果胶改善玉米淀粉影响辣椒红在调理肉制品中呈色效果的研究

吴永强，王少甲,，李苗苗，齐立军，黄乐琰，高伟,，曹雁平,

（1.北京工商大学食品与健康学院，北京 100048；2.晨光生物科技集团股份有限公司，河北邯郸 057250）

调理肉制品是以畜禽肉为主要原料，经预调制加工，在冷藏或冷冻条件下销售的非即食肉制品。其因具有便捷、味道多样和营养丰富的特点而备受消费者关注。调理肉制品外观色泽和产品质量是消费者购买时重要参考指标，消费者偏好红色和具有良好口感的调理肉制品。在调理肉制品中辣椒红作为着色剂加入以提升调理肉制品感官品质。为了提升肉的鲜嫩口感、营养品质和热加工后的外观，调理肉制品制作过程中常加入淀粉。

辣椒红是一种来源于红辣椒中的天然色素，辣椒红中主要含有辣椒红素、辣椒玉红素、玉米黄质、-胡萝卜素、-隐黄质等类胡萝卜素。辣椒红由于其着色力强，着色效果优异，安全性高被广泛的应用于调理肉制品加工。淀粉在食品工业中通常作为膨化剂、增稠剂、填充剂等使用。玉米淀粉和土豆淀粉因其自身特性和成本差异，在食品工业中应用也有不同。食品企业在调理肉制品加工过程中，发现与土豆淀粉相比，玉米淀粉对辣椒红的呈色有不利影响，即使用玉米淀粉时调理肉制品偏黄色。玉米淀粉2018 年产量2815 万吨，土豆淀粉2018 年产量59 万吨。玉米淀粉价格较土豆淀粉低，改善辣椒红对玉米淀粉的呈色效果能够降低调理肉制品价格同时不降低产品品质。Huber 等报道了玉米淀粉颗粒存在孔径或者通道。Sujka 等报道了玉米淀粉颗粒比表面积、平均孔径、孔隙率和总孔隙面积均高于土豆淀粉颗粒。刘立增等报道含羟基红曲红色素能够在淀粉表面吸附。Manca 等报道亲脂性分子可与位于颗粒外围的直链淀粉的复合。玉米淀粉可能存在选择性吸附辣椒红中的类胡萝卜素，影响辣椒红的呈色效果。玉米淀粉可能通过其颗粒表面直链淀粉与色素结合影响辣椒红的呈色效果。

果胶是一种天然的植物多糖，由于其结构复杂，功能多样，被广泛应用于食品和医药工业。柳艳梅等报道果胶可能与直链淀粉形成氢键和相互缠绕。曲金萍等报道果胶能够包埋淀粉颗粒，影响体系散射率。Bai 等报道果胶可能通过阻碍淀粉葡萄糖苷酶与淀粉接触，抑制淀粉的水解。Verrijssen等报道果胶可能吸附在脂滴表面，阻碍脂滴与脂肪酶接触。因此，果胶具有通过将玉米淀粉颗粒包裹、与直链淀粉结合或吸附辣椒红等方式改善玉米淀粉对辣椒红呈色不利影响的潜力。

国内对调理肉制品的研究专注于防腐保鲜和贮藏期等方向，颜色是消费者购买调理肉制品参考的最重要指标之一，目前研究对呈色效果影响的文献较少。本论文将采用淀粉-水-辣椒红模拟体系，研究玉米淀粉、果胶和辣椒红不同浓度对体系颜色影响的特性，并采用均匀设计优化三种成分的浓度，获得最佳呈色效果的原料配比，建立调理肉制品的颜色预测模型。本论文研究成果为解决玉米淀粉对辣椒红在预调理肉制品中呈色的不利影响奠定技术基础，具有实际意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

食用辣椒红E150、腌料 河北晨光生物科技集团股份有限公司；食用玉米淀粉 沂水大地玉米开发有限公司；食用土豆淀粉 烟台双塔食品股份有限公司；果胶 半乳糖醛酸（干基计）≥74.0%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；鲜鸡胸肉 北京永辉超市有限公司；复合磷酸盐、大豆分离蛋白 河南万邦化工科技有限公司。

CR-800 分光测色仪 北京科美润达仪器设备有限公司；KB-5010 Test Tube Shaker 海门市其林贝尔仪器制造有限公司；BSA124S-CW 电子天平北京赛多利斯仪器系统有限公司；HC-145 智能腌制机 山东鼎鸿厨具有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 调理肉腌料液模拟体系制备 称量一定质量玉米淀粉于50 mL 离心管中，加入果胶和去离子水，振荡1 h；再加入辣椒红，振荡2 h。离心管内物质总质量为30 g。土豆淀粉-辣椒红体系制备，原料玉米淀粉换为土豆淀粉，制备方法同上。

