第二章　腌制过程中有害物质的形成

第一节　色泽形成及相关成分

腌制是指以腌制剂（硝酸盐或亚硝酸盐）、食盐或香辛料等处理肉类的过程。在腌制过程中，肉制品中的蛋白质等成分会与腌制剂发生反应形成粉红色的腌肉色泽。有些肉制品表面会形成彩虹色斑，但该色斑不同于腌肉色泽，也不同于由腐败引起的绿色和荧光色。

一、彩虹色斑与安全性

（一）彩虹色的光学特征以及产生原因

自然界中的彩虹色一般由光的散射、衍射现象和干涉作用产生的。

1.光的散射产生彩虹色

光作用到物体后发生散射，如日出和日落时的太阳是呈红色的，这些都是大气对阳光散射的结果。散射产生颜色的现象非常普遍，而且不同大小颗粒的物质散射产生的颜色是不同的，这种颜色属于结构色。自然界生物通过散射产生颜色的例子很多。它们都是由生物体表面存在某些细小颗粒组织引起的。随颗粒大小和形状不同，有的散射主要产生蓝色，有的散射主要产生白色。一些鸟类的羽毛有美丽的彩色，就是由于其羽毛羽支上的小倒刺表面组织对光发生散射，产生蓝色或绿色。

2.光的干涉产生彩虹色

波长相同、传播方向相近的两束光会互相作用产生相长增强或相消删除的作用。当相长增强时，则会发生干涉，出现一系列色彩。影响干涉颜色的主要是薄膜厚度、折射率和观察的角度。自然界干涉生色例子很多，如水面上的油膜、洗衣服产生的肥皂泡等。鸟类的羽毛也存在干涉作用而产生颜色绚丽色彩，如孔雀的羽毛。

3.光的衍射产生彩虹色

光可以偏离直线传播，即可以发生衍射。衍射产生的颜色不像干涉那样决定于薄膜厚度，而是像衍射光栅中那样，决定于相邻两层间隔距离。随着观察角度的变化，颜色也会变化。在自然界，天然蛋白石具有衍射光栅作用，是一种天然衍射光栅，能在白背景或黑背景上显示各种颜色。一些蛇表皮具有衍射光栅结构，可以产生闪光的颜色，也都属结构色。自然界物体由散射、干涉、衍射引起的选择性反射产生结构色的现象是普遍存在的。这种结构色和由色素选择吸收可见光产生颜色有明显不同，它不吸收可见光，光强度不降低，相反还由于干涉、衍射等作用，局部还得到明显的增强，所以一些彩虹色特别明亮，色调特别纯粹。干涉和衍射光的波长随观察角度而变化，由此产生结构色往往是连续某波段的彩虹色，颜色具有明亮、纯粹、金属光泽和透明的特点。若是由散射产生的结构色，则是非彩虹的。

（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现的一种颜色，在猪肉、羊肉等肉品中也有发现（图2-1）。对于具有彩虹色斑点的鲜肉和熟肉制品，绿色是彩虹色中的主要颜色；其次是橘红色。肉品中彩虹色斑的产生不是肌肉色素引起的，也不是化学因素引起的。从物理上看，光源角度、观察角度、样品旋转角度都影响彩虹色的强度，其中光源与样品表面的夹角为70°时产生的彩虹色强度最大，样品观察角度在35°时产生的彩虹色强度最大。彩虹色只有在具有完整的肉片的肉制品中发现，火腿肠、肉糜等制品中却没有发现。彩虹色斑发生在肌原纤维中。脱水或冷冻会使彩虹色斑点消失，

而复水和解冻后则彩虹色斑点又出现。横切样品时出现彩虹色，纵向切片或切割方向与肌纤维的方向小于40°时，没有彩虹色出现。这些特征和腐败变质的肉以及带有荧光细菌的肉完全不同。

2.肉中彩虹色斑产生的原因

彩虹色的外观表现以绿色为主，这就很容易使人联想到肉的腐败变绿。腐败变绿肉的特点和具有彩虹色斑点的肉有很多不同之处。由微生物腐败引起色变的熟肉在透射光下或当肉样在旋转时不消失，而彩虹色斑却会消失。从目前的研究来看，彩虹色斑的产生基本排除了是微生物的作用。许多研究证明，骨骼肌具有光学衍射现象，肌原纤维微结构具有光学衍射作用。粗肌丝、细肌丝和横纹都会产生不同的衍射图样。动物的年龄、肉的部位、肉的色泽和极限pH值、加热速度等与彩虹色斑点的产生有关，如与牛的西冷、眼肉、牛柳和大黄瓜条相比，小黄瓜条表面彩虹色斑的出现率和彩虹色斑的明显程度要高许多。酱牛肉等制品切面的粗糙程度、加工工艺和添加物影响肌肉的组织结构，影响彩虹色斑的形成。

