磷酸盐对PSE猪肉食用品质和微观结构的影响

刘广娟, 徐泽权, 邢世均, 陈铮, 朱明睿, 徐艳丽,张洪瑞, 张莉, 王子荣

(新疆农业大学食品科学与药学学院，乌鲁木齐 830052)

PSE猪肉即发白(pale)、松软(soft)和表面液汁渗出(exudative)的肉[1]。低pH和较高的胴体温度相结合会导致肌肉蛋白质变性，进而产生PSE肉[2-3]。部分蛋白质变性会降低猪肉的保水性，导致猪肉的质量变轻，同时具有较高的滴水损失和蒸煮损失，进而影响猪肉的品质，给肉类行业造成了极大的经济损失[4-5]。虽然为了降低PSE肉的发生率已经做了大量工作，但仍然不能避免[6]。因此，提高PSE肉的保水性对减少经济损失有重要意义。目前，改善PSE猪肉的方法主要包括在正常肉中添加一定比例的PSE猪肉、添加非肉成分和采用辐射处理等。如Motzer等[7]研究发现，50%的PSE猪肉与50%的正常猪肉混合加工制作的重组火腿的产品品质与正常肉的品质接近。Booren等[8]通过添加羟丙基甲基纤维素和魔芋粉改善PSE猪肉质构特性。

保水剂主要包括磷酸盐保水剂和无磷保水剂。磷酸盐是肉制品工业中广泛使用的保水剂，对肉制品的品质改良起着重要作用，是唯一一种有效激活肉蛋白的肉制品水分保持剂[9]，应用最为广泛的主要为焦磷酸钠(Na4P2O7)、三聚磷酸钠(Na5P3O10)和六偏磷酸钠[(NaPO3)6]及复合形式。添加磷酸盐可以提高肉的保水性和嫩度，增加出品率。磷酸盐是具有缓冲作用的碱性物质，可以提高肉的pH使其偏离肉蛋白质等电点，也可增加离子强度有利于肌原纤维蛋白的溶出，同时还能螯合与肌肉结构蛋白质结合的Ca2+、Mg2+，从而提高肉的持水能力，使肉在加工过程中仍能保持其水分，营养成分和柔嫩性也得到了保存。根据食品添加剂使用标准GB2760-2014用量规定(以磷酸盐计不得超过5 g·kg-1)，添加过多磷酸盐会降低肉的食用品质，甚至危害人体健康[10]。段昌圣等[11]研究发现，3 g·100 mL-1三聚磷酸盐浸泡鸭肉，可以显著提高其保水性，质构也得到了明显改善，因此，三聚磷酸盐能够改善鸭肉的品质。孙悦等[12]研究发现，焦磷酸钠对猪肉的肌原纤维蛋白氧化具有一定的抑制作用，凝胶性能得到提高。高菲菲等[13]研究发现，经磷酸盐处理后的牛肚嫩度得到改善，保水性得到提高。祖铁红等[14]研究发现，复合磷酸盐保水剂处理后的闭壳肌解冻损失和蒸煮损失显著降低，其保水性得到提高。另外，磷酸盐可以改善牛肉的色泽，其品质和感官特性也得到显著提高[15-16]。而磷酸盐对PSE猪肉食用品质和微观结构的影响研究还比较少。

本研究以PSE猪肉为试验材料，研究不同质量浓度焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠对保水性的影响，确定复合磷酸盐的最佳配比，并对其pH、嫩度、色泽及微观结构进行了观察分析，为磷酸盐提高PSE猪肉的利用价值具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪品种为杜长大，育龄160～170 d，体质量100～120 kg。优选猪背最长肌，样本来源于新疆天康食品有限公司。

焦磷酸钠(pH 9.8～10)、三聚磷酸钠(pH 9.5～9.8)、六偏磷酸钠(pH 6.4～6.5)，均为食品级，购自湖北兴发化工有限公司。

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；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研制；JSM-7610FPlus扫描电镜，捷欧路(北京)科贸有限公司。

1.3 PSE猪肉的处理方法

参照PSE猪肉的鉴别方法[17]对肉样进行判定。PSE猪肉的L*值、蒸煮损失和pH分别为(53.14±2.52)(32.22±1.85)和(5.45±0.05)。按照工艺要求把PSE猪肉切成大小相近、厚薄一致的肉片。分别把焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠溶于去离子水中，制备成不同浓度的磷酸盐溶液，采用注射的方法把蒸馏水和不同浓度磷酸盐溶液注入PSE猪肉中，注射量为PSE猪肉重量的5%，注射后在5～6 ℃条件下间歇式滚揉12 h。

1.4 单因素试验与正交试验

1.4.1单因素试验设计 参考丁武等[18]研究方法，在试验过程中，考察不同质量浓度焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠对PSE猪肉蒸煮损失、离心损失、滴水损失的影响情况，焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的添加量选取0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%。

