L-组氨酸、L-赖氨酸、柠檬酸钠复配对牛肉糜保水性的影响

李丛胜，罗雨，刘馨雨，刘笑，田佳佳，刘金平，尚校兰，*

（1.廊坊师范学院生命科学学院，河北廊坊065000；2.河北省动物多样性重点实验室，河北廊坊065000）

保水性是衡量牛肉糜制品的一个重要指标，如何提高牛肉糜保水性，减少蒸煮损失成为研究的重点。当前，我国食品工业大部分采用磷酸盐作为肉制品的保水剂。但过多的磷酸盐对食物和人体都存在危害。鉴于此，许多研究人员将目光转向了无磷保水剂。Velde[1]和Pietrasik[2]发现，向肉制品添加多糖有利于保持肉中的水分。张杰等[3]发现海藻酸钠、柠檬酸三钠和乳酸钠均可代替磷酸盐，降低牦牛肉的蒸煮损失；李雪姣等[4]研究确定无磷保水剂最佳配比为：苹果酸钠4%、醋酸钠1.5%、氯化钠1.5%、水93%，此时牛肉蒸煮损失降至14.79%；付丽等[5]向牛排中添加0.5%苹果酸钠、0.49%碳酸钠、0.49%柠檬酸钠以及0.11%苹果酸，保水率达到30%，提高了牛排的品质和嫩度。

目前，氨基酸作为保水剂添加到肉制品中也成为了研究的热点。张建华等[6]发现，当加入6%氨基酸（L-组氨酸和L-赖氨酸的质量比为1∶1）代替NaCl时，鸭肉的蒸煮损失显著降低。李俊[7]的研究结果表明，添加0.8%L-赖氨酸或0.6%精氨酸均能改善猪肉肠品质。

对于食品添加剂行业来讲，研究开发复合添加剂是一种趋势，其使用效果优于单一添加剂的使用[8]。另外，一定浓度的食盐溶液可以提高肉制品保水性[9-10]。本试验拟采用L-组氨酸、L-赖氨酸、柠檬酸钠复配，并加入1.5%的NaCl，制成无磷保水剂，加入到牛肉糜中，提高其保水性，改善牛肉品质，顺应市场需求。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛肉（后腿肉，宰后10 h）：廊坊市元辰超市；蒸煮袋：永诚包装材料有限公司；L-组氨酸、L-赖氨酸、柠檬酸钠、氯化钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠（均为食品级）：河南明瑞食品添加剂有限公司。

1.2 仪器与设备

J-HH-6A精密数显恒温水浴锅：上海皓庄仪器有限公司；FA2004B电子天平：上海精密科学仪器有限公司；FR-300A塑料薄膜封口机：上海义光包装设备制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 牛肉糜的制备

将新鲜牛后腿肉切成边长1 cm的正方体，4℃下使用斩拌机于3 500 r/min斩拌3 min，按质量分数1.5%的添加量加入NaCl，再于4℃下使用斩拌机于3 500 r/min斩拌3 min。

1.3.2 单因素试验

分别以L-组氨酸（含量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）、L-赖氨酸（含量为 0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%）、柠檬酸钠（含量为0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%）进行单因素试验，测量蒸煮损失。当选取一种添加剂的添加量作为自变量时，要固定另外两种添加剂的添加量。

1.3.3 响应面法确定无磷保水剂的最佳配比

在单因素试验的基础上，选取每种添加剂蒸煮损失较低的3个浓度，进行三因素三水平的响应面分析试验，具体因素水平见表1。

1.3.4 蒸煮损失的测定

按照已经确定的试验方案，用精密天平准确称取3种添加剂。每组取已经制备好的牛肉糜100 g，分别加入3种不同含量的添加剂，混匀后装入大小相同的蒸煮袋中，封口机封口，称重（m1）。水浴锅提前加温至90℃，将装好肉糜的蒸煮袋放入水浴锅加热20 min。取出后至于流水中降低至室温（20℃），剪开蒸煮袋，用滤纸吸干肉糜表面水分后称重（m2）。每个样品重复3次。按照以下公式计算蒸煮损失[11]。

