图 1 血红蛋白分子结构
Fig. 1 Structure of the hemoglobin molecule
胡 煌 1，吕 飞 2，丁玉庭 2
（1.金华职业技术学院农业与生物工程学院，浙江 金华 321000；2.浙江工业大学海洋学院，浙江 杭州 310014）
摘 要：肉制品的色泽是判断其品质的最直观指标，其变化与肉制品品质及加工过程的处理有关。本文对肉制品的呈色机理和色泽评定指标及方法进行综述，目的是对方法的特点及适用性进行比较，并从机理上进行探讨，为肉制品颜色测定方法的选择提供依据。肉制品的呈色机理和色泽保护是该领域的研究热点，包括肌红蛋白呈色的化学原理，亚硝酸盐对肉制品的发色作用机理以及影响色泽变化的主要因素；评价方法包括物理评定法、化学评定法、感官评定法。新兴的计算机视觉技术发展迅速，已表现出了对于肉色评价的巨大潜力。
关键词：肉制品；肌红蛋白；亚硝酸盐；呈色机理；色泽评定
对于食物，人们最直观最先决的感受就是视觉上的刺激。对于普通消费者来说，肉制品的色泽比其他的质量因素更为重要 [ 1]。因为颜色更为直观，并且消费者未接触肉制品的情况下，颜色就可能成为评判其质量的唯一标准。例如消费者和厨师就通常通过肉色来判断牛排的烤熟度 [2]。肉的颜色并不能真正反映肉的营养状态、风味、安全性和商品价值，然而它却是消费者最为关心的问题，在一定程度上影响着肉类产品的销售 [3]。
对于原料肉来说，肉色是评价肉制品新鲜程度、决定消费者购买行为的重要指标 [ 4]。一般肉类呈现红色是因为肉中含有显红色色素的肌红蛋白和血红蛋白。牲畜屠宰之后即使放血充分，在微细的毛细血管中仍会残有少量的血液，其中含有的血红蛋白对肉的颜色有直接关系。但肉固有的红色是由肌红蛋白所决定的 [ 5]。原料肉加工成腌腊制品、酱卤制品、熏烤制品、干制品、培根、火腿和香肠等肉制品大都经过亚硝酸盐的发色工艺处理，因此亚硝酸盐的发色机理以及工艺条件的影响也对肉制品的色泽有重要意义。
评价肉制品色泽的方法包括物理评价、化学评价以及感官评价法等，这些方法的评定机理和操作方式不同，从机理和操作方式上进行比较有助于在应用中选择合理和适用的方法。本文主要基于国内外有关研究及进展对肉制品呈色机理和色泽评价指标及方法进行综述，其目的是对方法的特点及适用性进行比较，并从机理上进行探讨，为方法的选择和应用提供依据。
肉的颜色主要取决于肌肉中的色素物质——肌红蛋白、血红蛋白和微量有色代谢物的组成。另外，其他的一些因素如动物本身的年龄、品种、性别、遗传、屠宰以及一些环境因素如含氧量、温度、pH值、湿度、贮藏时间、脂质过氧化、微生物等都会影响肉的颜色。
肉中最初的蛋白主要是血红蛋白（hemoglobin，Hb）和肌红蛋白（myoglobin，Mb），这2 种蛋白很容易与O 2结合生成氧合血红蛋白（oxyhemoglobin，HbO 2）和氧合肌红蛋白（oxymyoglobin，MbO 2）。鲜肉的颜色也由于放置在空气中经过一定时间，发生由暗红色变为鲜红色再变为褐红色的变化。这种颜色的改变是由于肉中鲜红色的MbO 2不断被氧化为褐红色的高铁肌红蛋白（metmyoglobin，MetMb）。肉制品在加工过程中，色泽也是一个很重要的问题，它涉及肉的发色、褪色、变色等。这些色泽的变化都与肉中色素蛋白质的含量有关。此外，还可以和CO 2、NO等结合，特别是和NO的结合，生成亚硝基血红蛋白（nitrosohaemoglobin，HbNO）和亚硝基肌红蛋白（nitrosomyoglobin，MbNO），是肉制品加工中发色的主要机理。
1.1 色素蛋白
肌肉中的色素蛋白主要包括血红蛋白和肌红蛋白。Hb的分子质量为66 000～68 000 D，每个血红蛋白分子由1 个珠蛋白结合4 个亚铁血红素构成，珠蛋白约占96%，血红素占4%，分子结构如图1所示。亚铁血红素带有2 个乙烯基、4 个甲基与2 个丙酸基的二价铁的原卟啉。
Mb主要存在于肌肉组织的肌浆中，占肌纤维质量的0.8%，其分子质量约为16 700 D，仅为血红蛋白的1/4，它的每个分子珠蛋白仅和1 个铁卟啉结合，但对氧的亲和力却大于血红蛋白。
肌红蛋白是一种复合性色素蛋白质。环境因素、生产过程中的处理方法等都会改变肌红蛋白的结构，它可与氧可逆结合，具有存储O 2的功能。血色素中间有6 个配位键结合的铁离子，4 个键结合在卟啉环平面的氮原子上，另外2 个则垂直于此平面，其中一个结合在球蛋白的组氨酸残基上，另一个结合在其他各配位体上。这6 个配位键的分子种类和铁离子的氧化还原状态不同，会导致一些反应和一些现象的发生，最终影响着肉及肉制品的颜色和风味 [6]。
图 1 血红蛋白分子结构
