天然红色素部分替代亚硝酸钠在牛肉制品中的研究

王钊，张雪，陈紫蕴，李玉江，张本尚，邹建*

（1.河南牧业经济学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450046；2.河南省科学院高新技术研究中心，河南 郑州 450002）

牛肉由于味道醇美、蛋白质含量丰富且其蛋白质的组成与人体的必需氨基酸组成相似[1]，受到人们的普遍喜爱。 然而牛肉在加工后，随着放置时间的延长，往往出现色泽劣化现象[2]，导致感官性状变差，降低了商品价值。 为消除不良色泽对产品的影响，人们通常选择添加抗氧化剂和发色剂来改善牛肉产品色泽，其中最常用的是亚硝酸钠。 史料记载，早在宋代时亚硝酸钠就被广泛用于腊肉的防腐和发色[3]，并使肉制品呈现出诱人的色泽[4]，显示出了优秀的发色能力。

然而，亚硝酸钠本身具有较强的毒性和潜在的致癌作用，过量摄入将对人体造成危害甚至危及生命[5-6]，因此， 低硝着色剂成为当前肉制品加工的研究热点。近年来，国内外研究表明许多天然物质提取物能够部分替代亚硝酸钠，从而有效降低亚硝酸钠的使用量[7-11]。例如，周頔等[12]将海藻糖、乳酸钠用于冷鲜牛肉护色保鲜，取得了良好效果；周凤超等[13]研究发现花椒、丁香和桂皮提取物能够有效清除亚硝酸盐；张雪等[14]采用茶多酚、异抗坏血酸钠、抗坏血酸复配着色剂，在获得色泽良好牛肉产品的同时有效地降低了亚硝酸钠的残留量；郭红珍等[15]将大蒜浸提液用于火腿当中，显示出了良好的亚硝酸盐清除能力。 与此同时，天然可食用红色素引起了人们的关注。 与其它天然产品提取物相比， 许多天然红色素不但本身具有良好的着色效果，还兼具抗氧化、清除自由基及其它保健功能，将其用于肉制品低硝着色配方，往往显示出良好效果[16]。例如，李星等[17]研究表明，红曲红色素、高粱红色素在肉制品中具有良好的发色效果， 可以部分替代亚硝酸盐。 姚波等[18]在腊肠中加入0.03 g/kg 的红曲红色素进行发色，结果表明红曲红的发色效果与亚硝酸盐的发色效果接近。

鉴于亚硝酸盐在肉制品生产中安全问题的重要性和广泛性，以及天然可食用红色素良好的着色能力和丰富的抗氧化保健功能， 本文以烹制牛肉为载体，选取安全可靠、 功能丰富的水溶性红色素红曲红、胭脂虫红与脂溶性红色素辣椒红、番茄红、甜椒红，以牛肉的红度值a*为指标，考察它们代替亚硝酸盐的发色作用，并在此基础上进行复配研究。 本文旨在探索天然红色素作为着色剂替代亚硝酸盐的可行性和着色效果，建立低硝着色方案，降低牛肉产品中的亚硝酸盐残留量，提升产品安全性和营养价值。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

冷鲜牛肉：河南伊塞牛肉股份有限公司，肉质新鲜，月龄36 月，72 h 排酸成熟。

无水乙醇（分析纯）：天津富宇精细化工有限公司；冰乙酸（分析纯）、浓盐酸（分析纯）：天津科密欧化学试剂有限公司；硼砂（分析纯）：湖北盛天恒创生物科技有限责任公司；对氨基苯磺酸（分析纯）：天津市致远化学试剂有限公司；盐酸萘乙二胺（分析纯）：天津市光复精细化工研究所；乙酸锌（分析纯）：湖北信康医药化工有限公司；亚铁氰化钾（分析纯）：天津市永大化学试剂有限公司；亚硝酸钠（分析纯）：四川金山制药有限公司；红曲红色素：广东天益生物科技有限公司；辣椒红色素：佛山市禾大生物科技有限公司；胭脂虫红色素：佛山市康能生物科技有限公司；番茄红色素和甜椒红色素参照文献[19-20]自行制备。

1.2 设备

HWCL-3 型集热式恒温磁力搅拌器：郑州长城科工贸有限公司；Hei-VAP Precision HL 型旋转蒸发仪：德国海道夫（heidolph）仪器公司；KQ5200E 型超声波清洗器： 昆明市超声仪器有限公司；FA3204B 型电子分析天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；TU-1901 型紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；FreeZone 型真空冷冻干燥仪： 美国LABCONCO 仪器公司；HH-6 数显恒温水浴锅： 方科仪器（常州）有限公司；CR-400 CHROMA METER 色彩色差仪：柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；KT300 电子数显食品温度计：潮州市潮安区保德仪器有限公司。

