直投式商业发酵剂对发酵香肠品质特性的影响

王琴,李洪军,2,3,杨莉,刘姝韵,史佳龙,谢兆华,贺稚非,2,3*

1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)2(川渝共建特色食品重庆市重点实验室,重庆,400715) 3(重庆市特色食品工程技术研究中心,重庆,400715)

发酵香肠是指将绞碎的肉、动物脂肪、盐、糖、发酵剂和香辛料等混合后灌进肠衣,在自然条件下经微生物发酵产生有机酸或醇类,使肉的pH降低,并经成熟干燥使水分活度下降而制成的具有较好保藏性能和典型发酵风味特性的肉制品[1]。传统发酵香肠依赖自然环境中的微生物进行发酵,易受环境中某些有害微生物的影响从而产生有害物质,摄入后可能会危害人体健康,如残留的亚硝酸盐和蛋白质降解的胺类生成亚硝胺,诱发胃部癌变[2]。脂质过度氧化、致病菌等有害因素也使得自然发酵香肠的安全难以得到保障。而在欧洲的某些国家,会将某些特定的菌种发酵剂添加到香肠生产加工中,这样生产的香肠不仅营养价值高、风味丰富,还可以抑制有害杂菌的生长,降低生物胺含量,缩短生产周期,延长贮藏期[3-4]。

随着肉类工业的飞速发展及消费者对发酵香肠安全性、营养及风味要求逐渐增高,发酵香肠也迎来了很好的发展机遇,国内外学者掀起了发酵香肠及其发酵剂的研究热潮。研究表明,将发酵剂应用到发酵香肠中可以与有害微生物竞争,如:接种戊糖乳杆菌可以提高发酵香肠中优势菌的竞争力,抑制有害细菌生长[5]。另外,一些发酵剂具有生物胺氧化酶活性,可以降低发酵香肠中生物胺的含量,如ZHANG等[6]研究发现,接种107lg CFU/g的植物乳杆菌可以降低发酵香肠的pH及酪胺、腐胺、尸胺和总生物胺的含量。发酵剂还可以促进脂肪和蛋白质分解酶的产生,赋予发酵香肠良好风味,XIAO等[7]研究了植物乳杆菌 R2和木糖葡萄球菌A2接种对中国干发酵香肠脂质降解和蛋白水解的影响。结果表明,接种这两种发酵剂可通过增加优势微生物的竞争能力促进香肠中的蛋白质水解和脂质降解,提高游离脂肪酸(free fatty acids,FFAs)和游离氨基酸(free amino acid,FAAs)的总含量,从而促进干发酵香肠产生良好的风味。

目前,微生物发酵剂在发酵香肠中逐渐得到应用和推广,但中西消费者口味需求的差异限制了发酵香肠在国内的发展。鉴于此,本研究以自然发酵的香肠作为对照组进行对比,以添加了几种含乳酸菌、酵母菌及葡萄球菌等具有许多优良特性的商业直投式发酵剂生产的香肠为实验组,对比研究几种直投式发酵剂对发酵香肠的理化特性、感官特性和品质特性的影响,筛选出最适合于优质发酵香肠生产的商业发酵剂。以期为发酵香肠的发展提供动力,对丰富发酵香肠制品的品种,推动发酵香肠产业的发展,增加发酵香肠制品的附加值具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 发酵香肠原料和辅料

冷鲜猪前腿瘦肉及猪肥膘、食盐、白糖、味精、辣椒粉、花椒粉、生姜粉、五香粉、白胡椒粉、白酒,购自重庆市北碚区永辉超市。胶原蛋白香肠肠衣(18MM),购自双汇肠衣实业直销店。商业发酵剂,科汉森有限公司。

1.1.2 试剂

氯化钾、25%(体积分数)戊二醛、磷酸二氢钾、氢氧化钠、高氯酸、无水乙醚、无水乙醇、酚酞、氢氧化钾,重庆跃翔化工有限公司;三氯乙酸,阿拉丁试剂(上海)有限公司;1,1,3,3-四乙氧基丙烷,上海麦克林生化科技有限公司;盐酸、乙二胺四乙酸二钠、硫代巴比妥酸,重庆市钛新化工有限公司。

