3種磷酸鹽對冷藏牦牛肉中水分的調控作用

李偉麗，任艷嬌，吳勝勇，車振明，吳 韜

(西華大學食品與生物工程學院，四川 成都 610039)

牦牛是青藏高原及其毗鄰地區特有牛種，放牧于海拔3 000 m以上的高寒草地，適應高海拔地區缺氧、高寒和牧草匱乏等極端惡劣環境，是高原畜牧業最重要的優勢畜種[1]。全世界存欄的牦牛約有95%集中在中國。牦牛肉肉質鮮美，其不飽和脂肪酸總量、花生四烯酸、亞油酸等營養成分顯著高于黃牛肉。

肉質的多汁性是評價肉制品品質和消費者接受程度的重要指標之一，與肉制品的保水性聯系緊密。大多數超市購買的牦牛肉均經過冷凍或冷藏，其保水性必然會受到一定的影響。磷酸鹽是肉制品中合法使用的食品添加劑。它具有提高肉類pH值、螯合肉中金屬離子、增加肉的離子強度、解離肌動球蛋白等的作用[1-20]。為了改善肉制品的保水性，張杰等[2]采用檸檬酸鈉、海藻酸鈉、乳酸鈉非磷保水劑對牦牛肉的保水性進行了研究。但有關磷酸鹽對牦牛肉中水分子的調控作用鮮有報道。肌水的分布和流動性在很大程度上影響肉的多汁性、嫩度[21]。低場核磁共振技術作為一種無損檢測方法，可從微觀上研究食品內部水分的分布和遷移情況[3-4]，提供有關水質子與蛋白質中可交換質子之間關聯的有效信息，并提供肌水的化學物理狀態，具有快速、無損、準確的特點，在研究食品原料的水分存在狀態方面具有獨特的優越性[2]。另外，NMR橫向弛豫時間T2可定量表征肌肉中水分分布狀況和流動性，為進一步分析肉的品質提供相關數據[21]。目前國內外不少學者對LF-NMR的應用進行了研究，其中在肉制品的食用品質和加工品質方面的檢測，以及肉制品摻假判定和新鮮度檢測等方面應用十分廣泛：程天賦等[22]利用LF-NMR探究了雞肉解凍過程中肌原纖維水的變化及品質影響；Guiheneuf[23]等采用LF-NMR技術檢測解凍豬肉的水分分布變化。本試驗首先采用LF-NMR技術研究冷藏溫度對牦牛肉保水性的影響，其次探索食品中最常用的3種磷酸鹽對牦牛肉保水性的調控作用，以期為牦牛肉的貯藏保鮮技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牦牛后腿肉，四川省阿壩州紅原縣；焦磷酸鈉(sodium pyrophosphate，SPD)、六偏磷酸鈉(sodium hexametaphosphate，SHMP)、三聚磷酸鈉(sodium tripolyphosphate，STPP)，山東優索化工科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Micro MR23-040V-1低場核磁共振成像與分析系統，上海紐邁電子科技有限公司；海爾BCD-649WE冰箱，青島海爾股份有限公司；Forma900系列-86 ℃立式超低溫冰箱，賽默飛世爾科技有限公司；JA2003電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冷(凍)藏樣品制備

將新鮮牦牛肉清洗干凈后，切成大小約為2 cm×1 cm×1 cm的肉塊，瀝干表面水分。將牦牛肉分別置于4、-20和-70 ℃處理24 h。解凍后進行LF-NMR檢測。

1.3.2 磷酸鹽處理

按照表1中磷酸鹽質量分數分別配制50 mL溶液備用，將肉塊置于4 ℃下腌漬24 h。設置空白組，將牛肉置于同等體積的蒸餾水內腌制。腌制后進行LF-NMR檢測，每種處理方式各重復6次。

表1 3種磷酸鹽的質量分數

1.3.3 LF-NMR測定

將待測樣品恢復至常溫并瀝干表面水分，放入裝載樣品的測試管內，選擇序列為Q-CPMG進行低場核磁共振檢測。參數設置為：采樣點數TD=220 054；重復采樣等待時間TW=3 000 ms；重復掃描次數NS=2；回波個數NECH=5 500。

