赵长青 代锦苹 方春玉 刘世欣 朱荣贵 冉光雨 郭志强 周云川 赵志峰
摘要:亚硝酸盐在食品工业,尤其是在肉制品加工工业中具有抑菌、抗氧化、赋予肉制品特殊风味及发色等重要作用。然而,亚硝酸盐的摄入超出正常范围会造成身体组织的氧气不足,还可形成亚硝胺,最终引发癌症,但目前还未发现单一物质可替代亚硝酸盐。可见,有效控制肉制品中亚硝酸盐含量具有极其重要的意义。文章探讨了亚硝酸盐对食品安全的影响,通过对从蔬菜、水果等中提取的具有亚硝酸盐清除作用的天然物质及其在肉制品中的应用进行概述,为具有亚硝酸盐清除作用的物质在降低肉制品中亚硝酸盐含量的研究提供了理论借鉴。
关键词:肉制品;亚硝酸盐;清除剂;食品安全
中图分类号:TS202.3文献标志码:A 文章编号:1000-9973(2024)01-0198-05
Research Progress of Nitrite Scavengers and Their Application in Meat Products
ZHAO Chang-qingDAI Jin-pingFANG Chun-yuLIU Shi-xinZHU Rong-guiRAN Guang-yu1, GUO Zhi-qiangZHOU Yun-chuanZHAO Zhi-feng3*
Abstract: Nitrite plays an important role in the food industry, especially in the meat processing industry, which has antibacterial, antioxidant effects and can give meat products special flavor and form color. However, if the intake of nitrite exceeds the normal range, it will cause insufficient oxygen in the body tissues, and can also form nitrosamines and eventually cause cancer. However, no single substance has been found to replace nitrite at present. Therefore, effective control of nitrite content in meat products has great significance. In this paper, the effect of nitrite on food safety is discussed, by overviewing natural substances with nitrite scavenging effects extracted from vegetables and fruits and their application in meat products, which has provided theoretical references for the research on the substances with nitrite scavenging effects in reducing nitrite content in meat products.
Key words: meat products; nitrite; scavengers; food safety
亞硝酸盐作为在肉制品加工中广泛使用的食品添加剂,能有效抑制肉毒梭状芽孢杆菌的生长繁殖,起到抑菌作用;能防止脂质过度氧化,使肉制品具有诱人的玫瑰红色泽;可以赋予肉制品独特的风味[1-3]。然而,亚硝酸盐的摄入超出正常范围可能导致身体组织缺氧,从而导致严重的中毒。此外,亚硝酸盐和次级胺之间的相互作用会导致亚硝胺的形成,这种物质将引起癌症。因此,亚硝酸盐对人体健康的隐患被广泛关注。GB 2760-2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》对其使用范围和残留量有严格规定,且目前未发现有单一物质能代替亚硝酸盐,因此在腌制肉类(熟肉和干腌肉)中使用亚硝酸盐有关的健康问题趋于减少其含量,以减轻因形成致癌化合物而使消费者面临的潜在风险。