Fig. 1 Structure of the hemoglobin molecule
肌红蛋白主要有3 种形式：Mb、MbO 2和MetMb，结构分别如图2所示。这3 种肌红蛋白颜色不同，Mb呈暗红色，MbO 2呈鲜红色，MetMb则为褐色。肉类中由于这3 种成分的含量不同而表现出不同的色泽。如刚宰杀的肉切面呈暗红色，当暴露在空气中一段时间，此时MbO 2比例较高，呈现出悦人的鲜红色；当MetMb比例较高时，则转变为褐色或者暗褐色。因此，这3 种蛋白的比例，很大程度上决定着肉色 [7]。
图 22 肌红蛋白的3 种不同形式
Fig. 2 Three different forms of myoglobin
1.2 肉制品中硝酸盐发色机理 [5]
不论是传统还是现代工艺，在肉制品加工过程中常添加硝酸盐与亚硝酸盐使肉制品呈鲜艳的红色，其机理是硝酸盐（NaNO 3）在细菌（亚硝酸菌）作用下还原成亚硝酸盐（NaNO 2）。亚硝酸盐在一定的酸性条件下生成亚硝酸（HNO 2）。由于宰后成熟的肉本身含有乳酸，pH值约为5.6～5.8，因此不需要加酸即可生成亚硝酸，反应如式（1）。亚硝酸很不稳定，即使在室温下也可以分解产生亚硝基（NO －），反应如式（2）。此时生成的亚硝基会很快地与肌红蛋白反生作用生成鲜艳的红色MbNO，反应如式（3）。MbNO比Mb具有更好的化学稳定性，使肉制品能保持鲜艳的红色，此工艺称为发色，在欧美称为色固定 [8]。
上述化学反应式如下：
1.3 肉制品色泽的影响因素
影响肉制品色泽的因素有很多，各个国家的研究文献也显示了不同国家间考察因素的差异很大。但是对色素的基本化学结构的意见比较统一；O 2的消耗和高铁肌红蛋白的减少这2 个基本因素对肌肉特征的综合作用可以延长鲜肉色泽的保持时间已经被公认 [4]。
考察较多的影响因素大致分为以下几类：
1）肉品的品种、年龄和性别的影响。如Brewer等 [9]研究认为不同品种的猪肉亮度值（L*）和红度值（a*）有显著差异。Ramírez等 [10]研究也发现不同种的猪肉贮藏期间色泽的L*和a*变化不同。据有关报道，随着畜禽年龄的增长，肌肉中肌红蛋白的含量会增加，从而表现为肉的红色增加。Sarriés等 [11]研究了不同性别马驹肉的色泽同时考察了不同年龄段的色泽差异，发现16 个月龄的雌性马肉色泽较暗，24 月龄的肉排更亮、更红和更黄。
2）畜禽的饲养环节和屠宰环节的影响。已经有研究显示，不同的饲养方式如散养和圈养对肉色会造成影响。饲养环节中饲料的特殊营养成分强化以增强肉色的研究在欧美和日本的研究较多，如Yang等 [12]在牧场的饲料中补充VE，研究发现相对于没有VE补充组的牛肉，其肉色更好（更红）。Haruki等 [13]在羊育肥的最后阶段添加强化烟酸，研究羊体各部位颜色的变化，表明烟酸的强化对肉色有一定增强作用。Ramos等 [14]研究了屠宰环节高温或电击条件下牛蛙放血和不放血的宰杀方式对肉色泽的影响，发现电击晕的牛蛙肌红蛋白含量较低，放血的肉更白并且黄色值（b*）较高。
3）肉制品的加工工艺、包装和贮藏过程的影响。Canto等 [15]研究了高压处理对凯门鳄尾肉的颜色变化的影响，发现高压处理能提高肉品的颜色品质。Tatsuya等 [16]考察了高压和加热对于肉品白度的影响，研究发现肉品加工过程中白度随温度的增加，并且与肌红蛋白含量相关。Brewer [17]综述了辐照对于肉制品颜色的影响，详细解释了其色泽变化的机理以及护色的技术。此外，气调包装（modified atmosphere packaging，MAP）、抗菌剂、畜禽胴体的pH值变化以及高铁蛋白还原酶等也是对颜色影响考察较多的因素。
2.1 物理评价法
1993—1995年，在世界经合组织（Organisation for Economic Co-operationand Development，OECD）的支持下，3 组专家在德国的库姆巴赫分别建立了3 个肉类重要的物理特性的参考方法，其中一个包括了颜色的测定 [18]。该法建议的光源是D 65系统，照明/观察的参数为45/0或者0/45或者8散射（d/8）。建议的标准视场角为10°和CIE L*a*b*的色彩模式。最小的值以黑色标准板L*=0校准，白色标准L*=100（相当于BaSO 4或者新烧制出的MgO）。仪器应该提供尽可能大的光圈（但需小于测量的样品）。测量仪器按制造商的操作说明进行操作，并排除镜面反射。
色差仪便是根据CIE色空间的Lab原理，开发的一种数字化的颜色测定仪器。在食品科学领域中，将人们对于颜色的直观感受转化成具体的数据，在肉制品的颜色评价中得到大量的使用。
