《Food Chemistry: X》：Effects of different low-phosphate formulations on the quality of prepared pork patties under repeated freeze-thaw cycles: Water retention, texture, and sensory properties
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为应对反复冻融(F-T)循环导致的肉类产品品质劣变，并满足降低磷酸盐用量的健康需求，本研究通过构建低磷酸盐-碱性氨基酸-多元醇复合保水体系，系统探究了其对猪肉饼在7次F-T循环中保水性、质构、微观结构及感官特性的保护作用。结果表明，LP-II组(0.2% STPP + 0.7% L-精氨酸 + 0.6% 山梨糖醇)可将磷酸盐用量降低50%，同时在保水、质构等关键指标上达到甚至优于全磷酸盐配方的效果，为开发高性能、低磷酸盐的肉类添加剂提供了理论依据。
想象一下，你从超市冰柜里买回一包看起来不错的冷冻肉饼，回家经过解冻、烹饪，却发现盘子里留下一滩汁水，肉饼本身也变得干柴、口感不佳。这背后“罪魁祸首”很可能就是产品在储运过程中经历的反复“冷冻-解冻”循环。对于猪肉饼这类广受欢迎的方便肉制品，反复冻融(F-T)循环会促使冰晶形成和重结晶，破坏肌肉细胞结构，导致蛋白质变性、汁液流失、质地变差，并加速脂肪和蛋白质的氧化。这不仅损害产品的感官和营养品质，也造成巨大的经济损失。
更令人关注的是，为了对抗这些品质劣变，食品工业广泛使用磷酸盐类添加剂（如三聚磷酸钠STPP）来提升产品的保水性。然而，过量摄入磷酸盐已被证实与心血管疾病、肾功能损害等健康风险相关。因此，寻找能够有效替代或部分替代磷酸盐的方案，成为肉类加工领域亟待解决的关键问题。现有策略，如使用物理加工技术或碳酸氢钠等无磷替代物，往往存在成本高、效果不足等局限。那么，有没有一种方案，能在显著降低磷酸盐用量的同时，依然为反复冻融的肉制品提供坚固的品质“盔甲”呢？
为此，西华大学食品与生物工程学院的研究团队在《Food Chemistry: X》上发表了一项研究。他们提出了一个创新性的假设：一个由微量STPP、强有机碱L-精氨酸和多元醇山梨糖醇组成的优化配方，或许能为经历多次F-T循环的猪肉饼提供与传统磷酸盐添加剂相当甚至更优的品质保护。为了验证这一假设，研究人员开展了一项系统而深入的研究。
研究人员首先设定了四个实验组：对照组（不添加任何保水剂）、全磷酸盐组（FP，添加0.4%复合磷酸盐）、低磷组I（LP-I，添加0.2%复合磷酸盐+0.2%碳酸氢钠）以及低磷组II（LP-II，添加0.2% STPP + 0.7% L-精氨酸 + 0.6% 山梨糖醇）。他们将这些配方应用于猪肉饼中，并让样品经历多达7次的F-T循环（-20°C冷冻48小时，4°C解冻24小时为一循环）。随后，他们动用了一系列现代食品科学与分析技术，对冻融前后肉饼的品质进行了全方位、多尺度的评估。
为开展本研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法： 首先，他们按照特定配方和工艺制备了猪肉饼样品，并对其施加了0至7次标准的冻融循环处理。在分析过程中，他们系统测定了样品的pH值、蒸煮损失与解冻损失以评估保水性；利用低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）技术分析了水分分布与迁移情况；通过组织切片（H&E和ORO染色）和扫描电子显微镜（SEM）观察了微观结构的演变；采用圆二色光谱（CD）和表面疏水性测定探究了肌原纤维蛋白的二级和三级结构变化；同时，也测定了硫代巴比妥酸反应物（TBARS）和蛋白质羰基含量以评估氧化程度；最后，还借助质构分析仪、电子鼻和电子舌对产品的质构与风味感官特性进行了客观评价。
研究结果部分揭示了低磷配方LP-II的卓越保护效果：
3.1. pH值
数据显示，LP-II组在整个F-T循环过程中始终维持着最高的pH值。这主要归功于L-精氨酸的强碱性，它能使肉基质的pH值远离肌球蛋白的等电点，从而增强蛋白质的水合作用和静电斥力。
3.2. 保水性（WHC）