肉制品中彩虹色斑点的产生原因决定于肉切面微观结构的复杂性。从电镜图（图2-2）中可以明显看出，在肉的切面上，纤维排列无序，杂乱无章，交错结构明显。彩虹色斑的形成和变化与肉的切面结构有密切联系。

（三）彩虹色斑与腐败变绿肉、荧光色肉的区别

肉品的腐败变质出现的绿色一般是由腐败微生物的作用引起的蛋白质分解为主的过程。此时，肉品外表发黏，切面呈褐红色、灰色或淡绿色。脂肪的败坏是由微生物生长繁殖引起外观色泽变绿或污灰，有一种不愉快的酸败味，严重者，脂肪呈污浊的淡绿色。此外，某些细菌、霉菌所分泌的水溶性或脂溶性的黄、红、紫、绿、蓝、褐、黑等色素也能引起肉色的异常变化。

肉品表面的荧光色主要是由于磷光发光杆菌形成的，磷光发光杆菌属于革兰阴性杆菌，多存在于猪肉的瘦肉部分，当有较多的磷光发光杆菌存在时，就会使肉发出荧光。研究人员发现：发光的猪肉色泽正常，无异味。1个月之后，肉面的荧光现象逐渐减弱以至完全消失。此时检查，肉的表面稍有发黏，并有轻度异味，肉开始变质。这表明磷光发光杆菌虽使猪肉发光但对人体无害。从以上的几种肉的主要特征来看，有彩虹色斑点的肉品与腐败变绿肉、荧光色肉是有本质区别的（表2-1）。

（四）影响彩虹色斑的因素

1.滚揉与煮制

滚揉和煮制是肉品加工中最常用的工艺，两种工艺都影响肉制品中的彩虹色斑点，滚揉减少了彩虹色斑点，而煮制则相反（表2-2和表2-3）。

从表2-2可以看出，滚揉时间对半腱肌中彩虹色斑的强度值和面积影响较显著。真空滚揉16h，彩虹色斑的强度值与对照组相比由2.98下降到1.97，同时彩虹色斑面积也由33.1%下降到13.3%，差异显著（P<0.05）。滚揉8h的处理组与对照组相比彩虹色斑点的面积和强度差异显著（P<0.05），而与滚揉12h、16h相比差异不显著（P>0.05），并且其蒸煮损失最少。

工业中应用滚揉的目的是使细胞膜破裂，部分蛋白溶出，从而增加制品的出品率。滚揉过程破坏了肌肉结构，这就可能引起肌原纤维排列秩序的改变，进而引起彩虹色斑点减少。

从表2-3可以看出，不同蒸煮温度对彩虹色斑的强度值和面积影响较为显著（P<0.05）。样品的中心温度由70℃增加到90℃时，彩虹色斑的强度值由2.75增加到4.47，面积也由25.4%增加到55.5%。同时，蒸煮损失也逐渐增大。

煮制时，温度不断升高，肌肉的结构也不断发生着变化：70℃时，肌原纤维Z带开始断裂，肌内膜完全皱缩；80℃时，更多的细丝裂解，肌束膜中胶原蛋白开始成胶；90℃时，肌原纤维变为无定形结构，但肌节的主要特征还能分辨。组织结构随温度变化的结果也许更能满足产生彩虹色斑点的条件，使得彩虹色斑点随温度的升高而更显著。

2.水、NaCl、亚硝酸钠

从表2-4可以看出，与对照组相比，添加10%的水对彩虹色斑的强度值、面积影响不显著（P>0.05）。添加2%的NaCl对半腱肌中彩虹色斑的强度值和面积以及蒸煮损失的影响与对照组相比差异显著（P<0.05），强度值由对照值的3.02增大到4.78，几乎达到强度的极限值5；面积也由对照组的30.4%增大到86.6%，几乎布满整个横切面，蒸煮损失由33.5%降低到16.4%。与对照组相比，亚硝酸盐对彩虹色斑强度值和面积的影响也较为显著（P<0.05），经亚硝酸盐处理后彩虹色斑的强度值与面积值都减小。

食盐不仅能增加制品的风味，还能够使肌原纤维蛋白溶出，进而促使肌肉中微粒之间黏结，增强脂肪乳化，提高其保水性。研究表明经食盐腌制后肌原纤维膨胀，距离增大。可见食盐对肌肉结构影响较大。因此，NaCl很可能是通过腌制过程改变了肌原纤维结构，进而影响到制品中彩虹色斑的产生。对于亚硝酸钠，工业中的应用主要是利用它的呈色作用，使用亚硝酸钠以后的制品都具有诱人的紫红色。在试验中，发现添加了亚硝酸盐的样品表面由于呈色作用都出现紫红色，这可能影响了对样品的主观评定和客观测量。因此，亚硝酸钠对彩虹色斑点的影响还需要进一步深入探讨。

