直投式商業發酵劑對發酵香腸品質特性的影響

王琴,李洪軍,2,3,楊莉,劉姝韻,史佳龍,謝兆華,賀稚非,2,3*

1(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)2(川渝共建特色食品重慶市重點實驗室,重慶,400715) 3(重慶市特色食品工程技術研究中心,重慶,400715)

發酵香腸是指將絞碎的肉、動物脂肪、鹽、糖、發酵劑和香辛料等混合后灌進腸衣,在自然條件下經微生物發酵產生有機酸或醇類,使肉的pH降低,并經成熟干燥使水分活度下降而制成的具有較好保藏性能和典型發酵風味特性的肉制品[1]。傳統發酵香腸依賴自然環境中的微生物進行發酵,易受環境中某些有害微生物的影響從而產生有害物質,攝入后可能會危害人體健康,如殘留的亞硝酸鹽和蛋白質降解的胺類生成亞硝胺,誘發胃部癌變[2]。脂質過度氧化、致病菌等有害因素也使得自然發酵香腸的安全難以得到保障。而在歐洲的某些國家,會將某些特定的菌種發酵劑添加到香腸生產加工中,這樣生產的香腸不僅營養價值高、風味豐富,還可以抑制有害雜菌的生長,降低生物胺含量,縮短生產周期,延長貯藏期[3-4]。

隨著肉類工業的飛速發展及消費者對發酵香腸安全性、營養及風味要求逐漸增高,發酵香腸也迎來了很好的發展機遇,國內外學者掀起了發酵香腸及其發酵劑的研究熱潮。研究表明,將發酵劑應用到發酵香腸中可以與有害微生物競爭,如:接種戊糖乳桿菌可以提高發酵香腸中優勢菌的競爭力,抑制有害細菌生長[5]。另外,一些發酵劑具有生物胺氧化酶活性,可以降低發酵香腸中生物胺的含量,如ZHANG等[6]研究發現,接種107lg CFU/g的植物乳桿菌可以降低發酵香腸的pH及酪胺、腐胺、尸胺和總生物胺的含量。發酵劑還可以促進脂肪和蛋白質分解酶的產生,賦予發酵香腸良好風味,XIAO等[7]研究了植物乳桿菌 R2和木糖葡萄球菌A2接種對中國干發酵香腸脂質降解和蛋白水解的影響。結果表明,接種這兩種發酵劑可通過增加優勢微生物的競爭能力促進香腸中的蛋白質水解和脂質降解,提高游離脂肪酸(free fatty acids,FFAs)和游離氨基酸(free amino acid,FAAs)的總含量,從而促進干發酵香腸產生良好的風味。

目前,微生物發酵劑在發酵香腸中逐漸得到應用和推廣,但中西消費者口味需求的差異限制了發酵香腸在國內的發展。鑒于此,本研究以自然發酵的香腸作為對照組進行對比,以添加了幾種含乳酸菌、酵母菌及葡萄球菌等具有許多優良特性的商業直投式發酵劑生產的香腸為實驗組,對比研究幾種直投式發酵劑對發酵香腸的理化特性、感官特性和品質特性的影響,篩選出最適合于優質發酵香腸生產的商業發酵劑。以期為發酵香腸的發展提供動力,對豐富發酵香腸制品的品種,推動發酵香腸產業的發展,增加發酵香腸制品的附加值具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 發酵香腸原料和輔料

冷鮮豬前腿瘦肉及豬肥膘、食鹽、白糖、味精、辣椒粉、花椒粉、生姜粉、五香粉、白胡椒粉、白酒,購自重慶市北碚區永輝超市。膠原蛋白香腸腸衣(18MM),購自雙匯腸衣實業直銷店。商業發酵劑,科漢森有限公司。