在经历7次F-T循环后，LP-II组的蒸煮损失和解冻损失分别比对照组降低了约15%和12%，且其数值在所有处理组中始终保持最低。这表明LP-II配方能有效抑制水分迁移和汁液流失。
3.3. 水分流动性与分布
LF-NMR和MRI分析显示，随着F-T循环次数的增加，对照组中的不易流动水大量转化为自由水，而LP-II组则能最有效地限制这种转化，将水分更多地维持在不易流动的状态，磁共振成像也证实了LP-II组在高信号（代表自由水）区域面积上的优势。
3.4. 猪肉饼的组织学分析
H&E染色结果显示，随着F-T循环，对照组的肌纤维间隙扩大，出现不规则空泡（冰晶形成痕迹），组织结构连续性变差。而LP-II组则能较好地保持组织形态的连续性，空泡较少。ORO染色进一步表明，LP-II组的脂肪分布更均匀，聚集程度低。
3.5. 圆二色光谱（CD）
CD光谱分析表明，F-T循环破坏了肌原纤维蛋白的有序α-螺旋结构，使其向无序的β-折叠和无规卷曲转变。这种破坏在对照组中最严重，而LP-II处理能最有效地抑制这种结构劣变，维持较高的α-螺旋比例。
3.6. 表面疏水性
蛋白质的表面疏水性随着F-T循环而增加，反映了蛋白质三级结构展开和疏水基团暴露。LP-II组表面疏水性的上升幅度最小，说明L-精氨酸和山梨糖醇的组合有助于保护蛋白质的天然构象，减少疏水残基的暴露。
3.7. 脂肪和蛋白质氧化
在脂肪氧化（TBARS值）方面，LP-I和LP-II组对氧化的抑制效果优于FP组。然而，在蛋白质氧化（羰基含量）方面，虽然LP-II在早期循环中表现出色，但在第7次循环时，FP组的羰基含量低于LP-II组。这表明在极端F-T条件下，传统磷酸盐在抑制长期累积的蛋白质氧化方面可能更具优势。
3.8. 色泽
反复F-T循环导致所有肉饼的亮度（L值）增加，红度（a值）和黄度（b值）下降。在7次循环后，LP-II组在维持红度（a值）方面表现出与FP组相当的能力。
3.9. 外观与微观结构分析
视觉上，经7次循环后，对照组的熟制肉饼渗出大量汁液，而LP-II组的渗出最少，外观最饱满。SEM观察显示，对照组的肌原纤维网络在冻融和加热后变得松散、破裂，形成大而不规则的孔洞。相比之下，LP-II组保持了相对连续、致密的网络结构，孔隙小而均匀。
3.10. 质构特性
随着F-T循环，所有肉饼的硬度、咀嚼性、内聚性和弹性均显著下降。LP-II处理提供了最有效的保护，在循环后仍能保持最高的硬度、咀嚼性、弹性和回复性。
3.11. 气味谱
电子鼻分析表明，F-T循环改变了肉饼的整体挥发性成分组成。经历7次循环后，LP-II组在气味特征上与其他组区分开来，表明其特定配方对冻融后肉饼的气味产生了独特影响。
3.12. 风味谱
电子舌分析显示，7次F-T循环后，样品的鲜味和浓厚感信号减弱，苦味和涩味信号增强。在循环后的各组中，LP-II处理表现出相对较强的鲜味和浓厚感信号。
3.13. 机理示意图
基于实验结果，作者提出了LP-II的作用机理示意图：STPP通过提供高离子强度促进盐溶性蛋白溶出；L-精氨酸通过维持碱性pH环境增强蛋白质分子间静电斥力，两者协同有助于形成强保水网络结构。在此基础上，山梨糖醇通过氢键结合水分子，进一步抑制冰晶生长，从而在反复F-T循环后仍能帮助维持肉糜体系的良好品质。
归纳研究结论与讨论：
本研究得出结论，低磷酸盐配方LP-II（0.2% STPP, 0.7% L-精氨酸, 0.6% 山梨糖醇）在反复F-T循环中能有效维持猪肉饼的品质。在保水性、质构特性等核心指标上，其效果已达到甚至优于传统全磷酸盐配方，同时将磷酸盐用量降低了50%。这为开发高性能、低磷酸盐的肉类产品添加剂提供了一个极具前景的策略。
然而，研究也发现了一个重要的局限性：随着F-T循环次数增加，所有样品均出现显著的蛋白质氧化，且在第七次循环时，FP组的蛋白质羰基含量低于LP-II组。这提示，在极端反复冻融条件下，LP-II配方在对抗长期累积的蛋白质氧化方面可能面临更大挑战。因此，论文在讨论中强调，即使采用了先进的保护性配方，最大限度地减少生产、分销和储存过程中的F-T循环次数，对于维持肉制品品质依然至关重要。
这项研究的意义在于，它不仅从保水、质构、微观结构和蛋白构象等多个层面，阐明了LP-II复合配方的保护机理，为“减磷”目标提供了切实可行的解决方案和理论依据；也客观指出了该方案在抗氧化方面的潜在短板，为未来的优化方向（例如，复配天然抗氧化剂）指明了道路。总之，该工作平衡了健康需求与产品品质，对肉类加工工业具有重要的理论和实践指导价值。