1.3 试验方法

首先，将冷鲜牛腱肉的筋膜、淋巴组织除去，并统一分割成质量为20 g 的肉块。 然后，按照试验设计添加量，分别用5 mL 的纯净水和无水乙醇溶解亚硝酸盐与所用天然红色素，并使用注射器将腌制液注射到牛肉块中， 通过滚揉的方式使牛肉均匀地吸收腌制液，置于4 ℃条件下冷藏48 h 以便充分腌制。

加工时分别按照煮、烤、煎的烹饪方式进行：1）煮制，在锅中加入去离子水，水量以能没过牛肉块为标准（肉∶水=5 ∶4，质量比），在沸腾（100 ℃）条件下，放入腌制好的牛肉块，煮制5 min 后取出备用，牛肉得率为75%。 2）烤制，腌制好的牛肉摆放在涂少许油的烤盘中。 打开烤箱预热2 min，在180 ℃条件下烤制10 min后取出。 3）煎制，在锅中加入食用油，油的量以肉厚度的一半为标准，边加热边用温度计测量油温，当油温加热至170 ℃左右时放入腌制好的牛肉煎制5 min。

1.4 天然红色素的筛选

1.4.1 着色剂添加量的确定

分别以肉重0.03%、0.05%、0.07%的比例向牛肉块中添加红曲红， 在4 ℃条件下腌制48 h， 并按照肉重0.01%的比例使用亚硝酸钠腌制牛肉块， 建立平行对照组。将各浓度已腌制牛肉加工后测量其红度值a*，对比红曲红和亚硝酸钠腌制效果，找出与亚硝酸钠腌制效果较为接近的着色剂添加量。

1.4.2 天然红色素着色效果对比

将红曲红色素、胭脂虫红色素、甜椒红色素、番茄红色素、辣椒红色素按照所确定的添加量加入到牛肉中，在4 ℃下腌制2 d，并与使用肉重0.01%的亚硝酸钠对比。 将腌好的肉分别进行煮制、烤制、煎制处理后测量其红度值a*。 把牛肉按照煮制、烤制、煎制分为3 组，分别对各组内的红度值a*进行比较。筛选不同加工方式处理下着色效果较好的天然红色素。

1.4.3 天然红色素稳定性对比

将红曲红、胭脂虫红、甜椒红、番茄红、辣椒红按照初步确定的添加量分别加入到牛肉块中， 在4 ℃下腌制48 h。加工后将牛肉块置于4 ℃条件下冷藏保存。每48 h 测量一次牛肉的红度值a*， 从中筛选出稳定性较好的着色剂。

1.5 天然红色素的复配试验

将筛选出的着色效果及稳定性较好的天然红色素进行复配，并按照原添加量的三分之一上下浮动进行正交试验，筛选着色剂的较优复配比。 在此基础上，将按照最佳效果进行复配的天然红色素混合物与亚硝酸钠进行复配，考察低亚硝酸钠着色方案的效果。

1.6 测定指标

选取红度值a*为色度值的代表性指标，用色差仪进行测定。每个样品平行测定3 组，取平均值。牛肉中亚硝酸盐的含量的测定按照GB 5009.33—2016《食品安全国家标准食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》中第二法——分光光度法进行测量。

2 结果与分析

2.1 着色剂添加量的确定

通过测量不同添加量的红曲红色素腌制的牛肉红度值，将其红度值a*与对应的亚硝酸钠腌制牛肉的红度值a*进行对比，其结果如表1 所示。

表1 红曲红与亚硝酸钠对比试验结果Table 1 Comparison test results of monascus red and sodium nitrite

由表1 可知随着红曲红添加量的增加， 牛肉的红度值a*也随之增大，但与亚硝酸钠相比存在显著差异（p<0.05）。 据文献报道[21]，通常情况下红曲红添加量在肉重的0.06%左右， 而且一味地增加红曲红的添加量不仅无法使牛肉得到理想的色泽， 也会增加加工成本。因此，本文选取占肉重0.07%的着色剂添加量为试验添加标准。

2.2 加工后天然红色素着色效果对比结果

将腌制好的牛肉分别进行加工后测量其红度值a*，比较具有不同溶解性质的天然红色素的着色效果。

2.2.1 煮制牛肉着色效果

煮制牛肉红度值测量结果见表2。

表2 煮制时红度值a*测量结果Table 2 Measurement results of redness value a*under cooking

如表2 所示，所选用的5 种天然红色素中，牛肉红度值最高的为辣椒红，其次是红曲红，剩下三者效果较差，且天然红色素着色效果与亚硝酸钠存在显著差异（p<0.05）。

2.2.2 烤制牛肉着色效果

烤制牛肉红度值测量结果见表3。

表3 烤制时红度值a*测量结果Table 3 Measurement results of redness value a*under baking

如表3 所示，所选用的5 种天然红色素中，牛肉的红度值最高者是红曲红，其次是甜椒红，剩下三者效果较差，且天然红色素着色效果与亚硝酸钠存在显著差异（p<0.05）。