表1 试验因素水平表Table 1 Factors and levels for design

式中：CL为蒸煮损失，%；m1为蒸煮前牛肉糜质量，g；m2为蒸煮后牛肉糜质量，g。

1.3.5 复配无磷保水剂与磷酸盐保水剂保水效果对比

响应面法优化出3种添加剂的最佳配比，按此配比复配添加剂，与磷酸盐的保水性进行对比，在相同条件下测量牛肉糜的蒸煮损失，以检验此复配无磷保水剂的保水效果。

1.3.6 数据处理与分析

采用Excel 2016、SPSS16.0和Design-expert 8.0软件对数据进行分析，确定3种添加剂的最佳配比，使牛肉糜蒸煮损失降低到最小。

2 结果与分析

2.1 L-组氨酸添加量对牛肉糜保水性的影响

不同L-组氨酸添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响见图1。

图1 不同L-组氨酸添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响Fig.1 Effect of different L-histidine additions on cooking loss of minced beef

由图1可知，随着L-组氨酸添加量的逐渐增加，蒸煮损失降低极显著（P＜0.01）。当L-组氨酸添加量为0.15%时，蒸煮损失达到14.67%，较空白对照组下降了48.18%，牛肉糜保水性极显著提高（P＜0.01）。Zhang等[12]研究发现，L-组氨酸的添加对热诱导的凝胶行为和增强水的结合能力有积极的影响，增加了凝胶的交联密度，有助于改善肌球蛋白的凝胶特性，特别是在低NaCl浓度下，其保水效果更明显。李儒仁等[13]研究表明，L-组氨酸可以改变蛋白质的空间构象，使肌球蛋白的溶解度提高，进而提高肉制品的保水性。当L-组氨酸添加量大于0.15%时，蒸煮损失升高极显著（P＜0.01），故将L-组氨酸添加量确定为0.15%。

2.2 L-赖氨酸添加量对牛肉糜保水性的影响

不同L-赖氨酸添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响见图2。

图2 不同L-赖氨酸添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响Fig.2 Effect of different L-lysine additions on cooking loss of minced beef

由图2可知，当L-赖氨酸含量小于0.20%时，随着含量升高，蒸煮损失下降极显著（P＜0.01），较空白对照组下降34.58%。当添加量为0.20%时，牛肉糜蒸煮损失降到最小为19.57%。Guo等[14]研究发现，L-赖氨酸添加在肉制品中，使表面疏水性和反应性巯基含量增加（P<0.05），最终增加肉的肌球蛋白的溶解度，提高肉制品保水性[15]。李林贤等[16]发现，L-赖氨酸可以提高肌球蛋白的溶解度，提高保水性，改善肉制品品质。当L-赖氨酸添加量大于0.25%时，蒸煮损失升高，但不显著（P＞0.05），故选择L-赖氨酸的添加量为0.25%。

2.3 柠檬酸钠添加量对牛肉糜保水性的影响

柠檬酸钠作为一类强碱弱酸盐，也具有提高保水性的能力。不同柠檬酸钠添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响见图3。

图3 不同柠檬酸钠添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响Fig.3 Effect of different sodium citrate additions on cooking loss of minced beef

由图3分析可知，添加有柠檬酸钠的牛肉糜的蒸煮损失与空白对照组相比，有降低趋势。当柠檬酸钠添加量小于0.30%时，随添加量的增加，蒸煮损失下降极显著（P＜0.01）。张英等[17]研究表明，柠檬酸钠对肉组织中的金属离子（Ca2+、Mg2+等）具有较强的络合能力，从而有效锁住组织中的水分，提高肉制品保水性。李雪蕊等[18]研究发现，添加柠檬酸钠可以使肉制品形成紧密的三维网络结构，蛋白质受热变性，阻止水分流失，从而使蒸煮损失显著降低（P<0.05），提高肉制品的保水能力。且在低NaCl添加量下，由于Cl-提高了净电作用力，使得肉制品蛋白质的内聚力下降，组织结构松散，从而能够保留更多的水分，使肉的嫩度得到改善。当柠檬酸钠添加量大于0.30%时，下降不显著（P＞0.05）。故将柠檬酸钠的添加量确定为0.30%。