1.2.2 调理肉腌料液模拟体系中物料浓度对呈色效果的影响

1.2.2.1 辣椒红浓度对体系呈色的影响 按照1.2.1描述的方法，于离心管中加入6.67%玉米淀粉，1.83%果胶和相应质量去离子水，振荡1 h；再加入0.03%、0.10%、0.17%、0.23%、0.30%辣椒红，振荡2 h。研究辣椒红浓度对体系色差和散射率的影响。

1.2.2.2 玉米淀粉浓度对体系呈色的影响 按照1.2.1 描述的方法，于离心管中加入3.33%、5%、6.67%、8.33%、10%玉米淀粉，1.83%果胶和相应质量去离子水，振荡1 h；再加入0.17%辣椒红，振荡2 h。研究玉米淀粉浓度对体系色差和散射率的影响。

1.2.2.3 果胶浓度对体系呈色的影响 按照1.2.1 描述的方法，于离心管中加入6.67%玉米淀粉，0.17%、1.00%、1.83%、2.67%、3.50%、4.33%果胶和相应质量去离子水，振荡1 h；再加入0.17%辣椒红，振荡2 h。研究果胶浓度对体系色差和散射率的影响。

1.2.3 模拟体系中物料浓度的优化 以单因素实验结果为依据，以淀粉浓度X、果胶浓度X和辣椒红浓度X为自变量设计均匀实验，实验因素及水平见表1。

表1 均匀设计实验因素与水平Table 1 Experimental factors and levels of uniform design

使用DPS V18.0 数据处理系统对均匀实验进行设计，设置因素数为3，水平数为5，实验次数为15 次，获得U5均匀设计表（表5），中心化偏差为0.1147。

1.2.4 验证实验 采用1.2.1 描述的方法，按照模型计算的辣椒红、玉米淀粉和果胶最优浓度制作样品，验证最优呈色条件时该模型对体系色差及散射率预测的精度。并对比评价改善效果。

1.2.5 实际体系验证实验 调理鸡肉制作方法：鸡胸肉100 g，淀粉4 g，复合磷酸盐1.2 g，大豆分离蛋白1 g，腌料6.3 g，水48.5 g，置于保鲜袋中，滚揉1 h；加入0.1 g 辣椒红再滚揉20 min。取成品淀粉糊检测色差。

1.3 检测指标

1.3.1 色差的测定 采用分光测色仪测定色差，检测条件：D65 光源，观测者角度10°，照明口径26 mm，测量波长400～700 nm，反射模式。检测样品亮度值（）、红度值（）和黄度值（）。为亮度，=0 为黑色，=100 为白色；为红绿度，+为红，−为绿；为黄蓝度，+为黄，−为蓝。色相（h）和总色差（Δ）计算公式分别为式（1）和式（2）。

式中：h 为色相，0～90°由红到黄；90°～180°由黄到绿；180°～270°由绿到蓝；270°～360°由蓝到红。

式中：为样品亮度，为对照品亮度；为样品红绿度，为对照品；为样品黄蓝度，为对照品体系黄度。以土豆淀粉-辣椒红体系颜色为对照计算的总色差记为Δ；以玉米淀粉-果胶-辣椒红体系颜色为对照计算的总色差记为Δ。

1.3.2 散射率的测定 采用分光测色仪测定散射率，检测条件：D65 光源，观测者角度10°，照明口径26 mm，测量波长400～700 nm，透射模式。

式中：P 为散射率；I 为散射光强；I为入射光强。即：

1.4 数据处理

实验重复3 次，结果以平均值±标准偏差（Mean±SD）表示。SPSS 22.0 对数据进行显著性分析。DPS V18.0 数据处理系统对均匀设计实验结果进行回归分析，根据回归方程计算辣椒红呈色最优条件。

2 结果与分析

2.1 玉米/土豆淀粉-辣椒红模拟体系呈色效果差异

如图1 所示，玉米淀粉-辣椒红体系颜色较土豆淀粉-辣椒红体系黄，这与实际生产中情况一致。

图1 玉米/土豆淀粉-辣椒红模拟体系颜色Fig.1 Color of corn/potato starch-paprika red system

2.2 模拟体系中物料浓度对呈色的影响

2.2.1 辣椒红浓度对体系呈色的影响 辣椒红浓度对体系的色差影响结果见表2，对散射率的影响见图2。

从表2 和图2 可知，随着辣椒红浓度增大，值逐渐减小；值逐渐增大；值逐渐增大；h 值逐渐减小；Δ逐渐减小；散射率逐渐减小，最后趋于不变。说明增大辣椒红浓度，能降低体系亮度，能够提升体系红度，与土豆淀粉-辣椒红体系颜色越来越接近。表明增大辣椒红浓度能够改善体系呈色效果。辣椒红浓度为0.17%时为最佳浓度，继续增大辣椒红浓度，h 值降低有限，且值也继续降低造成颜色偏暗。