2.2.3 煎制牛肉着色效果

煎制牛肉红度值测量结果见表4。

表4 煎制时红度值a*测量结果Table 4 Measurement results of redness value a*under frying

如表4 所示，所选用的5 种天然红色素中，牛肉的红度值最高者是红曲红，其次是番茄红，剩下三者效果较差，且天然红色素着色效果与亚硝酸钠存在显著差异（p＜0.05）。

2.3 着色剂稳定性对比

将经5 种红色素及亚硝酸钠分别腌制的牛肉置于4 ℃条件下，并分别检测第0 天、第2 天、第4 天、第6天时的红度值a*，结果如表5 所示。

由表5 可知，随着时间的推移，由番茄红腌制的牛肉红度值明显降低， 说明番茄红色素的稳定性较差，不宜用于牛肉的着色和加工。 其它红色素腌制的牛肉随时间变化其红度值降低趋势平缓、 数值下降微弱，均显示出了良好的稳定性。 综上所述，煮制时宜选择红曲红与辣椒红进行复配。 在烤制、煎制时，宜选择红曲红与甜椒红进行复配。

表5 红度值a*随时间变化结果Table 5 Redness value a*change results with time

2.4 色素复配正交试验

各色素的添加量分别以单因素试验最适添加量的三分之一为标准， 并以上下浮动各取3 个水平的方式进行正交试验[22]，如表6 所示。

表6 色素复配正交试验因素水平Table 6 Factors level of orthogonal test for pigment compounding

2.4.1 煮制时复配正交试验

煮制时色素复配正交试验结果见表7。

表7 煮制时色素复配正交试验结果Table 7 Orthogonal test results of pigment combination during cooking

续表7 煮制时色素复配正交试验结果Continue table 7 Orthogonal test results of pigment combination during cooking

由表7 中可以看到，在煮制时，能使牛肉有较高红度值a*的最优复配方案为A3B3， 即红曲红按0.03%添加，辣椒红按0.03%添加。影响牛肉红度值a*的因素主次顺序为：B＞A，即辣椒红的添加量对牛肉的颜色影响较大，红曲红的添加量对牛肉的颜色影响较小。

2.4.2 烤制时复配正交试验

烤制时色素复配正交试验结果见表8。

表8 烤制时色素复配正交试验结果Table 8 Orthogonal test results of pigment combination during baking

续表8 烤制时色素复配正交试验结果Continue table 8 Orthogonal test results of pigment combination during baking

由表8 中可以看到，在烤制时，使牛肉有较高红度值a*的最优复配方案为A3B3，即红曲红按0.03%添加，甜椒红按0.03%添加。 影响牛肉红度值a*的因素主次顺序为：A＞B，即红曲红的添加量对牛肉的颜色影响较大，甜椒红的添加量对牛肉的颜色影响较小。

2.4.3 煎制时色素复配的研究

煎制时色素复配正交试验结果见表9。

表9 煎制时色素复配正交试验结果Table 9 Orthogonal test results of pigment combination during frying

由表9 可以看到，在煎制时，使牛肉有较高红度值a*的最优复配方案为A3B3，即红曲红按0.03%添加，甜椒红按0.03%添加。 影响牛肉红度值a*的因素主次顺序为：A＞B， 即红曲红的添加量对牛肉的颜色影响较大，甜椒红的添加量对牛肉的颜色影响较小。

已知煮制、烤制、煎制时最优方案对应的红度值a*分别为9.38、10.18、10.23，而亚硝酸钠腌制的牛肉经过煮制、 烤制、 煎制后的红度值a*分别为12.86、14.25、16.14。 以红度值a*为评价指标进行方差分析后发现0.01＜p＜0.05，即存在着显著性差异，所以只用红色素腌制的着色效果不能很好达到亚硝酸钠腌制的效果，需要红色素与亚硝酸钠进行复配使用。

2.5 红色素与亚硝酸钠复配正交试验

把不同加工方式下对应的最佳色素复配方案分别与亚硝酸钠进行复配，因素水平见表10，把用色素与亚硝酸钠腌制的牛肉分别进行煮制、烤制、煎制，观察红度值a*的变化，优化复配方案。

表10 色素与亚硝酸钠复配正交试验因素水平Table 10 Factors level of orthogonal test for the combination of pigment and sodium nitrite

2.5.1 煮制时色素与亚硝酸盐复配研究

将由不同比例的复合色素和亚硝酸钠腌制48 h后的牛肉煮制，并检测其红度值a*。表11 为辣椒红-红曲红复合色素与亚硝酸钠复配试验结果。

表11 煮制时色素-亚硝酸钠复配正交试验结果Table 11 Orthogonal test results of pigment-sodium nitrite compound during cooking