2.4 响应面法试验结果及优化分析

在单因素试验的基础上，每种添加剂选出3个较优添加量，进行三因素三水平的响应面试验设计，共17个处理组合，具体组合编码见表2，回归方程方差分析见表3。

表2 响应面试验设计及结果Table 2 Design and results of response surface analysis（RSA）

表3 回归方程方差分析Table 3 Variance analysis of regression models

利用Design-expert 8.0软件对表2中的数据进行二次回归拟合，得到该组数据的编码方程为：Y=16.62-1.09A-4.40B+0.34C-0.66AB+0.85AC+0.81BC-0.23A2+1.65B2+1.50C2。

由表3方差分析可以得出，该回归模型极显著（P＜0.000 1），失拟项不显著（P＞0.05），说明此模型理想可用。模型的决定系数为R2=0.975 0，校正决定系数为R2Adj=0.942 8，表明模型中有94.28%可以用此方程来解释，说明该方程对试验拟合好，试验误差小。信噪比Adeq Precision=19.694＞4，说明该模拟响应的信号强，可进行真实值的分析和试验结果的预测。该模型较好地反映了L-组氨酸、L-赖氨酸以及柠檬酸钠和牛肉糜蒸煮损失之间的关系。

一次项L-组氨酸添加量（A）和L-赖氨酸添加量（B）对牛肉糜蒸煮损失的影响达到了极显著水平（P＜0.01），而柠檬酸钠添加量（C）对蒸煮损失的影响不显著（P＞0.05）；L-赖氨酸和柠檬酸钠的二次项（B2和 C2）对牛肉糜蒸煮损失的影响达到了极显著水平（P＜0.01），而 L-组氨酸的二次项（A2）不显著（P＞0.05）；两两因素的交互项（AB、AC、BC）对蒸煮损失的影响都不显著（P＞0.05）。

2.5 两因素之间的交互作用

由软件得到各因素交互作用的等高线图和响应面图，它们直观的反映出3个自变量对牛肉糜蒸煮损失的影响。响应面曲面坡度陡峭，等高线图中的椭圆较扁，说明该因素对牛肉糜蒸煮损失的影响显著，反之则不显著，由此，可分析两两因素对牛肉糜蒸煮损失的交互作用的影响。

2.5.1 L-组氨酸和L-赖氨酸之间的交互作用

L-组氨酸和L-赖氨酸的交互作用对蒸煮损失的影响见图4。

图4 L-组氨酸和L-赖氨酸的交互作用对蒸煮损失的影响Fig.4 Effect of interaction of L-histidine and L-lysine on cooking Loss

由图4观察分析可得，响应面的曲面平缓，等高线也比较稀疏，所以交互项AB对牛肉糜的蒸煮损失影响不显著。柠檬酸钠的添加量固定在0.30%，当L-组氨酸添加量较高时，随着L-赖氨酸添加量的逐渐增加，牛肉糜蒸煮损失逐渐下降，且下降速度越来越慢。

2.5.2 L-组氨酸和柠檬酸钠之间的交互作用

L-组氨酸和柠檬酸钠的交互作用对蒸煮损失的影响见图5。

图5 L-组氨酸和柠檬酸钠的交互作用对蒸煮损失的影响Fig.5 Effect of interaction of L-histidine and sodium citrate on cooking Loss

由图5观察分析可得，响应面曲面平缓，等高线稀疏，故L-组氨酸和柠檬酸钠的二次项交互作用对牛肉糜蒸煮损失的影响不显著。L-赖氨酸添加量固定在0.25%，L-组氨酸添加量较高时，随着柠檬酸钠添加量的逐渐增加，牛肉糜的蒸煮损失先降低后升高；L-组氨酸添加量较低时，此变化更明显。

2.5.3 L-赖氨酸和柠檬酸钠之间的交互作用

L-赖氨酸和柠檬酸钠的交互作用对蒸煮损失的影响见图6。

图6 L-赖氨酸和柠檬酸钠的交互作用对蒸煮损失的影响Fig.6 Effect of interaction of L-lysine and sodium citrate on cooking Loss

由图6观察分析可得，响应面的坡度较图4、图5有所增加，等高线也比较密集，但L-赖氨酸和柠檬酸钠的二次项交互作用仍然不显著。L-组氨酸添加量固定在0.15%，当柠檬酸钠添加量较低时，随着L-赖氨酸添加量逐渐增加，蒸煮损失先降低后升高；当柠檬酸钠添加量较高时，随着L-赖氨酸添加量的逐渐增加，蒸煮损失先降低后升高，变化不是很明显。

