏时间，对照组的蒸煮损失显著高于复合无磷保水剂组(P＜0.05)。贮藏9 d 后，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的蒸煮损失为20.65%，而对照组的蒸煮损失为40.55%，这与张杰等[24]和董超等[25]的研究结果基本一致。表明适当的复合无磷保水剂对PSE 猪肉具有显著的保水效果。

2.3.3 复合无磷保水剂对PSE 猪肉水分含量的影响由图6可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的水分含量均呈下降趋势，同一贮藏时间，复合无磷保水剂组的水分含量显著高于对照组(P＜0.05)。贮藏9 d 时，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的水分含量为71.01%，而对照组的水分含量为65.24%。说明复合无磷保水剂能降低PSE 猪肉冷藏过程中水分损失，从而对PSE 猪肉有保水作用。

2.3.4 复合无磷保水剂对PSE 猪肉色泽的影响 由图7可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的L*值、a*值呈下降趋势，b*值随着贮藏时间的延长呈先升高后降低趋势。L*值随着贮藏时间的延长逐渐降低，说明PSE 猪肉的亮度降低。其中复合无磷保水剂组PSE 猪肉1～3 d 红度(a*)值降低，3～5 d 时呈上升趋势。贮藏7 d 时，两组PSE 猪肉b*值达到最高，分别为10.01 和12.43。说明，复合无磷保水剂能有效抑制PSE 猪肉中氧合肌红蛋白的氧化，从而延缓PSE 猪肉颜色的变化，提高其感官品质。

2.3.5 复合无磷保水剂对PSE 猪肉剪切力的影响剪切力反映猪肉的嫩度。由图8可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的剪切力均呈降低趋势，这与Dilger 等[26]和黄明焜等[27]的研究结果基本一致。同一贮藏时间，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的剪切力显著低于对照组(P＜0.05)。贮藏9 d 后，复合无磷保水剂组PSE 猪肉的剪切力降至26.17 N。表明，复合无磷保水剂可以降低PSE 猪肉的剪切力，改善其嫩度，从而提高PSE 猪肉的嫩度。

2.3.6 复合无磷保水剂对PSE 猪肉质构的影响 由图9可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的硬度均呈降低趋势，且在同一贮藏时间，复合无磷保水剂组的硬度显著高于对照组(P＜0.05)。说明复合无磷保水剂组对PSE 猪肉冷藏过程中硬度的下降具有一定的减缓作用。

由图10可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的弹性均呈下降趋势。贮藏9 d 时，添加复合无磷保水剂组PSE 猪肉的弹性为0.78 mm，而对照组弹性为0.62 mm。说明复合无磷保水剂组对PSE 猪肉的弹性具有较好的保持作用。

2.3.7 复合无磷保水剂对PSE 猪肉菌落总数的影响由图11可知，随着贮藏时间的延长，添加复合无磷保水剂组和对照组PSE 猪肉的菌落总数均呈上升趋势，且在同一贮藏时间，复合无磷保水剂组的菌落总数显著低于对照组(P＜0.05)。贮藏7 d 时，对照组PSE猪肉菌落总数为6.07 lgCFU·g-1，此时PSE 猪肉已腐败变质，而复合无磷保水剂组PSE 猪肉的菌落总数为5.28 lgCFU·g-1，显著低于对照组(P＜0.05)，且复合无磷保水剂组贮藏9 d 后，菌落总数为5.88 lgCFU·g-1仍处于鲜肉范围(＜6 lgCFU·g-1)。说明适当的复合无磷保水剂对PSE 猪肉具有一定的保鲜效果。

2.3.8 复合无磷保水剂对PSE 猪肉微观结构的影响由图12可知，复合无磷保水剂处理后的PSE 猪肉表面较对照组更加平坦致密，其结构完整、坚固均匀、规则有序，而对照组则表现为不平整、粗糙、空隙变大、混乱无序。扫描电子显微镜图中，能够明显地观察到经复合无磷保水处理的PSE 猪肉具有致密平坦、完整的组织状态，有效地提高了PSE 猪肉的保水性。这与复合无磷保水剂对PSE 猪肉保水特性的数据分析结果基本一致。说明复合无磷保水剂具有极强的亲水性和保水性[28-29]。

3 讨论

提高PSE 猪肉的保水性对肉品生产者和消费者都具有非常重要的意义。目前国内外学者主要针对PSE 猪肉肉制品进行改善，对于改善冷藏PSE 猪肉保水性的研究较少。近来，研究学者发现L-精氨酸、碳酸钠和柠檬酸钠可以改善肉及肉制品的品质。李诗义[30]研究发现L-精氨酸可有效促进盐溶蛋白的溶解度，从而改善鸡肉香肠的嫩度。Shang 等[31]研究发现碳酸钠可以提高碎牛肉的保水性。高可蒙等[32]研究发现柠檬酸钠、海藻糖和山梨糖醇可以降低冷冻调理猪肉的解冻损失，提高肉制品的保水性。

本研究发现L-精氨酸、碳酸钠和柠檬酸钠对PSE猪肉的保水作用不同，而复合无磷保水剂效果更加明显。无磷保水剂可以提高PSE 猪肉的保水性，这可能是由于L-精氨酸属于碱性氨基酸，可导致PSE 猪肉的pH 值偏离等电点，且其自带的羧基、氨基等官能团，能与肌肉蛋白发生亲水结合作用，从而提高PSE猪肉的保水性[33]。碳酸钠属碱性疏松剂，可增大PSE猪肉的pH 值，改变PSE 猪肉蛋白的网络结构，使PSE猪肉蛋白网络结构松散，从而增强PSE 猪肉的保水性[34-35]。柠檬酸钠对Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋等金属离子具有很好的络合能力，可以提高PSE 猪肉的保水性[36]。冷藏保鲜是猪肉主要的贮藏方式之一，本研究还发现，经复合无磷保水剂处理后，明显降低了冷藏期间PSE 猪蒸煮损失，并延缓了pH 值的上升，提高了水分含量，保持了较好的硬度和弹性。复合无磷保水剂处理组PSE 猪肉剪切力显著低于对照组，说明无磷保水剂改善了PSE 猪肉的嫩度。从PSE 猪肉的微观结构结果可以看出，无磷保水剂可以保持致密完整的组织状态。以上结果表明，无磷保水剂改善了PSE 猪肉的品质，使PSE 猪肉具有良好的加工性能和感官特性。本研究为无磷保水剂在猪肉肉制品中的应用提供了一定的理论依据和实践指导。但无磷保水剂对PSE 猪肉保水性改善的机理，有待更加深入的研究。

4 结论

单因素和正交试验结果表明，L-精氨酸、碳酸钠和柠檬酸钠的最适添加量分别为0.4%、0.6%和0.6%。此条件下处理的PSE 猪肉保水性最好。PSE猪肉经复合无磷保水剂处理后，可以明显降低其贮藏期间pH 值上升速度、蒸煮损失和剪切力，改善PSE 猪肉的嫩度和色泽，提高其水分含量，保持较好弹性，微观结构更加紧密完整，且菌落总数得到一定的抑制，对PSE 猪肉具有保鲜效果。综上，复合无磷保水剂能有效改善PSE 猪肉品质，为保水剂的研发提供了一定的理论依据。