第二章　腌制過程中有害物質的形成

第一節　色澤形成及相關成分

腌制是指以腌制劑（硝酸鹽或亞硝酸鹽）、食鹽或香辛料等處理肉類的過程。在腌制過程中，肉制品中的蛋白質等成分會與腌制劑發生反應形成粉紅色的腌肉色澤。有些肉制品表面會形成彩虹色斑，但該色斑不同于腌肉色澤，也不同于由腐敗引起的綠色和熒光色。

一、彩虹色斑與安全性

（一）彩虹色的光學特征以及產生原因

自然界中的彩虹色一般由光的散射、衍射現象和干涉作用產生的。

1.光的散射產生彩虹色

光作用到物體后發生散射，如日出和日落時的太陽是呈紅色的，這些都是大氣對陽光散射的結果。散射產生顏色的現象非常普遍，而且不同大小顆粒的物質散射產生的顏色是不同的，這種顏色屬于結構色。自然界生物通過散射產生顏色的例子很多。它們都是由生物體表面存在某些細小顆粒組織引起的。隨顆粒大小和形狀不同，有的散射主要產生藍色，有的散射主要產生白色。一些鳥類的羽毛有美麗的彩色，就是由于其羽毛羽支上的小倒刺表面組織對光發生散射，產生藍色或綠色。

2.光的干涉產生彩虹色

波長相同、傳播方向相近的兩束光會互相作用產生相長增強或相消刪除的作用。當相長增強時，則會發生干涉，出現一系列色彩。影響干涉顏色的主要是薄膜厚度、折射率和觀察的角度。自然界干涉生色例子很多，如水面上的油膜、洗衣服產生的肥皂泡等。鳥類的羽毛也存在干涉作用而產生顏色絢麗色彩，如孔雀的羽毛。

3.光的衍射產生彩虹色

光可以偏離直線傳播，即可以發生衍射。衍射產生的顏色不像干涉那樣決定于薄膜厚度，而是像衍射光柵中那樣，決定于相鄰兩層間隔距離。隨著觀察角度的變化，顏色也會變化。在自然界，天然蛋白石具有衍射光柵作用，是一種天然衍射光柵，能在白背景或黑背景上顯示各種顏色。一些蛇表皮具有衍射光柵結構，可以產生閃光的顏色，也都屬結構色。自然界物體由散射、干涉、衍射引起的選擇性反射產生結構色的現象是普遍存在的。這種結構色和由色素選擇吸收可見光產生顏色有明顯不同，它不吸收可見光，光強度不降低，相反還由于干涉、衍射等作用，局部還得到明顯的增強，所以一些彩虹色特別明亮，色調特別純粹。干涉和衍射光的波長隨觀察角度而變化，由此產生結構色往往是連續某波段的彩虹色，顏色具有明亮、純粹、金屬光澤和透明的特點。若是由散射產生的結構色，則是非彩虹的。

（二）肉品中的彩虹色斑

1.肉品中彩虹色斑的特征

彩虹色斑主要是牛肉及其制品中出現的一種顏色，在豬肉、羊肉等肉品中也有發現（圖2-1）。對于具有彩虹色斑點的鮮肉和熟肉制品，綠色是彩虹色中的主要顏色；其次是橘紅色。肉品中彩虹色斑的產生不是肌肉色素引起的，也不是化學因素引起的。從物理上看，光源角度、觀察角度、樣品旋轉角度都影響彩虹色的強度，其中光源與樣品表面的夾角為70°時產生的彩虹色強度最大，樣品觀察角度在35°時產生的彩虹色強度最大。彩虹色只有在具有完整的肉片的肉制品中發現，火腿腸、肉糜等制品中卻沒有發現。彩虹色斑發生在肌原纖維中。脫水或冷凍會使彩虹色斑點消失，

而復水和解凍后則彩虹色斑點又出現。橫切樣品時出現彩虹色，縱向切片或切割方向與肌纖維的方向小于40°時，沒有彩虹色出現。這些特征和腐敗變質的肉以及帶有熒光細菌的肉完全不同。

2.肉中彩虹色斑產生的原因

彩虹色的外觀表現以綠色為主，這就很容易使人聯想到肉的腐敗變綠。腐敗變綠肉的特點和具有彩虹色斑點的肉有很多不同之處。由微生物腐敗引起色變的熟肉在透射光下或當肉樣在旋轉時不消失，而彩虹色斑卻會消失。從目前的研究來看，彩虹色斑的產生基本排除了是微生物的作用。許多研究證明，骨骼肌具有光學衍射現象，肌原纖維微結構具有光學衍射作用。粗肌絲、細肌絲和橫紋都會產生不同的衍射圖樣。動物的年齡、肉的部位、肉的色澤和極限pH值、加熱速度等與彩虹色斑點的產生有關，如與牛的西冷、眼肉、牛柳和大黃瓜條相比，小黃瓜條表面彩虹色斑的出現率和彩虹色斑的明顯程度要高許多。醬牛肉等制品切面的粗糙程度、加工工藝和添加物影響肌肉的組織結構，影響彩虹色斑的形成。

