三種熱加工方式對豬肉風干腸理化和感官特性影響的研究

呂偉,許文琪,黃一承,史玉,慕思雨,李曉磊,李丹

(長春大學 農產品加工吉林省教育廳重點實驗室,吉林 長春,130022)

風干腸是中國北方地區頗有名氣的發酵肉制品[1],它是以豬前腿肉為原料,食鹽、味精、雞精、糖、香辛料、白酒等為輔料,通過灌腸、自然發酵并風干后制得的易貯存、風味獨特的肉制品。因地區差異,從而形成了不同的種類。南方地區一般稱為臘腸,其一般需要經過明火烘烤后制成,口感軟糯,咸味適中;北方地區一般稱為風干腸,其不需要明火烘烤,通過自然風干后制成,口感筋道有嚼勁,味道偏咸。本實驗采用山東地區的豬肉風干腸作為研究對象,其在自然發酵過程中,經過一系列反應形成獨特的風味及穩定的微生物特性,具有營養豐富、色澤美觀及pH值較低等特點[2],深受消費者青睞。

風干腸的熱加工方式較多,熱門的熱加工方式一般為微波、水蒸和水煮3種,然而不同的熱加工方式會使風干腸發生一些化學和物理變化,這些變化決定了風干腸最終的品質和風味,出現變化的原因是碳水化合物、脂肪和蛋白質在加工過程中的改變[3]。此前PéREZ-ALVAREZ等[4]對西班牙型干腌香腸的理化特性進行了研究,結果表明熟化后風干腸的色度值與所研究的區域(周邊區和中心區)有關,中心區域顏色變淺,L*值增加,a*值和b*值減少,但其余理化性質如pH值、亞硝酸鹽含量水平等均與所研究的區域無關,但未對風干腸的質構特性進行研究。ZHOU等[5]對中國干香腸不同加工和貯藏階段揮發性物質及氣味活性物質進行了研究,結果表明對風干腸風味的形成起關鍵作用的是微生物酯化和脂質氧化,起積極作用的是碳水化合物的發酵、所添加的香辛料及氨基酸的分解代謝,在加工過程中,除了脂質氧化和微生物酯化的揮發性風味物質含量顯著增加外,其余揮發性風味物質的百分比逐漸降低,但未對不同熱加工方式對風干腸的揮發性風味物質的影響進行研究。目前,國內外研究人員對風干腸風味影響因素的研究主要集中在制作過程中,如原料[6-7]、發酵時間[8]、發酵菌株[9-10]和菌株接種量[11-12]等。

風味及理化性質是消費者接受程度的重要評價指標。微波、水蒸和水煮一直是風干腸熱門的加工方式,但是缺少對這3種方式加工后風干腸風味損失和理化性質變化的對比研究。為探究微波、水蒸及水煮對風干腸理化性質及風味的影響,本文通過質構儀、色差儀、pH計等測定風干腸的質構特性、色澤和pH值等理化性質,采用頂空-固相微萃取-氣相色譜質譜聯用儀分析不同熱加工方式的風干腸風味組成,結合感官評定,為不同熱加工方式風干腸的品質控制提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮肥瘦相間的豬肉、味精、雞精、食鹽、白糖、老抽、十三香、香腸料、白酒(38度)、豬腸衣(豬小腸衣)等,山東泰安農貿市場。

正構烷烴(C7～C40),上海安譜公司;2-辛醇(色譜純),德國Dr試劑公司;亞鐵氰化鉀,沈陽試劑三廠;乙酸鋅,天津天大化工廠;四硼酸鈉,北京化工廠;對氨基苯磺酸,合肥天健化工有限公司;鹽酸萘乙二胺,國藥集團。

1.2 儀器與設備

M3-L233B微波爐、C21-SN216電磁爐,廣東美的廚房電器制造有限公司;QP 2010 Ultra氣相色譜-質譜聯用儀、UV-2550紫外分光光度計,日本Shimadzu公司;頂空萃取瓶(15 mL)、萃取纖維(50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美國Supelco公司;氣相色譜柱(30 m×0.250 mm,0.25 μm DB-5MS UI),美國Agilent Technologies公司;ODP4嗅聞儀,德國Gerstel公司;TA-XT PLUS質構儀,英國Stable Micro System有限公司;CM-5色差儀,日本Konica Minolta公司;METTLER TOLEDO FiveEasy Plus臺式pH計,瑞士梅特勒公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 風干腸的腌制配方

風干腸腌制配方如表1所示。

表1 風干腸的基本配方

1.3.2 風干腸工藝流程及操作要點

1.3.2.1 工藝流程

風干腸加工工藝如下:

豬肉絞餡、加入調料→混合攪拌→灌入豬腸衣內(長度約20 cm,直徑約2 cm)→懸掛在陰涼處發酵10 ℃、風干7 d→成品→置于-18 ℃冰箱存儲。

1.3.2.2 風干腸的熱加工方法

微波:在微波爐P100模式下微波1.5 min;

水蒸:冷水下鍋,在電磁爐2 000 W功率下,冷水加熱至沸騰,沸騰后再蒸30 min;

水煮:冷水下鍋,在電磁爐2 000 W功率下,冷水浸沒風干腸加熱至水沸騰,沸騰后再煮30 min。

1.3.3 質構特性測定

將風干腸切成直徑2 cm、高1 cm的圓柱體狀,使用質構儀結合P36探頭進行測定。測定條件為:預測試速度2 mm/s,測試速率0.5 mm/s,返回速率1 mm/s,壓縮距離3 mm,觸發點負載5 g,2次擠壓時間間隔1 s。測定其硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度、回復性。

1.3.4 色澤測定

參照OLIVARES等[13]的測定方法并稍作修改。采用色差儀與D65光源。將每組風干腸切成2 mm厚度,測定其L*值、a*值和b*值。儀器在每次測量前均要進行校準。

1.3.5 pH值測定

參照伍勇等[14]的測定方法并稍作修改。每組分別稱取5 g風干腸碎樣并加入15 mL蒸餾水至50 mL EP管中,勻漿30 s后過濾取濾液,用標準化的pH計測定其pH值。

1.3.6 亞硝酸鹽含量測定

參照GB 5009.33—2016進行溶液的配制。稱取1.00 g風干腸置于燒杯中,加入2.50 mL飽和硼砂溶液,用60 mL 70 ℃左右的水洗入100 mL容量瓶中,超聲15 min,加入1.00 mL 106 g/L亞鐵氰化鉀溶液搖勻,再加入1.00 mL 220 g/L乙酸鋅溶液后定容,混勻后靜置15 min,于0.45 μm抽濾,得到待測液。取4.00 mL待測液,加入0.40 mL 4 g/L對氨基苯磺酸溶液后混勻,靜置5 min后加入0.20 mL 4 g/L鹽酸萘乙二胺溶液,加入蒸餾水定容至刻度,混勻后靜置15 min,得樣品反應液,通過紫外分光光度計進行測定。

1.3.7 質量損失測定

將未處理的風干腸均勻切成5 cm的長度,質量損失計算如公式(1)所示:

(1)

式中:A為質量損失率,%;m1、m2分別為處理前后風干腸的質量,g。

1.3.8 揮發性風味物質測定

通過氣相色譜-質譜聯用儀對風干腸中揮發性風味物質進行檢測,結合嗅聞儀進行進一步的篩選。

1.3.8.1 頂空-固相微萃取(headspace-solid phase microextraction,HS-SPME)條件

稱取0.5 g風干腸樣品,在研缽中碾碎后加入15 mL頂空萃取瓶中,再并加入2.00 mL飽和NaCl溶液和200 mg/mL 10 μL 2-辛醇,放置于磁力攪拌器(55 ℃、200 r/min條件下)預平衡10 min,用已活化好的萃取纖維頂空吸附40 min,將萃取頭插入GC進樣口解吸5 min。

1.3.8.2 GC-MS分析

GC條件:進樣口溫度230 ℃,分流比1∶5;載氣He,流速1.0 mL/min;升溫程序:毛細管柱初溫40 ℃,保持5 min,以4 ℃/min升至140 ℃,保持3 min,再以6 ℃/min升至230 ℃,保持2 min。

MS條件:GC-MS接口溫度250 ℃,離子源溫度230 ℃;離子化方式:電子電離源;電子能量70 eV;質量掃描范圍m/z30～550。

定性方法:通過對比軟件標準譜庫NIST11,保留相似度大于80%的化合物,并通過正構烷烴在相同氣相條件下進樣得到的保留時間計算得到化合物保留指數。

定量方法:以2-辛醇為內標半定量化合物含量,重復3次。

1.3.8.3 氣味活度值(odor activity value,OAV)

OAV值是一種能夠有效評價測得化合物對風味貢獻度的方法。所測風味化合物的OAV計算如公式(2)所示:

(2)