1.3.4 相對自由水峰面積測定

本實驗用相對自由水峰面積(relative peak area，RPA)來表征肉塊的保水強度，即：

(1)

式中：A22*為處理前牦牛肉自由水的峰面積；A22**為磷酸鹽處理后自由水的峰面積。

1.3.5 數據處理

采用SPSS17.0進行主成分分析(principal component analysis，PCA)和顯著性檢驗(P<0.05)，Origin2017繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同冷(凍)藏溫度下的牦牛肉中水分分布情況

前期研究表明，使用LF-NMR檢測到的水分分布圖有多種，如Ciara K.McDonnell等[10]認為肉制品中含有3種水的存在形式，分別為結合水、不易流動水、自由水；Tornberg等[11]利用NMR檢測到肉中含有2～4種水的存在形式，代表了胞內水與胞外水。牦牛肉在不同溫度下儲藏24 h的弛豫時間(由暫態趨于定態所需時間)的對數值與強度，如圖1所示。結合本實驗樣品的弛豫時間和峰面積比可知[11]，牦牛肉樣品經過4 ℃冷藏后有2個峰，即有2種存在形式的水，分別為結合水和自由水，弛豫時間分別用T2b和T22來表示[12]。結合水是與大分子緊密結合的水，自由水是肌原纖維蛋白外部水，包括肌漿蛋白部分。而-20 ℃和-70 ℃只有1個峰，為T22。3種溫度下，牦牛肉中自由水含量最多；但經過冷凍后，牦牛肉中的結合水分丟失，自由水變化不大。同時，在4 ℃條件下，2個峰的間隔較大，可知牦牛肉中相鄰狀態的水分，流動性相差較大，表明在牦牛肉中，這2種水分之間相互轉換可能性較小。李東等[14]分析稻谷水分時發現，這2種水分之間的轉換可能性較大。由此推斷，不同食品成分能夠對水分子遷移產生顯著影響。

圖1 不同儲藏溫度下的水分分布狀態

由表2可知，隨著儲藏溫度的下降，自由水峰面積A22分別減少19.0%和26.6%，說明自由水也在減少。一方面原因可能是由于冷凍后，牦牛肉的肌肉組織結構和細胞受低溫影響損傷較大，水分與肉的結合能力下降，且結合水受溫度的影響不斷滲出；另一方面，牦牛肉中的自由水在貯藏過程中不斷向周圍環境遷移，使得周圍環境濕度達到平衡，從而導致牦牛肉中的自由水降低。

表2 不同溫度下各水分相對峰面積的原始數據表 (n=6)

注：表中不同字母代表差異顯著

2.2 磷酸鹽處理對牦牛肉保水性的影響

由2.1可知，4 ℃冷藏時，牦牛肉水分含量最高，且含有2種狀態的水分；因此，磷酸鹽保水試驗在4 ℃下實施。由于自由水占比遠遠大于結合水，因此本試驗主要探討自由水的變化情況。結果如表3所示。3種磷酸鹽的相對峰面積均比空白組大，說明3種磷酸鹽對牦牛肉均有保水作用，且STPP>SHMP>SPD，但SHMP的走勢較為平緩，與孟晨等[16]研究結果相似，SPD和STPP的走勢陡峭。其次，3種磷酸鹽所導致的相對峰面積極差較大，說明磷酸鹽的濃度對牦牛肉保水性的影響較大。同時，SPD、STPP、SHMP質量分數分別在0.3%、0.36%、0.35%時，其相對峰面積最大。

表3 LF-NMR所測數據 (n=6)

注：表中不同字母代表差異顯著

2.3 主成分分析

主成分分析是一種線性的建模方式，可通過一個多維潛在的主成分來解釋原有變量的信息。由主成分載荷值可以解釋樣品的特點、分組、相似性及差別[8]，這就使得主成分比原始變量具有某些更優越的性能。利用主成分分析，可以判斷影響牦牛肉保水性的主要影響因素并對綜合指標進行評價。為順利進行主成分分析，本文將牦牛肉經3種磷酸鹽梯度處理前后的峰寬(T22CW*、T22CW**)、峰面積(A22*、A22**)、弛豫時間(T22*、T22**)和相對自由水峰面積RPA組成矩陣。孟晨等[16]采用SPSS17.0.統計軟件對各樣品數據結果進行標準化處理后再進行主成分分析，并計算主成分解釋的總方差和旋轉成分矩陣。解釋的總方差見表4，第1個主成分的特征值為3.674，方差貢獻率為52.489%； 第2個主成分的特征值為1.079，方差貢獻率為15.409%；第3個主成分的特征值為1.041，方差貢獻率為14.866%；前3個主成分的特征值均大于1，并且3個主成分旋轉后的累積貢獻率到達82.764%。因此，本研究采用前3個主成分進行綜合評價[17]。