1.2 仪器与设备

RXZ-800B智能人工气候箱,宁波东南仪器有限公司;DGG-9240A电热恒温鼓风干燥箱,上海齐欣科学仪器有限公司;XHF-D内切式匀浆机、SCIENTZ-12 N真空冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;5810高冷冻速离心机,德国Eppendorf公司;PHS-3 pH计,德国Sartorius公司;UV-1700紫外-可见分光光度计,日本岛津仪器有限公司;Ultra-Scan PRO测色仪,美国Hunter Lab公司;CT-3质构仪,美国brook field公司;Phenom Pro扫描电镜,Phenom World;L-8900全自动氨基酸分析仪,日本日立公司;c-Nose电子鼻,上海圣保科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 发酵香肠的制作

发酵香肠制作配方:猪肉肥瘦比为3∶7,基础辅料配比以肉的质量为基础:食盐2.0%、白砂糖2.0%、辣椒粉2.5%、花椒粉1.0%、生姜粉0.5%、白胡椒粉0.1%、五香粉0.1%、亚硝酸钠0.008%、白酒2.0%(酒精度50%vol)。

工艺流程如下:

原料肉挑选→剔除筋膜→洗净→绞碎→添加辅料→搅拌腌制(4 ℃,12 h)→添加发酵剂→灌肠→排气→发酵(25 ℃,湿度80%～85%,48 h)→烘制(50 ℃,6 h)→成熟(14～15 ℃,湿度75%～80%,72 h)→成品

1.3.2 实验分组

实验共分为5组,对照组不添加发酵剂,实验组发酵香肠添加不同种类的发酵剂,详见表1。

表1 实验分组设计表

1.3.3 水分含量的测定

按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》的直接干燥法进行测定,每组样品平行测定3次。

1.3.4 pH值的测定

参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》测定发酵香肠的pH,并稍作修改。将发酵香肠去除肠衣并充分剁碎,称取2.5 g肉样,加入25 mL 0.1 mol/L的氯化钾溶液,4 500 r/min条件下均质1 min,10 000 r/min离心10 min后过滤,用pH计对上清液进行测定,数字变化稳定后读数,每组平行测定3次。

1.3.5 硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric reactive substances, TBARS)的测定

按照GB 5009.181—2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》中的分光光度法进行测定。

1.3.6 酸价的测定

参考王琴等[8]的方法对发酵香肠的酸价进行测定。

1.3.7 色差的测定

使用测色仪测定发酵香肠的亮度(L值)、红度(a*值)和黄度(b*值)。测定前将香肠切成2 cm×2 cm×2 cm 的立方体,并保证切面平整,测定时对准样品横切面,每组样品平行测定4次。

1.3.8 质构的测定

将发酵香肠样品置于测定台上,用质构仪测定其硬度、弹性、内聚性和咀嚼性。测试参数:探头型:P/5;测前速度1 mm/s;测试速度5 mm/s;测后速度10 mm/s;数据采集速率400 pps;压缩比50%;触发点负载5 g;触发类型Auto;停留间隔5 s;循环次数2次。每组样品平行测定6次。

1.3.9 微观结构的测定

参考SONG等[9]的方法,并稍作修改。将除去肠衣的香肠用双面刀片切成5 mm×5 mm×3 mm的正方体,用体积分数2.5%的戊二醛(由25%的戊二醛溶液与0.1 mol/L pH 7.2的磷酸盐缓冲液按1∶9混合配制而成)固定24 h后用磷酸盐缓冲溶液漂洗样品3次,每次15 min,再分别用体积分数50%、70%、90%的乙醇溶液梯度脱水各1次,每次15 min,无水乙醇脱水3次,每次10 min,脱水后的样品置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥,然后在15 mA电流下喷金90 s,喷金厚度10 nm,并在15 kV电压下通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察微观结构。

1.3.10 游离氨基酸的测定

参考柴利等[10]的方法测定发酵香肠的游离氨基酸组成及含量。

1.3.11 电子鼻测定

参照CHEN等[11]的测定方法并稍作修改。将发酵香肠样品去除肠衣并切碎后精确称取2.00 g于20 mL 电子鼻专用顶空瓶中,60 ℃水浴 40 min,平衡10 min。每次测样前后都要用清洁的空气对系统进行清洗。检测参数:清洗时间60 s,测试时间40 s,气体流速1 L/min。每组样品平行测定3次。试验所用电子鼻不同传感器的性能描述如表2所示。

表2 电子鼻传感器阵列

1.3.12 感官评价

将发酵香肠成品蒸制30～40 min,冷却后选择香肠的中间部位切成4～5 mm薄片,邀请10位具有食品专业背景的人员组成感官评定小组,按照食品感官评定的要求及表3的评分标准进行品评打分。

