甘潇,李洪军,贺稚非*
1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715) 2(绵阳师范学院 生命科学与技术学院,四川 绵阳,621000)
传统中国腊肉是高钠盐肉制品。NaCl的过度摄入有导致发生高血压、中风和冠心病的风险[1]。因此,研究低钠盐含量,但却能保留传统风味特色的腊肉产品极具意义。
KCl因其分子质量、咸味感、抗菌活性等与NaCl差异不大,常作为NaCl的替代盐,是目前减少腌腊肉制品中NaCl含量得到最广泛研究的钠盐替代品[2]。KCl影响肉制品品质变化的根本原因是其本身的苦涩味和金属味。然而,腊肉在生产过程中肉组织发生了复杂的生物化学变化,如蛋白质氧化降解、脂质氧化降解和微生物发酵等,正是这些复杂的生化反应使得鲜肉转变为具有特殊风味、滋味和质地等感官特性的腊肉[3-6]。此外,腊肉作为半发酵肉制品,微生物发酵在肉制品品质方面起着重要作用[7-8]。因此,若在腊肉生产中以KCl替代NaCl,腊肉体系所产生的生化的影响可能是影响肉品质的主要原因。
近年来,国内外学者一直致力于KCl不同比例替代对肉制品品质影响的研究[9-12],以及采用改变加工参数即加工技术[14]达到减少钠盐的目。关于低盐腊肉加工关键时间点各理化指标及品质特征已有相关报道[15-16],但系统特征及理论尚未完全清晰。本文旨在考察低钠盐传统中国腊肉制品关键加工时间点,如腌制、烘烤及成熟过程中理化品质的特征,以期更加充分了解KCl替代NaCl对产品品质的影响,为低盐肉制品的生产加工提供理论参考。
1.1.1 原料和辅料
冷鲜猪后腿肉、食盐、料酒、花椒粉、十三香、白糖等,重庆市北碚区永辉超市
1.1.2 药品试剂
KCl、NaNO2、异抗坏血酸钠,河南巧手食品添加剂有限公司;Ⅱ-普通山楂核烟熏香味料(食品级),济南华鲁食品有限公司;三氯乙酸、乙二胺四乙酸二钠等,成都市科龙化工试剂厂,且检测试剂均属于分析纯。
722型可见分光光度计,上海元析仪器有限公司;台式高速离心机,德国Eppendorf公司;XHF-D高速分散器,宁波新芝生物科技股份有限公司;BSA323S 电子分析天平,赛多利斯科学仪器有限公司;pH计,德国Sartorius AG公司;数显式肌肉嫩度仪,北京天翔飞域仪器设备有限公司;测色仪,美国 Hunter Lab 公司;康卫氏皿,海门市春博生物试验器材公司;DGG-9240A 电热恒温鼓风干燥箱,上海森信实验仪器有限公司。
1.3.1 加工工艺及样品准备
腊肉的加工按照参考文献[17]进行。冷鲜猪二刀后腿肉分割为长(15±2)cm,宽(3±0.5)cm的长方形块状。按照KCl质量分数替代NaCl比例的不同将分割的肉块平均分成4个处理组:对照组(0% KCl,100% NaCl);A处理组(30% KCl,70% NaCl);B处理组(50% KCl,50%NaCl);C处理组(70% KCl,30% NaCl)。4个处理组腌制剂中总盐含量均为肉质量的4%,然后辅以料酒、十三香等香料采用液腌法在温度10 ℃的气候箱腌制4 d,每天翻动1次。腌制后的肉块浸渍到浓度为质量分数5%的Ⅱ-普通山楂核烟熏香味料溶液中液熏180 min。液熏后沥干水分悬挂于50 ℃烘箱烘烤48 h,烘烤中翻动肉块使受热均匀。烘烤后将肉块移出至10 ℃室内摊凉降温后真空包装。将真空包装的肉样保存在20 ℃的人工气候箱中进行成熟。取样时间点分别为鲜肉(RD),腌制完成(MD),烘烤完成(BD),成熟1周(RD1),成熟2周(RD2),3个重复。每个样品收集60 g肉,真空包装置于-40 ℃条件下储存用于物理化学分析。
1.3.2 pH值的检测
按照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》进行检测。
1.3.3 水分含量的检测
按照GB/T 9695.15—2008《肉与肉制品 水分含量测定》方法测定。
1.3.4 水分活度(water activity, Aw)的检测