式中:C和T分別為各揮發性物質的濃度和感覺閾值。OAV越大表示該化合物對樣品總體氣味的貢獻作用越大,一般認為OAV≥1的風味化合物是關鍵風味化合物[15]。

1.3.9 感官評價

參考扈瑩瑩等[16]的方法并稍作修改。把微波、水蒸、水煮的風干腸切成5 mm的薄片裝盤。邀請10名經過專業培訓的食品專業學生(男生、女生各5人)對不同熱加工方式的風干腸進行感官評價。每項指標最低分為1分,最高分為9分,分別為色澤(1分:色澤暗淡,9分:色澤紅潤)、形態(1分:肉質松散、彈性差,9分:肉質緊密、彈性好)、咸味(1分:不佳,9分:適宜)、氣味(1分:嚴重的刺激性氣味,9分:無刺激性氣味)、口感(1分:不佳,9分:適宜)、總體可接受度(1分:極差,9分:極好)。

1.4 數據處理

每組實驗均做3次平行,采用Microsoft Office Excel 365對所測得的實驗數據進行整理分析。通過IBM SPSS Statistics 26分析軟件對數據進行Duncan檢驗(P<0.05),通過TBtools進行熱圖制作以及聚類層次分析,通過SMICA 14.1數據處理軟件對數據進行正交偏最小二乘判別分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA),采用Origin 2021軟件對感官評價數據進行圖像化處理。

2 結果與分析

2.1 質構特性

風干腸的質構特性是評判其質量的重要指標之一,質量高的風干腸組織結構緊密,具有一定的彈性[17]。通過硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度和回復性6個指標來探究不同處理風干腸的質構特性。

將未經任何處理的風干腸作為對照組。由表2可知,與對照組相比,熱加工后風干腸的質構特性均不同程度改變,且具有顯著性差異(P<0.05),其中微波、水蒸后的風干腸與對照組相比硬度增加,且存在顯著差異,水煮后的風干腸與對照組相比硬度明顯降低,這可能是由于在水煮過程中吸收了大量水分所導致的;熱加工后的風干腸彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼性及回復性均增加,且存在顯著性差異,這可能是由于加熱導致肌肉蛋白變性,發生凝聚現象,水分流失過多導致肌肉結構增強所致。其中,咀嚼度可以作為評價風干腸優劣的一項指標,咀嚼度為451.242～2 590.536 g時,其值越小,品質越高[18],更容易得到消費者的青睞。

表2 不同處理風干腸的質構特性

2.2 理化特性

3種熱加工方式風干腸的色度值、pH值和亞硝酸鹽含量見表3。色澤與消費者購買的意愿密切相關[19]。微波風干腸的L*值與對照組無顯著性差異(P>0.05),水蒸、水煮風干腸的L*值與對照組存在顯著差異,與對照組相比,3種熱加工風干腸間的L*值也存在顯著性差異,其中水蒸的L*值最小;3種熱加工方式風干腸的a*值增大,顯著高于對照組;同樣,3種熱加工方式均可增大風干腸的b*值,與對照組差異性顯著。不同熱加工方式對風干腸色澤產生的影響可能是由于脂質氧化、水分流失以及肌紅蛋白濃度降低等多種因素造成的[20]。PéREZ-ALVAREZ等[4]的研究結果表明熟化后風干腸的L*值增大、b*值減小,這與本實驗的研究結果有所出入,可能是由于風干腸的不同制作方法所導致的。由PARUNOVIC等[21]的研究結果得出,具備更好a*值的風干腸具有更高的色澤評分。因此,微波、水蒸和水煮3種熱加工方式所得到的a*值相比,微波和水煮風干腸更容易受到消費者青睞。

表3 四組風干腸的理化性質

對照組pH值為6.00,與微波、水蒸后的pH值無顯著性差異;水煮后的pH值顯著高于其他組。通過不同熱加工方式后的風干腸pH值存在差異的原因可能是在熱加工過程中脂肪水解為脂肪酸所導致的[22]。

肉品中適量的亞硝酸鹽能起到護色、抑菌和防腐等功能[23],但過量的亞硝酸鹽進入人體后,在一定條件下會轉化為致癌物質[24]。不同處理方式后的風干腸亞硝酸鹽含量通過線性回歸方程:A=0.668 7C+0.006 7,相關系數R=0.996。由表3可知,熱加工后的風干腸中亞硝酸鹽含量從0.01 mg/kg增加到0.07 mg/kg,但熱加工后風干腸亞硝酸鹽含量均在GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》規定的30.00 mg/kg的最大殘留限量范圍之內,可放心食用。微波、水蒸和水煮的亞硝酸鹽含量顯著高于對照組。相比微波風干腸內亞硝酸鹽含量而言,水蒸和水煮的風干腸更為健康。