蒋晓玲等 [19]研究了色差仪光源参数对猪肉肉色测定结果的影响，发现由于在肉色的测定中，不同的参数和光源、镜面反射等条件对于测量结果有很大的影响。最终确定最佳的测定肉色参数应为CIE的L*a*b*系统，光源A和10°视场角，这与Honikel [18]所综述的结果基本相近。
Ramos等 [14]利用色差仪评价牛蛙在电击晕或者高温致晕同时放血或者不放血的击杀条件下的肌肉颜色和血红素色素含量，发现放血的肉更白并且b*较高。L*、a*、b*分别与Mb、MbO 2和MetMb含量高度相关。Ferrini等 [20]利用色差仪评价高压处理、含盐量、含水量以及NaCl替代物对薄片状猪肉干腌改性的颜色变化的影响，得到了一系列相关性很强的结果。Grossi等 [21]利用色差仪评价高压处理和添加胡萝卜膳食纤维的猪肉香肠，发现了其L*增加，a*减少，表明高压、纤维膳食可以影响猪肉的理化性状从而改变其固有的性质影响其色泽。
由于色差仪价格相对较高且操作费时，很多肉制品企业利用比色板评价肉色。该方法是用标准肉色谱比色板与肉样对照得出评分。比色板方法简单易行、省事省力、经济实惠，但是容易出错。目前，国际上有美制、法制、日制等不同色谱或色块标准，其中美制最为通用。周波等 [22]用色差仪将标准肉色板（日本制）的6 个色级进行了测定，统计分析6 个色级的L*、a*、b*、彩度（C）和色相（H 0）值的变化规律，其中C=（a* 2＋b* 2） 0.5、H 0=arctg（b*/a*）。以肉眼对照肉色板评定和色差仪评定对淮猪等5 个品种进行肉色评定，结果表明，在个体肉色相差较小时（如在3.0～3.5 分之间），色差仪评定法与肉眼对照评定法对猪肉肉色的评定结果不一致；当个体肉色相差较大时，这2 种方法的评定结果基本一致。
2.2 化学评价法
2.2.1 肌红蛋白含量评价
由于肉的颜色主要取决于Mb的种类和含量，因此Mb含量的测定在肉色评价上具有重要的意义。目前在量化Mb上，Krzywicki [23]的方法较为常用，该法是提取肌肉中的肌红蛋白溶解在水溶液中，根据肌红蛋白不同氧化还原形态间最大吸收波长的不同，建立回归方程，从而得出不同肌红蛋白含量的比值。
该法是测定Mb的一个经典方法，特点是操作比较简便，对分析仪器的要求比较低。但是在应用该方法和公式时，不同氧化还原形态的Mb比例有可能出现负值或者其总数超过100%，因此，Tang等 [24]针对这个问题进行了研究，发现主要是原方程波长的取值不合适，建议采用503 nm代替原来的545 nm、557 nm代替565 nm、582 nm代替572 nm分别代表MetMb、Mb和MbO 2。
钱灵燕等 [25]利用Krzywicki方程法评价不同滚揉腌制工艺对于猪肉腌制过程中色泽的影响，通过Mb含量的测定揭示出了新工艺能在较短的时间达到传统工艺的色泽水平。Chaijan等 [26]研究了冰冻贮藏过程中沙丁鱼和鲭鱼的色素和颜色变化，通过此法分析得出肌红蛋白含量的不同主要在于鱼的种类和肌肉类型，流失环节主要在于贮藏时间和清洗程序。
此外，Yoshihiro [27]采用溶解度变化和量热分析，评价金枪鱼肉在烧焦或者自然氧化过程中肌红蛋白含量和组分的变化，解释肉品颜色的改变。Hiroyuki等 [28]将羊肉的肌红蛋白经硫酸铵分离纯化后跟磷酸盐混合，通过十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）法测定Mb的自动氧化速率。蔡海莹等 [29]采用高效毛细管电泳法测定了畜禽肌肉中的Mb和Hb，结果表明，肌肉中Mb和Hb含量测定结果相对标准偏差为0.69%和0.90%，后加标准品和前加标准品回收率分别为93.26%～97.84%、90.32%～97.46%和79.89%～84.14%、79.52%～83.65%，对同时测定畜禽肌肉色素物质Mb和Hb含量准确度明显提高。
2.2.2 亚硝酸盐发色评价
现代肉制品的加工中，尤其是腌制过程，亚硝酸盐是常用的一种发色剂，其通过一系列反应与Mb形成MbNO从而产生稳定的鲜红色，不但增强了肉制品的感官，而且具有抑制肉毒杆菌危害和增强风味的作用。
Nakamura等 [30]通过研究马心肌MetMb的转变发现，在还原剂如还原型辅酶Ⅰ（reduced form of nicotinamideadenine dinucleotid，NADH）的存在下，通过与亚硝酸盐的反应，MetMb也会转变成MbNO，增强肉色。因此通过测定此过程产生的肉色指标，可以有效地评价发色过程中亚硝酸盐对肉制品颜色的影响。