由表11 可知，在煮制时影响牛肉红度值a*的因素主次顺序为：D＞C，即亚硝酸钠的添加量对牛肉的颜色影响较大，复合色素的添加量对牛肉的颜色影响较小，最佳复配方案为C3D3，即复合色素添加量为0.064%（辣椒红的添加量为0.032%、红曲红的添加量为0.032%），亚硝酸钠添加量为0.006%，此时红度值为12.02。

2.5.2 烤制时色素与亚硝酸盐复配研究

将由不同比例的复合色素和亚硝酸钠腌制48 h后的牛肉烤制，并检测其红度值a*。表12 为甜椒红-红曲红复合色素与亚硝酸钠复配试验结果。

表12 烤制时色素-亚硝酸钠复配正交试验结果Table 12 Orthogonal test results of pigment-sodium nitrite compound during baking

由表12 可知，在烤制时影响牛肉红度值a*的因素主次顺序为：D＞C，即亚硝酸钠的添加量对牛肉的颜色影响较大，复合色素的添加量对牛肉的颜色影响较小，最佳复配方案为C3D3，即复合色素添加量为0.064%（甜椒红的添加量为0.032%、 红曲红的添加量为0.032%）， 亚硝酸钠添加量为0.006%， 此时红度值为14.03。

2.5.3 煎制时色素与亚硝酸盐复配研究

将由不同比例的复合色素和亚硝酸钠腌制48 h后的牛肉煎制，并检测其红度值a*。表13 为甜椒红-红曲红复合色素与亚硝酸钠复配试验结果。

表13 煎制时色素-亚硝酸钠复配正交试验结果Table 13 Orthogonal test results of pigment-sodium nitrite compound during frying

由表13 可知， 在煎制时影响牛肉红度值a*的因素主次顺序为：D＞C，即亚硝酸钠的添加量对牛肉的颜色影响较大，复合色素的添加量对牛肉的颜色影响较小，最佳复配方案为C3D3，即复合色素添加量为0.064%（甜椒红的添加量为0.032%、红曲红的添加量为0.032%），亚硝酸钠添加量为0.006%，此时红度值为16.03。

2.6 亚硝酸盐残留量的确定

2.6.1 亚硝酸盐标准曲线

根据GB5009.33—2016 中第二法绘制出亚硝酸盐标准曲线，如图1 所示。

图1 亚硝酸盐标准曲线Fig.1 Standard curve of nitrite

2.6.2 亚硝酸盐残留量

根据GB 5009.33—2016 中第二法测量样品中亚硝酸盐残留量，结果如表14 所示。

表14 红度值a*与亚硝酸盐残留量结果Table 14 Results of redness value a*and nitrite residue

以红度值a*为评价指标进行方差分析后发现3 种加工方式均表现为p ＞0.05，试验组与对照组红度值a*相比差异性不显著。与此同时，3 种烹制方法加工试验组的亚硝酸盐残留量相比对照组残留量的下降值均超过了53%，表明天然色素（天然植物提取物）对降低亚硝酸盐残留具有突出效果，符合已经报道的研究成果[14，21-23]。究其原因，红曲红、辣椒红和甜椒红色素均为具有优秀抗氧化能力的天然色素，可有效清除亚硝酸盐，降低肉中的亚硝酸钠残留量[24]。

试验结果表明，牛肉烹制时由于天然红色素本身不耐高温以及色素溶于煮汤和食用油等因素的影响，仅仅添加天然红色素不能达到理想的着色效果，因此应与亚硝酸钠复配使用。 煮制时由于水溶性红色素更易溶于煮汤中，因此脂溶性辣椒红色素的着色效果和稳定性均优于水溶性红曲红色素。 在烤制、煎制时由于脂溶性红色素更容易溶于油中， 使脂溶性红色素的着色效果略低于水溶性红色素。 因此，在添加天然红色素时建议采用脂溶性和水溶性色素混合使用的方法。

3 结论

本文通过红色素单因素试验和复配正交试验确定了3 种烹制方式下各自脂溶性红色素、 水溶性红色素和亚硝酸钠的最佳复配比：煮制时辣椒红添加量为0.032%，红曲红添加量为0.032%，亚硝酸钠的添加量为0.006%；烤制和煎制时，甜椒红添加量为0.032%，红曲红添加量为0.032%， 亚硝酸钠的添加量为0.006%。在此复配比下各牛肉的红度值a*与亚硝酸钠腌制牛肉的红度值a*极为接近，而亚硝酸钠的残留量降低了53%以上。

本文所展示的低硝复合腌制剂可有效降低传统的亚硝酸盐用量，并显著改善发色腌制效果，在不降低牛肉感官性状的同时提升了产品的安全性，具有重要的市场应用价值。