研究学者一直在寻求降低肉制品中亚硝酸盐含量的方法[4]。目前,越来越多的研究发现了具有亚硝酸盐清除作用的物质,主要包括有机酸类、多酚类、多糖类、黄酮类、香辛料和果蔬类。在肉制品中加入这类物质,探究抑制肉制品中硝化反应效果,即降低肉制品中亚硝酸盐含量的能力,并研究其对肉制品其他理化性质稳定性的影响。
1 亚硝酸盐在肉制品中的作用
亚硝酸盐作为一种暂无替代品的食品添加剂之一,首先,可以用来预防和控制致病菌和腐败菌的生长[5-6],其机制主要包括氧化磷酸化的拦截、一氧化氮的形成及细菌代谢关键酶的中断[7]。其次,肉制品含有多种不饱和脂肪酸和生物活性酶[8],在贮藏、运输等过程中易发生脂质和蛋白质氧化[9]。肉制品加工过程中,亚硝酸盐的添加可以起到一定抗氧化作用,其抗氧化机理主要为:亚硝酸钠与CC双键反应稳定部分脂肪,与血红素蛋白中的铁结合抑制H2O2分解,与肉制品中的微量元素螯合从而减少氧化前驱体及与肉制品中的成分反应[10]。此外,腌肉中大多数色泽缺陷是肌红蛋白不完全转化为亚硝基血红蛋白或亚硝基血红蛋白转化为其他化合物造成的[11]。亚硝酸盐的发色机制主要是其在弱酸条件下生成的亚硝酸(HNO2)与其他还原性物质作用后产生了NO,与还原状态的肌红蛋白反应,最终生成亚硝基肌红蛋白[12-14]。最后,风味是评价肉制品品质的一项重要指标[15]。添加亚硝酸盐可以促进醛类物质产生,从而带来特有的腌制风味。其作用机理主要包括:肉制品中不饱和脂肪酸可以与亚硝酸盐反应,起到稳定脂质的作用[16];肉制品中微量元素可以与亚硝酸盐发生螯合反应,抑制离子催化作用;肉制品中血红素可以与亚硝酸盐反应,形成稳定化合物[17]。
2 亚硝酸盐对人体的危害
控制亚硝酸盐含量一直是肉制品安全性的关注点之一。亚硝酸盐急性中毒可能会导致高铁血红蛋白症,这种疾病会破坏血液中携带氧气的低铁血红蛋白,使得红细胞失去运输氧气的能力,从而导致人体缺氧,出现体弱、心跳加速、头晕、头痛等症状,严重时甚至会导致昏迷和死亡[18-19]。亚硝酸盐慢性中毒是长期摄入亚硝酸盐导致VA的氧化破坏,并阻碍胡萝卜素转化为VA[20]。
由图1可知,硝酸盐可在硝酸盐还原菌的作用下生成亚硝酸盐(第Ⅰ步);在特定条件下,亚硝酸盐生成不稳定的NO2,随后快速分解得到N2O3(亚硝酐、亚硝基化反应重要的前体物质),再与仲胺发生反应,生成亚硝胺类物质(第Ⅱ步)。若在肉制品中直接添加亚硝酸盐,在酸性条件下可直接进行生成亚硝胺类物质反应(第Ⅱ步)。亚硝胺是强致癌物之一,还有致畸性和致突变作用。亚硝胺的种类繁多,它们可能导致各种癌症,其中食道癌、胃癌和肝癌是最常见的。此外,亚硝胺还可能通过胎盘传播给后代[21-23]。
根据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》,腌腊肉制品中亚硝酸盐的最大使用量应不超过0.15 g/kg,而残留量(以亚硝酸钠计)应不超过30 mg/kg。但实际生产过程中,由于工艺等多种因素影响,很难达到要求。
3 亚硝酸盐清除剂研究进展
具有亚硝酸盐清除作用的物质可统称为亚硝酸盐清除剂,这些物质包括有机酸类、多酚类、多糖类、黄酮类、香辛料和果蔬类,它们在体外清除亚硝酸盐实验研究结果中均表明具有清除亚硝酸盐的作用。
3.1 有机酸类
有机酸(维生素C、维生素E、脯氨酸、半胱氨酸等)能降低产生亚硝酸盐的菌数量,也能与亚硝酸盐反应生成HNO2,HNO2再分解成NO,从而使体系中亚硝酸盐的含量降低。张志国等[24]研究泡制香椿过程中亚硝酸盐的变化,结果表明VC添加量为0.03%时,亚硝酸盐含量明显降低,同时指出VC浓度为0.48 μg/mL、反应温度为46.08 ℃、pH为2.38时,酱油中亚硝酸盐清除率可达到53.7%[25]。艾对元等[26]对比多种清除剂对亚硝酸盐的清除效果,研究表明VC的浓度为0.7%时,对亚硝酸盐的清除率为99.45%。
3.2 多酚类
酚类化合物(茶多酚、苹果多酚、黑麦多酚)具有抗氧化性,是一种具有清除亚硝酸盐作用的天然物质。研究报道,邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚在酸性条件下具有清除亚硝酸盐的能力[27]。艾对元等[26]通过对比多种清除剂对亚硝酸盐的清除效果表明,儿茶酚的反应浓度为1%时,其对亚硝酸盐的清除率达到93.38%。谢文仙等[28]也报道,亚硝酸盐清除率随着焦性没食子酸浓度的增加而上升,焦性没食子酸对亚硝酸盐的最大清除率为86.56%。李桂星等[29]研究苹果多酚对亚硝酸盐的清除效果,结果表明在模拟胃液环境中,苹果多酚的亚硝酸盐清除能力最高可达(98.2±1.3)%。
