李叢勝，羅雨，劉馨雨，劉笑，田佳佳，劉金平，尚校蘭，*

（1.廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北廊坊065000；2.河北省動(dòng)物多樣性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北廊坊065000）

保水性是衡量牛肉糜制品的一個(gè)重要指標(biāo)，如何提高牛肉糜保水性，減少蒸煮損失成為研究的重點(diǎn)。當(dāng)前，我國(guó)食品工業(yè)大部分采用磷酸鹽作為肉制品的保水劑。但過(guò)多的磷酸鹽對(duì)食物和人體都存在危害。鑒于此，許多研究人員將目光轉(zhuǎn)向了無(wú)磷保水劑。Velde[1]和Pietrasik[2]發(fā)現(xiàn)，向肉制品添加多糖有利于保持肉中的水分。張杰等[3]發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉、檸檬酸三鈉和乳酸鈉均可代替磷酸鹽，降低牦牛肉的蒸煮損失；李雪姣等[4]研究確定無(wú)磷保水劑最佳配比為：蘋(píng)果酸鈉4%、醋酸鈉1.5%、氯化鈉1.5%、水93%，此時(shí)牛肉蒸煮損失降至14.79%；付麗等[5]向牛排中添加0.5%蘋(píng)果酸鈉、0.49%碳酸鈉、0.49%檸檬酸鈉以及0.11%蘋(píng)果酸，保水率達(dá)到30%，提高了牛排的品質(zhì)和嫩度。

目前，氨基酸作為保水劑添加到肉制品中也成為了研究的熱點(diǎn)。張建華等[6]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入6%氨基酸（L-組氨酸和L-賴氨酸的質(zhì)量比為1∶1）代替NaCl時(shí)，鴨肉的蒸煮損失顯著降低。李俊[7]的研究結(jié)果表明，添加0.8%L-賴氨酸或0.6%精氨酸均能改善豬肉腸品質(zhì)。

對(duì)于食品添加劑行業(yè)來(lái)講，研究開(kāi)發(fā)復(fù)合添加劑是一種趨勢(shì)，其使用效果優(yōu)于單一添加劑的使用[8]。另外，一定濃度的食鹽溶液可以提高肉制品保水性[9-10]。本試驗(yàn)擬采用L-組氨酸、L-賴氨酸、檸檬酸鈉復(fù)配，并加入1.5%的NaCl，制成無(wú)磷保水劑，加入到牛肉糜中，提高其保水性，改善牛肉品質(zhì)，順應(yīng)市場(chǎng)需求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉（后腿肉，宰后10 h）：廊坊市元辰超市；蒸煮袋：永誠(chéng)包裝材料有限公司；L-組氨酸、L-賴氨酸、檸檬酸鈉、氯化鈉、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉（均為食品級(jí)）：河南明瑞食品添加劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

J-HH-6A精密數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海皓莊儀器有限公司；FA2004B電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；FR-300A塑料薄膜封口機(jī)：上海義光包裝設(shè)備制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 牛肉糜的制備

將新鮮牛后腿肉切成邊長(zhǎng)1 cm的正方體，4℃下使用斬拌機(jī)于3 500 r/min斬拌3 min，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%的添加量加入NaCl，再于4℃下使用斬拌機(jī)于3 500 r/min斬拌3 min。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

分別以L-組氨酸（含量為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%）、L-賴氨酸（含量為 0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%）、檸檬酸鈉（含量為0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%）進(jìn)行單因素試驗(yàn)，測(cè)量蒸煮損失。當(dāng)選取一種添加劑的添加量作為自變量時(shí)，要固定另外兩種添加劑的添加量。

1.3.3 響應(yīng)面法確定無(wú)磷保水劑的最佳配比

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取每種添加劑蒸煮損失較低的3個(gè)濃度，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，具體因素水平見(jiàn)表1。

1.3.4 蒸煮損失的測(cè)定

按照已經(jīng)確定的試驗(yàn)方案，用精密天平準(zhǔn)確稱(chēng)取3種添加劑。每組取已經(jīng)制備好的牛肉糜100 g，分別加入3種不同含量的添加劑，混勻后裝入大小相同的蒸煮袋中，封口機(jī)封口，稱(chēng)重（m1）。水浴鍋提前加溫至90℃，將裝好肉糜的蒸煮袋放入水浴鍋加熱20 min。取出后至于流水中降低至室溫（20℃），剪開(kāi)蒸煮袋，用濾紙吸干肉糜表面水分后稱(chēng)重（m2）。每個(gè)樣品重復(fù)3次。按照以下公式計(jì)算蒸煮損失[11]。