表4 解釋的總方差

由圖2(a)可見，3種不同形狀的點分別代表不同的磷酸鹽處理對牦牛肉自由水的影響效果。同種形狀的點之間也能很好地進行區分，說明同種磷酸鹽，不同濃度處理對于牦牛肉的保水性也有較強的顯著差異。有研究認為，肉樣中結合水與不易流動水含量的增加有助于肉樣持水能力和嫩度的提高，對肉質的變化起到積極的作用[22]。由載荷圖(圖2(b))可知，對于牦牛肉的保水作用強度來說，RPA對于自由水保持的影響最大。

注：不同形狀的點分別代表不同的磷酸鹽處理對牦牛肉自由水的影響效果

圖2 主成分分析圖

以3個主成分因子得分與方差貢獻率乘積之和相加，可以得到不同加工方法樣品的綜合得分(F)。通過綜合得分對牦牛肉的保水性進行綜合性評價，綜合評價的值與保水作用強度呈正相關，根據特征向量，得到主成分線性組合表達式[18]：

F=0.52489F1+0.15409F2+0.14866F3

(2)

3種磷酸鹽不同濃度處理下牦牛肉的綜合得分及排序見表5?？梢姡?.35%的SHMP(M13)處理牦牛肉時，其綜合得分最高；以0.26%的SPD(M2)處理牦牛肉時的綜合評分最低。根據主成分分析結果可知，經SPD處理的牦牛肉質量均為負值，表明SPD處理的牦牛肉低于總體的平均水平；經同種磷酸鹽不同濃度的綜合得分進行求和處理，得出F(SPD)=-0.635 6，F(STPP)=0.350 9，F(SHMP)=0.284 8。由此可以反映，在保水性方面STPP處理牛肉的效果要優于SHMP。

表5 綜合得分及排序

注：表5與表3編號對應

3 結論

利用低場核磁共振技術研究了3種磷酸鹽對低溫冷藏(凍)牦牛肉中水分分布狀況的影響。結果表明，牦牛肉經過4 ℃冷藏24 h后，同時存在結合水和自由水；分別在-20 ℃和-70 ℃下冷凍24 h后，結合水完全消失，自由水分別減少19.0%和26.6%。因此。4 ℃冷藏更適合牦牛肉水分維持。在保水性試驗中發現，添加磷酸鹽會提高牦牛肉的保水性，但不同磷酸鹽調控效果存在顯著差異。

隨著磷酸鹽質量分數的增加，牦牛肉的保水作用先不斷加強，直到某一臨界點時，其保水作用隨之減弱。主成分分析結果表明：以0.35%的SHMP處理牦牛肉時，其保水作用最強；以0.26%的SPD處理牦牛肉時，其保水作用最弱。當SPD質量分數為0.36%～0.41%，STPP的質量分數為0.30%～0.45%，SHMP的質量分數為0.35%時，保水作用效果最佳。同時，STPP處理牦牛肉的保水效果要優于SHMP，SPD的保水效果低于3種磷酸鹽的平均水平，同種磷酸鹽、不同濃度也會呈現顯著差異。在綜合評價牦牛肉保水性過程中，RPA、T22**和A22**起到主要貢獻。本研究結果為不同冷藏處理的牦牛肉保水提供了安全可行的技術參考，并結合水分分布情況闡明了不同磷酸鹽的作用差異，為牦牛肉冷藏保鮮加工提供了一定的科學依據。在進一步研究中，將結合牦牛肉的嫩度、解凍損失率、蒸煮損失率等關鍵品質指標進行相關性分析，為牦牛肉冷鏈貯運及產品保鮮提供更加深入多元的技術和數據支持。