乳清蛋白在传统烟熏香肠中的应用

陈宝库 邹 闯 程健博*

1.东北农业大学食品学院 黑龙江哈尔滨 150038 2.黑龙江飞鹤乳业有限公司 黑龙江齐齐哈尔 164800

随着社会的进步与经济的发展，人们越来越强的健康意识促进了乳制品相关食品市场的活跃，其中乳清蛋白是含乳产品中极为重要的产品，是一种蛋白质含量较高的功能性食品添加剂或食品原料，具有很高的营养价值，不仅含有大量对人体健康有益的矿物质，更重要的是人体对乳清蛋白的消化吸收率很高[1，2]。

作为一种优质的动物蛋白，乳清蛋白有着许多优良的功能特性，如凝胶性、乳化性、持水性等，因此可被广泛应用于午餐肉、火腿肠等肉制品中，既可以降低成本，同时又可获得更健康的效应，因而成为高端肉制品加工特别是香肠加工的一个新方向。但在肉制品实际生产中，使用乳清蛋白比例不恰当，会造成产品持水性不足、质构软烂、凝聚性较差或肉质过硬、口感不适等问题[3～5]。

同时对于乳清蛋白在香肠中的添加效果缺少一种直观的表征方法。低场核磁共振(Low-Nuclear Magnetic Resonance, L-NMR)技术在肉制品科学研究中的应用，主要集中在肉和肉制品中水分含量、水分分布、质构特性测定等方面，国外科研团队研究相对深入，处于优势地位。Moller S.M.[6](2010)等利用横向弛豫时间T2探究在2种不同发酵温度下，3种不同发酵剂对发酵香肠pH值、水分分布及迁移情况的影响。

研究发现，利用L-NMR技术可对发酵肉制品生产过程中参数进行控制及预测，保证微生物发酵安全性。Bertram H.C.[7](2004)等对肌肉组织持水性与滴水损失率进行测定，与横向弛豫时间T2尝试建立相关性，计算结果显示三者之间有相关性明显；因此，可以利用L-NMR技术对肉品保水性和水分分布情况进行测定，进而对肉品品质进行评价。

Pearce K.L.[8](2011)等利用核磁图谱，研究了宰前和宰后肌肉中肌原纤维水分的分布和迁移特征，结果发现肌肉结构对肌肉中水分分布有直接影响。Christensen L[9](2011)在研究猪肉背最长肌蒸煮过程蛋白质变性情况时，将差示扫描量热技术与核磁技术相结合，发现弛豫时间T2变化显著，肌肉保水性降低和蛋白质的空间结构发生了较大变化。

主要通过正交单因素实验对传统烟熏香肠的加工工艺进行优化，利用L-NMR技术表征乳清蛋白的添加效果，解决产品持水性不足、质构软烂、凝聚性较差或肉质过硬、口感不适等问题，优化传统烟熏香肠的感官评价及出品率，为乳清蛋白在香肠中的应用，提供大规模产业化理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乳清蛋白D90，DOMO荷兰；

猪精肉及猪肥肉，哈尔滨大众肉联集团有限公司；

亚硝酸盐，河北科隆多生物科技有限公司；

其他食品级材料均购自本地大润发超市。

1.2 仪器与设备

核磁共振分析仪NM-120，上海纽迈电子科技有限公司；

电子天平ALC-210.2，赛多利斯科学仪器有限公司；

斩拌机ZB-40，诸城市永兴机械有限公司；

灌肠机YG-30，诸城市永兴机械有限公司；

烟熏炉YX-500，诸城市永兴机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳清蛋白烟熏香肠制作工艺

(1)工艺流程。

原料肉→原料选择→修整→切块→腌制→混料斩拌→灌制→蒸煮→烟熏→冷却→成品。

(2)工艺要点。

选择新鲜并经卫生检验合格的猪肉，剔除原料肉表面多余的筋腱、脂肪、结缔组织及肌膜后，将其顺着肌纤维方向切成大小直径为1cm左右的瘦肉块及肥肉块备用，将整理好的肌肉块加入食盐和亚硝酸盐，搅拌均匀后装入容器内，在室温10℃左右下，腌制3d，待肉的切面约有80%的面积变成鲜红的色泽，且有坚实弹力的感觉，即为淹制完毕，肥膘肉以同样方式腌制3～5d，待脂肪有坚实感，色泽均匀一致，即为腌制完毕。

