加工肉制品适用风味代盐剂的配方设计与优化

张 莹 张一凡 王世博 周 幸 李平兰

(中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京 100083)

食盐是一种重要的调味剂，主要成分为氯化钠(NaCl)，在肉制品的加工制作过程中使用非常普遍，对肉制品呈味及滋味的强度具有决定性作用[1-2]。NaCl的咸味口感可突出肉制品自身的独特风味[3]；NaCl能够抑制有害微生物生长，延长食品的货架期[4]；NaCl还具有增强肉的粘合性，改善肉制品质构特性的作用[5]。目前，肉制品中钠盐使用量严重超标，长期食用可能会对人体健康产生不良影响[6-8]。因此，降盐技术在食品中的应用已逐步成为研究热点，其中采用钠盐替代物(代盐剂)是目前广为使用的一种减盐方法。

常见的代盐剂主要有非钠氯盐、乳酸盐、铵盐、磷酸盐、抗坏血酸盐等，这些盐都具有与 NaCl 相似的咸度，可以起到代盐作用[9-11]。已有研究表明，将氯化钾(KCl)[12]，抗坏血酸钙(Vc-Ca)[13]，谷氨酸螯合钙[14]等单独应用在香肠时，具有良好的钠盐替代效果，产品的感官指标没有明显的变化，且不会对香肠的品质造成显著性影响。然而，目前还没有发现能够在口感和咸度上完全取代NaCl的代盐剂，且代盐剂单独使用时可能会存在咸度不足或具有苦涩味、金属味等异味问题[15]。因此，有必要对代盐剂的配方进行筛选和复配设计，选出最接近NaCl效果的代盐剂配方。

为了更好的改良代盐剂风味，对代盐剂不良的异味进行遮蔽，常采用风味改良剂与代盐剂结合使用的方式。常用于非钠代用盐的风味改良剂有氨基酸、核苷酸、乳酸盐、酵母提取物、天然甜味剂及有机酸味剂等[16-17]。主要机制是风味改良剂可以激活口腔和舌上的味觉受体, 从而弥补钠盐添加量减少引起咸味下降的缺点或者起到掩蔽作用[18]。已有研究结果显示，添加谷氨酸钠、肌苷酸二钠、鸟苷酸二钠、赖氨酸和牛磺酸等复配物可以掩盖代盐剂产生的不良风味[19-20]。目前在加工肉制品中，对代盐剂与风味改良剂进行复合配方设计，即对复合风味代盐剂配方的相关研究比较少见。本研究拟采用单因素试验以及Box-Behnken响应面优化试验筛选适用于加工肉制品的风味代盐剂配方，为加工肉制品中降盐技术的研究提供更多的参考与理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

所有的食品添加剂均为食品级，其中氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl2)、氯化钙(CaCl2)、乳酸钙、谷氨酸钙、柠檬酸、苹果酸购于连云港友进食品添加剂技术开发有限公司；抗坏血酸钙(Vc-Ca)、谷氨酸钙、L-天冬氨酸、甘氨酸、L-赖氨酸、L-谷氨酸购于浙江一诺生物科技有限公司；乳酸钾购于真滋味食品有限公司；鸟苷酸(GMP)、肌苷酸(IMP)购于河南明瑞食品添加剂有限公司；甘草甜素、甜菊糖苷购于河南祥瑞食品添加有限公司；2-(4-甲氧基苯氧基)-丙酸钠甜味抑制剂购于上海嘉禾生物科技有限公司。

1.2 咸味代盐剂感官评价体系的构建

按照国家标准GB/T 16291.2—2010《感官分析选拔、培训和管理评价员一般导则》对咸味代盐剂感官评价员进行优选，初步从中国农业大学食品科学与营养工程学院的学生中筛选出14名 (男女各7人)对感官评价有一定的兴趣和了解、身体健康、无不良嗜好的感官评价员。本研究需要感官评价员具有基本的味觉分辨能力，并且对咸度较为灵敏，可以鉴别出纯盐水与代盐剂溶液的差异，具有一定的描述能力。根据研究需要，筛选试验主要包括基本味识别试验、味觉灵敏度试验、差异分辨试验、描述能力测试4个试验：

