速冻调理猪肉丝抗冻保水配方优化

王心诗，刘琨，王启宇，倪勇杰，蹇兴

四川天味食品集团股份有限公司（成都 610000）

速冻调理肉制品是以禽畜肉为主要原料，经过分割、滚揉等加工工艺，在-18 ℃以下进行储存及流通的一种冷冻食品[1]。随着社会节奏不断加快，速冻调理肉制品因其烹饪方法简捷而深受消费者喜爱。但由于调理肉制品经过较长时间冷冻储存，其解冻后往往失水严重，与冷鲜肉品质相比具有较大差距，从而限制速冻调理肉制品的发展。猪肉丝是鱼香肉丝、青椒肉丝等家常菜肴中的主要食材。由于猪肉在切割过程中会破坏其肌肉纤维结构，造成肉的系水力下降[2]，而猪肉丝经速冻解冻后，其肌肉纤维结构更易断裂，失水更加严重，从而严重影响口感。因此，研究食品保水剂对速冻调理猪肉丝抗冻保水性能具有重要现实意义。

由于不同种类保水剂的保水机理不同，单一保水剂的保水效果存在一定局限性[3]。通过研究复合磷酸盐、海藻糖、黄原胶、谷氨酰胺转氨酶4种不同保水剂对猪肉丝抗冻保水的影响，并采用响应面法优化保水剂添加量以降低猪肉丝解冻失水率，从而提升肉的口感和品质，旨在为速冻调理猪肉丝产品的配方优化及工业化生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

新鲜猪里脊、食用盐、白胡椒粉（成都海霸王农贸市场）；复合磷酸盐（六偏磷酸钠65%、三聚磷酸钠34%、焦磷酸钠1%，厦门市顶味兴业香料发展有限公司）；海藻糖（德州汇洋生物科技有限公司）；黄原胶（淄博中轩生化有限公司）；谷氨酰胺转氨酶（简称TG酶，泰兴市东圣生物科技有限公司）；料酒、老抽（千禾味业食品股份有限公司）。

1.2 试验仪器与设备

多功能切肉机（CXDQ-100，镇江爱丁顿商贸有限公司）；真空滚揉机（PF-75A，山东宝运机电设备有限公司）；真空封口机（OX-001，青岛欧信设备制造有限公司）；柜式液氮速冻机（KLSXS-2000，成都科莱斯低温设备有限公司）；电子天平（杭州万特衡器有限公司）；冰箱（银都餐饮设备股份有限公司）；均质机（FS-400D，广州蔚莱电子科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 主要原料配比

猪肉丝1 kg，自来水100 g，食用盐10 g，料酒10 g，老抽5 g，白胡椒粉1 g，复合磷酸盐、海藻糖、黄原胶、TG酶添加量通过试验确定。

1.3.2 工艺流程

复合保水剂与配料制备↘

原料肉→预处理→真空滚揉→称重→真空包装→液氮速冻→冻藏30 d→解冻→测定解冻失水率

1.3.3 操作要点

1.3.3.1 原料肉预处理将猪肉丝清洗干净，控干表面水分，用切肉机按照工艺要求切成0.2 cm×4 cm的肉丝。

1.3.3.2 复合保水剂与配料制备将保水剂按比例与水混合后，加入食用盐、料酒、老抽及白胡椒粉，用均质机搅拌均匀，备用。

1.3.3.3 真空滚揉及真空包装将肉丝与制备好的复合保水剂放入真空滚揉机，设置真空度0.04 MPa，滚揉20 min后取出，准确称量滚揉后的肉丝装袋并计重（精确小数点后2位）。

1.3.3.4 液氮速冻及冻藏

将真空包装后的样品放入液氮速冻机中，设置温度-90 ℃，保温时间15 min，循环风时间3 min，中心温度降到-18 ℃以下，取出放入-18 ℃的冰箱静置30 d。

1.3.3.5 解冻

取出冷冻后的样品放入0~4 ℃的冷藏室静置12 h，待中心温度降至4 ℃左右，取出备用。

1.3.3.6 解冻失水率测定[3-5]