将腌制完毕的肉和肥膘冷却到3～5℃后，送入斩拌机中，同时添加水、淀粉糊、乳清蛋白，搅拌均匀后再加入其它各种配料，斩拌时间一般以10～20min，温度不超过10℃为宜。斩拌结束后，进行灌制。灌好的肠体，用纱绳捆扎起来，每15cm左右为一节，并应留有15%的收缩率，灌好的肠体要用小针戳破，放气后挂在架子上备用。蒸煮25min后启动烟熏模式，添加好锯末，控制熏烟的温度为35～45℃，时间为1.5～2h，待肠体表面光滑而透出内部肉馅色，并且有类似红枣皱纹时，出烟熏炉。在通风处自然冷却，即得到传统烟熏香肠的成品[10～12]。

1.3.2 单因素实验设计

烟熏香肠制备过程中，通过控制猪瘦肉与肥肉添加比例、乳清蛋白添加比例、玉米淀粉及水的添加量等因素，研究乳清蛋白对烟熏肠品质的影响，具体操作如下。

1.3.2.1 猪瘦肉与肥肉添加比例的确定

烟熏香肠制备过程中，原料肉占总质量的55%，其中猪瘦肉与肥肉添加比例分别为6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1，乳清蛋白4%，玉米淀粉12%，水22%，混合香辛料1%、亚硝酸盐0.01%、食盐4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。将各种原辅料混合均匀后腌制成型烟熏熟化，以感官评分及出品率为评价指标，探究猪瘦肉与肥肉添加比例对烟熏香肠品质的影响，找出猪瘦肉与肥肉最佳添加比例。

1.3.2.2 乳清蛋白添加比例的确定

烟熏香肠制备过程中，原料肉占总质量的55%，其中猪瘦肉与肥肉添加比例分别为5∶1，乳清蛋白6%、5%、4%、3%、2%，玉米淀粉12%，水22%，混合香辛料1%、亚硝酸盐0.01%、食盐4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。将各种原辅料混合均匀后腌制成型烟熏熟化，以感官评分及出品率为评价指标，探究猪瘦肉与肥肉添加比例对烟熏香肠品质的影响，找出猪瘦肉与肥肉最佳添加比例。

1.3.2.3 玉米淀粉添加比例的确定

烟熏香肠制备过程中，原料肉占总质量的55%，其中猪瘦肉与肥肉添加比例分别为5∶1，乳清蛋白4%，玉米淀粉15%、14%、13%、12%、11%，水22%，混合香辛料1%、亚硝酸盐0.01%、食盐4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。将各种原辅料混合均匀后腌制成型烟熏熟化，以感官评分及出品率为评价指标，探究猪瘦肉与肥肉添加比例对烟熏香肠品质的影响，找出猪瘦肉与肥肉最佳添加比例。

1.3.2.4 水添加比例的确定

烟熏香肠制备过程中，原料肉占总质量的55%，其中猪瘦肉与肥肉添加比例分别为5∶1，乳清蛋白4%，玉米淀粉12%，水24%、23%、22%、21%、20%，混合香辛料1%、亚硝酸盐0.01%、食盐4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。将各种原辅料混合均匀后腌制成型烟熏熟化，以感官评分及出品率为评价指标，探究猪瘦肉与肥肉添加比例对烟熏香肠品质的影响，找出猪瘦肉与肥肉最佳添加比例。