1.1.2 試劑

氯化鉀、25%(體積分數)戊二醛、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、高氯酸、無水乙醚、無水乙醇、酚酞、氫氧化鉀,重慶躍翔化工有限公司;三氯乙酸,阿拉丁試劑(上海)有限公司;1,1,3,3-四乙氧基丙烷,上海麥克林生化科技有限公司;鹽酸、乙二胺四乙酸二鈉、硫代巴比妥酸,重慶市鈦新化工有限公司。

1.2 儀器與設備

RXZ-800B智能人工氣候箱,寧波東南儀器有限公司;DGG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱,上海齊欣科學儀器有限公司;XHF-D內切式勻漿機、SCIENTZ-12 N真空冷凍干燥機,寧波新芝生物科技股份有限公司;5810高冷凍速離心機,德國Eppendorf公司;PHS-3 pH計,德國Sartorius公司;UV-1700紫外-可見分光光度計,日本島津儀器有限公司;Ultra-Scan PRO測色儀,美國Hunter Lab公司;CT-3質構儀,美國brook field公司;Phenom Pro掃描電鏡,Phenom World;L-8900全自動氨基酸分析儀,日本日立公司;c-Nose電子鼻,上海圣?？萍加邢薰?。

1.3 實驗方法

1.3.1 發酵香腸的制作

發酵香腸制作配方:豬肉肥瘦比為3∶7,基礎輔料配比以肉的質量為基礎:食鹽2.0%、白砂糖2.0%、辣椒粉2.5%、花椒粉1.0%、生姜粉0.5%、白胡椒粉0.1%、五香粉0.1%、亞硝酸鈉0.008%、白酒2.0%(酒精度50%vol)。

工藝流程如下:

原料肉挑選→剔除筋膜→洗凈→絞碎→添加輔料→攪拌腌制(4 ℃,12 h)→添加發酵劑→灌腸→排氣→發酵(25 ℃,濕度80%～85%,48 h)→烘制(50 ℃,6 h)→成熟(14～15 ℃,濕度75%～80%,72 h)→成品

1.3.2 實驗分組

實驗共分為5組,對照組不添加發酵劑,實驗組發酵香腸添加不同種類的發酵劑,詳見表1。

表1 實驗分組設計表

1.3.3 水分含量的測定

按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》的直接干燥法進行測定,每組樣品平行測定3次。

1.3.4 pH值的測定

參照GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》測定發酵香腸的pH,并稍作修改。將發酵香腸去除腸衣并充分剁碎,稱取2.5 g肉樣,加入25 mL 0.1 mol/L的氯化鉀溶液,4 500 r/min條件下均質1 min,10 000 r/min離心10 min后過濾,用pH計對上清液進行測定,數字變化穩定后讀數,每組平行測定3次。

1.3.5 硫代巴比妥酸反應物(thiobarbituric reactive substances, TBARS)的測定

按照GB 5009.181—2016《食品安全國家標準 食品中丙二醛的測定》中的分光光度法進行測定。

1.3.6 酸價的測定

參考王琴等[8]的方法對發酵香腸的酸價進行測定。

1.3.7 色差的測定

使用測色儀測定發酵香腸的亮度(L值)、紅度(a*值)和黃度(b*值)。測定前將香腸切成2 cm×2 cm×2 cm 的立方體,并保證切面平整,測定時對準樣品橫切面,每組樣品平行測定4次。

1.3.8 質構的測定

將發酵香腸樣品置于測定臺上,用質構儀測定其硬度、彈性、內聚性和咀嚼性。測試參數:探頭型:P/5;測前速度1 mm/s;測試速度5 mm/s;測后速度10 mm/s;數據采集速率400 pps;壓縮比50%;觸發點負載5 g;觸發類型Auto;停留間隔5 s;循環次數2次。每組樣品平行測定6次。