2.3 揮發性成分含量

3種熱加工方式處理后風干腸中揮發性風味化合物的種類與含量見表4,包含萜烯類、醛類、醇類、酮類、酚類、酯類和其他類物質。為更直觀揭示其對種類及含量的影響制作聚類熱圖。如圖1所示,A表示對照組,B表示微波組,C表示水蒸組,D表示水煮組。經過3種熱加工方式加工后,檢測到風干腸揮發性風味物質的種類和含量出現了顯著的差異。對照、微波、水蒸、水煮風干腸中分別檢測出62、32、34、37種揮發性風味物質,其中萜烯類化合物種類最多,其后依次是醇類、酯類、醛類、酮類和酚類化合物。與對照組相比,熱加工后揮發性風味化合物的種類減少約一半,其中萜烯類、醛類及酯類化合物的種類大幅減少。對照組中共檢測出萜烯類、醛類和酯類化合物種類分別為23、8、9種,經過熱加工后,微波風干腸中萜烯類化合物損失嚴重,損失了13種;水蒸風干腸中醛類和酯類化合物損失嚴重,分別損失了5種和8種;水煮風干腸中醛類和酯類化合物損失嚴重,分別損失了6種和9種,這可能是由于高溫使部分化合物揮發,從而導致化合物種類減少。此外,經熱加工后的風干腸出現了新的揮發性風味化合物,如松油烯、丁酸芳樟酯等,新化合物出現的原因可能是由于脂肪的氧化降解所產生的[25]。

圖1 四組風干腸揮發性成分聚類熱圖

表4 不同烹飪方式對風干腸揮發性物質含量的影響

風干腸中的萜烯類化合物部分來源于所添加的辛香料中,(D)-檸檬烯具有較低的抗氧化活性,被認為是風干腸風味的主要化合物,γ-萜品烯、β-石竹烯對風干腸風味的提升呈促進作用。但大部分萜烯類物質還呈現一定的苦味[26],含量越高,口感也就越差。含量相對較多的有β-水芹烯、月桂烯、(D)-檸檬烯、γ-萜品烯、α-古巴烯、β-石竹烯等,對風干腸風味的形成具有重要作用。

由于醛類物質來源于不飽和脂肪酸的氧化且揮發性強[27],經過熱加工后的風干腸中僅檢測出壬醛、孜然醛、肉桂醛3種醛類化合物且含量有一定程度的損失,其中損失最為嚴重的是壬醛,與對照組相比具有顯著的差異性。多數醇類和酮類物質源于碳水化合物代謝、脂質β-氧化和氨基酸分解代謝。蘑菇醇、2-茨醇、對甲基苯異丙醇等化合物在熱加工后的風干腸中未檢測出,可能是由于在熱加工過程中高溫氧化為其他化合物。剩余醇類、酮類化合物含量與對照組相比差異不大,對熱加工后風干腸的風味損失影響較小。

酯類物質屬于芳香類化合物,具有水果香氣,對風干腸的風味具有獨特貢獻[28]。熱加工后風干腸中酯類化合物的含量具有顯著性差異。微波風干腸中僅檢測出丁酸芳樟酯、醋酸萜品酯和鄰苯二甲酸二丁酯三種酯類揮發性風味化合物,其中在對照組風干腸中未檢測出丁酸芳樟酯,這可能是在微波過程中醇類物質與某些酸類物質發生酯化反應所產生的,賦予了風干腸獨特的風味[29];水蒸風干腸中僅檢測出乙酸芳樟酯;水煮風干腸中僅檢測出丁酸芳樟酯。因此酯類化合物是導致3種熱加工方式風干腸風味差異的一個原因。

在其他類揮發性風味化合物中含量最多且對風味呈促進作用的是茴香腦,其可能來源于添加的辛香料中。3種熱加工方式風干腸中茴香腦的含量與對照組相比具有顯著的差異性(P<0.05),作為一種醚類物質帶有茴香和草香香氣,對整體香氣貢獻大且有代表性[30]。

2.4 揮發性成分含量OPLS-DA結果

由圖2所示,模型中R2X=0.902,R2Y=0.991,Q2=0.950,其中R2X=0.902表明該模型能反映90.2%數據的變化,R2Y=99.1%接近1.0表明該模型具有良好的可解釋性,Q2=95%表明該模型擬合度較好[31]。4組風干腸在OPLS-DA的分散點圖上聚類良好,組內差異小,不同組間實現完全分離。