按照GB 5009.238—2016《食品安全国家标准 食品水分活度的测定》方法测定。
1.3.5 蒸煮损失的检测
参考李侠等[18]的方法进行蒸煮损失的检测,肉块沥干水分后,准确称取质量,密封于蒸煮袋中,80 ℃下水浴至肉的中心温度为75 ℃,立即将肉取出用流水降温至中心温度为25 ℃,滤纸吸干肉表面的水分,然后称量记录,蒸煮损失计算如公式(1)所示:
(1)
1.3.6 剪切力的检测
参考高海燕等[19]的方法适当修改,取测定完蒸煮损失的肉块,沿肉肌纤维方向切成2 cm×1 cm×1 cm的肉样,用肌肉嫩度仪垂直肉样肌纤维方向切断,记录剪切力值(N),每个样品重复剪切3次,取其平均值。
1.3.7 色值的检测
采用测色仪测定色泽,测色仪先用校正板标准化,然后将切面平整的肉样垂直紧扣在镜口,测定并记录L*(亮度值)、a*(红度值)、b*(黄度值),每个样品选择3个位置测定,每个位置重复3次,取平均值。
1.3.8 蛋白降解指数的检测
总氮(total protein nitrogen, TN)的测定参考《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》(GB 5009.5—2010)第一号修改单进行测定。非蛋白氮(non-protein nitrogen, NPN)参考WU等[20]的方法测定,5 g碎肉与质量分数10%三氯乙酸以体积比1∶5均质处理,冰上冷却过夜,4 ℃条件下5 000 r/min离心10 min,用whatman NO.4过滤,滤液用凯氏定氮法进行测试。蛋白质降解指数(protein degradation index, PI)如公式(2)计算:
PI=NPN/TN×100
(2)
1.3.9 硫代巴比妥酸值(thiobarbituric acid value, TBARS)的检测
参考WANG等[21]的方法测定TBARS。取10 g绞碎肉样,加入20 mL三氯乙酸溶液(质量分数20%),在3 000 r/min条件下均质处理60 s。随后在5 500 r/min条件下冷冻离心15 min。过滤离心上清液后取5 mL于比色管中,加入相同体积的2-硫代巴比妥酸溶液(20 mmol/L)。将上述混合液在沸水浴中加热处理20 min。冷却至室温后在532 nm处测定吸光度。
1.3.10 菌落总数的检测
按照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》方法测定。
1.3.11 腊肉感官评价的检测
由20位(10男10女)来自不同地区的具有专业感官评定理论和实践经验的食品科学专业研究生组成的感官评定小组进行评价,对腊肉样品的色泽、香气、质地、滋味、咸度、异味等6个指标采用10分制进行嗜好程度感官评定。感官评定前,参评人员不能过饿或过饱,评定前用清水漱口,评定期间成员之间不得相互交流。具体感官指标衡量标准:色泽(10表示瘦肉呈玫瑰红、肥肉透明呈乳黄色、皮呈金黄色或棕红色、1表示瘦肉呈黑色、肥肉呈黄褐色、皮呈黑褐色或白色);香气(10表示有浓郁的腊肉香气,1表示无香气);质地(10表示软硬适中,1表示非常硬或非常软);滋味(10表示腊肉滋味纯正、品尝不到金属味或苦涩味,1表示过咸或过淡、有苦涩味或金属味);咸度(10表示咸味醇正、咸淡适中,1表示过咸或过淡);异味(10表示无异味,1表示有极强的金属味、苦涩味或酸味等异味)。每个评价指标权重不相同,综合评分X=0.1×色泽+0.2×香气+0.2×质地+0.2×滋味+0.1×咸度+0.2×异味,最终评分取其平均值。
运用SPSS 19.0进行统计分析。KCl不同比例替代的不同处理和加工的不同阶段作为固定因子,肉样重复(n=3)作为随机因子,进行单因素方差(analysis of variance,ANOVA)分析,使用Tukey的显著性差异检验在5%显著性水平(P<0.05)确定所有统计分析中差异的显著性,使用皮尔逊相关性分析(Pearson correlation analysis)评估腊肉加工过程中各理化指标与感官评价综合评分的关联性,并用主成分分析KCl不同比例替代对腊肉理化及感官评价的影响。用Origin 8.1软件作图。