1.3.9 微觀結構的測定

參考SONG等[9]的方法,并稍作修改。將除去腸衣的香腸用雙面刀片切成5 mm×5 mm×3 mm的正方體,用體積分數2.5%的戊二醛(由25%的戊二醛溶液與0.1 mol/L pH 7.2的磷酸鹽緩沖液按1∶9混合配制而成)固定24 h后用磷酸鹽緩沖溶液漂洗樣品3次,每次15 min,再分別用體積分數50%、70%、90%的乙醇溶液梯度脫水各1次,每次15 min,無水乙醇脫水3次,每次10 min,脫水后的樣品置于真空冷凍干燥機中冷凍干燥,然后在15 mA電流下噴金90 s,噴金厚度10 nm,并在15 kV電壓下通過掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)觀察微觀結構。

1.3.10 游離氨基酸的測定

參考柴利等[10]的方法測定發酵香腸的游離氨基酸組成及含量。

1.3.11 電子鼻測定

參照CHEN等[11]的測定方法并稍作修改。將發酵香腸樣品去除腸衣并切碎后精確稱取2.00 g于20 mL 電子鼻專用頂空瓶中,60 ℃水浴 40 min,平衡10 min。每次測樣前后都要用清潔的空氣對系統進行清洗。檢測參數:清洗時間60 s,測試時間40 s,氣體流速1 L/min。每組樣品平行測定3次。試驗所用電子鼻不同傳感器的性能描述如表2所示。

表2 電子鼻傳感器陣列

1.3.12 感官評價

將發酵香腸成品蒸制30～40 min,冷卻后選擇香腸的中間部位切成4～5 mm薄片,邀請10位具有食品專業背景的人員組成感官評定小組,按照食品感官評定的要求及表3的評分標準進行品評打分。

表3 發酵香腸感官評定標準表

1.4 數據分析

實驗數據通過 IBM SPSS Statistics 25進行單因素方差統計分析,使用Origin 2018制圖,數據以平均值±標準差(standard deviation, SD)表示,不同小寫字母表示不同組間或組內差異顯著,即P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同發酵劑對發酵香腸水分含量及pH值的影響

如圖1所示,香腸的水分含量為20.36%～21.30%,均小于25%,符合GB/T 23493—2009的要求,屬于特級香腸,且實驗組香腸的水分含量與CK組差異不顯著(P>0.05)。但XIAO等[5]發現添加戊糖葡萄球菌可以加速香腸的脫水過程,使其水分含量降低。較低的水分含量可能抑制具有氨基酸脫羧酶活性的微生物的生長,從而抑制接種香腸中亞硝胺的形成[5]。但香腸失水過多會變得質地干硬、難以咀嚼。因此未來還應繼續探索發酵劑對發酵香腸水分含量的影響機制及效果。另外,與CK組相比,實驗組香腸的pH顯著降低,且實驗組間的pH差異顯著(P<0.05),這是因為發酵劑的添加會使香腸在發酵過程中產生有機酸等酸性物質,從而降低肉品基質的pH[12],而LHP+CS-300組中含有的戊糖片球菌、乳酸片球菌和肉葡萄球菌產酸速度較快,故該組發酵香腸的pH值最低。較低的pH可以抑制發酵香腸中腐敗菌、致病菌和雜菌的生長,從而提高發酵香腸的微生物安全性并延長其貨架期[13]。

圖1 不同發酵劑對發酵香腸水分含量及pH值的影響

2.2 不同發酵劑對發酵香腸酸價及TBARS的影響

脂肪是香腸的重要成分,適度氧化可以改善香腸的營養和風味,過度氧化則會使其感官特性下降。酸價和TBARS值是衡量油脂氧化的重要指標,能很好地評價肉品脂肪氧化的程度。由圖2可知,與CK組相比,實驗組發酵香腸的酸價及TBARS值顯著降低(P<0.05),這是因為發酵劑中的某些細菌,如清酒乳桿菌等,在發酵過程中具有較強的蛋白水解活性,可以釋放某些具有抗脂質氧化保護能力的蛋白源活性肽,抑制發酵香腸中的脂肪氧化產生次級產物,從而使得實驗組香腸的酸價及TBARS值更低[14]。4個實驗組中,SM-181組香腸的酸價顯著低于其他3個實驗組(P<0.05),說明該種發酵劑的抗脂肪過氧化能力較強,有效抑制了游離脂肪酸的產生。WANG等[14]的研究也發現,接種戊糖片球菌、乳桿菌和木糖葡萄球菌復合發酵和自然發酵的發酵香腸中TBARS的測試值分別達到2.64 mg/kg和13.92 mg/kg。這說明發酵劑可以有效抑制脂肪過度氧化,起到延緩酸敗的作用。

