新型腌制技术在肉制品中的研究进展

(湖南农业大学食品科学技术学院,湖南长沙 410128)

肉是最受消费者喜爱的食品种类之一,据国家统计局数据,2018年我国肉类总产量8517万吨[1]。肉类营养丰富,所含蛋白属全价蛋白,易消化吸收[2]。由于微生物污染和组织酶作用,脂肪、蛋白质易被分解导致肉品腐败变质,肉的保藏期较短。

肉类经食盐腌制后,食盐渗入组织内部引起渗透压增加,水分活度降低,从而抑制部分腐败和致病微生物的活动,延缓肉制品的腐败变质,达到保藏的目的[3-4]。腌制不仅能延长保藏期,还能形成独特的风味和改善色泽,提高肉制品的品质[5-6]。然而传统腌制中,食盐渗透缓慢且不均匀,造成产品的口感、质量不稳定。腌制时间长还易引起微生物污染,腌制品也因含盐量较髙容易增加心脑血管类疾病的发病率等问题[7-8]。因此,为提高腌制速度,缩短生产周期,降低盐含量,传统腌制技术需向现代化改造,采用新技术结合新工艺,实现机械化、自动化生产,提高生产规模和效率,同时,积极研究开发新型腌制技术,体现绿色低碳加工理念。我国肉制品腌制大多局限于传统腌制技术,新技术应用较少。西方国家如西班牙、意大利、法国等先后对干腌火腿完成了传统工艺的现代化改造,创造了肉品发展史上传统与现代完美结合的成功典范[9]。

本文综述肉制品中的传统腌制技术,总结了肉制品加工中的现代腌制技术。同时基于新技术在食品加工中的应用,分析了新型腌制技术的研究进展,并提出了未来肉制品腌制的研究方向,以期为腌制肉制品产业的发展提供理论依据。

1 传统腌制方法

1.1 干腌法

干腌法是将肉和腌制剂直接混合或涂抹在肉的表面,层装在腌制容器内或腌制架上,外渗汁液形成高浓度盐液进行腌制的方法。干腌法操作简便;制品较干,易于保藏;风味独特;营养成分流失少(肉腌制时蛋白质流失量为0.3%～0.5%)。但干腌法腌制不均匀、失重大、需要较长的腌制时间,如金华火腿需1个月左右,虽形成了独有的风味和质地,但食盐扩散到肌肉深层的速度缓慢,肌肉内部变质情况时有发生[10]。同时,由于食盐添加量较多,肉制品外部高渗透压使水渗出量增大,产品失重严重,如火腿失重率约为5%～7%。干腌法适合腌制火腿(如金华火腿)、腊肉、干香肠、风干类禽肉制品(如风干鸡)以及不需含较多水分的灌肠制品、发酵制品(发酵香肠)等[11]。

1.2 湿腌法

湿腌法是将肉放置在含一定食盐浓度的腌制液中,通过盐分扩散和水分渗透作用,使腌制液扩散到肉内部,直到内外渗透压达到动态平衡时腌制完成[10-11]。湿腌过程中伴随着三种扩散作用:第一种是食盐及其他腌制剂向肉组织中扩散;第二种是肉中的水分在腌制液和肉组织中发生迁移;第三种是肉中的可溶性蛋白质、氨基酸和无机盐等小分子物质向腌制液中扩散[10-11]。第三种扩散导致肉中营养物质流失,影响产品的风味。湿腌法腌制的产品水分和盐分分布较为均匀,加盐量易于控制,失水率低,产量高,但在色泽和风味方面不及干腌制品[11]。湿腌法腌制时间长,生产所需得设备也较多,营养物质损失较严重,含水量高,贮存期较短[10]。湿腌法适合腌制中式酱卤制品、酱禽制品和无注射的西式火腿制品[12]。

1.3 注射腌制法

注射腌制法又称盐水注射法,是随着食品机械的发展产生的一种能够改善湿腌的腌制方法。起初是动脉注射腌制法,后又发展为肌肉注射腌制法。针头也由单针头发展成多针头,一排约20枚针头,一个针头中有多个小孔,平均每小时可注射60000多次,因此效率高,又因针头数量多,针距相近,所以注射到肌肉中盐液分布较均匀[10-12]。通常注射机将预先配好的腌制液注射到肌肉组织中,再经静置或滚揉后静置促使盐溶性蛋白的溶出,并使腌制液均匀分散在肉制品中,使肉品保水性得到改善,品质提高。注射腌制法具有腌制液分散快、腌制周期短、效果好、效率高、防止腌肉腐败变质等优点,其缺点是制品风味不及干腌制品,煮熟时收缩程度较大。盐水注射腌制法适合腌制西式火腿类产品、带骨禽类产品、中式软包装肉制品等块状肉类制品和含有小肉块的灌肠类制品等[13]。