KCl不同比例替代条件下腊肉加工过程中pH值的变化如图1所示。随着加工的进行,肉块的pH值从鲜肉的5.95增加到腌制阶段各处理组肉块的6.11,6.08,6.02和5.98(P<0.05),然后逐渐降低到成熟2周阶段各处理肉块的5.54,5.46,5.42和5.34(P<0.05)。这可能是鲜肉块在腌制加工过程中,腌制剂中的磷酸盐缓冲液呈碱性从而提高了pH的原因[22]。
图1 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的pH值的影响Fig.1 pH value of Chinese bacon with different KClreplacement ratios注:不同小写字母表示同一处理的差异显著(P<0.05);不同大写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)(下同)
在随后的加工过程中,各处理组腊肉块的pH值呈现逐步降低的趋势,这可能因为在腌制之后,烘烤之前肉块有一个液熏的过程,而液熏液是呈强酸性的,因此肉块的pH值也会随之降低。此外,如图1可见,随着KCl替代比例的增加,腊肉块的pH值呈降低的趋势,这可能因为K+促进了乳酸菌的生长[23],而乳酸菌能够产生乳酸[24],导致pH值降低,因此KCl替代腊肉的pH值比对照组腊肉低。
KCl不同比例替代条件下腊肉加工过程中水分含量和水分活度的变化如表1所示。
表1 KCl不同比例替代对腊肉加工过程中的水分含量及水分活度的影响Table 1 Moisture content and water activity of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
随着加工的进行,各处理组腊肉的水分含量和水分活度逐渐降低(P<0.05)。水分含量的降低是腊肉形成其特殊质构特征的重要环节。在腊肉加工过程中,烘烤是形成腊肉质构的重要条件,通过外源热传递的作用肌肉纤维束发生收缩,使存在于肌纤维束之间的水分被挤压出来[25],导致肌肉本身的水分含量降低;另外在加热过程中肌肉蛋白变性发生结构改变,蛋白疏水性增加,导致持水力下降[26],从而使得腊肉块的水分含量降低。另外,在烘烤及成熟1周的样品点,KCl 70%替代组(C)腊肉水分含量显著高于其他配方组腊肉(P<0.05),而其他时间点肉样之间水分含量无显著差异(P>0.05)。这可能是因为KCl促进了肌肉蛋白的降解[16],即促进了细胞骨架蛋白、肌间线蛋白和肌动蛋白的水解,使肌原纤维束膨胀,肌原纤维之间结构更加疏松,从而使得水分能够更加容易地从肌原纤维束的外部流入内部,增加了蛋白的保水性[27]。水分活度的降低是由于腊肉在腌制过程中腌制剂中盐的解离作用,使得肉中的游离水减少,从而降低了Aw值。陈美春等[28]的研究发现四川腊肉生产过程中Aw值逐渐降低,与本试验研究结果一致。另外,70% KCl替代腊肉块从烘烤阶段开始其Aw显著高于对照组,与水分含量结果一致,这是因为70%KCl替代组腊肉从烘烤阶段开始其水分含量高于对照组,其自由水含量更高,因此Aw值更高。
如图2所示,在腊肉的生产过程中,鲜肉和腌制肉的蒸煮损失率显著高于烘烤至成熟阶段(P<0.05)。这是因为鲜肉和腌制肉块本身水分含量高于烘烤失水后的肉块,因此蒸煮损失率也更高。另外,腌制阶段随着KCl替代比例的提高,肉块的蒸煮损失也随之增加(P<0.05),而其他加工时间点,蒸煮损失变化无显著差异。本研究中,KCl是按照质量分数替代NaCl,而KCl的摩尔质量大于NaCl,所以KCl替代组腊肉腌制液中的离子浓度降低,导致KCl替代组腊肉在腌制过程渗透进肉块中的离子浓度少于对照组,而离子浓度对保水性有促进作用[29],因此在腌制阶段KCl替代组腊肉的保水性差,蒸煮损失大。而烘烤加工后各处理组之间的蒸煮损失差异不显著,可能是因为烘烤的过程中各处理肉块失水严重,使得组间没有差异。
