食品添加剂对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

李湘銮，刘巧瑜，白卫东*，刘果，庄沛锐，甘尚威

(1.仲恺农业工程学院 轻工食品学院，广州 510225；2.广州市广式传统食品加工与安全控制重点实验室，广州 510225；3.东莞市华井生物科技有限公司，广东 东莞 523832；4.广东真美食品股份有限公司，广东 潮州 515637)

冷冻是肉制品最常用的贮藏方式。在实际生产过程中，由于在运输、贮藏、销售过程中冷链体系的不健全，外界温度波动比较大，新鲜肉类在被消费者食用之前，不可避免地经受反复冻结、解冻的过程，引起肉制品中水分等发生一系列生化反应，从而影响其品质[1]。肉制品在反复冻融的过程中，内部部分融化的水重结晶，形成的大冰晶会造成食品组织结构的机械损伤，再次解冻时往往造成大量的汁液损失[2]。研究表明，随着解冻次数的增加，肉制品的汁液损失呈现较明显的增加趋势[3,4]。因此，亟需解决反复冻融猪肉保水性差的问题，从而提升猪肉的品质，满足消费者的需求。

食品添加剂是现代食品工业的灵魂，在肉制品中的应用，可推动肉制品工业的技术创新[5]。大豆蛋白、TG酶、复合磷酸盐、黄原胶、单甘脂对肉制品具有一定的保水作用[6-9]，因此常作为肉制品添加剂。而复合食品添加剂是将两种或两种以上功能互补或有协同作用的单体按适当的比例复合在一起形成的复合物[10]。通过将不同功能的食品添加剂进行复配，从而提高肉的保水性来改善肉的嫩度、质地、口感和质量，满足消费者的需求[11]。

本文通过研究大豆蛋白、TG酶、复合磷酸盐、黄原胶、单甘脂对猪肉反复冻融后蒸煮损失率的影响，并采用响应面优化各因素的添加量来提高猪肉的保水性，以期为产业化有效提升猪肉的品质和开发冷藏产品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜猪肉：购于超市；大豆蛋白粉、复合磷酸盐、黄原胶、玉米淀粉、单甘脂、TG酶：均为食品级，河南天润生物科技有限公司。

JJ600型电子分析天平、BCD-192TGN型冰箱 广州市正一科技有限公司；LL-220P型电磁炉 佛山市顺德区劳莱斯电气有限公司。

1.2 工艺流程

1.3 猪肉的处理方法

将切割好的猪肉分成25组并分别称重后使用保鲜袋封口装好编号，其中1～5组分别冷冻解冻1次，6～10组分别冷冻解冻2次，11～15组分别冷冻解冻3次，16～20组分别冷冻解冻4次，21～25组分别冷冻解冻5次，然后依据冷冻解冻的次数将这些样品分为A，B，C，D，E 5大组，并在每大组按数字序号分别添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的大豆蛋白、TG酶、复合磷酸盐、黄原胶、单甘脂(%指占肉重量的百分比)。

将处理好的样品放入-18 ℃的冰箱冷冻室静置24 h，随后取出放入0～4 ℃的冰箱冷藏室静置24 h(这两个步骤为冷冻解冻1次，其中A组进行1次，B组进行2次，C组进行3次，D组进行4次，E组进行5次)。再将样品置于80 ℃恒温水浴30 min(此处使用电磁炉在最低功率状态下进行水恒温)，随后取出置于阴凉处将样品晾干，称重，根据蒸煮损失率确定各因素的最佳添加量。

1.4 响应面分析试验设计

根据单因素试验结果设定试验参数，并运用Box-Behnken设计试验方案，选择大豆蛋白(A)、复合磷酸盐(B)、黄原胶(C)为自变量，以蒸煮损失率为响应值。因素水平取值及编码见表1，全部试验反复冻融3次。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiment

注：表中%指占肉重量的百分比。

1.5 猪肉蒸煮损失率的测定

将样品置于-18 ℃的冰箱冷冻室静置24 h，随后转移至4 ℃的冰箱冷藏室静置24 h，再将样品置于80 ℃的恒温水中保持30 min。水浴后将样品置于阴凉处晾15 min，样品表面局部未完全晾干的水分用滤纸吸干，随后称重。蒸煮损失率的计算公式如下：

1.6 数据分析

试验数据采用SPSS软件处理数据进行显著性分析，采用Design Expert 8.0.5b Trail 软件进行响应面分析，采用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 大豆蛋白对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