表3 发酵香肠感官评定标准表

1.4 数据分析

实验数据通过 IBM SPSS Statistics 25进行单因素方差统计分析,使用Origin 2018制图,数据以平均值±标准差(standard deviation, SD)表示,不同小写字母表示不同组间或组内差异显著,即P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同发酵剂对发酵香肠水分含量及pH值的影响

如图1所示,香肠的水分含量为20.36%～21.30%,均小于25%,符合GB/T 23493—2009的要求,属于特级香肠,且实验组香肠的水分含量与CK组差异不显著(P>0.05)。但XIAO等[5]发现添加戊糖葡萄球菌可以加速香肠的脱水过程,使其水分含量降低。较低的水分含量可能抑制具有氨基酸脱羧酶活性的微生物的生长,从而抑制接种香肠中亚硝胺的形成[5]。但香肠失水过多会变得质地干硬、难以咀嚼。因此未来还应继续探索发酵剂对发酵香肠水分含量的影响机制及效果。另外,与CK组相比,实验组香肠的pH显著降低,且实验组间的pH差异显著(P<0.05),这是因为发酵剂的添加会使香肠在发酵过程中产生有机酸等酸性物质,从而降低肉品基质的pH[12],而LHP+CS-300组中含有的戊糖片球菌、乳酸片球菌和肉葡萄球菌产酸速度较快,故该组发酵香肠的pH值最低。较低的pH可以抑制发酵香肠中腐败菌、致病菌和杂菌的生长,从而提高发酵香肠的微生物安全性并延长其货架期[13]。

图1 不同发酵剂对发酵香肠水分含量及pH值的影响

2.2 不同发酵剂对发酵香肠酸价及TBARS的影响

脂肪是香肠的重要成分,适度氧化可以改善香肠的营养和风味,过度氧化则会使其感官特性下降。酸价和TBARS值是衡量油脂氧化的重要指标,能很好地评价肉品脂肪氧化的程度。由图2可知,与CK组相比,实验组发酵香肠的酸价及TBARS值显著降低(P<0.05),这是因为发酵剂中的某些细菌,如清酒乳杆菌等,在发酵过程中具有较强的蛋白水解活性,可以释放某些具有抗脂质氧化保护能力的蛋白源活性肽,抑制发酵香肠中的脂肪氧化产生次级产物,从而使得实验组香肠的酸价及TBARS值更低[14]。4个实验组中,SM-181组香肠的酸价显著低于其他3个实验组(P<0.05),说明该种发酵剂的抗脂肪过氧化能力较强,有效抑制了游离脂肪酸的产生。WANG等[14]的研究也发现,接种戊糖片球菌、乳杆菌和木糖葡萄球菌复合发酵和自然发酵的发酵香肠中TBARS的测试值分别达到2.64 mg/kg和13.92 mg/kg。这说明发酵剂可以有效抑制脂肪过度氧化,起到延缓酸败的作用。

图2 不同发酵剂对发酵香肠的酸价及TBARS值的影响

2.3 不同发酵剂对发酵香肠色差的影响

色泽因其直观性在很大程度上会影响消费者的消费欲望,其衡量指标包括亮度(L*)、红度(a*)及黄度(b*)。由表4可知,CK组的L*值最大,显著高于实验组(P<0.05),说明CK组香肠的切面较实验组亮。比较a*值和b*值发现,实验组香肠的a*值和b*值显著增大(P<0.05),这是由于发酵剂能够促进肉中蛋白的水解和酸度的降低,引起血红素和肌肉蛋白的聚集[15],以及高铁肌红蛋白被发酵剂中的某些微生物转化为亚硝基肌红蛋白,从而起到良好的呈色效果[16]。另外,BFFI-712组香肠的a*值和L*值较其他组大,说明其色泽最为鲜红,这可能是因为其中的清酒乳杆菌和肉葡萄球菌的硝酸盐还原酶的活性较强,能将肉制品中的 NO3-还原为 NO2-,并进一步分解为 NO,促进发色导致。而SM-181、LHP+CS-300、ECLC-719三组香肠的a*值无显著差异。总的来说,发酵剂的添加可以促进香肠发色、改善香肠色泽。