表1 試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels for design

式中：CL為蒸煮損失，%；m1為蒸煮前牛肉糜質(zhì)量，g；m2為蒸煮后牛肉糜質(zhì)量，g。

1.3.5 復(fù)配無(wú)磷保水劑與磷酸鹽保水劑保水效果對(duì)比

響應(yīng)面法優(yōu)化出3種添加劑的最佳配比，按此配比復(fù)配添加劑，與磷酸鹽的保水性進(jìn)行對(duì)比，在相同條件下測(cè)量牛肉糜的蒸煮損失，以檢驗(yàn)此復(fù)配無(wú)磷保水劑的保水效果。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016、SPSS16.0和Design-expert 8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定3種添加劑的最佳配比，使牛肉糜蒸煮損失降低到最小。

2 結(jié)果與分析

2.1 L-組氨酸添加量對(duì)牛肉糜保水性的影響

不同L-組氨酸添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響見(jiàn)圖1。

圖1 不同L-組氨酸添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.1 Effect of different L-histidine additions on cooking loss of minced beef

由圖1可知，隨著L-組氨酸添加量的逐漸增加，蒸煮損失降低極顯著（P＜0.01）。當(dāng)L-組氨酸添加量為0.15%時(shí)，蒸煮損失達(dá)到14.67%，較空白對(duì)照組下降了48.18%，牛肉糜保水性極顯著提高（P＜0.01）。Zhang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，L-組氨酸的添加對(duì)熱誘導(dǎo)的凝膠行為和增強(qiáng)水的結(jié)合能力有積極的影響，增加了凝膠的交聯(lián)密度，有助于改善肌球蛋白的凝膠特性，特別是在低NaCl濃度下，其保水效果更明顯。李儒仁等[13]研究表明，L-組氨酸可以改變蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象，使肌球蛋白的溶解度提高，進(jìn)而提高肉制品的保水性。當(dāng)L-組氨酸添加量大于0.15%時(shí)，蒸煮損失升高極顯著（P＜0.01），故將L-組氨酸添加量確定為0.15%。

2.2 L-賴氨酸添加量對(duì)牛肉糜保水性的影響

不同L-賴氨酸添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同L-賴氨酸添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.2 Effect of different L-lysine additions on cooking loss of minced beef

由圖2可知，當(dāng)L-賴氨酸含量小于0.20%時(shí)，隨著含量升高，蒸煮損失下降極顯著（P＜0.01），較空白對(duì)照組下降34.58%。當(dāng)添加量為0.20%時(shí)，牛肉糜蒸煮損失降到最小為19.57%。Guo等[14]研究發(fā)現(xiàn)，L-賴氨酸添加在肉制品中，使表面疏水性和反應(yīng)性巰基含量增加（P<0.05），最終增加肉的肌球蛋白的溶解度，提高肉制品保水性[15]。李林賢等[16]發(fā)現(xiàn)，L-賴氨酸可以提高肌球蛋白的溶解度，提高保水性，改善肉制品品質(zhì)。當(dāng)L-賴氨酸添加量大于0.25%時(shí)，蒸煮損失升高，但不顯著（P＞0.05），故選擇L-賴氨酸的添加量為0.25%。

2.3 檸檬酸鈉添加量對(duì)牛肉糜保水性的影響

檸檬酸鈉作為一類(lèi)強(qiáng)堿弱酸鹽，也具有提高保水性的能力。不同檸檬酸鈉添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響見(jiàn)圖3。

圖3 不同檸檬酸鈉添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.3 Effect of different sodium citrate additions on cooking loss of minced beef

由圖3分析可知，添加有檸檬酸鈉的牛肉糜的蒸煮損失與空白對(duì)照組相比，有降低趨勢(shì)。當(dāng)檸檬酸鈉添加量小于0.30%時(shí)，隨添加量的增加，蒸煮損失下降極顯著（P＜0.01）。張英等[17]研究表明，檸檬酸鈉對(duì)肉組織中的金屬離子（Ca2+、Mg2+等）具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，從而有效鎖住組織中的水分，提高肉制品保水性。李雪蕊等[18]研究發(fā)現(xiàn)，添加檸檬酸鈉可以使肉制品形成緊密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)受熱變性，阻止水分流失，從而使蒸煮損失顯著降低（P<0.05），提高肉制品的保水能力。且在低NaCl添加量下，由于Cl-提高了凈電作用力，使得肉制品蛋白質(zhì)的內(nèi)聚力下降，組織結(jié)構(gòu)松散，從而能夠保留更多的水分，使肉的嫩度得到改善。當(dāng)檸檬酸鈉添加量大于0.30%時(shí)，下降不顯著（P＞0.05）。故將檸檬酸鈉的添加量確定為0.30%。