图2 辣椒红浓度对体系散射率的影响Fig.2 Influence of paprika red concentration on the scattering rate of the system

表2 辣椒红浓度对体系颜色的影响Table 2 Influence of paprika red concentration on the color of the system

2.2.2 玉米淀粉浓度对体系呈色的影响 玉米淀粉浓度对体系的色差影响结果见表3，对散射率的影响见图3。

图3 玉米淀粉浓度对体系散射率的影响Fig.3 Effect of corn starch concentration on the scattering rate of the system

从表3 和图3 可知，随着玉米淀粉浓度增大，L值逐渐增大，增速逐渐减小；a值先增加后减小，于6.67%浓度取得最大值；b值逐渐增大，后趋于平缓；h 值逐渐增大，增速逐渐减小；Δ逐渐增大；散射率逐渐减小。说明随着玉米淀粉浓度的增大，体系颜色越来越亮、黄，和土豆淀粉-辣椒红体系颜色相差越来越大。表明增大淀粉浓度会使体系呈色效果更差。最佳玉米淀粉浓度为6.67%，减小淀粉浓度会造成L值偏低颜色偏暗，且h 值降低有限。

表3 玉米淀粉对体系颜色的影响Table 3 Effect of corn starch concentration on the color of the system

2.2.3 果胶浓度对体系呈色的影响 果胶浓度对体系的色差影响结果见表4，对散射率的影响见图4。

图4 果胶浓度对体系散射率的影响Fig.4 Effect of pectin concentration on the scattering rate of the system

从表4 和图4 可知，随着果胶浓度增大，L值变化不明显；a值逐渐减小；b值逐渐减小；h 值逐渐减小；Δ逐渐减小；散射率逐渐减小，最后趋于不变。说明添加果胶后，对体系亮度影响不明显，能够提升体系红度，与土豆淀粉-辣椒红体系颜色越来越接近。表明果胶能够改善体系呈色效果。最佳果胶浓度为3.5%，继续增大果胶浓度，且体系粘度过大难以混合均匀并且可能会影响产品感官品质。

表4 果胶浓度对体系颜色的影响Table 4 Effect of pectin concentration on the color of the system

2.3 模拟体系中物料浓度的优化结果

以玉米淀粉、果胶、辣椒红浓度为自变量，L、a、b、hΔ和散射率为指标，采用均匀设计实验优化的结果见（表5）。

表5 均匀设计实验结果Table 5 Experimental results of uniform design

通过DPS 数据处理系统使用最小二乘二次多项式回归分析实验结果获得回归方程见表6，回归方程标准回归系数见表7。

表6 均匀设计实验偏最小二乘二次多项式回归方程Table 6 Partial least squares quadratic polynomial regression equation of uniform design experiment

通过分析表7 中标准回归系数，可以得到玉米淀粉、果胶和辣椒红对指标L、a、b、h、Δ和散射率的影响关系。

表7 均匀设计实验偏最小二乘回归方程标准回归系数Table 7 Standard regression coefficients of partial least squares regression equation of uniform design experiment

2.3.1 对亮度值（L）的回归分析 使用DPS 数据处理软件对均匀实验结果进行回归分析，通过偏最小二乘二次多项式回归分析得到的回归方程。对值回归方程决定系数为0.9696，拟合度较高。从标准化回归系数中可以得出，影响体系值的主要因素为辣椒红浓度，且随着辣椒红浓度的增加，亮度降低。这与李文龙的研究结果一致。辣椒红是从天然辣椒中提取的植物红色色素，吸收其他色光只反射红光，故体系亮度降低。玉米淀粉不溶于冷水，入射光在碰到淀粉颗粒时不能全部透过，一部分被散射，一部分被吸收，使得穿过淀粉颗粒的光强低于入射光光强。

2.3.2 对红度值（a）的回归分析 对a值回归方程决定系数为0.8979，拟合程度较好。从标准化回归系数中可以得出，影响体系红绿度的主要因素为辣椒红浓度，且随着辣椒红浓度的增加，红度增加。辣椒红是一种天然红色色素添加后可以提高体系a值。这与李文龙、刘学军等研究结果一致。果胶浓度与a值呈负相关。果胶在食品中可以用作乳化剂，果胶可能将辣椒红包埋，导致a值降低。玉米淀粉颗粒存在孔洞和表面亲水性羟基，可能吸附辣椒红导致a值降低。