1.4 混合腌制法

混合腌制法是将干腌和湿腌相结合的腌制方法。干腌法会促进食品表面发生脱水现象,湿腌法会因食品水分外渗而降低盐浓度。而混合腌制可以避免上述现象,降低水分和营养物质的流失,降低腌制时间和成本,还能防止内部发酵和腐败。工业生产中,不同方法的结合,能够显著降低生产成本,提高生产效率,同时达到传统工艺生产肉制品所需的品质[10,12]。

2 现代腌制技术

随着肉品加工技术的发展,部分发达国家已完成传统腌制技术向现代腌制技术的改造。现代腌制技术及新技术的研究应用,具备腌制速度快、生产周期短、提高肉品品质和安全性的优点,包括电技术、超声波技术、滚揉技术、变压技术等。

2.1 静态变压腌制

静态变压腌制是指将物料放置在静止的腌制液中,在常压、真空和加压的压力交替变化状态下进行腌制的一种方法[13-14]。

静态变压应用在肉制品腌制过程中的原理为在真空状态下物料组织间隙的空气被排出,腌制液渗入[13]。在加压的状态下促使腌制液充分分散在物料细胞间隙中。一个压力变化周期内,不断进行吸入和挤出腌制液的交替运动,促进食盐的扩散。静态变压腌制不会使肉块发生软化变形,能较好的保持原料肉的外观和组织结构[14]。研究显示,与常压腌制、真空腌制和加压腌制相比,静态变压腌制可显著提高腌制效果、改善肉质,具有更为广阔的应用前景[14]。另有研究表明,静态变压腌制吸收率显著高于注射腌制[15]。

2.2 真空滚揉腌制技术

肉在真空条件下的滚揉机滚筒中,因滚筒的旋转而受到一定形式的机械作用力,这种作用力能够改善腌制肉制品的质构,提高腌制肉制品的嫩度,加快腌制速度,这种腌制技术就称为真空滚揉技术。

真空滚揉腌制技术应用在肉制品腌制过程中的原理是通过抽真空,排出肉品原料及其渗出物间的空气,避免在以后的热加工中产生热膨现象破坏产品的结构,也可以避免长时间连续生产过程中发生的氧化反应,还能促进腌制液渗入。但真空度也不宜太高,否则在高真空度下肉块中的水分非常容易被抽出来,所以,一般真空度要求在60.1～80 kPa[16]。真空滚揉曾经被普遍应用于西式火腿的前处理中[17]。

真空滚揉腌制技术在应用时存在以下明显优势:

a.缩短腌制时间、提高腌制效率。生产平遥牛肉真空滚揉只需8 h,静腌需24 h[18];不同腌制方式(湿腌、醋腌、真空滚揉腌制、干腌)腌制草鱼达到相同含盐量时,真空滚揉所需时间最少[19]。

b.提高腌制肉制品品质。对鹅肉、兔肉、同安封肉进行真空滚揉腌制能显著提高产品品质,改善肌肉嫩度和质构特性,提高保水性[20-22];对调理鸭胸肉制品滚揉腌制工艺进行优化,产品吸收率(29.11%)和出品率(98.85%)均较高,颜色接受度好[23]。

2.3 超声波腌制技术

超声波是一种频率高于2 kHz的声波,通过调整频率可以应用在许多工业中。根据声音范围分为检测超声波(高频率>1 MHz、低强度<1 W/cm2)和功率超声波(低频率20～100 kHz、高强度10～1000 W/cm2)[24]。检测超声波是一种无损技术,用于食品成分和产品在加工和贮存过程中的成分和理化性能监测,对控制食品性能和提高食品质量至关重要;功率超声波可用于修饰细胞结构、影响蛋白质功能性质(如乳化性、起泡性、凝胶性)、抑制或激活酶活性、增强结晶等[25-26]。

超声波技术应用在肉制品腌制过程中是利用功率超声波在介质中传播时的空化效应瞬间,产生高温和压力加快物质的转移,微射流促进离子在界面的穿透[27-28]。在肉的腌制过程中,经超声波处理可以增加盐分的扩散系数,强化渗透过程的质量传递[28-29];破坏肌肉组织结构,加快食盐的渗透速度[30]。