1.3.3 正交试验设计

依据以上单因素试验，选取合适的水平，并采用L9(34)正交试验方案进行最佳工艺条件的选取试验。

本试验以影响产品的主要因素猪瘦肉与肥肉添加比例，乳清蛋白添加量，玉米淀粉添加量，水添加量为试验因素，采用四因素三水平正交实验设计，以选择合适的产品配方。

试验因素分别为A猪瘦肉与肥肉添加比例，B乳清蛋白添加量，C玉米淀粉添加量，D水添加量。每一个因素有三个水平，对实验结果进行感官评价为主要衡量指标，根据以上试验设计原则确定试验设计的因素水平如表1。

表1 因素与水平分布表

1.3.4 产品的感官评价指标

产品的感官评价指标见表2。

表2 感官评分标准

本试验选择10位主要从事肉制品专业的人员组成感官评定小组，按产品的口感、色泽、气味等指标进行综合评价，评分标准为色泽15分，弹性20分，组织状态30分，口感15分，滋气味20分，满分100分，结果取平均值为总感官评分，评分标准见表2。

1.3.5 产品出品率的测定

肠的出品率为最终成品的质量与原辅料总质量(包括瘦肉、肥膘肉、乳清蛋白、淀粉、香辛料、水等)的比值。

1.3.6 L-NMR指标的测定

提前12h打开主电源开关，自动连接温控单元，温度严格稳定在32±0.1℃。实验时，依次打开电脑主机、显示器及射频开关，由于SF(MHZ)和O1(KHZ)共同表示中心频率，其中O1每次检测均需重新调节，在FID序列下，进行标准油样校正，校正参数为SW=200，SF=18，P1=14，TW=3 000，DRG=3，O1=430 675.1，RG=20，NS=4。90°磁场脉冲宽度保持不变[13]。

调整后，进入CPMG序列。硬脉冲CPMG序列各项参数：SF1=18，O1=430 675.1，RG1=20，P1=14，P2=28，TW=3 000，DRG=3，SW=200，DFW=30，NS=4。将肠体干切成标准立方体放入采样管，进入低磁场开始测定，采样完成后进行T2拟合，保存试验结果，进行T2反演，经核磁分析软件反演出试验结果，每组样品重复3～5次，数据间无显著差异即可应用[13]。反演结束后，点击MRI核磁成像图标，进入核磁成像界面，将O1=430 675.1复制到参数O1设置栏内，同时调整X、Y、Z三轴，设置成像间隔距离，模型设定完成后，进行MRI核磁成像[14～18]。

2 结果与分析

2.1 配方实验影响单因素分析

2.1.1 猪瘦肉与肥肉添加比例的确定

将感官评价及出品率所得的数据取其平均值得到的测定结果如图1。

图1 猪瘦肉与肥肉添加比例的确定Fig. 1 The effect of lean to fat ratio in pigs

由图1可以看出，随着瘦肉添加量的减少，香肠的感官品质呈现先升高后降低的趋势。随着瘦肉添加量的减少，香肠的出品率呈现逐渐下降的趋势。感官评分在猪瘦肉与肥肉添加比例由6∶1减小到5∶1时，制品的感官评分明显升高；猪瘦肉与肥肉添加比例在5∶1时，香肠的感官评分达到最大值；添加比例在由5∶1减小到2∶1时，感官评分逐渐下降。猪瘦肉与肥肉添加比例在6∶1时，香肠出品率处于较高水平。分析感官评价及出品率结果可知，随着猪瘦肉添加量的减少，香肠的香味、口感明显下降。猪瘦肉与肥肉添加比例在5∶1时，感官品质达到最佳，出品率达到88.5%。因此，试验选取6∶1、5∶1、4∶1作为正交试验的三水平。

2.1.2 乳清蛋白添加量的确定

将感官评价及出品率所得的数据取其平均值得到的测定结果如图2。

图2 乳清蛋白添加量的确定Fig. 2 Effect of whey protein addition ratio

由图2可知，随着乳清蛋白添加量的逐渐增加，感官评分呈现先升高后基本保持不变的趋势，出品率呈现持续降低的趋势。当乳清蛋白添加量由6%减少至5%时，感官评分上升，添加量继续降低时，感官评分逐渐下降。