2.3.3 对黄度值（b）的回归分析 对b值回归方程决定系数为0.7524，拟合程度较好。从标准化回归系数中可以得出，影响体系黄度的主要因素为果胶浓度，且随着果胶浓度的增加，b值降低。辣椒红是一种从天然辣椒中提取得到的红色色素，其中主要包括偏红色的辣椒红素和辣椒玉红素和偏黄色的-胡萝卜素、玉米黄质和-隐黄质等。果胶将辣椒红包埋不仅能够使a值降低，同样也能使b值降低。玉米淀粉浓度与b值呈正相关，可能是由于，随着玉米淀粉浓度的增加，体系反射率增加，b值增大。辣椒红与b值呈正相关，辣椒红中含有-胡萝卜素、玉米黄质和-隐黄质等色素能够提高体系b值。

2.3.4 对色相值（h）的回归分析 对h 值的回归方程决定系数为0.9184，拟合度较高。从标准化回归系数中可以得出，影响体系色相的主要因素为辣椒红浓度，且随着辣椒红浓度的增加，h 值降低，即体系越红。辣椒红是一种天然红色色素添加后可降低体系值，增加体系红度。玉米淀粉浓度与色相呈负相关，可能对辣椒红存在选择性吸附，吸附红色色素多余黄色色素。果胶与h 值呈负相关，果胶可能通过将玉米淀粉颗粒包埋阻止其吸附辣椒红中的红色素。

2.3.5 对总色差（Δ）的回归分析 对Δ值的回归方程决定系数为0.8955，拟合度较高。从标准化回归系数中可以得出，影响体系总色差的主要因素为辣椒红浓度，且随着辣椒红浓度的增加，总色差降低。由于辣椒红对土豆淀粉着色较玉米淀粉更红，故增加辣椒红浓度能够降低总色差。由于Δ为计算值由、a和b值共同决定，故玉米淀粉和果胶对总色差的影响可解释为对、a和b值的影响。

2.3.6 对散射率的回归分析 对散射率的回归方程决定系数为0.4559，拟合度一般。玉米淀粉浓度、果胶浓度和辣椒红浓度并不能很好的解释体系散射率的变化原因。

2.4 最优呈色条件与验证实验

利用建立的模型（表6），经数据处理获得最优呈色条件为，玉米淀粉浓度5.37%，果胶浓度2.90%，辣椒红浓度0.27%，目标参数预测值和验证结果见表8。

表8 最优呈色条件呈色效果验证Table 8 Verification of the color rendering effect of the optimal color rendering conditions

通过表8 预测值与实际值的误差可以得出结论，该预测模型对、a、b值预测的精度很高，对散射率的精度较低。

分散体系中添加果胶对辣椒红呈色的改善效果，见表9 和图5。

图5 最优呈色条件呈色效果与未改善呈色效果对比Fig.5 Comparison of improved color and unimproved color

通过表9 可知，最优呈色条件呈色效果与玉米淀粉-辣椒红分散体系对比，值较低，即更暗；a值较高，b值较低，h 值较低，即更红；ΔE=9.69>3，差异性非常显著。与土豆淀粉-辣椒红分散体系对比，值较高，即更亮；a值较高，b值较高，h 值较低，即更红；ΔE=8.00>3，差异性非常显著。上述分析说明最优呈色条件呈色效果较好。

表9 呈色效果比较Table 9 Comparison of color rendering effects

2.5 实际体系验证实验

按照1.2.5 配方制作调理肉。色差检测结果见表10。

通过表10 和图6 可知，实际体系最优呈色条件与玉米淀粉-辣椒红比较，值较低，即更暗；a值较低，b值较低，h 值较低，即更红；1.5<ΔE=2.26<3，差异显著。与土豆淀粉-辣椒红比较，值较高，即更亮；a值较高，b值较高，h 值较高，即更黄；ΔE=5.10>3，差异极其显著。添加果胶不能够完全达到土豆淀粉-辣椒红的呈色效果，但能够有效改善玉米淀粉-辣椒红的呈色效果。实际体系最优呈色条件呈色效果与模拟体系结果相同，即果胶能够改善实际调理肉制品呈色效果，最优配比在实际体系中同样可行。

图6 最优呈色条件实际体系呈色效果与未改善呈色效果对比Fig.6 Comparison of improved color and unimproved color of prepared chicken breast

表10 调理鸡肉呈色效果比较Table 10 Comparison of color rendering effect between different systems of prepared chicken

3 结论

本文研究了玉米淀粉、果胶和辣椒红不同浓度对体系颜色影响的特性。采用多次重复均匀设计实验，建立有效的颜色预测模型。结果表明添加果胶能够改善模拟体系呈色效果。通过均匀设计优化得到颜色预测模型和最优呈色条件原料配比。经验证该预测模型精度较高，最优呈色条件下原料配比着色效果较好。本文通过预测模型筛选得到的最优呈色效果的原料配比能够有效的改善辣椒红的呈色效果。实际体系中存在许多难以控制的因素，如生鲜肉的新鲜度、生鲜肉的本身颜色、滚揉效果等对呈色效果的影响。如能有效解决上述问题，在实际体系中进行实验所获得数据与结果，则更具有代表性。