表4 不同发酵剂对发酵香肠色差的影响

2.4 不同发酵剂对发酵香肠质构的影响

在香肠发酵和成熟过程中,pH降低、水分含量减少、脂肪和蛋白质的氧化等因素都可以增大香肠的硬度、内聚性和咀嚼性[17]。由图3可知,实验组香肠的硬度、内聚性、弹性和咀嚼性均显著高于CK组(P<0.05),这表明添加发酵剂可以使香肠的组织结构更为紧密,这主要是因为发酵剂能发酵肉中的碳水化合物形成有机酸,使香肠的pH降低,影响肉中盐溶性蛋白的凝结,当pH降低到蛋白质的等电点后,促进蛋白质凝胶化使香肠的硬度、内聚性和咀嚼性增加[12]。由图3-A可知,LHP+CS-300组香肠的硬度最大,结合pH测定结果推测,这可能是由于其中的菌种能够快速降低香肠的pH,从而影响其质构特性所致。内聚性反映咀嚼食物时食物抵抗受损并紧密连接,使食物保持完整的性质[18]。由图3-B可知,与其他3个实验组相比,SM-181组香肠的弹性和内聚性最大,说明该种发酵剂能较好的改善发酵香肠的质构特性。

A-硬度、咀嚼性;B-弹性、内聚性

2.5 不同发酵剂对发酵香肠微观结构的影响

5组发酵香肠的微观结构如图4所示。对照组发酵香肠肌纤维束结构完整、细腻、平滑、肌束间界限分明,而4个实验组发酵香肠的肌肉结构受到严重破坏,肌纤维排列混乱、结构变得疏松、肌内膜破裂、肌束间隙增大,肌纤维边界更加模糊并伴有明显的崩塌和断裂,呈碎片化,凝胶孔洞较大。这主要是因为发酵剂中的清酒乳杆菌、木糖葡萄球菌、戊糖片球菌、乳酸片球菌和肉葡萄球菌在发酵过程中能够在发酵香肠内部和表面生长,并且可以分泌出分解脂肪和蛋白质的脂肪酶和蛋白酶,促进了肌纤维间连接蛋白和小蛋白水解所致[19],从而使发酵香肠呈现下图4-B～图4-E所示的肌原纤维小片化和断裂的现象。扫描电镜微观结构观测图表明发酵剂能够改变发酵香肠的肌肉结构。

A-CK;B-SM181;C-LHP+CS-300;D-ECLC-719;E-BFFI-712

2.6 不同发酵剂对发酵香肠游离氨基酸组成及含量的影响

2.6.1 不同发酵剂对发酵香肠游离氨基酸组成的影响

游离氨基酸主要是由发酵肉中的内源酶先将蛋白质降解为肽,然后微生物分泌的酶将肽分解而成,包括必需氨基酸(essential amino acid,EAA)和非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA),其不仅是人体日常所需的重要营养素,还是肉制品滋味及香味的关键来源。由表5中数据可知,发酵香肠中所检出的EAA由苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、异亮氨酸(lie)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)及赖氨酸(Lys)组成,且SM-181组香肠的EAA及NEAA含量均显著高于其他组(P<0.05),这表明添加清酒乳杆菌及木糖葡萄球菌的复合发酵剂更有利于游离氨基酸的生成,这与王德宝[20]的研究结果一致。由此表明,SM-181发酵剂可以显著提高香肠中游离氨基酸的总量(P<0.05),使发酵香肠的营养及风味更加丰富。

表5 发酵剂对发酵香肠游离氨基酸组成及含量的影响 单位:mg/100 g

2.6.2 发酵剂对发酵香肠游离氨基酸的呈味效果及味道强度值分析

某些氨基酸具有呈味作用或是香味的前体物,通常呈现鲜味、甜味和苦味等不同滋味,如谷氨酸对鲜味的形成有利,丙氨酸是甜味的主要来源。此外,苯丙氨酸在细菌作用下可转化为苯丙酮酸,其被氧化后可生成苯甲醛及其他一些具有特殊芳香风味的物质[21],对改善发酵肉制品的特征风味具有重要作用。一般用游离氨基酸的味道强度值(taste activity value, TAV)来评价其对滋味的贡献程度,当TAV>1时,则认为该氨基酸对滋味有贡献[10]。分析表6中的数据发现,5组发酵香肠的总鲜味氨基酸最多,苦味氨基酸次之,甜味氨基酸最少,且谷氨酸(鲜味)、丙氨酸(甜味)和赖氨酸(苦味)的TAV大于1。虽然各组香肠都含有苦味氨基酸,但一定浓度的苦味氨基酸对其他氨基酸的鲜味和甜味有增强作用[10]。总的来说,SM-181组总体的鲜味和甜味TAV最大,进一步表明该种发酵剂中的清酒乳杆菌和木糖葡萄球菌能较明显的促进香肠中呈味游离氨基酸的富集,对香肠滋味物质的生成有较好的促进作用[20]。