1)基本味识别试验：选择能够识别酸、苦、咸、甜4种基本味的候选评价员。

2)味觉灵敏度试验：将质量浓度为1.5 g/L的NaCl溶液用纯水稀释成不同质量浓度(1.35、1.20、1.05、0.90、0.75 g/L)的试验溶液提供给评价员品尝，选择咸味察觉阈值小于ρ(NaCl)=1.05 g/L，识别阈值小于ρ(NaCl)=1.20 g/L的候选评价员。

3)差异分辨试验：2种待检样品分别为质量浓度10 g/L的NaCl 溶液以及质量浓度分别为7.5 g/L和2.5 g/L的NaCl和KCl混合溶液，利用三点试验法选择能够分辨差异的候选评价员。

4)描述能力测试：选择能够较为准确描述出随机代盐剂溶液味道的评价员。代盐剂溶液包括：质量浓度10 g/L的 KCl、MgCl2、CaCl2、Vc-Ca、乳酸钙、乳酸钾和谷氨酸钙共7种代盐剂溶液。不同代盐剂溶液的描述关键词如下：KCl的描述词为咸味以及苦涩味，MgCl2的描述词为较淡的咸味以及金属余味，CaCl2的描述词为较淡的咸味以及较明显的苦涩味，Vc-Ca的描述词为咸味和较淡的金属味，乳酸钙的描述词为较淡的咸味和苦涩味，乳酸钾的描述词为较淡的咸味，金属余味和苦味，谷氨酸钙的描述词为咸味，酸味和鲜味。

感官评价试验按照随机顺序，样品量约为15 mL。评价员每次品尝后，用纯净水充分漱口，等待1 min再评价下一种样品。

1.3 代盐剂的筛选及复合配方优化设计

本试验初步选出较为常用的7种代盐剂：KCl、CaCl2、MgCl2、Vc-Ca、乳酸钾、乳酸钙以及谷氨酸钙，分别配成质量浓度10 g/L 的代盐剂溶液进行感官评价试验。采用感官评价法中的量值法进行筛选，确定适宜的复配盐种类。感官评价方式：每个评价员单独对样品进行打分，将咸度评分和口感接受度评分的平均值作为综合口感评分的结果[23]。咸度和口感接受度评分均9分制，评价标准见表1。

表1 代盐剂溶液咸度和口感接受度评分标准Table 1 Evaluation standard of salt replacement solution of saltiness and taste acceptance

单因素试验：将筛选出的3种代盐剂(KCl、Vc-Ca以及谷氨酸钙)在质量浓度7.5 g/L NaCl溶液基础上分别配制不同质量浓度的代盐剂溶液，经预试验确定了KCl和Vc-Ca的质量浓度梯度为：0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 g/L；而由于谷氨酸钙较浓时会有明显的酸味，所以设置谷氨酸钙的质量浓度梯度为：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L。评价员根据评分标准(表1)对不同质量浓度的代盐剂溶液进行评价打分，确定下一步响应面优化试验的中心点。

响应面优化试验：由单因素试验确定的响应中心点及接近响应值区域因素的取值范围，采用Design-Expert 10.0软件设计Box-Behnken响应面试验。以3种代盐剂的质量浓度(KCl、Vc-Ca以及谷氨酸钙)为自变量，以代盐剂的综合口感评分作为响应值，具体方案见表2。采用二次多元回归方程来拟合表达因素与响应值之间函数关系的回归方程，并利用生成的等高线图和响应曲面图，确定代盐剂的最佳复配比例。

表2 优化代盐剂配方Box-Behnken响应面试验因素与水平Table 2 Box-Behnken experiment factors and levels of optimized salt replacement formulation

1.4 风味改良剂的筛选及复合配方优化设计

本试验初步选出较为常用的风味改良剂：天冬氨酸、甘氨酸、赖氨酸、谷氨酸、IMP、GMP、甘草甜素、甜菊糖苷、柠檬酸、苹果酸、2-(4-甲氧基苯氧基)-丙酸钠降甜香精，在最优代盐剂复配配方的基础上，配成不同质量浓度梯度(0、0.05、0.10、0.15、0.20 g/L)的风味代盐剂复配溶液进行感官评价试验，感官评价方法同1.3。