图2 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的蒸煮损失变化Fig.2 Cooking loss of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
如图3所示,随着腊肉加工的进行,各处理组腊肉的剪切力呈现先降低再升高的趋势,且显著低于鲜肉阶段,这是因为肉块浸泡腌制过程中,腌制液里的盐离子渗透到肌肉组织内与蛋白发生结合所致。HAMM等[30]指出NaCl对肌肉蛋白质的影响很可能是由于Cl-比Na+更紧密的与蛋白质结合,从而使得蛋白质负电荷增加,肌原纤维蛋白之间发生静电排斥,最终使得肌原纤维蛋白膨胀,膨胀的肌原纤维蛋白结构更松弛,且持水力更高,因此腌制阶段肉块的剪切力小于鲜肉块。而随着腊肉加工的进行,剪切力呈现逐步增大的趋势,这是因为腊肉在烘烤开始的过程中结缔组织发生热收缩,使得肉块的韧性增加[26],随着肉块温度的增加,肌原纤维蛋白发生变性,持水力降低,导致肉块水分含量降低[31],从而使腊肉剪切力变大。另外,烘烤和成熟1周阶段,KCl 70%替代组(C)腊肉剪切力显著小于对照组和KCl 30%(A)替代组(P<0.05),与前面所述的水分含量结果相一致,KCl替代使得肉块水分含量增加,从而剪切力降低。
图3 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的剪切力变化Fig.3 Shear force of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
KCl不同比例替代条件下腊肉加工过程中色度变化如表2所示。
表2 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的色度Table 2 Chromaticity value of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
各处理组腊肉的亮度值(L*)呈现出从鲜肉到烘烤阶段显著增加然后降低的趋势(P<0.05),这是因为肉块的氧合肌红蛋白(MbO2)在腌制过程中O2被NO置换后产生一氧化氮肌红蛋白(MbNO),其具有更加明亮的红色,且比Mb和MbO2更稳定,而且MbNO加热(烘烤)的条件下更稳定,呈现出更高的亮度。这与夏杨毅[32]的研究结果一致。腊肉的红度值(a*)在加工过程中,对照组、30%和70%处理组呈现出先降低后升高的趋势。这是因为MbNO的产生促进了a*值的增加。各处理组腊肉的黄度值(b*)在加工过程中呈现降低的趋势,因为MbNO的亮红色促进了b*值的降低。另外,试验中发现有同一肉块相邻部分(1 cm左右)的色值相差很大的情况,这是因为同一肉块相邻部分的肌红蛋白的含量可能相差数百倍[33],这种现象形成的原因目前很难解释。
如图4所示,随着加工的进行,各配方腊肉组织的蛋白降解指数呈逐渐增加的趋势(P<0.05),在成熟2周时间点腊肉蛋白降解指数降低(P<0.05)。这说明从腌制阶段开始肌肉蛋白质发生了明显的降解,当腊肉块成熟到2周的时候,蛋白的降解指数降低,可能是因为降解的蛋白质产物如游离氨基酸等与脂肪氧化产物羰基类物质发生进一步的反应(羰氨反应)[34],使得非蛋白氮含量降低,从而蛋白降解指数降低。此外,在腊肉加工的烘烤阶段直到成熟的第2周,KCl替代组腊肉的蛋白降解指数显著高于对照组(P<0.05),这可能是由于KCl替代促进了蛋白质降解。GAN等[16]研究发现在腊肉加工过程中KCl的部分替代可以促进蛋白质的降解。
图4 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的蛋白降解指数变化Fig.4 Protein degradation index of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
