發酵肉制品品質改善途徑的研究進展

杜　莎,譚　雅,謝佳琦,黃　晴,熊　雄,王遠亮，*

(湖南農業大學食品科技學院,湖南長沙 410128)

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發酵肉制品品質改善途徑的研究進展

杜莎1,譚雅2,謝佳琦2,黃晴2,熊雄2,王遠亮2，*

(湖南農業大學食品科技學院,湖南長沙 410128)

發酵肉制品作為傳統發酵食品,既有其營養、風味上的優點,也存在相關的微生物學與品質方面的問題,本文從改善發酵劑(構建混合發酵劑、篩選優良發酵劑)、改善蛋白組成、改善脂質含量和組成(脂肪替代、發酵降解)、降低NaCl使用量、降低硝酸鹽亞硝酸鹽的使用量等方面進行了歸納總結,從脂肪處理、NaCl的使用量以及降低硝酸鹽的使用方面論述了發酵肉制品品質改善途徑的現狀。旨在為改善發酵肉制品品質提供一定的參考,推動肉品產業的發展。

發酵肉制品,發酵劑,蛋白,脂肪,鹽,亞硝酸鹽

隨著人生活水平的提高及對營養健康膳食相關知識的普及,人們對食品的營養健康要求越來越來高,營養健康、方便快捷、安全無隱患及具有功能性成分的食品成為人們的追求。發酵肉制品是指動物肉(通常指豬肉或牛肉)經微生物發酵,形成具有微生物特性和典型發酵香味的肉制品,具有營養價值高、風味獨特、安全穩定及貨架期較長等特點[1]。

發酵肉制品的這些特點正符合當前人們對食品的要求,同時國外,發酵肉制品一直是深受消費者喜愛的一類高檔肉制品,在肉制品中占主導地位;而我國,發酵肉制品也有著悠久的歷史,主要是以自然發酵工藝生產的發酵肉制品,如金華火腿、廣式臘腸、湘西臘腸等。自然發酵存在易受有害微生物的污染,生產周期長、以家庭式作坊為主,無標準化,產品質量不穩定等缺點,所以限制了發酵肉制品在我國肉類行業的發展[2]。同時,目前發酵肉制品與人類健康的關系在營養學界和食品工業界存在爭議。一方面,發酵肉通過微生物發酵,營養提高、風味改善、安全性提高及貨架期延長;另一方面,發酵肉制品也存在一些令我們擔心的健康風險,如脂肪、膽固醇及鈉鹽含量過高,生物胺的形成及微生物安全問題。所以,目前發酵肉制品的發展還存在著一些瓶頸問題。

本文主要從發酵劑、蛋白質組成、脂肪含量和組成的改善途徑及降低食鹽和亞硝酸鹽使用量的方法等幾個方面介紹發酵肉制品品質改善方法的研究進展,為我國發酵肉制品的生產提供理論依據。

1　發酵劑的改善途徑

1.1混合發酵劑的構建

為了獲得更優良的發酵劑菌種,國內外研究人員進行了大量的研究,研究較多的是關于呈香菌和改善產品品質的研究,將多種乳酸菌、葡萄球菌及微球菌及酵母菌進行復配,主要基于乳酸菌發酵產酸和細菌素,微球菌和酵母菌能促進發色。其中,大量研究得出酵母菌與植物乳桿菌(L.plantarum)和保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)的最佳比例是0.5∶1.0∶0.5[3]。Essid等[4]將植物乳桿菌(與木糖葡萄球菌(S.xylosus)混合發酵接種到傳統托尼斯發酵香腸中,發現添加了混合菌劑的香腸的感官參數(香氣、色澤、味道和硬度)明顯的優于非接種的自然發酵香腸。趙麗華等[5-6]對比戊糖片球菌(P.pentosaceus)與混合發酵劑(植物乳桿菌和產香葡萄球菌(S.carnosus))對羊肉干發酵香腸中的影響,發現在成熟過程中,戊糖片球菌組和復合發酵劑組的pH和Aw值均呈下降趨勢,且復合發酵劑組的下降速度明顯快于戊糖片球菌組,最終復合發酵劑組產品的色澤、硬度咀嚼性、內聚性及膠黏性都優于戊糖片球菌組。混合發酵劑由于多菌種之間的相互作用能同時提高發酵肉制品的硬度、咀嚼性、膠黏性,使產品風味更豐富,質構特性更好,質量更穩定;而單一菌發酵只能改善發酵肉制品某方面的特性。因此,在發酵香腸生產中,可將混合發酵劑和混合發酵技術應用到我國傳統發酵肉制品上,對于開發適合中國人口味且營養保健的發酵肉制品具有重要意義。