上述趋势由于开始时乳清蛋白添加量较高，单位体积的分子数增加，蛋白分子间的作用增强，从而产品的硬度、弹性和内聚性均较强，肠体的口感偏硬。当添加量降低时，乳清蛋白的持水性降低，导致肠体口感绵软，缺少嚼劲儿，影响口感，这与马宇翔[11](2004)等对乳清蛋白在火腿肠中的应用研究的结论一致。当乳清蛋白的添加量5%时，乳清蛋白持水力与乳清蛋白含量增加，所带来的凝胶增强效应达到平衡，感官评分最高达89.73分，出品率为92.5%，选择5%的乳清蛋白添加量为最优条件。

2.1.3 玉米淀粉添加量的确定

将感官评价及出品率所得的数据取其平均值得到的测定结果如图3。

图3 玉米淀粉添加量的确定Fig. 3 Effect of corn starch addition ratio

由图3可以看出，随着玉米淀粉添加量的增加，香肠的感官评价呈现先升高后降低的趋势，香肠的出品率呈现逐渐上升的趋势。感官评分在玉米淀粉添加量由11%增加到13%时，制品的感官评分明显升高；玉米淀粉添加量在12%时，香肠的感官评分达到最大值89.74分，当玉米淀粉添加量继续增加时，感官评分开始下降，这主要由于初期持水性增加，肠体口感软硬适度，横切面光洁平顺，当添加量继续增加时，持水能力进一步增加，肠体咀嚼性降低，肉感减弱，横切面不光滑，感官评分降低。因此在较高出品率及较高感官评分的前提下，选择12%的玉米淀粉添加量为最佳。

2.1.4 水添加量的确定

将感官评价及出品率所得的数据取其平均值得到的测定结果如图4。

图4 水添加量的确定Fig. 4 Effect of water addition ratio

由图4可以看出，随着水添加比例的增加，香肠的感官品质呈现先升高后降低的趋势，出品率先增加后保持基本不变的趋势。当水添加量由20%增加至21%，感官评价提升明显，当水添加量继续增加时，感官评价开始下降。这主要是由于初期乳清蛋白对肌肉蛋白凝胶性能的辅助与提高的积极作用，同时淀粉的持水力仍有空余，一定持水力的增强有助于发挥蛋白分子间的交联作用使肠的口感更好。但是当水添加量过多时，就会打破原有的平衡，使持水性处于过饱和状态，肠体的弹性、咀嚼性降低，感官评价降低。当水添加量超过22%时，出品率不在明显增加，基本保持不变。因此在较高出品率及较高感官评分的前提下，选择22%的水添加量为最佳。

2.2 配方正交实验分析

香肠配方优化正交试验结果如表3。

表3 香肠配方优化正交试验结果

由表3可知，各因素对香肠的感官评分影响大小次序为：B>D>A>C，优方案为A1B3C1D3，这个组合并不在9次试验中，所以对其进行验证，结果显示，在最佳组合条件下，此方案感官评分为93.67，出品率94.33%；各因素对香肠的出品率影响大小次序为：D>B>C>A，优方案为A1B2C3D3，这个组合并不在9次试验中，所以对其进行验证，结果显示，在最佳组合条件下，此方案感官评分为90.46，出品率95.13%。

综合考虑极差分析结果，以感官评价为主导，以香肠出品率为铺助指标，优方案A1B3C1D3与优方案A1B2C3D3比较，两组方案出品率无显著差异，但优方案A1B3C1D3感官评分优势明显。即：乳清蛋白添加量>水添加量>猪瘦肉与肥肉添加比例>玉米淀粉添加量。最佳优选方案为：A1B3C1D3，即猪瘦肉与肥肉添加比例5∶1、乳清蛋白添加量5%、玉米淀粉添加量12%、水添加量23%。此优选方案下感官评分为93.67，出品率94.33%，各项质构指标均满足香肠品质特性要求，通过验证试验此结果正确。