如图5所示,在腊肉加工的过程中TBARS在各配方组都逐渐增加(P<0.05),尤其是烘烤阶段TBARS的增加率高于其他阶段,说明腊肉在加工过程中发生了脂质的氧化反应,且高温烘烤条件下脂质反应更剧烈,因为高温条件更容易破坏肌肉细胞膜,并从肌红蛋白中释放非血红素铁,更容易引起脂质氧化[6]。有研究表明,在腊肉生长的最后阶段TBARS值出现显著降低的趋势[35],这可能是由于醛类本身的降解或与其他化合物如美拉德反应中间体发生反应等[34]。本研究中未观察到TBARS的下降趋势,可能是因为本实验仅考察了0~21 d内TBARS值的变化,腊肉的TBARS值在此期间还没有降低。另外,KCl替代对腊肉加工前期的脂质氧化无显著差异(P>0.05),在腊肉的成熟1周和2周的期间,KCl 70%替代组腊肉TBARS值显著低于对照组(P<0.05),这与HORITA等[36]的研究一致,他们分别用4种盐NaCl,KCl,CaCl2和MgCl2以不同比例混合对博洛尼亚肠进行加工,在5 ℃条件下贮藏60 d,从TBARS看,KCl和CaCl2的促氧化能力低于NaCl和MgCl2,这可能与Cl-在促脂质氧化反应中的作用有关[37]。因对照组腊肉块中的Cl-浓度高于KCl替代组,因此替代组腊肉呈现出较低水平的脂质氧化。
图5 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的TBARS变化Fig.5 TBARS of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
如图6所示,各配方组腊肉在加工过程中菌落总数呈增长的趋势(P<0.05)。
图6 KCl不同比例替代腊肉加工过程中的菌落总数Fig.6 Viable counts of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
从鲜肉到腌制肉阶段,肉块中的菌落总数显著增加(P<0.05),这是因为在腌制过程中肉块中本身携带和环境中富集的微生物都呈指数增长,且微生物的增长能力比腌制液中盐离子对微生物的抑制能力更强。从腌制阶段到烘烤阶段,肉块中的菌落总数显著增加(P<0.05),说明微生物的增长能力比高温(50 ℃)烘烤对微生物的抑制能力更强,且很多乳酸菌有一定的耐热性[38]。从烘烤到成熟后期,各配方组腊肉块的菌落总数无显著增加,说明随着发酵时间的延长,作为优势菌的乳酸菌产生的细菌素抑制了其他细菌的生长,从而使得菌落总数变化不显著。另外,KCl不同比例替代对腊肉块的菌落总数无显著影响。这与YOTSUYANAGI等[12]的研究结果一致,NaCl含量的减少对法兰克福香肠的菌落总数无显著影响。
如表3所示,从颜色、香气、质地、滋味、咸度、异味感、整体接受程度等几个方面对腊肉进行评价。从颜色指标评价看,30%KCl替代肉块得分显著高于其他组(P<0.05)。而从香气指标评价看,KCl的50%、70%替代组得分显著低于对照组和30%替代组(P<0.05)。30%KCl替代组腊肉质地评价得分显著低于其它配方组(P<0.05)。KCl 50%和70%替代组腊肉滋味评价得分显著低于对照组和30%替代组(P<0.05)。由咸度评价指标可见,30%、50%和70%替代组的评价得分均显著低于对照组(P<0.05)。由异味评价指标可见,随着KCl替代比例的增加,感官评价得分显著降低(P<0.05)。从整体接受度看,KCl 50%和70%替代组腊肉评价得分显著低于对照组和KCl 30%替代组(P<0.05)。而从权重分数看,70%KCl替代组腊肉得分显著低于其他各组(P<0.05)。因此,从感官评价的角度,采用KCl替代NaCl降钠盐的方式对腊肉制品的香气和滋味有一定程度的影响。ARMENTEROS等[39]试验发现,KCl 50%替代对火腿的滋味有显著影响,与本试验的研究结果一致。这可能是因为KCl本身的苦涩味、金属味及KCl区别于NaCl对腊肉蛋白质、脂肪的氧化降解的影响造成的风味物质的改变[40-41]。