除了研究纯多酚类物质清除亚硝酸盐外,基于从植物中提取的多酚類物质清除亚硝酸盐的研究也被广泛报道[30]。赵岩等[31]研究发现随着药用植物醇提物质的浓度增加,其对NO2-的清除率也增强,且药用植物中的多酚类物质为NO2-清除作用的主要活性物质。田叶等[32]研究表明,酚类物质是连翘叶中有效清除亚硝酸盐的主要化学物质,具有显著的抗氧化能力。黄晓冬等[33]用桐花树提取物清除亚硝酸盐,在模拟人体胃液的微环境中,结果表明桐花树叶多酚提取物处理时间为3 h时,亚硝酸盐清除率达到100%。据报道,地参酚类化合物提取液浓度为10 mg/mL时,其亚硝酸盐清除率与1.5 mg/mL VC的清除作用相当,基本上都达到全部清除[34]。
此外,从食品中提取多酚类物质用于清除亚硝酸盐也是一个研究热点。刘钢等[35]研究发现石榴皮多酚提取物对亚硝酸盐的清除率达到83.17%。谢贞建等[36]也发现石榴皮提取物对亚硝酸盐具有清除效果,且清除能力随着石榴皮提取物浓度和反应时间的增加而增强。
3.3 多糖类
多糖作为一类抗氧化剂,也具有一定的亚硝酸盐清除效果,而关于其对亚硝酸盐的清除作用机制探讨结果尚不明确。李振等[37]分析了忍冬藤多糖的提取、分离和纯化,并测定了其清除亚硝酸盐的作用。结果表明,在一定条件下,质量浓度为500 μg/mL时,对亚硝酸盐的清除率为90.44%。广金钱草多糖对亚硝酸盐的清除率可达90%以上,清除率与多糖的浓度和反应时间呈正相关性[38]。郭小鹏等[39]测定黄参粗多糖对亚硝酸盐的清除率可达86.6%。相比前几种多糖提取物清除亚硝酸盐的能力,白芨多糖提取物对亚硝酸盐的清除率略低,最大清除率为78.20%[40]。
3.4 黄酮类
黄酮类化合物具有大量的羟基和羰基,这些物质能够为它们提供独立的电子,而金属离子则拥有较少的空位,因此,黄酮类化合物很容易与金属离子结合。董丽娟等[41]报道竹叶黄酮与金属离子配合物显示出对亚硝酸盐极佳的清除效果。
孙迪等[42]发现从花生壳中提取一种以木犀草素为主的黄酮类化合物,对亚硝酸盐的清除率约为78.12%。据报道,香圆枳壳柚皮苷是一种天然的黄酮类化合物,香圆枳壳柚皮苷浓度为3 mg/mL时,其对亚硝酸盐的清除率为91.1%[43]。郝教敏等[44]采用乙醇浸提法提取黑麦类黄酮物质,富含类黄酮的黑麦类抽提物清除亚硝酸盐的效果很显著,清除率可达86.87%。滕涛等[45]在模拟胃液条件下探究橘皮乙醇提取物清除亚硝酸盐的能力,结果表明,在一定条件下,橘皮乙醇提取物对亚硝酸盐的清除率达79%以上。同时颜色反应表明,黄酮类物质主要为黄酮和黄酮醇。也有报道表明牡丹叶黄酮[46]和黄槿叶总黄酮[47]对亚硝酸盐的最大清除率分别可达62.15%、69.58%。Ji等[48]研究不同提取方式对荚蒾提取物清除亚硝酸盐活性的影响,结果显示,乙酸乙酯和甲醇提取物的清除率分别为96.65%和93.48%,而石油醚和水提取物的含量分别仅为86.96%和26.09%。钟希琼等[49]研究紫甘薯花色苷对亚硝化反应的抑制作用,结果表明,紫甘薯花色苷的浓度越高,对亚硝酸盐的清除能力越强,紫甘薯花色苷对NO2-的最大清除率为97.23%。而且实验结果与前期在体外模拟胃液条件下紫甘薯花色苷对亚硝酸盐的清除率为97.8%的研究结论基本一致[50]。
3.5 香辛料类
香辛料在赋予食品独特风味的同时,还具有一定清除亚硝酸盐的能力[51]。香辛料中含有一些巯基化合物,它们能够与亚硝酸盐发生反应,形成硫代亚硝酸酯类化合物,从而有效地清除亚硝酸盐。张强等[52]报道香辛调味料提取物对亚硝酸盐的清除能力为丁香提取物>桂皮和花椒>孜然。刘星等[53]研究发现,洋葱提取物具有显著的亚硝酸盐清除能力,其清除率高达82.78%。孙昕等[54]研究表明,姜辣素粗提物的亚硝酸盐清除效果非常显著,其清除率高达(99.32±0.22)%,这一数值甚至超过了1 mg/mL抗坏血酸(VC)溶液的清除效果。
3.6 果蔬类