圖2 不同發酵劑對發酵香腸的酸價及TBARS值的影響

2.3 不同發酵劑對發酵香腸色差的影響

色澤因其直觀性在很大程度上會影響消費者的消費欲望,其衡量指標包括亮度(L*)、紅度(a*)及黃度(b*)。由表4可知,CK組的L*值最大,顯著高于實驗組(P<0.05),說明CK組香腸的切面較實驗組亮。比較a*值和b*值發現,實驗組香腸的a*值和b*值顯著增大(P<0.05),這是由于發酵劑能夠促進肉中蛋白的水解和酸度的降低,引起血紅素和肌肉蛋白的聚集[15],以及高鐵肌紅蛋白被發酵劑中的某些微生物轉化為亞硝基肌紅蛋白,從而起到良好的呈色效果[16]。另外,BFFI-712組香腸的a*值和L*值較其他組大,說明其色澤最為鮮紅,這可能是因為其中的清酒乳桿菌和肉葡萄球菌的硝酸鹽還原酶的活性較強,能將肉制品中的 NO3-還原為 NO2-,并進一步分解為 NO,促進發色導致。而SM-181、LHP+CS-300、ECLC-719三組香腸的a*值無顯著差異?？偟膩碚f,發酵劑的添加可以促進香腸發色、改善香腸色澤。

表4 不同發酵劑對發酵香腸色差的影響

2.4 不同發酵劑對發酵香腸質構的影響

在香腸發酵和成熟過程中,pH降低、水分含量減少、脂肪和蛋白質的氧化等因素都可以增大香腸的硬度、內聚性和咀嚼性[17]。由圖3可知,實驗組香腸的硬度、內聚性、彈性和咀嚼性均顯著高于CK組(P<0.05),這表明添加發酵劑可以使香腸的組織結構更為緊密,這主要是因為發酵劑能發酵肉中的碳水化合物形成有機酸,使香腸的pH降低,影響肉中鹽溶性蛋白的凝結,當pH降低到蛋白質的等電點后,促進蛋白質凝膠化使香腸的硬度、內聚性和咀嚼性增加[12]。由圖3-A可知,LHP+CS-300組香腸的硬度最大,結合pH測定結果推測,這可能是由于其中的菌種能夠快速降低香腸的pH,從而影響其質構特性所致。內聚性反映咀嚼食物時食物抵抗受損并緊密連接,使食物保持完整的性質[18]。由圖3-B可知,與其他3個實驗組相比,SM-181組香腸的彈性和內聚性最大,說明該種發酵劑能較好的改善發酵香腸的質構特性。

A-硬度、咀嚼性;B-彈性、內聚性

2.5 不同發酵劑對發酵香腸微觀結構的影響

5組發酵香腸的微觀結構如圖4所示。對照組發酵香腸肌纖維束結構完整、細膩、平滑、肌束間界限分明,而4個實驗組發酵香腸的肌肉結構受到嚴重破壞,肌纖維排列混亂、結構變得疏松、肌內膜破裂、肌束間隙增大,肌纖維邊界更加模糊并伴有明顯的崩塌和斷裂,呈碎片化,凝膠孔洞較大。這主要是因為發酵劑中的清酒乳桿菌、木糖葡萄球菌、戊糖片球菌、乳酸片球菌和肉葡萄球菌在發酵過程中能夠在發酵香腸內部和表面生長,并且可以分泌出分解脂肪和蛋白質的脂肪酶和蛋白酶,促進了肌纖維間連接蛋白和小蛋白水解所致[19],從而使發酵香腸呈現下圖4-B～圖4-E所示的肌原纖維小片化和斷裂的現象。掃描電鏡微觀結構觀測圖表明發酵劑能夠改變發酵香腸的肌肉結構。