表3 KCl不同比例替代腊肉的感官评价得分Table 3 Sensory scores of Chinese bacon with different KCl replacement ratios
KCl不同比例替代腊肉的感官评价得分与理化指标的皮尔逊相关性分析如表4所示。感官评价综合得分与pH值和蛋白降解指数呈极显著相关(P<0.01),与水分活度呈显著相关(P<0.05),与其他理化反应指标相关性不显著(P>0.05)。pH值是影响水分含量及水分活度进而影响肉制品微生物水平的重要因素,从而间接影响肉品品质。蛋白降解指数是反映蛋白质降解的指标,在其降解过程中部分大分子的蛋白质分解为低分子物质,如肽、氨基酸、醛类等,这些物质或本身属于风味物质,或者是风味物质的重要前体物质,可以通过进一步的Strecker降解反应或美拉德反应生成风味化合物[42-43]。因此蛋白降解指数主要反映了肉品的风味特性,说明风味特性与感官评价显著相关。
表4 KCl不同比例替代腊肉感官评价与理化指标的皮尔逊相关性分析Table 4 Pearson correlation analysis of sensory and physicochemical indices of Chinese bacon with differentKCl replacement ratios
注:*,P<0.05; **,P<0.01
通过前文的皮尔逊相关性分析,了解了与感官评价相关性最大的理化因素,在此基础上进一步进行了理化指标及感官具体组成的主成分分析,考察这些指标对腊肉整体品质的贡献程度及其相互关系。如图7-A所示,第1主成分的贡献率为52.5%,前2个主成分的贡献率为70.1%。
如图7可见,蛋白降解指数,水分活度,感官评价(香味,滋味,异味,咸度),pH值等的第1主成分值较高,说明它们对腊肉品质影响的总体贡献大。其中蛋白降解指数,水分活度在第1主成分的负轴位置,与感官评价(香味,滋味,异味,咸度),pH值等对腊肉品质的影响相反。蛋白质的过度降解会影响到风味物质的组成成分,从而对肉制品的整体风味有一定的影响。WU等[10]研究证明在干腌腊肉加工过程中,利用KCl 70%比例替代NaCl会显著增加肉品的挥发性风味物质成分,从而改变传统干腌肉的风味,与本研究的结果一致。从图7-B样本在2个主成分上的载荷图可见,KCl不同比例替代对腊肉理化品质有程度不同的影响。对照组更有利于感官评价得分,KCl 70%比例替代组样品显示最强的促蛋白降解作用,并且与感官评价呈负相关。
图7 KCl不同比例替代腊肉理化和感官评价(A),KCl不同比例替代对理化及感官的影响(B)在前两个主成分上的载荷图Fig.7 Projection of physicochemical indices and sensory evaluation (A), and the effect of different ratios of KCl on physicochemical indices and sensory evaluation(B) onto the space defined by the principal components (PC#1/ PC#2)
在本实验的加工工艺及配方条件下,KCl不同比例替代NaCl腊肉在生产过程中肉块的pH值先升高后降低,水分含量、水分活度和蒸煮损失逐渐降低,剪切力先降低再升高,蛋白降解指数、TBARS和菌落总数逐渐升高。而KCl的替代使得腊肉的pH值降低,烘烤之后的水分含量和水分活度升高,烘烤阶段及成熟1周的剪切力降低,腌制阶段的蒸煮损失升高,烘烤之后的蛋白降解升高,成熟后期的脂肪氧化降低,对色值和菌落总数影响不显著。通过感官评价发现KCl高比例替代NaCl会影响腊肉的香味和滋味。最后通过皮尔逊相关性和主成分分析发现,腊肉的感官评价与pH、水分活度和蛋白降解指数显著相关。