副干酪乳杆菌和木糖葡萄球菌对发酵香肠品质和风味的影响

慕婷婷,吴建军,荣良燕,李儒仁

1(甘肃中医药大学 公共卫生学院,甘肃 兰州,730030)2(陕西科技大学 食品科学与工程学院,陕西 西安,710000)

传统发酵香肠是一种主要依赖原料肉、环境菌群中的乳酸菌与杂菌竞争作用自然发酵的产品,这种产品存在发酵周期长,产品质量不易控制等缺陷[1-3]。近年来,随着大食物观的树立,消费者更注重食品的营养、安全性。在发酵过程中人工添加发酵剂,不仅可以代谢形成对人体健康有益的代谢产物,还可在更短的成熟时间内获得较好的产品风味和质量[4]。发酵性能良好的益生菌菌株(乳杆菌属、凝固酶阴性葡萄球菌等)成为发酵剂的候选菌种[5-7]。副干酪乳杆菌是一种革兰氏阳性厌氧菌,其在发酵食品中的应用有助于代谢形成愉悦的风味物质[8]。木糖葡萄球菌是一种重要的产生风味物质的产香菌种[9-11]。2种菌株复配使用对发酵香肠品质和风味的影响研究少见报道。

本研究以自然发酵为对照组,副干酪乳杆菌YL-1、木糖葡萄球菌E-2、NY-2单一菌株和复配菌株发酵为试验组,通过分析不同处理组发酵香肠的感官、pH、水分活度、水分含量、色泽、质构、挥发性成分等指标,对比不同发酵剂对香肠品质和风味的影响,这对寻找具有益生菌潜力的新菌株用于发酵剂开发具有积极影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

木糖葡萄球菌、副干酪乳杆菌菌株,本实验室保藏;猪瘦肉、猪背膘,扬德(北京)生态农业科技有限公司;葡萄糖、食盐,市售;胶原蛋白肠衣,北京福得客科技有限公司。

盐酸、NaOH、2-丁醇、2-辛醇,阿拉丁试剂 (上海)有限公司。

1.2 仪器与设备

9120APWP穿刺式pH计,美国赛默飞世尔公司;CR-400色彩色差计,柯尼卡美能达光学有限公司;TA.XT.plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司;7890B/5977B气相色谱-质谱联用仪,美国Agilent公司;HD-4水分活度测量仪,广州瑞丰实验设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

根据不同类型的发酵剂分为6组:(1)自然发酵组,CK;(2)副干酪乳杆菌YL-1组;(3)木糖葡萄球菌E-2组;(4)木糖葡萄球菌NY-2组;(5)副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌E-2组,以Y+E表示;(6)副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌NY-2组,以Y+N表示。

1.3.2 发酵香肠制备

原料预处理→绞肉混合→配料接种→搅拌均匀→灌肠→发酵成熟→成品

操作要点:(1)原料预处理:猪肉去除筋膜、血渍后,绞成4～7 mm的颗粒;(2)肠衣泡制:用清水和少量白醋清洗后,置于清水中浸泡12 h取出备用;(3)配料、接种:m(猪瘦肉)∶m(背膘)=76∶24,加入调味料、副干酪乳杆菌有效活菌数为107CFU/g,木糖葡萄球菌的有效活菌数为108CFU/g;(4)灌肠:将搅拌好的肉馅填充到30 mm的猪肠衣中,每隔10 cm打结,用清水清洗肠体表面,去除附着的多余水分后,悬挂直至肠体温度恢复至室温,若回温后肠体表面凝结水分,则除去后再开始发酵;(5)发酵成熟:于20 ℃,湿度85%～95%,发酵12 h,再于12 ℃,湿度70%～80%下成熟22 d。