2.4 響應(yīng)面法試驗(yàn)結(jié)果及優(yōu)化分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，每種添加劑選出3個(gè)較優(yōu)添加量，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共17個(gè)處理組合，具體組合編碼見(jiàn)表2，回歸方程方差分析見(jiàn)表3。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface analysis（RSA）

表3 回歸方程方差分析Table 3 Variance analysis of regression models

利用Design-expert 8.0軟件對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸擬合，得到該組數(shù)據(jù)的編碼方程為：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，該回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），說(shuō)明此模型理想可用。模型的決定系數(shù)為R2=0.975 0，校正決定系數(shù)為R2Adj=0.942 8，表明模型中有94.28%可以用此方程來(lái)解釋?zhuān)f(shuō)明該方程對(duì)試驗(yàn)擬合好，試驗(yàn)誤差小。信噪比Adeq Precision=19.694＞4，說(shuō)明該模擬響應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)，可進(jìn)行真實(shí)值的分析和試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)。該模型較好地反映了L-組氨酸、L-賴氨酸以及檸檬酸鈉和牛肉糜蒸煮損失之間的關(guān)系。

一次項(xiàng)L-組氨酸添加量（A）和L-賴氨酸添加量（B）對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），而檸檬酸鈉添加量（C）對(duì)蒸煮損失的影響不顯著（P＞0.05）；L-賴氨酸和檸檬酸鈉的二次項(xiàng)（B2和 C2）對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），而 L-組氨酸的二次項(xiàng)（A2）不顯著（P＞0.05）；兩兩因素的交互項(xiàng)（AB、AC、BC）對(duì)蒸煮損失的影響都不顯著（P＞0.05）。

2.5 兩因素之間的交互作用

由軟件得到各因素交互作用的等高線圖和響應(yīng)面圖，它們直觀的反映出3個(gè)自變量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響。響應(yīng)面曲面坡度陡峭，等高線圖中的橢圓較扁，說(shuō)明該因素對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響顯著，反之則不顯著，由此，可分析兩兩因素對(duì)牛肉糜蒸煮損失的交互作用的影響。

2.5.1 L-組氨酸和L-賴氨酸之間的交互作用

L-組氨酸和L-賴氨酸的交互作用對(duì)蒸煮損失的影響見(jiàn)圖4。

圖4 L-組氨酸和L-賴氨酸的交互作用對(duì)蒸煮損失的影響Fig.4 Effect of interaction of L-histidine and L-lysine on cooking Loss

由圖4觀察分析可得，響應(yīng)面的曲面平緩，等高線也比較稀疏，所以交互項(xiàng)AB對(duì)牛肉糜的蒸煮損失影響不顯著。檸檬酸鈉的添加量固定在0.30%，當(dāng)L-組氨酸添加量較高時(shí)，隨著L-賴氨酸添加量的逐漸增加，牛肉糜蒸煮損失逐漸下降，且下降速度越來(lái)越慢。

2.5.2 L-組氨酸和檸檬酸鈉之間的交互作用

L-組氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對(duì)蒸煮損失的影響見(jiàn)圖5。

圖5 L-組氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對(duì)蒸煮損失的影響Fig.5 Effect of interaction of L-histidine and sodium citrate on cooking Loss

由圖5觀察分析可得，響應(yīng)面曲面平緩，等高線稀疏，故L-組氨酸和檸檬酸鈉的二次項(xiàng)交互作用對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響不顯著。L-賴氨酸添加量固定在0.25%，L-組氨酸添加量較高時(shí)，隨著檸檬酸鈉添加量的逐漸增加，牛肉糜的蒸煮損失先降低后升高；L-組氨酸添加量較低時(shí)，此變化更明顯。

2.5.3 L-賴氨酸和檸檬酸鈉之間的交互作用

L-賴氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對(duì)蒸煮損失的影響見(jiàn)圖6。

圖6 L-賴氨酸和檸檬酸鈉的交互作用對(duì)蒸煮損失的影響Fig.6 Effect of interaction of L-lysine and sodium citrate on cooking Loss

由圖6觀察分析可得，響應(yīng)面的坡度較圖4、圖5有所增加，等高線也比較密集，但L-賴氨酸和檸檬酸鈉的二次項(xiàng)交互作用仍然不顯著。L-組氨酸添加量固定在0.15%，當(dāng)檸檬酸鈉添加量較低時(shí)，隨著L-賴氨酸添加量逐漸增加，蒸煮損失先降低后升高；當(dāng)檸檬酸鈉添加量較高時(shí)，隨著L-賴氨酸添加量的逐漸增加，蒸煮損失先降低后升高，變化不是很明顯。