2.6 无磷保水剂复配最佳配比的确定

本试验采用L-组氨酸、L-赖氨酸和柠檬酸钠复配制备无磷保水剂。在单因素试验基础上，探究3种添加剂的不同添加量对牛肉糜蒸煮损失的影响，筛选出较优的添加量，进行三因素三水平的响应面试验。根据软件分析得到二次回归方程，利用软件的Optimization的Numerical优化功能，对数据进一步分析，得到3种添加剂的最佳配比为：L-组氨酸0.20%，L-赖氨酸0.30%，柠檬酸钠0.23%，此时，牛肉糜的蒸煮损失达到最小值10.85%。

2.7 验证试验

为了验证试验结果的准确性，按优化出的无磷保水剂的最佳配比将3种添加剂加入牛肉糜中，测量蒸煮前后的水分损失，进行验证试验。实际测得的牛肉糜蒸煮损失为10.87%，十分接近预测值10.85%，相对误差不超过0.02%，故通过响应面所得到的牛肉糜蒸煮损失的方程适用性强，优化的复配比例准确可靠，具有实用价值。

2.8 复配无磷保水剂与磷酸盐保水剂保水效果对比

试验设计3组，使用相同的加入1.5% NaCl的牛肉糜为原料，保证同样的试验条件，每组重复3次，取平均值。

第1组，空白对照组，不添加任何保水剂，按1.3.4方法测量其蒸煮前后的失水量，测量牛肉糜蒸煮损失为26.07%。

第2组，王丽芳等[19]研究发现，磷酸盐的添加量为0.2%，最佳配比为：三聚磷酸钠∶焦磷酸钠∶六偏磷酸钠=0.75∶1∶1（质量比）时，猪肉丸具有最好的保水效果。按此配比将复配的磷酸盐加入到牛肉糜中，得到加入磷酸盐后牛肉糜的蒸煮损失为15.32%。

第3组，按优化出的L-组氨酸、L-赖氨酸和柠檬酸钠的配比将3种添加剂加入到牛肉糜，测量其蒸煮损失，为10.87%。

不同处理对牛肉糜蒸煮损失的影响见图7。

图7 不同处理对牛肉糜蒸煮损失的影响Fig.7 Effects of different treatments on cooking loss of minced beef

由图7分析可得，L-组氨酸、L-赖氨酸和柠檬酸钠复配制备的无磷保水剂能够极显著降低牛肉糜蒸煮损失（P＜0.01），且其保水效果优于磷酸盐保水剂。

3 讨论

由单因素试验分析得到，L-组氨酸和L-赖氨酸加入到牛肉糜中，都可以使其蒸煮损失降低，且随着添加量的逐渐增加，蒸煮损失先降低后升高，其原因还有待于进一步研究。牛肉糜中加入复配的无磷保水剂，可以使其pH值提高，从而远离肌原纤维蛋白的等电点，有利于组织中蛋白凝胶三维网络结构的形成，提高凝胶强度[20-21]，降低肉制品蒸煮损失，使保水性和品质得到提高。

4 结论

根据单因素试验可得，添加一定浓度的L-组氨酸、L-赖氨酸和柠檬酸钠都可以降低牛肉糜的蒸煮损失，从而提高保水性。由响应面试验建立了二次回归模型，分析得到，一次项L-组氨酸添加量（A）和L-赖氨酸添加量（B）对牛肉糜蒸煮损失的影响达到了极显著水平，L-赖氨酸和柠檬酸钠的二次项（B2和C2）对牛肉糜蒸煮损失的影响达到了极显著水平。对回归方程求导得到3种添加剂的最佳配比为：L-组氨酸0.20%，L-赖氨酸0.30%，柠檬酸钠0.23%，此时牛肉糜的蒸煮损失达到最小值10.85%。在此最优复配组合处理下，牛肉糜的蒸煮损失显著降低，且保水效果优于磷酸盐，又避免了对食品和人体的不良影响，为无磷保水剂的开发提供了依据。