1.3.3 感官评定

表1 发酵香肠感官评定细则

1.3.4 水分测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[13]进行。

1.3.5 pH测定

参照PÉREZ-ALVAREZ等[14]的方法,利用插入式pH计,垂直插入发酵香肠中部进行测定。

1.3.6 色差测定

参照OLIVARES等[15]的方法,利用校准后的色差仪,使其镜头垂直紧贴于2 mm现切的样品表面。

1.3.7 质构测定

1.3.8 挥发性成分测定

参照CORRAL等[16]的方法稍作修改。称取100 mg绞碎的发酵香肠样品并量取10 μL 2-甲基-3-庚酮于20 ml顶空瓶中封盖,在60 ℃水浴锅中平衡15 min。将50/30 μm CAR/DVB/PDMS固相微萃取头插入顶空瓶中,60 ℃萃取30 min。萃取头于GC-MS进样口250 ℃,热解吸4 min[17]。

色谱条件:DB-Wax毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm);载气He,流速1.0 mL/min,不分流方式进样;进样口温度250 ℃;升温程序:初始温度40 ℃,保持4 min;以5 ℃/min升至245 ℃,保持5 min。

质谱条件:离子源温度230 ℃,电离方式为EI+,电子能量-70 eV,GC-MS传输线温度250 ℃;溶剂延迟时间0 min,扫描范围20～500m/z。

1.4 数据处理

数据统计分析采用SPSS 19软件。采用方差分析确定差异显著性,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

为了对比自然发酵与加入菌株发酵对发酵香肠感官品质的影响,选择相同的原辅料、加工工艺,分别在自然发酵状态下、加入菌株的状态下制作香肠,观察并测定两类菌株单独使用和复配使用对香肠品质的影响。

2.1 不同菌株对发酵香肠的感官影响

发酵香肠的感官品质是影响消费者是否购买产品的重要因素[18]。由图1～图2感官分析可知,加入菌株的发酵香肠无论是口感、气味、滋味还是总体可接受度都优于自然发酵香肠,这说明加入菌株后可增强肉中的蛋白质和脂质代谢,产生更多的香味物质,提高发酵香肠的感官品质。非挥发性物质使香肠具有独特、复杂的滋味,感官评定中被描述为酸味、咸味、甜味的组合[19]。复配菌株发酵香肠具有更理想的口感、气味、滋味等,总体可接受度高,其肉香味、奶香味、酯香味都要更加浓郁。感官特性的变化与香肠中存在的优势微生物活性密切相关,菌株类型越多,发酵、成熟过程中发生的化学反应也越多,产生的代谢产物及次级代谢产物也就越多,这些代谢产物相互之间又可以发生化学反应,赋予了香肠更好的感官性状[20]。

a-感官评分;b-风味评分

图2 接种木糖葡萄球菌、副干酪乳杆菌发酵香肠的总体可接受度评分

2.2 不同菌株对发酵香肠pH、水分活度、水分含量、色泽的影响

发酵工艺的不同会改变发酵香肠的水分含量和水分活度,继而不同的水分含量和水分活度会进一步影响菌种的生长。由表2可知,不同处理组之间的水分含量、水分活度无显著差异。本研究所用发酵工艺相同,由此可见在相同发酵工艺下菌种添加与否、菌株的变化对水分含量、水分活度的影响不大。

表2 木糖葡萄球菌、副干酪乳杆菌对发酵香肠pH、水分活度、水分含量、色泽的影响

加入副干酪乳杆菌YL-1发酵香肠的pH显著低于对照组和其他实验组(P<0.05),添加单一木糖葡萄球菌NY-2、E-2对pH值降低没有影响(P>0.05)。副干酪乳杆菌YL-1产生大量乳酸维持发酵香肠的酸度,有效降低香肠pH值。另一方面发酵香肠的低pH值又决定了乳酸菌菌株与原料中的天然微生物竞争并进行有效代谢活动,即低pH值可促进乳酸菌菌株生长,并可提高其代谢活动。因此产酸菌株的选择在发酵香肠制作中非常关键[21-22]。

发酵香肠的色泽受原料、辅料、菌株类型、发酵方式、发酵条件等诸多方面的影响,为了明确发酵香肠发色效果对菌株选择和协同发酵方式的依赖性,评估了相同原辅料、发酵条件下副干酪乳杆菌YL-1、木糖葡萄球菌E-2、木糖葡萄球菌NY-2单独使用和复配时对发酵香肠色泽的影响。结果显示,试验组的b*值变化不大,L*值、a*值显著高于对照组(P<0.05),其中副干酪乳杆菌YL-1处理组L*值最高,说明在发色方面,副干酪乳杆菌YL-1的作用较强,其硝酸盐还原酶活性高,在发酵和成熟过程中,可将硝酸盐还原成亚硝酸盐并产生大量的NO,NO又进一步和肌红蛋白反应生成亚硝基肌红蛋白,赋予香肠稳定的酒红色[23-24]。