超声波技术在肉制品腌制中的应用的优势在于:

a.缩短腌制时间,提高腌制效率。且在一定强度范围内,扩散系数随超声强度的增强而增大。超声波处理腌制猪肉时在 8 ℃时,3 h就可以完成腌制。在5 ℃超声波条件低频率(20 kHz)、低强度(2～4 W/cm2)腌制猪里脊时,显著增强了盐的扩散,且扩散系数随超声强度的增大呈指数增长[31]。超过超声强度阈值,NaCl含量的增加与施加的超声强度成正比,样品几何形状差异无统计学意义[32]。

b.在一定超声强度范围内提高腌制品品质。利用超声波技术腌制猪肉时,能显著增加腌制速率，缩短腌制时间,提高猪肉水分含量,且其品质不受影响[33];超声波处理过程中通过增加肌纤维小片化和肌原纤维蛋白质的降解改善腌制牛肉的保水性和嫩度[34],增加低盐鸡肉糜(1%,1.5% NaCl)凝胶的硬度和弹性[35],显著降低牛肉脂肪含量[36],显著增加多不饱和脂肪酸含量和脂肪酸组成[37]。

但是,较高强度的超声波可能会使肌肉蛋白质发生变性,降低肉品的品质。研究表明,高强度和长时间超声波处理会显著增加牛肉蛋白质氧化和脂肪氧化程度,增加蛋白质聚集和改变蛋白质构象[38]。因此,腌制时应选择适宜的超声波强度和超声波处理的时间。

2.4 超高压处理腌制技术

超高压技术(Ultra-high pressure processing,UHPP)即高静压技术(High hydro static pressure,HHP)[39],是一种非热处理技术,以水或其他流体作为传导介质,将食品密封于高压处理仓中,施加高静压(100～1000 MPa),保压一段时间后,大分子物质失活、糊化和变性,达到冷杀菌和蛋白质变性的效果[40-41]。

超高压技术应用在肉制品腌制过程中是在施加适度的压力处理下NaCl有最大扩散系数,食盐扩散增加[42]。另外,有研究表明,超高压处理的腌肉制品中盐分的增加是一个感官问题。如经600 MPa处理后的肉中盐含量没有增大但咸度增加,可能是由于钠离子和蛋白结构之间的相互作用使更多的钠离子与舌头上的味觉受体结合,从而产生更咸的味道[43]。因此,用超高压技术处理腌制肉制品,可以缩短腌制时间,提高腌制的效率。此外,由于超高压技术作用对象是食品中的非共价键,对共价键无破坏作用,故超高压技术也能够较好的保留食物固有的感官品质以及营养成分,也可赋予食物新的风味[44]。

超高压技术在肉制品腌制中发挥的作用主要为:

a.在适度的压力处理下缩短腌制时间,提高腌制效率。在150 MPa压力下腌制火鸡胸肉时15 min就可以完成腌制,而常压腌制需5 h[45]。在200 MPa的压力下腌制3 d的肌肉的NaCl含量,远高于常压下腌制3 d的肌肉的NaCl含量[46]。在150 MPa压力下腌制鸡胸肉比300 MPa食盐含量高[47]。而在450 MPa压力下处理牛肉时,NaCl含量随着压力的上升而增加[48],这是由于牛肉是红肉含有更多快肌纤维,直径较粗,而鸡肉是白肉慢肌纤维含量更多,直径较细。

b.在适度的压力处理下改善腌制品品质。在200 MPa压力下腌制15 min羊腿肉时,剪切力最低,肉品颜色最佳[49]。在不大于150 MPa的压力下保压20 min腌制鸡胸肉时,对肉色影响较小,大于150 MPa会使鸡胸肉的亮度值L*升高,红度值a*下降,黄度值b*升高[47]。此外,利用超高压对肉品进行腌制时还能提高肌肉蛋白的凝胶特性[50]。

3 新技术在腌制中的应用

3.1 脉冲电场(PEF)技术

脉冲电场是在电场强度为0.1～80 kV/cm的范围内,利用两个电极在微秒到毫秒之间发出的重复的高压短脉冲,作用放置在两个电极之间的物料上的技术[51-52]。脉冲电场处理是一种非热工加技术,能较好的保存营养物质,具有处理温度低、处理时间短、耗能低、连续操作等的优点[53]。脉冲电场主要集中研究应用在液态食品的杀菌(酒类、乳品、果蔬饮料、茶饮料、调味品等)[54-55],在肉类等固体食品中的研究应用普遍缺乏[56]。