肉制品中彩虹色斑點的產生原因決定于肉切面微觀結構的復雜性。從電鏡圖（圖2-2）中可以明顯看出，在肉的切面上，纖維排列無序，雜亂無章，交錯結構明顯。彩虹色斑的形成和變化與肉的切面結構有密切聯系。

（三）彩虹色斑與腐敗變綠肉、熒光色肉的區別

肉品的腐敗變質出現的綠色一般是由腐敗微生物的作用引起的蛋白質分解為主的過程。此時，肉品外表發黏，切面呈褐紅色、灰色或淡綠色。脂肪的敗壞是由微生物生長繁殖引起外觀色澤變綠或污灰，有一種不愉快的酸敗味，嚴重者，脂肪呈污濁的淡綠色。此外，某些細菌、霉菌所分泌的水溶性或脂溶性的黃、紅、紫、綠、藍、褐、黑等色素也能引起肉色的異常變化。

肉品表面的熒光色主要是由于磷光發光桿菌形成的，磷光發光桿菌屬于革蘭陰性桿菌，多存在于豬肉的瘦肉部分，當有較多的磷光發光桿菌存在時，就會使肉發出熒光。研究人員發現：發光的豬肉色澤正常，無異味。1個月之后，肉面的熒光現象逐漸減弱以至完全消失。此時檢查，肉的表面稍有發黏，并有輕度異味，肉開始變質。這表明磷光發光桿菌雖使豬肉發光但對人體無害。從以上的幾種肉的主要特征來看，有彩虹色斑點的肉品與腐敗變綠肉、熒光色肉是有本質區別的（表2-1）。

（四）影響彩虹色斑的因素

1.滾揉與煮制

滾揉和煮制是肉品加工中最常用的工藝，兩種工藝都影響肉制品中的彩虹色斑點，滾揉減少了彩虹色斑點，而煮制則相反（表2-2和表2-3）。

從表2-2可以看出，滾揉時間對半腱肌中彩虹色斑的強度值和面積影響較顯著。真空滾揉16h，彩虹色斑的強度值與對照組相比由2.98下降到1.97，同時彩虹色斑面積也由33.1%下降到13.3%，差異顯著（P<0.05）。滾揉8h的處理組與對照組相比彩虹色斑點的面積和強度差異顯著（P<0.05），而與滾揉12h、16h相比差異不顯著（P>0.05），并且其蒸煮損失最少。

工業中應用滾揉的目的是使細胞膜破裂，部分蛋白溶出，從而增加制品的出品率。滾揉過程破壞了肌肉結構，這就可能引起肌原纖維排列秩序的改變，進而引起彩虹色斑點減少。

從表2-3可以看出，不同蒸煮溫度對彩虹色斑的強度值和面積影響較為顯著（P<0.05）。樣品的中心溫度由70℃增加到90℃時，彩虹色斑的強度值由2.75增加到4.47，面積也由25.4%增加到55.5%。同時，蒸煮損失也逐漸增大。

煮制時，溫度不斷升高，肌肉的結構也不斷發生著變化：70℃時，肌原纖維Z帶開始斷裂，肌內膜完全皺縮；80℃時，更多的細絲裂解，肌束膜中膠原蛋白開始成膠；90℃時，肌原纖維變為無定形結構，但肌節的主要特征還能分辨。組織結構隨溫度變化的結果也許更能滿足產生彩虹色斑點的條件，使得彩虹色斑點隨溫度的升高而更顯著。

2.水、NaCl、亞硝酸鈉

從表2-4可以看出，與對照組相比，添加10%的水對彩虹色斑的強度值、面積影響不顯著（P>0.05）。添加2%的NaCl對半腱肌中彩虹色斑的強度值和面積以及蒸煮損失的影響與對照組相比差異顯著（P<0.05），強度值由對照值的3.02增大到4.78，幾乎達到強度的極限值5；面積也由對照組的30.4%增大到86.6%，幾乎布滿整個橫切面，蒸煮損失由33.5%降低到16.4%。與對照組相比，亞硝酸鹽對彩虹色斑強度值和面積的影響也較為顯著（P<0.05），經亞硝酸鹽處理后彩虹色斑的強度值與面積值都減小。

食鹽不僅能增加制品的風味，還能夠使肌原纖維蛋白溶出，進而促使肌肉中微粒之間黏結，增強脂肪乳化，提高其保水性。研究表明經食鹽腌制后肌原纖維膨脹，距離增大。可見食鹽對肌肉結構影響較大。因此，NaCl很可能是通過腌制過程改變了肌原纖維結構，進而影響到制品中彩虹色斑的產生。對于亞硝酸鈉，工業中的應用主要是利用它的呈色作用，使用亞硝酸鈉以后的制品都具有誘人的紫紅色。在試驗中，發現添加了亞硝酸鹽的樣品表面由于呈色作用都出現紫紅色，這可能影響了對樣品的主觀評定和客觀測量。因此，亞硝酸鈉對彩虹色斑點的影響還需要進一步深入探討。