表6 发酵剂对发酵香肠游离氨基酸味觉特征及TAV的影响

2.7 电子鼻分析

2.7.1 雷达图分析

电子鼻是一种通过模拟哺乳动物鼻子的嗅觉功能,以采集样品挥发性成分整体信息来评价样品的方法[11]。由图5可知,传感器W3S、W2S、W1W、W1S和W3C的响应值均显著增加,这表明香肠中含有长链烷烃、醇、醛、酮、硫化物、甲基化合物和芳香成分。但传感器W1C、W3C、W3S、W2S及W1W的信号响应值在不同处理组之间几乎重叠,说明这5个传感器检出的5组发酵香肠的挥发性成分组成基本相似。另外,传感器W5S、W6S、W5C的响应值虽较其他传感器低,但不同组别香肠的数值表现出一定的差异,说明不同发酵剂对发酵香肠的风味会产生一定的影响。对比组间数据发现,实验组在各传感器上的响应值均大于CK组,这是由于发酵剂中的清酒乳杆菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌、弯曲乳杆菌与肌肉组织酶降解肉中的糖类、蛋白质和脂类,促使香肠风味形成,葡萄球菌和酵母通过降解游离氨基酸和抑制不饱和游离脂肪酸的氧化来影响发酵香肠的水溶性非挥发性成分(如氨基酸)和挥发性风味物质从而影响其香气的形成[12]。总的来看,SM-181及LHP+CS-300组的综合响应值最高,风味最为丰富。

图5 雷达图分析图谱

2.7.2 主成分分析

主成分分析(principal component analysis,PCA)是将所有传感器所采集到的信息经过降维处理,再进行线性分类后在图上显示的二维散点图[11]。由图6可知,第一主成分和第二主成分的贡献率分别为69.228%和25.287%,累计贡献率为94.515%(>80%),说明两种主成分包括发酵香肠气味物质的大部分信息。由图6-B可知,ECLC-719及BFFI-712两组数据有交叉重叠,说明它们风味相近。PCA图中,横坐标与纵坐标的距离反映样品的挥发性风味的强弱,距离越远,样品的挥发性越强[18]。从PC1角度看,SM-181组及LHP+CS-300组位于正向端,CK组、ECLC-719组、BFFI-712组位于负向端;从PC2角度看,SM-181组、CK组位于正向端,LHP+CS-300组、ECLC-719组、BFFI-712组位于负向端。这说明PCA法可将5组发酵香肠的风味物质区分开,且CK组和实验组香肠的风味差异显著(P<0.05),4个实验组中,SM-181组风味最强,说明该种发酵剂对发酵香肠风味的形成有良好的促进作用。

a-电子鼻传感器PCA图谱;b-发酵香肠PCA图谱

2.8 不同发酵剂对发酵香肠感官评分的影响

对5组发酵香肠的色泽、气味、组织状态和滋味4个方面进行感官评分得到的结果如图7所示。除LHP+CS-300组外,其余3个实验组香肠的感官评分均显著高于CK组(P<0.05),且4个实验组香肠间中,SM-181组香肠的感官评分最高,这是因为发酵剂的添加能促进发酵香肠中滋味物质的释放,对香肠的外观、气味、组织状态和滋味起着积极的影响。而LHP+CS-300组发酵香肠的感官评分较低,结合pH测定结果来看,可能是由于该组香肠pH较低,过低的酸度影响其食用的滋味和口感。但总的来说,发酵剂的添加一方面可以改善香肠的色泽,增加消费者购买的欲望。另外,在食用品质方面,发酵剂的添加使得香肠的质地更加紧实,也会使得香肠具有独特的发酵风味。

图7 不同发酵剂对发酵香肠感官评分的影响

3 结论

发酵剂作为发酵香肠生产的常见辅料不仅可以改善香肠的色泽、质地和风味,还具有一定的抑制脂肪过氧化等作用,提升了发酵香肠的综合品质,降低其安全风险,符合我国现阶段对食品的安全、营养和健康的消费趋势及需求。本研究结果表明,与CK组相比,添加发酵剂能够显著降低香肠的pH、抑制香肠脂肪过氧化、改善其色泽、质构、感官及风味特性,且不同种类的发酵剂对发酵香肠品质特性的影响较大。与其他3种发酵剂相比,添加SM-181生产的发酵香肠综合品质最佳,酸碱度适宜,安全性更高,外观及质地更好,游离氨基酸含量最多,感官评价得分最高,风味更为丰富。综合来看,SM-181是相对较适合于高质量发酵香肠生产的发酵剂,未来可用于发酵香肠制品的开发和生产,为丰富发酵香肠的品种,推动发酵香肠产业的发展提供动力。