A-CK;B-SM181;C-LHP+CS-300;D-ECLC-719;E-BFFI-712

2.6 不同發酵劑對發酵香腸游離氨基酸組成及含量的影響

2.6.1 不同發酵劑對發酵香腸游離氨基酸組成的影響

游離氨基酸主要是由發酵肉中的內源酶先將蛋白質降解為肽,然后微生物分泌的酶將肽分解而成,包括必需氨基酸(essential amino acid,EAA)和非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA),其不僅是人體日常所需的重要營養素,還是肉制品滋味及香味的關鍵來源。由表5中數據可知,發酵香腸中所檢出的EAA由蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(lie)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)及賴氨酸(Lys)組成,且SM-181組香腸的EAA及NEAA含量均顯著高于其他組(P<0.05),這表明添加清酒乳桿菌及木糖葡萄球菌的復合發酵劑更有利于游離氨基酸的生成,這與王德寶[20]的研究結果一致。由此表明,SM-181發酵劑可以顯著提高香腸中游離氨基酸的總量(P<0.05),使發酵香腸的營養及風味更加豐富。

表5 發酵劑對發酵香腸游離氨基酸組成及含量的影響 單位:mg/100 g

2.6.2 發酵劑對發酵香腸游離氨基酸的呈味效果及味道強度值分析

某些氨基酸具有呈味作用或是香味的前體物,通常呈現鮮味、甜味和苦味等不同滋味,如谷氨酸對鮮味的形成有利,丙氨酸是甜味的主要來源。此外,苯丙氨酸在細菌作用下可轉化為苯丙酮酸,其被氧化后可生成苯甲醛及其他一些具有特殊芳香風味的物質[21],對改善發酵肉制品的特征風味具有重要作用。一般用游離氨基酸的味道強度值(taste activity value, TAV)來評價其對滋味的貢獻程度,當TAV>1時,則認為該氨基酸對滋味有貢獻[10]。分析表6中的數據發現,5組發酵香腸的總鮮味氨基酸最多,苦味氨基酸次之,甜味氨基酸最少,且谷氨酸(鮮味)、丙氨酸(甜味)和賴氨酸(苦味)的TAV大于1。雖然各組香腸都含有苦味氨基酸,但一定濃度的苦味氨基酸對其他氨基酸的鮮味和甜味有增強作用[10]?？偟膩碚f,SM-181組總體的鮮味和甜味TAV最大,進一步表明該種發酵劑中的清酒乳桿菌和木糖葡萄球菌能較明顯的促進香腸中呈味游離氨基酸的富集,對香腸滋味物質的生成有較好的促進作用[20]。

表6 發酵劑對發酵香腸游離氨基酸味覺特征及TAV的影響

2.7 電子鼻分析

2.7.1 雷達圖分析

電子鼻是一種通過模擬哺乳動物鼻子的嗅覺功能,以采集樣品揮發性成分整體信息來評價樣品的方法[11]。由圖5可知,傳感器W3S、W2S、W1W、W1S和W3C的響應值均顯著增加,這表明香腸中含有長鏈烷烴、醇、醛、酮、硫化物、甲基化合物和芳香成分。但傳感器W1C、W3C、W3S、W2S及W1W的信號響應值在不同處理組之間幾乎重疊,說明這5個傳感器檢出的5組發酵香腸的揮發性成分組成基本相似。另外,傳感器W5S、W6S、W5C的響應值雖較其他傳感器低,但不同組別香腸的數值表現出一定的差異,說明不同發酵劑對發酵香腸的風味會產生一定的影響。對比組間數據發現,實驗組在各傳感器上的響應值均大于CK組,這是由于發酵劑中的清酒乳桿菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、彎曲乳桿菌與肌肉組織酶降解肉中的糖類、蛋白質和脂類,促使香腸風味形成,葡萄球菌和酵母通過降解游離氨基酸和抑制不飽和游離脂肪酸的氧化來影響發酵香腸的水溶性非揮發性成分(如氨基酸)和揮發性風味物質從而影響其香氣的形成[12]?？偟膩砜?SM-181及LHP+CS-300組的綜合響應值最高,風味最為豐富。