2.3 低场核磁共振(L-NMR)分析

2.3.1 测试方案

在得到最优配方的基础上，固定配方中其他变量，利用L-NMR技术探究不同乳清蛋白添加量对香肠的结合水、不易流动水和自由水的变化以及利用核磁成像技术进行直观表征，具体方案如下。

(1)样品制备。

制备不同3组样品，原料肉占总质量的55%，其中猪瘦肉与肥肉添加比例分别为5∶1，玉米淀粉12%，水23%，混合香辛料1%、亚硝酸盐0.01%、食盐4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%，乳清蛋白分别添加3%(A组)、4%(B组)、5%(C组)，参照2.3.1中所述工艺进行制作。

(2)样品测试。

将3组制备好的香肠样品分别选取肠中心位置切成2cm×0.8cm×0.8cm立方体，用聚四氟乙烯带均匀包裹并放入检测管中，再置于NM-120低场核磁共振检测仪的测试笼中运行CPMG测定序列检测样品自旋-自旋弛豫时间(T2)测试，保存试验结果，进行T2反演，经核磁分析软件反演出试验结果，每组样品重复3～5次，数据间无显著差异即可应用。

反演结束后，点击MRI核磁成像图标，进入核磁成像界面，将O1=430 675.1复制到参数O1设置栏内，同时调整X、Y、Z三轴，设置成像间隔距离，模型设定完成后，进行MRI核磁成像。

2.3.2 实验结论与分析

低场核磁共振指标测定结果见表4，各项指标标准偏差较小，均在合理范围内，统计结果良好，3组低场核磁图谱见图5、图6、图7，MRI核磁成像扫描图见图8。

表4 低场核磁共振指标测定结果

图5 A组(添加量3%)低场核磁图谱

图6 B组(添加量4%)低场核磁图谱

图7 C组(添加量5%)低场核磁图谱

在控制变量的条件下，探究不同乳清蛋白添加比例对香肠的持水性影响。低场核磁图谱中横向驰豫时间(T2)分别对应有结合水、不易流动水和自由水三种形态水。其中T21(0～10ms)表示蛋白质分子表面的极性基团与水分子紧密结合的水分子层，T22(10～100ms)表示不易流动水,T23(100～1 000ms)表示自由流动的水，横向弛豫时间可以表明水分的自由度。弛豫时间越小水分越不易流动，弛豫时间越大流动性约高，峰面积越小水分含量越少，峰面积越大水分含量越大。

由图5、图6、图7可看出，随着乳清蛋白添加比例的不断增加，T22峰面积、T23峰面积变化显著。其中T22峰面积逐渐增加，T23峰面积逐渐减小，这说明乳清蛋白-NH2、-COOH、-OH等多种功能基团与肌纤维蛋白、水之间的相互作用，使香肠内的自由水向不易流动水转化，进而使感官的咀嚼性、弹性提高，产品的出品率增加。通过MRI核磁成像扫描图也可直观表征以上现象，随着乳清蛋白添加比例的不断增加，代表红黄色的自由水逐渐减少，代表蓝绿色的不易流动水增加，且整个体系的水分分布更均匀。

3 结果与分析

通过单因素和正交的实验方法及低场核磁共振(L-NMR)技术的应用，得到香肠最优配方为：猪瘦肉与肥肉添加比例5∶1、乳清蛋白添加量5%、玉米淀粉添加量12%、水添加量23%。此优选方案下感官评分为93.67，出品率94.33%，香肠口感细腻、滑润，咀嚼性好，有明显肉质感，色泽均匀、鲜亮，横切面整体呈暗红色核桃纹样。通过低场核磁共振图谱与MRI核磁成像扫描，直观表征随着乳清蛋白添加比例的不断增加，T22峰面积逐渐增加，T23峰面积逐渐减小，香肠内的自由水向不易流动水转化，整个体系的水分分布更均匀。通过对本课题的探究，确定在传统烟熏香肠中添加乳清蛋白的可行性，香肠感官及产品出品率得到优化，为大规模产业化生产提供了有力依据。

图8 A、B、C 3组MRI核磁成像扫描图