响应面优化试验：以单因素筛选出的3种风味改良剂的质量浓度(天冬氨酸、甘草素以及GMP)为自变量，以代盐剂的综合口感评分作为响应值，试验设计方法同1.3，具体方案见表3，最终确定风味改良剂的最佳复配比例。

表3 优化风味改良剂配方Box-Behnken响应面试验因素与水平Table 3 Box-Behnken experiment factors and levels of optimized flavor enhancer formulation

1.5 数据分析

使用Microsoft office excel 2010进行数据的初步整理和图表的制作，Design-Expert v10.0进行Box-Behnken响应面试验设计和生成图表，SPSS 16.0进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 咸味代盐剂感官评价体系

初步从中国农业大学食品科学与营养工程学院的学生中筛选出14名(男女各7人)候选感官评价员，14名评价员的测试结果见表4。对14名候选感官评价员进行基本味识别试验，结果表明，14名候选评价员均能准确识别4种基本味溶液，说明候选评价员均具有辨别基本味的能力。在不同类型味感阈值的测定试验中，发现候选评价员察觉阈值均可达到ρ(NaCl)=1.20 g/L，识别阈值均可达到ρ(NaCl)=1.35 g/L。选择咸味察觉阈值小于ρ(NaCl)=1.05 g/L，识别阈值小于ρ(NaCl)=1.20 g/L 的候选评价员共12人(男女各6人)进行下一步试验。差异分辨试验测定试验结果中，12名评价员中只有1人无法分辨样品，其余11人均可成功分辨。在描述能力测试试验中，大多数评价员都可以做到正确表述出试样的关键词，只有个别评价员需要讨论后才能识别或做出合适描述。最终选择了10名合格的评价员，男女各5人，后续所有的感官评价试验结果均来自这10名感官评价员。

表4 感官评价员筛选结果Table 4 Screening results of sensory evaluators

2.2 代盐剂的筛选及复合配方优化结果

根据质量浓度10 g/L 的代盐剂溶液的咸度和口感接受度进行评分并计算综合口感评分(表5)，由结果可知，代盐剂中的氯化钾(KCl)、抗坏血酸钙(Vc-Ca)、谷氨酸钙溶液都具有较高的咸度，但均低于质量浓度10 g/L NaCl溶液的咸度，氯化镁(MgCl2)、氯化钙(CaCl2)、乳酸钙、乳酸钾溶液的咸度明显较低。根据综合口感评分，筛选得到KCl、Vc-Ca、谷氨酸钙3种代盐剂进行下一步试验。其中KCl咸度较高，是目前应用最广泛的代盐剂；Vc-Ca 是口感接受度评分最高的代盐剂；而谷氨酸钙咸度评分最高，且本身具有鲜味和酸味，对其他代盐剂的苦涩味有很好的掩盖作用。

表5 代盐剂溶液综合口感评分结果Table 5 Evaluation of salt replacement solution of comprehensive taste

代盐剂配方优化的单因素试验是对筛选出的KCl、Vc-Ca、谷氨酸钙3种代盐剂在综合口感上的最佳质量浓度进行探究。由单因素试验结果(图1)可知，对于代盐剂的综合口感的评价，KCl的最佳质量浓度为3.5 g/L，Vc-Ca的最佳质量浓度为4.5 g/L，谷氨酸钙的最佳质量浓度为0.2 g/L，并以此作为下一步响应面优化试验的中心点。

不同小写字母表示代盐剂溶液不同质量浓度在0.05水平上差异显著。The different lowercase letters show significance at 0.05 level in different mass concentration of salt replacement solution.图1 不同质量浓度的KCl和Vc-Ca(a)以及谷氨酸钙(b)溶液对综合口感评分的影响Fig.1 Effect of different mass concentration of KCl and Vc-Ca (a) and glutamate calcium (b) solution on the comprehensive taste score