圖2 不同處理方式的風干腸揮發性香氣物質OPLS-DA的分數散點情況

由圖3可知,VIP>1的化合物有26種,VIP值越大,貢獻率越大,通常VIP>1為常見的差異代謝物篩選標準[31]。4種處理方法存在較多的差異性標志物,不同處理方法對風干腸揮發性香氣物質有較大影響。

圖3 不同處理方式的風干腸揮發性香氣化合物的VIP值

2.5 揮發性成分的OAV值

結合氣相色譜-嗅聞儀(gas chromatography olfactometry,GC-O)對風干腸的OAV值進行測定。肉制品中散發出的香氣成分,不僅受揮發性風味物質濃度的影響,還與它們的氣味閾值和揮發性物質之間的相互作用有關,一般認為,OAV≥1的物質是影響樣品關鍵風味化合物,且OAV值越大對樣品香氣貢獻程度越高[27]。由表5可知,對照、微波、水蒸、水煮風干腸OAV≥1的揮發性風味物質分別有14、11、12、12種。微波、水蒸及水煮風干腸三者相比較發現,水煮風干腸中所含有的獨特的揮發性風味物質為(Z)-β-羅勒烯,具有柑橘似香氣;揮發性風味物質3-蒈烯在水蒸風干腸中的OAV值大于1,在微波、水煮風干腸中OAV值小于1,且具有檸檬似香氣,其余各揮發性風味物質在3種熱加工后風干腸中的OAV值差別不大,可以說明(Z)-β-羅勒烯和3-蒈烯是造成3種熱加工方式風干腸風味差異的一個因素。

表5 不同熱加工方式風干腸樣品中OAV≥1的揮發性風味物質

將OAV值進行可視化處理(圖4)發現,水蒸組和微波組聚集,說明其揮發性風味物質含量相似度較高;對照組與微波、水蒸、水煮組分別在不同的2個大類分支上,表明未處理的風干腸與處理過后的風干腸揮發性風味物質含量具有顯著差異。麥草酚甲基又稱龍蒿腦,存在于大茴香、茴香等天然香料中,是風干腸的主要香氣來源;壬醛、己醛等醛類物質是油酸和亞油酸的氧化降解產物,賦予風干腸脂肪香氣;桉油醇主要化學成分是萜烯類化合物及其含氧衍生物,存在于天然的芳香油中,具有薄荷香氣;芳樟醇是一些芳香植物精油,被作為調味劑添加到食品中,賦予風干腸薰衣草似香氣。正是由于不同的揮發性風味物質結合在一起,賦予了風干腸獨特的風味。

圖4 不同處理風干腸揮發性風味物質OAV值變化熱圖

2.6 不同處理對風干腸感官品質的影響

如圖5所示,通過不同熱加工方式,風干腸的口感、氣味、咸味、形態和色澤均發生了不同程度的改變,高溫處理可通過影響水分、脂肪及蛋白質間接影響風干腸的色澤。微波處理的色澤評分更高,這是因為高溫作用下蛋白質會發生美拉德褐變,色澤更鮮亮。通過咸味評分發現微波處理風干腸評分最低,這可能是由于微波使風干腸內的水分、脂肪含量急劇減少,含鹽量相對損失較少。另外,3組風干腸的氣味和口感評分相差不大,說明這3種處理方式后的口感和氣味都受消費者青睞。最后通過總體可接受度發現水蒸處理風干腸評分最高,是因為其咸味適中、回味較好、咀嚼度好的原因。

圖5 不同處理對風干腸的感官評定

3 結論

本實驗研究了不同熱加工方式對風干腸的質構特性、理化性質及揮發性風味物質的影響,并結合感官評價進行分析。3種熱加工方式處理后風干腸的質構特性與對照組相比存在顯著性差異,其中咀嚼度在450 g左右時具有更好的口感。熱加工后風干腸的色度、pH和亞硝酸鹽含量均在可接受范圍內,研究發現熱加工后會顯著改變風干腸的a*值、提高pH值和亞硝酸鹽含量。采用SPME-GC-MS技術對3種熱加工風干腸的揮發性風味物質的種類及含量進行檢測分析,結合GC-O篩選出對風干腸起主要作用的揮發性風味物質,最終確定了賦予風干腸獨特風味的12種OAV≥1的揮發性風味物質。最后結合感官評價得出結論:通過微波、水蒸和水煮熱加工后的風干腸中,水蒸風干腸的質構特性、理化性質及風味更容易被消費者所接受。本實驗的研究結果為豬肉風干腸的熱加工方式提供了參考。