脉冲电场技术应用在肉制品腌制过程中,脉冲电场处理会造成细胞膜穿孔,虽作用机理尚不明确,但电击穿理论和电穿孔理论得到普遍接受和广泛认可[51,57];增强腌制液传质过程,改善食盐的扩散,但其确切的作用机理尚未明确[57];使食盐快速均匀的分布在肉中,增强盐的感知[58];破坏细胞组织,引起肌肉出现多孔的沼泽状结构,更好的容纳扩散的盐水[51]。

脉冲电场技术在肉制品腌制过程中发挥积极的作用。

a.在一定电场强度和能量输入范围内,随着电场强度和能量输入的增加,食盐扩散速率增加。PEF处理(3 kV/cm,5 kJ/kg)处理猪肉,可以改善食盐和亚硝酸盐在猪肉中的扩散[59]。对猪肉施加 1.2(68 kJ/kg)和2.3 kV/cm(181 kJ/kg)的PEF预处理时,NaCl含量分别增加了10%和 13%[60]。随着电场强度和能量输入的继续增加,会造成细胞的机械损伤和死亡。

b.提高产品嫩度。利用间歇式PEF(电场强度达3 kV/cm)处理对火鸡胸肉氧化、颜色、质地和感官特性的影响。结果表明,除了在质地和气味方面有细微差异,其它方面无明显差异[61]。脉冲电场处理能够改善腌肉制品的嫩度,如火腿经脉冲电场处理后变得更嫩、更软。

3.2 冲击波技术

冲击波技术(SW)是指在几分之一毫秒内瞬时产生的高达1 GPa的压力波,可在液体介质(通常是水)中传播,最后对肉类施加压力[62]。冲击波首次应用在肉类处理中是通过水下引爆爆炸物的化学方法产生,这种方法产生的冲击波叫爆炸冲击波(Explosive shockwave),由于存在环境污染、操作安全问题[63],发展出另一种通过水下放电产生冲击波的方法,得到电生冲击波(Electrical shockwave)[64],电生冲击波依赖于水中两个电极之间的高压电弧放电或火花系统放电[65]。

冲击波技术(SW)应用在肉制品腌制过程中会对肌肉组织产生如下影响:

a.肌肉结构的物理破坏。冲击波能通过肌肉样品并且撕裂肌肉蛋白质,产生所谓的“撕裂效应”[63-65]。

b.增强结构肌肉蛋白质的水解或加速成熟[63-65]。研究表明,冲击波处理引起肌节Z线、I带的断裂,扩大肌原纤维之间的间距,导致肌原纤维结构被破坏;降低肌钙蛋白T(TnT)带的强度,增加30 kDa TnT降解产物的积累[66];肌纤维束结构破坏、内膜间隙增大[67];肌内膜结构发生改变,成为松散的网眼状结构、结缔组织的结构发生改变。

冲击波处理技术在肉制品腌制过程中能够加速食盐扩散,提高产品品质。研究发现,经爆炸冲击波处理的火鸡鸡胸肉与对照相比,对盐水的吸收增强,加工产量提高,质地特征改善,且对颜色没有影响[68]。在牛肉和猪肉中的研究中发现,经爆炸冲击波处理可以增加盐水的吸收率[69]。在牛肉样品注射盐和磷酸盐溶液前利用电容放电系统(CDS,Hydrodyne)产生的水动力压力,进行HDP处理,可以改善牛肉嫩度、吸湿性和保水性[70]。同样,先对牛肉注射盐水后进行HDP处理,也可以改善嫩度[71]。

3.3 腌制技术联用

单一腌制技术的使用具有局限性的。如脉冲电场处理强度过大会导致肉品表面熟化,过小则处理效果不明显,也不能有效灭活有害病原体和营养腐败菌。超高压处理压力过高会破坏肌肉结构。较高强度的超声波可能会使肌肉蛋白质发生变性,降低肉品的品质。研究表明,腌制技术联用提高腌制效率和改善品质。超声辅助变压滚揉处理能够提高腌制效率,改善嫩度和提高保水性[72]。

3.3.1 真空压力组合腌制 脉动真空、脉动加压、脉动正负压腌制,是以不同真空度和压力值为组合的腌制方法。利用在不同脉动比下不同真空度和压力值对腌制液进行吸入和挤出,从而促进食盐的扩散。

研究表明,真空腌制(-86 kPa)与高压腌制(150 MPa)、传统腌制相比可显著提高猪肉食用品质[73];在真空低温环境(-40 ℃,-1.0 Pa)下食盐渗透效果好[74]。在羊肉中研究发现,脉动真空腌制较常压腌制效率提高8%～26%[75]。对猪肉采用脉动加压的腌制方式后腌制速率提高了80.70%[76]。此外,关于研究脉动真空、脉动加压、真空加压三种腌制方式对鸭肉腌制速度和肉质的影响的对比结果表明,真空加压腌制在腌制速度和对肉质改善方面优于脉动真空和脉动加压腌制[77]。