一些果蔬也能清除亚硝酸盐[55],可能是果蔬中含有能与亚硝酸盐反应的化合物分子等原因,具体反应机制暂不明确。郭艳华等[56]发现荸荠皮提取物对亚硝酸盐的清除率为59.1%。赵二劳等[57]报道山楂提取液对亚硝酸盐的清除率为67.53%。刘辉[58]研究了苦瓜对亚硝酸盐的清除效果,结果表明苦瓜对亚硝酸盐的清除率可达68.56%。Kim等[59]报道阿魏菇子实体对亚硝酸盐的清除率可达89.7%。朱艳芳等[60]研究发现,黄秋葵花提取液对亚硝酸盐的清除率为81.02%。丁城等[61]研究表明,一定提取条件下,辣椒提取液对亚硝酸盐的清除率达到98.6%。Cai等[62]研究板栗花提取物对亚硝酸盐的清除作用,实验证明最佳反应条件为提取温度40 ℃、乙醇浓度40%、提取时间1.5 h,此时清除率最大,可达94%。
4 亚硝酸盐清除剂在肉制品中的应用
4.1 香料类
Wu等[63]探讨了8种香料微粒作为亚硝酸盐清除剂的潜在应用。结果表明,香料微粒可以有效减少亚硝酸钠溶液中的亚硝酸盐含量,清除率约为36%~100%。另外,香料微粒应用于鱼和肉的腌制过程中,除了添加风味外,还具有亚硝酸盐清除作用。香辛料对肉制品(腊肠、熟肉)中亚硝酸盐的清除能力研究发现,大蒜的清除能力最强,其次为丁香、桂皮、花椒[64]。
4.2 多酚类
茶多酚、苹果多酚等都富含抗氧化成分。Deng等[65]研究含有上述3种植物多酚和抗坏血酸的干炸培根的理化性质、亚硝酸盐残留。结果表明,与对照组相比,植物多酚和抗坏血酸均可以显著降低pH、脂质氧化和亚硝酸盐残留量。Wang等[66]研究植物多酚(绿茶多酚、葡萄籽提取物)和α-生育酚对培根干腌贮藏过程中亚硝酸盐残留的影响。结果表明,与对照组相比,植物多酚和α-生育酚显著降低亚硝酸盐残留量。Ferysiuk等[67]研究发现柳叶草酚类提取物有助于降低肉罐头中亚硝酸钠含量。李宁宁[68]以铁棍山药、香蕉皮为多酚提取原料,将粗提取液用于咸鱼样品中亚硝酸盐的清除。结果表明,铁棍山药、香蕉皮粗提液的亚硝酸盐清除率最高分别为63.60%和82.64%。同时将香蕉皮多酚純化液采用高效液相色谱法进行定性定量分析,确定其多酚中主要包括绿原酸、咖啡酸、阿魏酸等,其中绿原酸含量较高。Zhang等[69]研究了玫瑰多酚对发酵香肠安全性的影响。结果表明,玫瑰多酚可用于发酵香肠抑制脂质氧化、生物胺形成和细菌生长,提高乳酸菌的生长速度和丰富度。Difonzo等[70]报道橄榄叶酚类提取物的添加将延长香肠的储存时间。
4.3 果蔬类
Velasco-Arango等[71]研究木瓜果粉减少牛肉汉堡中亚硝酸盐含量,研究表明木瓜果粉具有降低食品中亚硝酸盐浓度的潜力。Viuda-Martos等[72]报道柑橘工业的副产品(从整个副产品中获得的营养纤维,以及用于获得营养纤维的洗涤水)被视为生物化合物的良好来源,可能有助于降低肉制品中残留的亚硝酸盐水平。Wu等[73]报道含平菇的香肠在贮藏过程中减少了残留的亚硝酸盐。秦卫东等[74]研究发现,将芦荟以15%的比例添加到肉制品中,芦荟复合肉制品中亚硝酸钠残余量降低了35.26%。
5 展望
亚硝酸盐是肉类工业中使用最广泛的腌制成分之一。亚硝酸盐在腌制肉类中有许多作用,能限制肉毒梭状芽孢杆菌等病原微生物的生长,抑制肉制品中脂质和蛋白质的氧化,使肉制品产生诱人的红色,并能赋予腌制肉类独特的风味。然而,过量摄入亚硝酸盐使人体血液的载氧能力下降,从而导致机体组织缺氧。另外,亚硝酸盐可与食品或胃中的次级胺(仲胺、叔胺、酰胺及氨基酸)结合形成亚硝胺从而诱发消化系统癌症,这引起了消费者对其在肉制品中应用的一些健康问题的担忧[75]。消费者对购买亚硝酸盐含量低甚至不含亚硝酸盐的肉制品越来越感兴趣,因为这些肉制品被认为更天然、更健康。目前需要减少肉制品中亚硝酸盐含量而不影响其他安全特性要求对健康食品的开发进行研究,在这种情况下,肉类加工商面临的挑战是生产无亚硝酸盐或低亚硝酸盐的产品。
因此,亚硝酸盐清除剂,特别是天然亚硝酸盐清除剂(有机酸类、多酚类、多糖类、黄酮类、香辛料及果蔬类物质等),对肉制品中亚硝酸盐含量的控制具有极其重要的作用。通过应用现有的亚硝酸盐清除技术,在保持肉制品原有的色泽、风味和保质期的基础上,使肉制品兼具健康、绿色、安全特性。
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收稿日期:2023-07-13
作者简介:赵长青(1981-),女,教授,博士,研究方向:生物发酵技术。
*通信作者:赵志峰(1980-),男,副教授,博士,研究方向:食品精深加工技术。