3.磷酸盐

常用的3种多聚磷酸盐对彩虹色斑的强度和面积以及加热损失的影响与对照组相比差异均显著（表2-5）。其中焦磷酸钠和六偏磷酸钠处理组，彩虹色斑的强度值和面积值都增加，而三聚磷酸钠处理组与对照组相比彩虹色斑的面积显著减少（P<0.05）。经复合磷酸盐处理后彩虹色斑的强度值和面积都显著增加（P<0.05）。

磷酸盐因其保水性较好而在肉品加工中被广泛应用。磷酸盐一般是具有缓冲作用的碱性物质，加入到肉中后，可使肉的pH值向碱性方向偏移，肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白偏离等电点而发生溶解，同时肌原纤维膨胀变粗。可见加入磷酸盐同样影响肌肉的组织结构，进而使肌肉中彩虹色斑点更明显。

总之，肉制品中彩虹色斑的产生和变化与肉制品切面的结构状况有很大关系，改变切面的组织结构能够改变肉制品切面彩虹色斑的存在情况。彩虹色斑的出现不是肉制品的腐败变质，也不是某些添加剂的过量使用。

二、亚硝基肌红蛋白的形成

为使得肉制品呈现鲜红色，在生产过程中通常加入硝酸盐或者亚硝酸盐，这是因为亚硝酸盐可以与肉制品中的还原型肌红蛋白发生反应，生成亚硝基肌红蛋白，赋予肉制品诱人的鲜红色。其中硝酸盐在肉中微生物的作用下被还原成亚硝酸盐，而亚硝酸盐在肉中乳酸所形成的酸性环境下，生成亚硝酸。亚硝酸进一步与肌红蛋白或血红蛋白反应，形成鲜红色的亚硝基肌红蛋白或亚硝基血红蛋白。

遇热后释放出巯基（—SH）以及亚硝基血色原，亚硝基血色原呈现出稳定、鲜红的色泽。亚硝基肌红蛋白是构成腌肉颜色的主要成分。

硝酸盐在酸性条件以及还原性细菌作用下形成亚硝酸盐。其反应为：

在微酸性条件下，亚硝酸盐形成亚硝酸：

亚硝酸性质不稳定，可与还原性物质反应生成NO，NO的形成速度与介质的酸度、温度以及还原性物质的存在有关。其反应为：

生成的NO与还原状态的肌红蛋白（Mb）结合形成亚硝基肌红蛋白（NO-Mb），其反应为：

亚硝基肌红蛋白（NO-Mb）在遇热条件下释放出巯基（—SH），从而生成稳定、色泽鲜艳的亚硝基血色原。

在使用硝酸盐或者亚硝酸盐的同时，加入抗坏血酸钠或异抗坏血酸钠等还原性物质可防止肌红蛋白的氧化，且可将褐色的氧化型高铁肌红蛋白还原为红色的还原型肌红蛋白，帮助发色。

三、卟啉锌的形成

在没有添加亚硝酸盐等发色物质的肉制品中，也会呈现一种稳定、鲜红的色泽，这种稳定的红色素就是卟啉锌。卟啉锌最早是在意大利Parma火腿中被发现的，经高效液相色谱和电喷雾离子化高分辨率质谱测定，确定火腿中稳定的红色素是卟啉锌。

关于卟啉锌的合成假说，人们最初是通过研究生物体内的合成机制来判断的。在生物体内，亚铁螯合酶是血红素合成最后一步的关键物质，亚铁螯合酶可以催化铁离子、锌离子以及镍锰离子与卟啉环的结合，牛肝脏中的亚铁螯合酶更容易催化锌离子与卟啉环的结合而生成卟啉锌。此外，在没有催化剂的作用时，锌离子是继铜离子后面最容易与卟啉环结合的。有学者对Parma火腿中卟啉锌的形成做了跟踪研究，结果表明Parma火腿在腌制产色过程中，卟啉锌主要在瘦肉部分合成然后转移到脂肪组织中，进而判断瘦肉中存在的某些特有成分促进了卟啉锌的合成。

卟啉锌合成机制的研究结果基本表明了一种锌离子螯合酶参与了卟啉锌的合成，而且这种酶是必不可少的成分，同时发现线粒体内膜上有大量的锌离子螯合酶，而含有丰富线粒体的器官包括肝脏及心脏。