3.3.2 真空压力结合滚揉腌制 常压滚揉腌制(APB)、真空滚揉腌制(VB)、间歇式真空滚揉腌制(PVB)、加压滚揉腌制、变压滚揉腌制是以不同真空度和压力值为组合并结合滚揉的腌制方法。利用不同真空度和压力值对腌制液进行吸入和挤出,并在滚揉桶给予的机械作用力下,充分促进食盐的扩散。变压滚揉腌制技术与上述不同,变压滚揉腌制技术又称真空脉冲腌制技术(Pulsed vacuum brining)或呼吸式腌制技术,是指在真空和加压交替的环境下进行滚揉腌制,使肉块结构受压迫和疏张的交替作用,从而使肉呈吸入和挤出腌制液交替的周期性运动,同时通过加压充入抑菌气体从而抑制微生物生长繁殖的腌制技术[78]。

研究表明,由于工艺参数的不同(不同脉动比、滚揉时间、转数、真空度等),在鸭肉腌制时,真空滚揉腌制(VB)和间歇式真空滚揉腌制(PVB)的品质显著优于常压滚揉腌制,样品除重量具有显著差异外,其他指标差异不显著[79];在牛肉腌制时,真空滚揉腌制比静置腌制、滚揉腌制、脉动真空滚揉腌制改善牛肉品质的效果好[80];在猪肉腌制时,加压滚揉腌制比真空滚揉腌制、呼吸滚揉、常压滚揉缩短了腌制时间,并在色泽方面达到了传统工艺水平[81];在相同加工条件下,变压滚揉腌制工艺与真空滚揉腌制相比,能够显著产品出品率、感官评分及相关质构指标[82]。此外,通过研究变压滚揉腌制工艺对冷却猪肉中微生物的影响,发现变压滚揉腌制工艺抑菌效果要优于真空滚揉腌制工艺[83]。

3.3.3 其它腌制技术联用 研究表明,滚揉辅助干腌腌制方式明显改善了产品食用品质,营养品质以及感官品质[84]。利用脉冲电场辅助和优化腌制工艺,结合脉冲超声进行深度灭菌,可有效提高生产效率,稳定产品品质,延长产品货架期[85]。

4 展望

本文综述了肉制品中的传统腌制技术、现代腌制技术及新技术在食品加工中的研究进展。腌制作为现代肉类加工中经常采用的方法,提高腌制速度、缩短生产周期、提高肉品品质和安全性、节约能源从而提高企业生产效率,是腌制技术研究应用的核心。目前大多数研究使用的是不含脂肪和骨骼的瘦肉,这对商业应用存在不利影响。另外,新技术在腌制中的研究还不够深入广泛。为了使现代腌制技术及新技术能够更好地应用于我国肉品工业中,应明确未来肉制品腌制的研究方向,以期为腌制肉制品产业的发展提供理论依据。

a.明确作用机理。目前新技术在腌制中的研究主要集中在对腌制效果和肉品品质的影响上,对作用机理研究不够深入。PEF处理技术,作用机理尚不明确,仍处于起步阶段。建立应用新技术腌制过程中的数学模型以预测产品物理、化学和口感属性的变化,从理论上解释作用机理。

b.不同腌制技术联用是研究热点,可取长补短发挥更大的优势。脉冲电场处理强度过大会导致肉品表面熟化、超高压处理压力过高会破坏肌肉结构、较高强度的超声波可能会使肌肉蛋白质发生变性,降低肉品的品质。不同腌制技术联用可发挥协同作用,避免该弊端。但为保证有些肉制品的特殊风味,目前有些只能采用单一腌制方法,寻找合适的替代方法是不容忽视的。

c.加大现代腌制技术在我国肉制品工业中的应用。借鉴西班牙、意大利、法国等对干腌火腿的现代化改造,积极研究开发适应工厂化生产的新型腌制设备,将现代腌制技术广泛应用到实际生产中,提高企业加工效率。

d.深入研究新技术于腌制中的应用,为腌制肉制品产业发展提供理论依据。随着人民生活水平的提高,消费者对食品营养特性、安全的关注度越来越高。积极研究绿色、环保、经济的新技术,体现绿色低碳加工理念并提高食品安全性、保存食品营养特性是学者研究的方向。