在阴凉干燥处取出解冻后的肉丝于不锈钢滤网上静置控水，待肉丝不再有液体滴落时计其质量（精确小数点后2位）。解冻失水率按式（1）计算。

式中：Y为解冻失水率，%；X1为冻前肉质量，g；X2为冻后肉质量，g。

1.4 试验方案设计

1.4.1 单因素试验设计

准确称取1 kg预处理后的猪肉丝，考察不同添加量（以猪肉丝质量计）的复合磷酸盐（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%）、海藻糖（1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%）、黄原胶（0.10%，0.15%，0.20%，0.25%和0.30%）、TG酶（0.05%，0.10%，0.15%，0.20%和0.25%）对冷冻储藏后的猪肉丝解冻失水率的影响，每组测定3次。

1.4.2 响应面法试验设计

在单因素试验基础上，利用Box-Behnken中心组合试验，选择复合磷酸盐添加量（A）、黄原胶添加量（B）和海藻糖添加量（C）3个因素为响应变量，以解冻失水率为考察指标，通过响应面法优化速冻调理猪肉丝抗冻保水配方添加量，响应面试验因素水平见表1。

表1 响应面试验因素及水平 单位：%

1.4.3 数据处理与分析

采用SPSS 19.0统计软件进行方差分析和显著性检验（p＜0.05）；采用Origin 8.0统计分析软件进行作图；利用Design-Expert 8.0.6软件进行Box-Behnken中心组合试验设计。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 复合磷酸盐对解冻失水率的影响

复合磷酸盐不仅可以通过调整肉的pH，提高蛋白质等电点，使肌球蛋白系水能力提高；而且可以螯合蛋白中的金属离子，帮助肌原纤维蛋白溶出，并与肌浆蛋白形成三维网状结构，增强其持水性[6-9]。由图1可知，随着复合磷酸盐添加量增加，猪肉丝解冻失水率呈现先降低后平缓趋势，复合磷酸盐添加量0.1%~0.3%时，解冻失水率随着添加量增大而降低（p＜0.05），添加量0.3%时，解冻失水率达到最小值11.15%，继续增加添加量对解冻失水率无显著影响（p＞0.05），故最佳磷酸盐添加量为0.3%。

图1 复合磷酸盐添加量对解冻失水率的影响

2.1.2 黄原胶对解冻失水率的影响

黄原胶提高肉的保水性主要基于2个方面：一方面黄原胶是一种多糖类高分子化合物，具有较强的亲水性，通过滚揉可渗入肌肉纤维内部提高肉的系水能力；另一方面，黄原胶作为乳化剂可提高蛋白质凝胶状结构的稳定性，从而提高肉的保水性[10-12]。由图2可知，黄原胶添加量对速冻调理猪肉丝解冻失水率有显著影响（p＜0.05），黄原胶添加量0.10%~0.25%时，随着黄原胶添加量不断提高，解冻失水率不断降低。黄原胶添加量大于0.25%时又呈现上升趋势。这可能与黄原胶溶液浓度过大，无法很好地分散在肌肉组织中发挥作用有关[13]。因此，最佳黄原胶添加量为0.25%。

图2 黄原胶添加量对解冻失水率的影响

2.1.3 海藻糖对解冻失水率的影响

海藻糖是一种非还原性双糖，广泛存在于各种生物体中，甜度较蔗糖低，可以转变玻璃化温度，更易形成玻璃化状态，具有稳定性和低吸湿性[14]；而且海藻糖作为抗冻剂不仅可以提高肌原纤维蛋白的盐溶性及Ca2+-ATPase活性，还可以减弱冰晶对肌肉结构造成的机械性损伤，抑制蛋白质变性[15-16]。由图3可知，海藻糖添加量1%~2%时，解冻失水率呈现急剧下降趋势（p＜0.05），添加量2%~3%时，解冻失水率下降较平缓（p＞0.05），考虑到海藻糖添加量增大可能会对产品甜度造成影响，故最佳海藻糖添加量为2%。高可蒙等[17]研究结果表明冷冻调理猪里脊肉中添加2%海藻糖的质量增加率最高，和试验结果基本一致。