3.磷酸鹽

常用的3種多聚磷酸鹽對彩虹色斑的強度和面積以及加熱損失的影響與對照組相比差異均顯著（表2-5）。其中焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉處理組，彩虹色斑的強度值和面積值都增加，而三聚磷酸鈉處理組與對照組相比彩虹色斑的面積顯著減少（P<0.05）。經復合磷酸鹽處理后彩虹色斑的強度值和面積都顯著增加（P<0.05）。

磷酸鹽因其保水性較好而在肉品加工中被廣泛應用。磷酸鹽一般是具有緩沖作用的堿性物質，加入到肉中后，可使肉的pH值向堿性方向偏移，肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白偏離等電點而發生溶解，同時肌原纖維膨脹變粗。可見加入磷酸鹽同樣影響肌肉的組織結構，進而使肌肉中彩虹色斑點更明顯。

總之，肉制品中彩虹色斑的產生和變化與肉制品切面的結構狀況有很大關系，改變切面的組織結構能夠改變肉制品切面彩虹色斑的存在情況。彩虹色斑的出現不是肉制品的腐敗變質，也不是某些添加劑的過量使用。

二、亞硝基肌紅蛋白的形成

為使得肉制品呈現鮮紅色，在生產過程中通常加入硝酸鹽或者亞硝酸鹽，這是因為亞硝酸鹽可以與肉制品中的還原型肌紅蛋白發生反應，生成亞硝基肌紅蛋白，賦予肉制品誘人的鮮紅色。其中硝酸鹽在肉中微生物的作用下被還原成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽在肉中乳酸所形成的酸性環境下，生成亞硝酸。亞硝酸進一步與肌紅蛋白或血紅蛋白反應，形成鮮紅色的亞硝基肌紅蛋白或亞硝基血紅蛋白。

遇熱后釋放出巰基（—SH）以及亞硝基血色原，亞硝基血色原呈現出穩定、鮮紅的色澤。亞硝基肌紅蛋白是構成腌肉顏色的主要成分。

硝酸鹽在酸性條件以及還原性細菌作用下形成亞硝酸鹽。其反應為：

在微酸性條件下，亞硝酸鹽形成亞硝酸：

亞硝酸性質不穩定，可與還原性物質反應生成NO，NO的形成速度與介質的酸度、溫度以及還原性物質的存在有關。其反應為：

生成的NO與還原狀態的肌紅蛋白（Mb）結合形成亞硝基肌紅蛋白（NO-Mb），其反應為：

亞硝基肌紅蛋白（NO-Mb）在遇熱條件下釋放出巰基（—SH），從而生成穩定、色澤鮮艷的亞硝基血色原。

在使用硝酸鹽或者亞硝酸鹽的同時，加入抗壞血酸鈉或異抗壞血酸鈉等還原性物質可防止肌紅蛋白的氧化，且可將褐色的氧化型高鐵肌紅蛋白還原為紅色的還原型肌紅蛋白，幫助發色。

三、卟啉鋅的形成

在沒有添加亞硝酸鹽等發色物質的肉制品中，也會呈現一種穩定、鮮紅的色澤，這種穩定的紅色素就是卟啉鋅。卟啉鋅最早是在意大利Parma火腿中被發現的，經高效液相色譜和電噴霧離子化高分辨率質譜測定，確定火腿中穩定的紅色素是卟啉鋅。

關于卟啉鋅的合成假說，人們最初是通過研究生物體內的合成機制來判斷的。在生物體內，亞鐵螯合酶是血紅素合成最后一步的關鍵物質，亞鐵螯合酶可以催化鐵離子、鋅離子以及鎳錳離子與卟啉環的結合，牛肝臟中的亞鐵螯合酶更容易催化鋅離子與卟啉環的結合而生成卟啉鋅。此外，在沒有催化劑的作用時，鋅離子是繼銅離子后面最容易與卟啉環結合的。有學者對Parma火腿中卟啉鋅的形成做了跟蹤研究，結果表明Parma火腿在腌制產色過程中，卟啉鋅主要在瘦肉部分合成然后轉移到脂肪組織中，進而判斷瘦肉中存在的某些特有成分促進了卟啉鋅的合成。

卟啉鋅合成機制的研究結果基本表明了一種鋅離子螯合酶參與了卟啉鋅的合成，而且這種酶是必不可少的成分，同時發現線粒體內膜上有大量的鋅離子螯合酶，而含有豐富線粒體的器官包括肝臟及心臟。