图1 大豆蛋白添加量对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响Fig.1 Effect of additive amount of soybean protein on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由图1可知，随着大豆蛋白添加量的增加，猪肉蒸煮损失率呈现先显著性不断下降(P<0.05)再上升的趋势(P<0.05)。当大豆蛋白添加量为0.4%时，猪肉的蒸煮损失率达到最低。这主要是因为大豆蛋白具有较强的持水性，与猪肉中的盐溶蛋白结合，提高了猪肉的持水性，从而蒸煮损失率下降。因此，大豆蛋白的最佳添加量为0.4%。

随着冻融次数的增加，猪肉的蒸煮损失率先上升再呈现一定的下降趋势，原因在于冷冻过程中会产生大小不一的冰晶，增大了冰晶占肉中总含水量的比例，再进行解冻处理，使得肉样中冰晶融化，这样反复冻融处理造成肉样汁液损失增加，因此蒸煮损失率会增大，但由于大豆蛋白对脂肪和水分的束缚，在一定程度上减少了蒸煮损失率。根据图1中蒸煮损失率的变化，当冻融次数为3次时对添加大豆蛋白后蒸煮损失率的变化最大。

2.2 TG酶对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

图2 TG酶添加量对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响Fig.2 Effect of additive amount of TG enzyme on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由图2可知，TG酶对反复冻融猪肉蒸煮损失率的作用效果不显著(P>0.05)。TG酶可催化蛋白质发生交联，形成共价键[12]，从而提升肌肉的保水性。但猪肉在反复冻融过程中，TG活性受到温度的影响较大，其催化作用减弱，无法作用于肉中蛋白质分子之间进行交联，因此猪肉的持水性下降。

以曲沃、翼城、浮山一带铁矿为例。产于闪长岩或闪长斑岩与奥陶系中统碳酸盐岩接触带，尤以其中富含一定镁质的钙质白云岩及白云质灰岩碳酸盐岩最有利成矿[14](图3)。矿体主要赋存于断裂接触带中，其次是捕虏体、岩体或接触带附近围岩中。构造控矿明显，接触带越复杂，成矿越好，矿体越大，反之则差或无矿。尤其在两组构造交接部位。

随着冻融次数的增加，猪肉的蒸煮损失率显著性持续增加(P<0.05)，主要是因为在冻融过程中，TG酶的各项性能都会降低，从而导致猪肉的汁液损失增加，蒸煮损失率也上升。

2.3 复合磷酸盐对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

图3 复合磷酸盐添加量对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响Fig.3 Effect of additive amount of complex phosphate on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由图3可知，随着复合磷酸盐添加量的增加，蒸煮损失率先下降后增大。当复合磷酸盐添加量为0.3%时蒸煮损失率最小。主要原因：一方面，磷酸盐提高了肌球蛋白的溶解性；另一方面，增强了金属离子与蛋白质之间的螯合作用，从而提高了猪肉的保水性，降低了其蒸煮损失率[13]。当磷酸盐添加量过大时，蒸煮损失率有所减弱。因此，复合磷酸盐的添加量不宜过多，最佳添加量为0.3%。

猪肉的蒸煮损失率随着冻融次数的增加不断上升(P<0.05)，随后呈现一定的下降趋势(P<0.05)。冷冻过程中会产生冰晶，增大了肉中冰晶占肉中总含水分量的比例，进行解冻处理时，肉样中冰晶融化，这样反复冻融处理造成肉样汁液损失增加，蒸煮损失率增大。但是复合磷酸盐能调节猪肉的pH，使之偏离其等电点[14]，并螯合肉中的金属离子，提高猪肉的保水性，因此在一定程度上降低了其蒸煮损失率。在反复冻融3次时蒸煮损失率变化的幅度最大，因此，在冻融次数为3次时对添加复合磷酸盐后猪肉蒸煮损失率的影响最大。

2.4 黄原胶对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

图4 黄原胶添加量对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响Fig.4 Effect of additive amount of xanthan gum on cooking loss rate of frozen-thawed pork

由图4可知，当黄原胶的添加量在0.1%～0.4%的范围内，随着黄原胶的添加量不断增加，蒸煮损失率显著性不断下降(P<0.05)。当黄原胶的添加量为0.4%时蒸煮损失率最小，然后又呈现上升的趋势。由于黄原胶具有较强的亲水作用[15]，从而提高了肉的保水性，降低了猪肉的蒸煮损失率。因此，黄原胶的最佳添加量为0.3%。

猪肉的蒸煮损失率随着冻融次数的增加先上升后下降再呈现上升趋势。这是因为反复冻融处理造成肉样汁液损失变大，从而导致蒸煮损失率增大，但是由于黄原胶具有增稠性，提高了猪肉的保水性，在一定程度上减少了蒸煮损失率。在进行反复冻融3次处理时蒸煮损失率变化幅度最大，因此在冻融次数为3次时对添加黄原胶后猪肉蒸煮损失率的影响最大。