1.4.2正交试验设计 根据单因素试验结果，以蒸煮损失、离心损失、滴水损失为指标，以焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠为因素，进行L9(34)正交试验。焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的添加量选取0.10%、0.15%、0.20%。

1.5 测定指标

1.5.1蒸煮损失测定 参考王晓宇等[19]的设计方案进行优化，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，计算蒸煮损失。

1.5.2滴水损失、离心损失和pH测定 滴水损失参照王晓宇等[19]方法进行，离心损失参照蔡淑伟[20]方法进行，pH用TESTO 205便携式pH计进行测定。

1.5.3剪切力测定 参照严维凌等[21]方法并进行优化，把肉块装入蒸煮袋中，把肉块放入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，用取样器顺肌纤维方向取1 cm的肉柱，用C-LM.3B数显式肌肉嫩度仪测定。

1.5.4色差测定 把PSE猪肉切割成厚度约1 cm左右、直径约2 cm的圆片，用色差计测定L*、a*和b*值，每个样品重复3 次[22]。

1.5.5微观结构观察 参照Chumngoen等[23]方法，将处理好的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)，然后用不同浓度(30%、50%、70%、80%、90%)的乙醇脱水(各15 min)，用无水乙醇进行脱水，再用叔丁醇置换，进行冷冻干燥，粘台喷金，最后送至中国科学院新疆理化技术研究所电镜室进行透射电子分析。

1.6 数据处理与统计分析

本研究所有数据处理由Microsoft Excel 2013软件完成，绘图由Origin 8.5软件(OriginLab公司)完成，数据分析选用SPSS 19.0软件(SPSS公司)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。

2 结果与分析

2.1 不同磷酸盐对PSE猪肉保水性的影响

2.1.1焦磷酸钠添加量对PSE猪肉保水性的影响 由图1中可以看出，随着焦磷酸钠质量浓度的升高，PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失都呈先降低后升高的趋势，并且经焦磷酸钠处理的PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失都明显低于对照组(P<0.05)。当焦磷酸钠添加量在0.10%～0.20%时，PSE猪肉的处理组间的蒸煮损失和离心损失差异不显著(P>0.05)。从滴水损失来看，当焦磷酸钠添加量在0.10%～0.20%时，PSE猪肉的滴水损失显著低于对照组(P<0.05)。当焦磷酸钠添加量为0.15%时,滴水损失最低为2.11%，综合考虑3个指标，选定焦磷酸钠的最适添加量为0.15%。

注：图中不同小写字母表示差异在P<0.05水平具有显著性。

2.1.2三聚磷酸钠添加量对PSE猪肉保水性的影响 由图2可以看出，随着三聚磷酸钠质量浓度的升高，PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失都呈整体下降趋势，并且经三聚磷酸钠处理的PSE猪肉的处理组间的蒸煮损失和离心损失都明显低于对照组(P<0.05)。当三聚磷酸钠添加量大于0.15%时，PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失差异不显著(P>0.05)。从滴水损失来看，当三聚磷酸钠添加量在0.15%～0.25%时，PSE猪肉的滴水损失显著低于对照组(P<0.05)。综合考虑3个指标，选定三聚磷酸钠的最适添加量为0.15%。

注：图中不同小写字母表示差异在P<0.05水平具有显著性。

2.1.3六偏磷酸钠添加量对PSE猪肉保水性的影响 由图3可以看出，从PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失考虑，随着六偏磷酸钠质量浓度的升高，PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失都呈先降低后升高的趋势，并且经六偏磷酸钠处理的PSE猪肉的蒸煮损失和离心损失都明显低于对照组(P<0.05)。当六偏磷酸钠添加量在0.15%时，PSE猪肉的处理组的蒸煮损失和离心损失最低，分别为20.57%和22.89%。而空白组的蒸煮损失和离心损失分别为32.46%和34.78%。从滴水损失来看，当六偏磷酸钠添加量在0.10%～0.20%时，PSE猪肉的滴水损失显著低于对照组(P<0.05)，且处理组间的滴水损失差异不显著(P>0.05)。综合考虑3个指标，选定六偏磷酸钠的最适添加量为0.15%。

注：图中不同小写字母表示差异在P<0.05水平具有显著性。

2.2 正交试验结果分析

由表1可知，从磷酸盐对PSE猪肉蒸煮损失影响来看，A因素的影响最大，其次是B因素，C因素影响最小，即焦磷酸钠>三聚磷酸钠>六偏磷酸钠，其最优组合为A3B2C2。从磷酸盐对PSE猪肉离心损失角度来考虑，三因素影响顺序为三聚磷酸钠>焦磷酸钠>六偏磷酸钠，其最优组合为A3B2C2。磷酸盐对PSE猪肉滴水损失影响来看，焦磷酸钠>三聚磷酸钠>六偏磷酸钠，其最优组合为A3B3C1。