目前评价亚硝酸盐发色常用的方法是Hornsey [31]提出的亚硝酸盐发色率测定方法。该法将肉制品的色素类物质用不同的有机提取液提取，通过测定其最大吸收波长处的吸光值，得出相对应的色素物质含量，是一种快速准确地测定肉制品中总色素含量和亚硝酸盐发色率的方法。Takahide等 [32]对此法进行了修改，采用75%的丙酮和0.7%盐酸提取肉品中的总血红色素，避光0 ℃提取后离心，测定其最大吸收波长处的吸光值，此方法在日本肉制品研究中被广泛地采用。
董庆利等 [33]利用评价发色率的方法研究亚硝酸盐的添加对猪肉腌制过程中颜色的影响，发现亚硝基血色素的生成主要在腌制过程的初期，随着亚硝酸盐添加量的增大，发色效果显著提升，并与其他颜色指标建立了较好的相关性。李轶欣等 [34]通过对灌肠制品中NaNO 3添加量、异抗坏血酸钠添加量及原料肉中总色素含量与肉品发色率之间的关系的研究，建立了肉品发色率的预测模型，从而控制肉制品的色泽。
2.3 感官评价法
在肉制品的色泽评定中，色泽的感官评定是最直接也是最常用的评定方法。部分研究者认为，感官评价是判断加工对颜色影响以及消费者真实感觉的最佳方法 [1]。肉制品的色泽会刺激人的感官，并引起味道的联想，对人的心理有一定的暗示作用，另外一方面，肉制品特有的色泽也展现了其营养价值和产品质量。因此，对于消费者的购买意向而言，肉品感官指标的好坏是非常重要的。Filgueras等 [35]研究美洲鸵鸟腓肠肌在贮藏期间的理化特性和抗氧化性，结果表明，肌肉在贮藏后发生MetMb的积累导致肉色泽的改变，在感官评价中被1/2的消费者所拒绝。
色泽感官评价一般要求在特定荧光灯光源下，打乱样品编号随机摆放或者递送，感官评价人员对特定色泽没有嗜好或者厌恶并且被安排在独立的房间内排除周围人员的干扰，特定的研究需对感官评价人员进行训练。O’Sullivan等 [36]在猪肉的色泽评价方面做了较全面的研究，指出在感官评价上未经训练的评价人员感知肉色泽的变化的表现可类似于消费者，而经过训练的评价人员在新型的、需要很高辨别力的肉制品评价方面显得更有说服力。
2.4 色泽评价的新技术
计算机图像分析技术，又称计算机视觉检测技术，是目前国际上比较流行的颜色评价的新型技术。它通过一个高清度的图像传感器获取肉品的图像，再利用计算机模拟人的判别准则去理解和识别图像，通过图像分析得出相应的结论。在获取图像时，推荐采用CIE的标准光源A，数码图像的色彩分析模型较多，应用较广的包括RGB（红、绿、蓝）模型、CMY（青、品红、黄）模型、CIE XYZ（三刺激值）和CIE L*a*b*（明度值、色度值）颜色模型 [37]。
相对传统的颜色分析方法来说，计算机图形分析的优势在于它只需要拍摄1 次就可以满足颜色典型分析要求，与化学分析法相比，减少了取样和处理时间，尽可能地保持肉品最初始的呈色状态；与感官分析相比，可以排除个人喜好的干扰，数据更具严谨性。O’Sullivan等 [38]研究发现与色差计相比，利用计算机图像分析技术得到的结果与感官评价有更好的相关性，这可能是由于计算机图像分析取样是样品整个面，相对于色差计以点形式的取样有更好的代表性。Chmiel等 [39]利用计算机视觉技术测定分析50片不同猪肉样的颜色对PSE（pale-softexudative）肉和正常肉进行区分，结果表明此技术能快速准确的区分2 种肉。Valous等 [40]针对肉及肉制品色泽的多变性和复杂性，应用计算机视觉技术对比了2 种CIE颜色模型在切片火腿、火鸡肉等肉品的质量评定中的差异。结果表明，CIE的三色转换模型相对于RGB颜色转换模型在评定肉品颜色时精度更高，色彩搭配更符合被测物品原始状态，其可作为一个客观评价商业肉品指定颜色和外观属性的工具。可以说计算机图像分析技术在肉品色泽的评定及其他相关指标的研究中，具有很大的应用潜力。
肉及肉制品色泽的变化是一个复杂的综合过程，肉品的品种、年龄、性别、饲养条件、屠宰过程以及肉制品的加工工艺、包装和贮藏等因素都会对肉及肉制品的色泽产生影响。正因为如此，研究人员需要不断地研究肉品色泽变化的机理，掌握肉色变化的规律，才能解决实际生产加工过程中出现的各种问题。肉色的评定不单单是一两种方法或是技术的运用，应该根据实际情况和条件综合考虑，从物理、化学及感官的评价方法等多角度进行才更具有说服力。此外，新型评价技术的研究和发展，为快速准确高效的评定肉品的色泽以及其所反映的肉制品品质间的关系创造了条件，并且随着研究的不断深入，也必将有更多的新技术应用到肉品色泽的评价当中。随着这些新技术的应用、推广以及更多新技术的研究、开发，肉品的色泽评定体系将更加系统化、标准化和个性化。
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Progress in Coloration Mechanism and Color Assessment of Meat Products