代盐剂的Box-Behnken具体试验方案及结果见表6，根据试验结果建立回归模型并进行方差分析，分析发现所选模型的P<0.000 1，远小于0.05，说明该模型具有可信度；失拟项P=0.062 9>0.05，失拟检验不显著，说明未知因素对试验结果干扰小，模型选择适当。利用该模型进行响应面分析(图2)，响应曲面均开口向下，有稳定点且为极大值，说明因素对响应值影响显著。利用Design-expert 10.0对结果进行二元多次回归拟合处理，得到综合口感评分值对KCl质量浓度(A1)、Vc-Ca质量浓度(B1)和谷氨酸钙质量浓度(C1)的二次多元回归方程为：

表6 代盐剂的Box-Behnken试验设计及结果Table 6 Results of Box-Behnken experiment of salt replacement

Y1=7.46+0.25A1+0B1+0.25C1+
0.45A1B1+0.2A1C1+0.7B1C1-
1.005A12-0.155B12-0.605C12

参照Box-Behnken试验的优化结果，代盐剂综合口感评分最优的参数分别为：KCl质量浓度3.5 g/L，Vc-Ca质量浓度2.5 g/L,谷氨酸钙质量浓度0.3 g/L，此时预测出的代盐剂综合口感评分值为7.662。

为了验证响应面试验优化的结果，配制最优配方的复合代盐剂溶液，对其综合口感进行评分。结果发现，咸度评分值为8.75±0.25，比较接近质量浓度10 g/L NaCl溶液的咸度；综合口感评分值为7.70±0.78，与Design-expert 10.0软件预测出的最优评分值7.662较为接近。但该复合代盐剂溶液仍可感受到苦涩味和酸味，并且还有金属味等异味，因此还需要对复合代盐剂的口感进行进一步的优化。

X11、X12、X13分别代表KCl(A1)、Vc-Ca(B1)和谷氨酸钙(C1)的质量浓度；Y1为综合口感评分。X11、X12、X13 are the mass concentration of KCl (A1), Vc-Ca (B1) and glutamate calcium (C1). Y1 is the comprehensive taste score.图2 代盐剂的Box-Behnken试验模型响应面三维图Fig.2 Response surface three-dimensional diagrams of Box-Behnken experiments of salt replacement

2.3 风味改良剂的筛选及复合配方优化结果

经过感官评价预试验，确定了天冬氨酸、甘氨酸、赖氨酸、谷氨酸、肌苷酸(IMP)、鸟苷酸(GMP)、甘草甜素、甜菊糖苷、柠檬酸、苹果酸以及2-(4-甲氧基苯氧基)-丙酸钠降甜香精这11种风味改良剂的质量浓度梯度均为：0、0.05、0.10、0.15、0.20 g/L。对不同质量浓度的风味改良剂进行了感官评分试验，结果发现(表7)，谷氨酸、天冬氨酸、甘草素、GMP、IMP、苹果酸、柠檬酸这些风味改良剂的添加都提高了代盐剂溶液的综合口感评分值，而甘氨酸、赖氨酸、甜菊糖苷和甜味抑制剂的添加则降低了综合口感评分值。依据感官评分结果，筛选了3种评分综合口感评分最高的风味改良剂：天冬氨酸、甘草素、GMP，以及对应的最优综合口感的质量浓度分别为0.05、0.05、0.10 g/L，以此作为下一步风味改良剂响应面优化试验的中心点。

表7 不同质量浓度的风味改良剂综合口感评分结果Table 7 Comprehensive taste score of different mass concentration of flavor enhancer solution

风味改良剂的Box-Behnken具体试验方案及结果如表8所示，根据试验结果建立回归模型并进行方差分析，分析发现所选模型的P<0.000 1，远小于0.05，说明该模型具有可信度；失拟项P=0.387 3>0.05，失拟检验不显著，说明未知因素对试验结果干扰小，模型选择适当。利用该模型进行响应面分析(图3)，相应曲面均开口向下，有稳定点且为极大值，说明因素对响应值影响显著。利用Design-expert 10.0对结果进行二元多次回归拟合处理，得到综合口感评分值对天冬氨酸质量浓度(A2)、甘草素质量浓度(B2)、GMP质量浓度(C2)的二次多元回归方程为：