2.3 不同菌株对发酵香肠质构特性的影响

由表3可知,添加乳酸菌菌株的处理组硬度值显著高于对照组,尤其是副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌E-2、副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌NY-2复配组,菌株的添加及菌株带来的蛋白质水解增强都对硬度提升发挥一定作用。试验组黏聚性、胶着度、咀嚼度均显著高于对照组(P<0.05);混菌发酵组的咀嚼性显著高于单菌发酵组,其中副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌E-2组咀嚼性值最大,为634.60 g。质构结果表明,添加菌株会有效改善发酵香肠的质构特性,尤其是菌株协同对硬度、咀嚼度的影响较大,质构特性的提升很大程度上是由于乳酸菌在发酵过程中水解蛋白质、碳水化合物、脂肪等营养物质,使肉类蛋白变性、持水力下降,在香肠内部形成了紧密的凝胶网络结构[25]。

表3 木糖葡萄球菌、副干酪乳杆菌对发酵香肠质构特性的影响

2.4 不同菌株对发酵香肠挥发性风味物质的影响

发酵香肠的特殊风味是它区别于其他肉制品的重要属性,也是驱动消费者购买的主要原因。由表4可看出,每种菌株对于风味物质的贡献是不同的,复配菌株发酵会产生更多的风味物质。部分风味物质仅在单一菌株发酵香肠中可以检出,如甲氧基乙酸乙酯在所有单一菌株发酵时都可检出,但在副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌E-2复配组未检出;相反,有些风味物质在单一菌株发酵组未检出,但可在复配发酵组检出,如乙醇、正己酸乙酯、癸酸乙酯、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯等。这可能是由于单一菌种发酵时产生的风味物质在复配发酵时参与了某些化学反应生成了新的风味物质,出现了自身消耗。副干酪乳杆菌水解脂肪释放出大量特征脂肪酸,产生了新的挥发性酸和酯类物质,同时也减少了部分酸、酯、醇类的数量,使发酵香肠风味更优。添加菌株降低了乙酸、正辛醛、壬醛、苯乙醛、2,3-丁二醇、1-辛醇、庚醇、2-壬酮、2,6-二叔丁基对甲酚、对二甲苯等风味物质的含量,添加了复配菌株形成了更多的3-甲基丁酸、3-甲基戊酸、2-甲基丁酸、乙醇,部分酸类、醇类物质进一步反应形成酯类[26],因此,副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌E-2混合发酵形成了更多的乙酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯等,副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌NY-2混合发酵形成了正己酸乙酯、癸酸乙酯、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯。复配菌株对发酵香肠挥发性风味物质的累积产生了积极影响,增加了酯类化合物含量,并减少了醇类、醛类的不良气味。上述结果说明副干酪乳杆菌和葡萄球菌组合可能存在共生效应,这对愉悦风味物质的形成至关重要。

表4 木糖葡萄球菌、副干酪乳杆菌对发酵香肠的挥发性风味物质含量的影响 单位:μg/kg

3 结论

相较于传统发酵香肠,添加副干酪乳杆菌YL-1发酵香肠的酸度优于其他组,添加菌株发酵的香肠色泽、质构特性都优于对照组,复配菌株(副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌E-2、副干酪乳杆菌YL-1+木糖葡萄球菌NY-2)发酵对香肠特殊风味、气味、质构特性具有显著的积极影响,有助于发酵香肠的香气和挥发性物质含量的稳定性。由复配菌株发酵的香肠无论从感官特性,还是硬度、咀嚼度上都明显优于单一菌株发酵香肠。添加不同菌株发酵的香肠产生的风味物质不同,同一菌株单一发酵与2种菌株复配发酵时产生的风味物质也有所不同。相较自然发酵,复配菌株发酵有助于积累酯类物质,减少部分醛类、醇类物质的种类和数量。