HU Huang
1, L☒ Fei
2, DING Yuting
2
(1. College of Agricultural and Biological Engineering, Jinhua Polytechnic, Jinhua 321000, China; 2.Ocean College, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)
Abstract：Color is the most intuitive indicator to judge the quality of meat products. Color changes of meat products are related to their quality and processing technologies. This article reviews the coloration mechanism of meat products and the current indicators and methods to assess the color of meat products, aiming to compare the features and applicability of these methods and elucidate the underlying mechanism for the purpose of providing evidence for the selection of methods for color assessment of meat products. The coloration mechanism and color protection of meat products are the hot research topics in this field such as the chemical principles of coloration of myoglobin, the mechanism of action of nitrite in the coloration of meat products, and the factors that affect the color changes of meat products. Physical and chemical methods and sensory evaluation are currently available to assess the color of meat products. The burgeoning development of computer vision as an emerging technology has demonstrates its huge potential for meat color assessment.
Key words：meat products; myoglobin; nitrite; coloration mechanism; color assessment
DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.12.009
中图分类号：TS251.1
文献标志码：A
文章编号：1001-8123（2016）12-0048-06
收稿日期：2016-06-20
基金项目：浙江省科技厅重点研发项目（2015C02SA1D0006）
作者简介：胡煌（1988—），男，硕士研究生，研究方向为食品安全。E-mail：zjhujay@126.com
引文格式：
胡煌, 吕飞, 丁玉庭. 肉制品的呈色机理和色泽评定研究进展[J]. 肉类研究, 2016, 30(12): 48-53. DOI:10.15922/j.cnki. rlyj.2016.12.009. http://rlyj.cbpt.cnki.net
HU Huang, L☒ Fei, DING Yuting. Progress in coloration mechanism and color assessment of meat products[J]. Meat Research, 2016, 30(12): 48-53. (in Chinese with English abstract)
DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.12.009. http://rlyj.cbpt.cnki.net