表8 风味改良剂的Box-Behnken试验设计及结果Table 8 Results of Box-Behnken experiment of flavor enhancer

Y2=8.82+0.071A2+0.575B2+0.044C2+
0.075A2B2-0.136A2C2+0.1B2C2-
0.027A22-0.442B22-0.146C22

参照Box-Behnken试验的优化结果，风味改良剂综合口感评分的最优参数分别为：天冬氨酸质量浓度0.04 g/L，甘草素质量浓度0.03 g/L，GMP质量浓度0.04 g/L，此时预测出风味改良剂的综合口感评分值为9.108。

为验证响应面试验优化的结果，配制最优配方的风味代盐剂溶液，对该溶液的综合口感进行评分，结果表明：咸度评分为8.80±0.24，更加接近质量浓度10 g/L NaCl溶液的咸度；综合口感评分为8.90±0.30，与Design-expert 10.0软件预测出的最优评分值9.108 较为接近，并且没有明显的感受到苦涩味或酸味以及金属味等异味。因此，本研究得到的最优风味代盐剂配方能够起到较好的部分替代钠盐的效果。

X21、X22、X23分别代表天冬氨酸(A2)、甘草素(B2)和GMP(C2)的质量浓度；Y2为综合口感评分。X21、X22、X23 are the mass concentration of aspartic acid (A2), glycyrrhizin (B2) and GMP(C2). Y2 is the comprehensive taste score.图3 风味改良剂的Box-Behnken试验模型响应面三维图Fig.3 Response surface three-dimensional diagrams of Box-Behnken experiment of flavor enhancers

3 讨 论

3.1 代盐剂对肉制品风味的影响

本研究从较为常用的7种代盐剂中筛选了氯化钾(KCl)，抗坏血酸钙以及谷氨酸钙这3种风味较好的代盐剂进行了复合配方的研究。其中，KCl在肉制品代盐剂相关研究中应用最为广泛，其与NaCl具有非常相似的性质，作为代盐剂使用在减盐(钠)的同时赋予了食品咸味，且研究表明与高血压和心脑血管疾病之间没有直接联系[22]，限钠补钾还有利于高血压的防治[23]。KCl虽然应用广泛，但Gou等[12]发现在发酵香肠中用KCl替代质量分数为30%的NaCl时产品出现了苦味，替代质量分数达到40%时，感官评定人员认为苦味难以接受。Alio等[24-25]发现仅用KCl替代质量分数为70%的NaCl时，会显著影响肉制品的硬度、咀嚼性，而用质量分数为25%的KCl、15%的氯化钙以及5%的氯化镁复合替代质量分数为45%的NaCl时，肉制品风味与传统腌制肉类没有明显差异。因此，本研究限制最终KCl替代量不超过质量分数为25%的NaCl，使之不会产生让人难以接受的苦味，并且通过与其他代盐剂复配，添加风味改良剂的方式改善其苦味，以保证不会对肉制品的风味产生影响。

抗坏血酸钙(Vc-Ca)同样是一种广泛使用的食品添加剂，国标中对其添加量不做限制[26]。Vc-Ca作为在肉制品中具有重要作用的食品添加剂，可以改善肉制品的质构、风味、色泽，还可以协同亚硝酸盐阻止肉毒杆菌生长[27]。Choi等[28]在低盐Frankfurter香肠中应用质量分数为10%的Vc-Ca和30%的乳酸钾替代质量分数为40%的NaCl，结果显示能够保持低盐Frankfurter香肠的品质。国内对于抗坏血酸盐的研究主要集中在防止水果褐变上，关于Vc-Ca作为代盐剂在肉制品中的应用并不常见。本研究发现，Vc-Ca咸度较高，在质量浓度小于10 g/L时溶液不会产生明显的异味。因此，Vc-Ca适合作为NaCl的替代物应用于肉制品加工。