表1 PSE猪肉保水性正交试验结果

综合考虑磷酸盐对PSE猪肉保水性的影响，在肉制品生产中通常认为，蒸煮损失率是衡量和评价保水效果的一项重要指标，因为蒸煮损失直接反映了产品的出品率[24]。以蒸煮损失确定复合磷酸盐的最佳组合为A3B2C2。故进行验证实验，结果PSE猪肉的蒸煮损失为12.22%，优于正交试验中所有组合。最终确定最佳添加量是焦磷酸钠为0.20%、三聚磷酸钠为0.15%、六偏磷酸钠为0.15%。

2.3 复合磷酸盐处理对PSE猪肉pH、嫩度和色泽的影响

按照正交试验优化的保水工艺(焦磷酸钠0.20%、三聚磷酸钠0.15%、六偏磷酸钠0.15%)处理PSE猪肉，分析对照组与处理组的pH、嫩度、色泽的区别，结果如表2所示。与对照组相比，经复合磷酸盐处理的PSE猪肉pH显著增加(P<0.05)。这是由于复合磷酸盐溶液呈碱性，可解离出氢氧根离子，并与PSE猪肉中的酸性物质发生反应，降低氢离子的浓度，从而使得PSE猪肉的pH升高[25]。与对照组相比，经复合磷酸盐处理的PSE猪肉剪切力极显著降低(P<0.01)。剪切力值越低说明PSE猪肉的嫩化效果越好。经复合磷酸盐处理的PSE猪肉的亮度值L*较对照组略低，红度值a*较对照组显著增加(P<0.05)，黄度值b*和对照组相比无显著性差异(P>0.05)。由此可见，复合磷酸盐的添加，可以提高PSE猪肉的pH，改善PSE猪肉的嫩度和色泽。

表2 复合磷酸盐处理对PSE猪肉pH、嫩度和色泽的影响

2.4 复合磷酸盐处理对PSE猪肉微观结构的影响

PSE猪肉经复合磷酸盐(焦磷酸钠0.20%、三聚磷酸钠0.15%、六偏磷酸钠0.15%)处理，放大500倍，由图4发现，经复合磷酸盐处理后的PSE猪肉表面较对照组更加平坦致密、坚固均匀规则有序，而对照组则表现出不平整、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磷酸盐处理的PSE猪肉变得致密平坦，有效地提高了PSE猪肉的保水性。这与磷酸盐对PSE猪肉保水特性的分析结果基本一致。

图4 PSE猪肉的扫描电镜

3 讨论

不同磷酸盐对PSE猪肉的保水性指标是有差异的，这说明磷酸盐对PSE猪肉保水性的作用不同。本研究发现，焦磷酸钠对PSE猪肉的蒸煮损失和滴水损失影响最大，三聚磷酸钠对PSE猪肉离心损失影响最大。磷酸盐提高PSE猪肉保水性是因为添加磷酸盐后增加了肉中的亲水基团，抑制蛋白变性，螯合Ca2+、Mg2+等金属离子，释放羧基，增加负电荷斥力，改善体系电荷，促使肌动球蛋白解离等因素[26]。复合磷酸盐不仅能提高肉的保水性，还能提高pH，促进胶原蛋白溶解，增加离子强度，具有一定的嫩化效果，可以改善其色泽[27]。尚校兰等[28]研究发现，当磷酸三钠为1.0 g·kg-1、三聚磷酸钠为2.0 g·kg-1、焦磷酸钠为1.0 g·kg-1、六偏磷酸钠为1.5 g·kg-1时，海鲈鱼鱼糜具有最小的蒸煮损失为25.34%；高海燕等[29]研究表明,复合磷酸盐的质量分数为0.20%时，鹅肉的pH得到提高，色泽均较为鲜亮，嫩化效果最显著(P<0.05)。Mc Gee等[30]研究发现，复合磷酸盐的添加量为0.25%、注射量为7%～9%时能够显著改善牛肉的蒸煮损失和感官评分(P<0.05)；Baublits等[31]研究也发现，当复合磷酸盐添加量为0.40%、注射量为12%时，能够显著改善牛肉的多汁性和嫩度等感官评分(P<0.05)。本研究也发现，通过复合磷酸盐处理的PSE猪肉，pH得到了提高，嫩度和色泽也得到了改善。可见，复合磷酸盐使用，对提高PSE猪肉保水性，提高pH，改善嫩度和色泽都有较好的效果。

单因素试验表明，焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠均能提高PSE猪肉的保水性。在单因素试验基础上，采用L9(34)正交试验，对PSE猪肉复合磷酸盐保水剂进行复配研究，确定复合保水剂最佳质量浓度配比为焦磷酸钠0.20%、三聚磷酸钠0.15%、六偏磷酸钠0.15%。此条件下处理的PSE猪肉保水性最好。且经该条件(焦磷酸钠0.20%、三聚磷酸钠0.15%、六偏磷酸钠0.15%)处理后的PSE猪肉的pH得到提高，嫩度和色泽得到改善，并且微观结构也更加规则有序。这为磷酸盐提高PSE猪肉的利用价值提供一定的依据。