圖5 雷達圖分析圖譜

2.7.2 主成分分析

主成分分析(principal component analysis,PCA)是將所有傳感器所采集到的信息經過降維處理,再進行線性分類后在圖上顯示的二維散點圖[11]。由圖6可知,第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為69.228%和25.287%,累計貢獻率為94.515%(>80%),說明兩種主成分包括發酵香腸氣味物質的大部分信息。由圖6-B可知,ECLC-719及BFFI-712兩組數據有交叉重疊,說明它們風味相近。PCA圖中,橫坐標與縱坐標的距離反映樣品的揮發性風味的強弱,距離越遠,樣品的揮發性越強[18]。從PC1角度看,SM-181組及LHP+CS-300組位于正向端,CK組、ECLC-719組、BFFI-712組位于負向端;從PC2角度看,SM-181組、CK組位于正向端,LHP+CS-300組、ECLC-719組、BFFI-712組位于負向端。這說明PCA法可將5組發酵香腸的風味物質區分開,且CK組和實驗組香腸的風味差異顯著(P<0.05),4個實驗組中,SM-181組風味最強,說明該種發酵劑對發酵香腸風味的形成有良好的促進作用。

a-電子鼻傳感器PCA圖譜;b-發酵香腸PCA圖譜

2.8 不同發酵劑對發酵香腸感官評分的影響

對5組發酵香腸的色澤、氣味、組織狀態和滋味4個方面進行感官評分得到的結果如圖7所示。除LHP+CS-300組外,其余3個實驗組香腸的感官評分均顯著高于CK組(P<0.05),且4個實驗組香腸間中,SM-181組香腸的感官評分最高,這是因為發酵劑的添加能促進發酵香腸中滋味物質的釋放,對香腸的外觀、氣味、組織狀態和滋味起著積極的影響。而LHP+CS-300組發酵香腸的感官評分較低,結合pH測定結果來看,可能是由于該組香腸pH較低,過低的酸度影響其食用的滋味和口感。但總的來說,發酵劑的添加一方面可以改善香腸的色澤,增加消費者購買的欲望。另外,在食用品質方面,發酵劑的添加使得香腸的質地更加緊實,也會使得香腸具有獨特的發酵風味。

圖7 不同發酵劑對發酵香腸感官評分的影響

3 結論

發酵劑作為發酵香腸生產的常見輔料不僅可以改善香腸的色澤、質地和風味,還具有一定的抑制脂肪過氧化等作用,提升了發酵香腸的綜合品質,降低其安全風險,符合我國現階段對食品的安全、營養和健康的消費趨勢及需求。本研究結果表明,與CK組相比,添加發酵劑能夠顯著降低香腸的pH、抑制香腸脂肪過氧化、改善其色澤、質構、感官及風味特性,且不同種類的發酵劑對發酵香腸品質特性的影響較大。與其他3種發酵劑相比,添加SM-181生產的發酵香腸綜合品質最佳,酸堿度適宜,安全性更高,外觀及質地更好,游離氨基酸含量最多,感官評價得分最高,風味更為豐富。綜合來看,SM-181是相對較適合于高質量發酵香腸生產的發酵劑,未來可用于發酵香腸制品的開發和生產,為豐富發酵香腸的品種,推動發酵香腸產業的發展提供動力。