谷氨酸钙是一种改善鲜味的食品添加剂，安全性高，来源充足，可用来代替部分食盐，增加钙质补充，且生物利用率较高，易于人体吸收。本研究发现，谷氨酸钙具有酸味和鲜味，咸度较高，对于KCl的苦涩味具有一定的掩蔽作用，并且对于金属味等异味也具有一定的掩盖作用。但是当谷氨酸钙添加量较高(质量浓度高于0.3 g/L)时，溶液明显变酸，感官评价员觉得难以接受，所以应当严格控制谷氨酸钙的添加量。在与其他2种代盐剂复配的情况下，本研究确定的谷氨酸钙最佳综合口感评分的质量浓度为0.3 g/L。

3.2 风味改良剂对肉制品风味的影响

为了掩盖代盐剂的不良异味，风味改良剂的应用在提升感官品质方面也尤为重要。其中，核苷酸作为一种增鲜功能的风味改良剂应用广泛，其鲜味源于鸟苷酸(GMP)和肌苷酸(IMP)，且GMP的增鲜效果比IMP强2.3倍。GMP具有独特的香菇鲜味，其在食品应用中，鲜味阈值达到了质量浓度0.012 5 g/100 mL[29]。核苷酸类调味品在烹调食品中并不单独使用，一般与谷氨酸钙配合使用具有更好的效果，谷氨酸钙和GMP添加质量标准比例约为11.5∶1.0[30]。本研究发现，GMP具有的鲜味可以改善代盐剂溶液的苦涩味，并且掩盖金属味等异味。而本研究在代盐剂中筛选了谷氨酸钙，风味改良剂中筛选了GMP，正好起到复配的效果，能够使风味代盐剂溶液具有更好的风味。最终优化配方的结果为，谷氨酸钙质量浓度为0.3 g/L，GMP为0.04 g/L，两者比例为7.5∶1.0，并没有因比例过高导致鲜味或酸味过于明显，影响咸味的品尝。

在食品工业中，可以利用添加新的味道来改良原有的不良风味，例如使用盐和糖来减少对苦味的感知。常用的改良剂有甘草素、甜菊糖苷、罗汉果苷等。其中甘草素可以显著地掩盖某一种味觉，使各种味感均匀、缓和，达到香味醇厚、口感适中的效果，尤其适合添加在复合调味料的风味食品中[31]。本研究发现，甘草素可以很好地降低KCl的苦味感知，并且不会引入异味。在一定的浓度范围内，甘草素的添加不会产生甜味余味，只有浓度过高时，才会产生甜味余味。因此，甘草素适合作为风味改良剂应用于复合风味代盐剂的开发。

常用的氨基酸类风味改良剂包括组氨酸、甘氨酸、赖氨酸、天冬氨酸等具有鲜味的氨基酸盐。其中天冬氨酸具有咸味、鲜味和甜味，具有提升盐的咸度，掩盖KCl苦涩味的作用。本研究发现，在氨基酸类的风味改良剂中，天冬氨酸的效果最好，并且天冬氨酸具有增强咸度的作用，非常适合作为风味改良剂应用于复合风味代盐剂的开发。

综合以上分析，本研究中优化复配得到的最优风味代盐剂配方，在兼顾口感咸度的同时，利用风味改良剂掩盖了代盐剂的异味，优化了口感风味，具有非常好的应用潜力。

4 结 论

本研究通过感官评价员的筛选以及感官试验评分标准控制，成功构建感官评价体系并筛选出符合要求的感官评价员；采用单因素试验及Box-Behnken响应面优化试验，在水溶液体系中对代盐剂进行筛选及复配，进一步在代盐剂溶液体系中对风味改良剂进行筛选及复合配方的优化。得出的最优综合口感评分的风味代盐剂配方各成分在水溶液体系中的质量浓度为：氯化钾3.5 g/L、抗坏血酸钙2.5 g/L、谷氨酸钙0.3 g/L、天冬氨酸0.04 g/L、甘草素0.03 g/L、鸟苷酸0.04 g/L。最终该风味代盐剂综合口感评分值为8.90，对咸度和口感接受度都有明显的提高作用，苦味消失，咸味与食盐更为接近，无不良异味。因此，该风味代盐剂配方在感官上具有良好的代盐效果，可以应用在肉制品加工行业。