图3 海藻糖添加量对解冻失水率的影响

2.1.4 TG酶对解冻失水率的影响

TG酶可催化蛋白质、多肽分子发生共价交联，从而改善蛋白质结构，提升肌肉保水能力[18-19]。由图4可知，TG酶添加量0.05%~0.10%时，猪肉丝解冻损失水率呈下降趋势，差异明显（p＜0.05），添加量0.10%~0.25%时，随着TG酶添加量的增加，解冻失水率的下降趋势并不显著（p＞0.05）。这可能是由于TG酶的催化作用受温度条件影响较大，试验过程中，肉丝加入TG酶进行较短时间滚揉后，直接装袋进行-90 ℃液氮速冻，导致TG酶无法有效作用于蛋白质分子间进行交联，故对速冻调理猪肉丝的解冻失水率作用不明显。由图4可知，最佳TG酶添加量为0.20%。

图4 TG酶添加量对解冻失水率的影响

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面试验设计和结果[20-21]

在单因素试验结果的基础上，综合考虑各因素及拐点波动大小对解冻失水率的影响，选择复合磷酸盐添加量（A）、黄原胶添加量（B）、海藻糖添加量（C）为自变量，以解冻失水率为响应值，设计三因素三水平响应面试验，共包括17组试验方案，结果见表2。

利用Design-Expert 8.0.6软件，对表2中数据进行多元回归分析，得到以解冻失水率（Y）为目标函数的拟合回归方程：Y=12.52-0.44A+0.21B+0.028C-0.39AB+0.022AC-0.007 5BC-2.27A2-0.86B2-0.61C2。

表2 响应面试验设计及结果

2.2.2 模型方差分析

拟合方程的R2=0.998 7，回归模型差异极显著（p＜0.000 1），且失拟项不显著（p=0.125 2＞0.05），表明回归模型具有良好的拟合度，试验误差较小。由表3可知，一次项复合磷酸盐添加量和黄原胶添加量差异极显著；二次项复合磷酸盐添加量、黄原胶添加量和海藻糖添加量影响极显著；在试验交互影响当中，复合磷酸盐添加量和黄原胶添加量交互作用极显著；复合磷酸盐添加量和海藻糖添加量、海藻糖添加量和黄原胶添加量交互作用差异不显著。根据F值可知，对速冻调理猪肉丝解冻失水率影响程度依次为复合磷酸盐添加量＞黄原胶添加量＞海藻糖添加量。

表3 回归方程各项方差分析

2.2.3 响应面分析

速冻调理猪肉丝解冻失水率交互影响三维图和等高线分析图，如图5所示。

图5 为双因素交互作用曲面图和等高线图，根据等高线的位点不同可判断交互作用是否显著，等高线呈椭圆形则说明交互作用显著，并随着椭圆长半轴变长交互越显著，而圆形则表示交互不显著[22]。由图5（a和b）可知，复合磷酸盐添加量和黄原胶添加量的变化曲面均比海藻糖添加量陡峭；由图5（c）可知，黄原胶添加量比海藻糖添加量的变化曲面陡峭，由此可得出，3个因素的影响程度依次为复合磷酸盐添加量＞黄原胶添加量＞海藻糖添加量，与方差分析结果相符。图5（a）中等高线图呈明显的椭圆形，说明复合磷酸盐和黄原胶之间交互作用较为显著。

图5 各因素交互作用对解冻失水率影响的响应面和等高线图

2.2.4 回归模型验证试验

利用Design-Expert 8.0.6软件，得到速冻调理猪肉丝解冻失水率最低值的因素水平：复合磷酸盐添加量0.20%、黄原胶添加量0.20%、海藻糖添加量2.47%。在此条件下得到解冻失水率为8.74%。实际操作中稍作调整确定最佳添加量：复合磷酸盐0.20%、黄原为0.20%及海藻糖2.5%。在此条件下进行验证试验，3次平行试验得到的速冻调理猪肉丝解冻失水率为8.75%±0.26%，与预测值接近。

3 结论

通过对不同添加量的复合磷酸盐、黄原胶、海藻糖及TG酶进行单因素试验，在单因素试验基础上，选取复合磷酸盐添加量、黄原胶添加量及海藻糖添加量3个因素进行响应面优化，结果表明，对冻藏30 d速冻调理猪肉丝抗冻保水性的影响程度依次为复合磷酸盐添加量＞黄原胶添加量＞海藻糖添加量，经验证试验证明该模型合理可靠，由该模型得到的复合保水剂添加量为复合磷酸盐0.20%、黄原胶0.20%、海藻糖2.5%，实际速冻调理猪肉丝解冻失水率为8.75%±0.26%，为速冻调理猪肉丝的保水改良与优化提供依据。