2.6 無(wú)磷保水劑復(fù)配最佳配比的確定

本試驗(yàn)采用L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉復(fù)配制備無(wú)磷保水劑。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，探究3種添加劑的不同添加量對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響，篩選出較優(yōu)的添加量，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)。根據(jù)軟件分析得到二次回歸方程，利用軟件的Optimization的Numerical優(yōu)化功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，得到3種添加劑的最佳配比為：L-組氨酸0.20%，L-賴氨酸0.30%，檸檬酸鈉0.23%，此時(shí)，牛肉糜的蒸煮損失達(dá)到最小值10.85%。

2.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，按優(yōu)化出的無(wú)磷保水劑的最佳配比將3種添加劑加入牛肉糜中，測(cè)量蒸煮前后的水分損失，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。實(shí)際測(cè)得的牛肉糜蒸煮損失為10.87%，十分接近預(yù)測(cè)值10.85%，相對(duì)誤差不超過(guò)0.02%，故通過(guò)響應(yīng)面所得到的牛肉糜蒸煮損失的方程適用性強(qiáng)，優(yōu)化的復(fù)配比例準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.8 復(fù)配無(wú)磷保水劑與磷酸鹽保水劑保水效果對(duì)比

試驗(yàn)設(shè)計(jì)3組，使用相同的加入1.5% NaCl的牛肉糜為原料，保證同樣的試驗(yàn)條件，每組重復(fù)3次，取平均值。

第1組，空白對(duì)照組，不添加任何保水劑，按1.3.4方法測(cè)量其蒸煮前后的失水量，測(cè)量牛肉糜蒸煮損失為26.07%。

第2組，王麗芳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，磷酸鹽的添加量為0.2%，最佳配比為：三聚磷酸鈉∶焦磷酸鈉∶六偏磷酸鈉=0.75∶1∶1（質(zhì)量比）時(shí)，豬肉丸具有最好的保水效果。按此配比將復(fù)配的磷酸鹽加入到牛肉糜中，得到加入磷酸鹽后牛肉糜的蒸煮損失為15.32%。

第3組，按優(yōu)化出的L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉的配比將3種添加劑加入到牛肉糜，測(cè)量其蒸煮損失，為10.87%。

不同處理對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響見(jiàn)圖7。

圖7 不同處理對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.7 Effects of different treatments on cooking loss of minced beef

由圖7分析可得，L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉復(fù)配制備的無(wú)磷保水劑能夠極顯著降低牛肉糜蒸煮損失（P＜0.01），且其保水效果優(yōu)于磷酸鹽保水劑。

3 討論

由單因素試驗(yàn)分析得到，L-組氨酸和L-賴氨酸加入到牛肉糜中，都可以使其蒸煮損失降低，且隨著添加量的逐漸增加，蒸煮損失先降低后升高，其原因還有待于進(jìn)一步研究。牛肉糜中加入復(fù)配的無(wú)磷保水劑，可以使其pH值提高，從而遠(yuǎn)離肌原纖維蛋白的等電點(diǎn)，有利于組織中蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，提高凝膠強(qiáng)度[20-21]，降低肉制品蒸煮損失，使保水性和品質(zhì)得到提高。

4 結(jié)論

根據(jù)單因素試驗(yàn)可得，添加一定濃度的L-組氨酸、L-賴氨酸和檸檬酸鈉都可以降低牛肉糜的蒸煮損失，從而提高保水性。由響應(yīng)面試驗(yàn)建立了二次回歸模型，分析得到，一次項(xiàng)L-組氨酸添加量（A）和L-賴氨酸添加量（B）對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平，L-賴氨酸和檸檬酸鈉的二次項(xiàng)（B2和C2）對(duì)牛肉糜蒸煮損失的影響達(dá)到了極顯著水平。對(duì)回歸方程求導(dǎo)得到3種添加劑的最佳配比為：L-組氨酸0.20%，L-賴氨酸0.30%，檸檬酸鈉0.23%，此時(shí)牛肉糜的蒸煮損失達(dá)到最小值10.85%。在此最優(yōu)復(fù)配組合處理下，牛肉糜的蒸煮損失顯著降低，且保水效果優(yōu)于磷酸鹽，又避免了對(duì)食品和人體的不良影響，為無(wú)磷保水劑的開(kāi)發(fā)提供了依據(jù)。