2.5 单甘脂对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

图5 单甘脂添加量对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响

由图5可知，随着单甘脂添加量的增加，蒸煮损失率的总体变化幅度不明显(P>0.05)。因为在反复冻融过程中，单甘脂的结构出现了一定程度的变化，导致性能效果减弱，较难提高肉样的保水性，因此单甘脂的添加量对猪肉反复冻融后蒸煮损失率的影响不显著。猪肉蒸煮损失率随着冻融次数的增加持续增加，且增加幅度较大，主要原因是在反复冷冻-解冻处理过程中，单甘脂的一部分性能减弱，对肉样保水性影响较小，因此导致蒸煮损失率大。

2.6 复合添加剂对猪肉蒸煮损失率的响应面试验分析

2.6.1 试验结果分析

根据单因素试验的结果，选用A(大豆蛋白)、B(复合磷酸盐)、C(黄原胶)为自变量，以蒸煮损失率为响应值设计试验。运用Box-Behnken设计进行19组试验，具体响应面分析试验设计和试验结果见表2。

表2 响应面优化试验设计和试验结果Table 2 Response surface optimization experimental design and results

续 表

利用Design Expert 11软件对表2中的试验数据进行多元回归拟合，得到复合添加剂对反复冻融猪肉蒸煮损失率(Y)的回归方程：

Y=25.63+0.69A-0.71B+1.35C+0.09AB+0.74AC-0.78BC+3.42A2+2.11B2+3.059C2。

蒸煮损失率回归方程方差分析结果见表3，模型的F值为42.56，损失率预测模型达到极显著水平(P<0.0001)，失拟项不显著(P>0.05)，表明试验结果与模型拟合良好。由表3中P 值可知，A(大豆蛋白)、B(复合磷酸盐)、C(黄原胶)的P值均小于0.05，说明3个因素的添加量对反复冻融猪肉蒸煮损失率有显著影响。3个因素对反复冻融猪肉蒸煮损失率的影响排序为：C(黄原胶)>B(复合磷酸盐)>A(大豆蛋白)。且模型的相关系数R2为97.70%，>90%，说明模型拟合程度良好，试验误差小，该模型是合适的。由P值可知，AC、BC的交互作用也显著(P<0.05)，从交互作用来看，BC>AC>AB。

表3 蒸煮损失率回归方程方差分析结果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 响应面交互作用分析

各因素显著项交互作用对蒸煮损失率影响的响应面见图6和图7。因素C响应面弧度最大，因素B次之，因素A的影响最小。因此，3个因素对猪肉蒸煮损失率的影响为：C(黄原胶)>B(复合磷酸盐)>A(大豆蛋白)，与表3中的显著性分析结果一致。在所选范围内存在极点，且响应面坡度比较陡峭，说明大豆蛋白和黄原胶的添加量、复合磷酸盐和黄原胶的添加量之间的交互作用显著，对蒸煮损失率的影响较大。

图6 大豆蛋白和黄原胶添加量对蒸煮损失率影响的响应面图Fig.6 Response surface plot of the effect of soybean protein and xanthan gum on cooking loss rate

图7 复合磷酸盐和黄原胶添加量对蒸煮损失率影响的响应面图Fig.7 Response surface plot of the effect of complex phosphate and xanthan gum on cooking loss rate

2.6.4 最佳工艺参数确定及验证

通过响应面优化分析可知，当大豆蛋白添加量为0.39%、复合磷酸盐添加量为0.31%、黄原胶添加量为0.38%时，得到猪肉的蒸煮损失率理论值为25.43%。通过对模型的准确性进行验证，经过3次平行试验，取平均值，得到猪肉的蒸煮损失率平均为25.88%，与模型预测值的相对误差很小。因此，采用响应面法对复合添加剂对猪肉蒸煮损失率影响条件的优化是可行的。

3 结论

本文通过单因素试验，确定对反复冻融后猪肉的蒸煮损失率影响显著的食品添加剂为大豆蛋白、复合磷酸盐、黄原胶，而TG酶、单甘脂对蒸煮损失率也有一定影响，但效果不明显；以蒸煮损失率作为响应值，采用响应面法优化大豆蛋白、复合磷酸盐、黄原胶的添加量，得到最佳添加量配比为：大豆蛋白0.39%、复合磷酸盐0.31%、黄原胶0.38%。使用该优化配方得到的猪肉，在反复冻融3次后，测得的蒸煮损失率为25.88%， 极大地提高了猪肉在反复冻融过程中的保水性，降低了其蒸煮损失率。本研究结果可为提升反复冻融肉制品提供理论参考依据。