1.2優良菌種的篩選

從篩選優良方面分為以下幾個途徑:其一,篩選產細菌素的乳酸菌;其二,篩選出不具有脫羧能力或能降解生物胺的發酵菌種;其三,通過分子生物手段改良發酵劑的基因。

其一,對于乳酸菌來說,目前一個比較熱門的研究領域就是篩選和構建產細菌素能力較強的菌種,以抑制腐敗菌和致病菌生長,增強自身的競爭力,提高產品的安全性[7]。Casaburi[8]從意大利發酵香腸中分離出一株彎曲乳桿菌(L.curvatus)54M16,通過分子鑒定和抑菌實驗證明了該菌株能產生抑制致病菌李斯特菌(L.monocytogenes)、蠟樣芽胞桿菌(Bacilluscereus)和熱死環絲菌(Brochothixthermosphacta)。Fontana等[9]從不同的傳統發酵香腸中分離出了115株含有抑制李斯特菌的細菌素基因,其中清酒乳桿菌(L.sake)、彎曲乳桿菌、糞腸球菌(Enterococcusfaecium)產生的細菌素對李斯特菌株及腸細菌都有明顯抑制作用。Cen Chen等[10]從中國侗族肉粽葉篩選出能產生腸細菌素的菌種,命名為Weissella hellenica,該菌表現出廣泛的抗食源性腐敗菌和致病菌的特性,如金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、李斯特氏菌、大腸桿菌(Escherichiacoli),以及一些酵母菌和霉菌。從安全角度來講,細菌素的產生在很大程度上提高了發酵劑的競爭優勢和抑制腐敗致病菌的生長的程度,可提高不含抗菌添加劑制成的傳統發酵香腸的質量和安全性,同時,其在生物保鮮劑領域有著很大的潛力。

其二,篩選出不具有脫羧能力或能降解生物胺的發酵菌種,提高產品衛生性也是一個具有意義的研究方向。一些乳酸菌產生氨基酸脫羧酶,使氨基酸脫羧,產生酪胺、組胺、腐胺、尸胺等化合物,對人體健康產生不利影響[11-12]。因此通過篩選出無脫羧能力的菌種,能夠降低生物胺的含量,從而保證產品的安全性。Yi-Chen Lee等[13]從咸魚產品中分離出一株能降解胺的多粘芽胞桿菌(Bacilluspolymyxa),將多粘芽胞桿菌D05-1接種到魚肉中進行發酵并與自然發酵進行對比,結果發現,發酵40d后自然組的生物胺含量(包括組胺、腐胺、尸胺和酪胺)均高于接種多粘芽胞桿菌D05-1組,發酵120 d后,接種樣品中的組胺和總體生物胺含量分別減少34.0%和30.0%。Zaman等[14]也從魚醬中分離出一株能降解組胺的肉食葡萄球菌(S.carnosus)FS19,該菌能夠顯著降低魚醬中的組胺含量。研究發現清酒乳桿菌和戊糖片球菌都無氨基酸脫羧酶能力,而且它可以對生成胺的菌株產生抑制作用,同時也產生細菌素能有效抑制單細胞李斯特菌的生長[15-16]。

其三,隨著生物技術手段的不斷發展,如果能將其運用到篩選優良性狀的菌種上,將大大減少菌種篩選工作量,提高工作效率。現在,借助分子生物學研究手段,將其它微生物中的優良性狀基因轉移到目的菌種上以構建新的發酵劑菌種已經可以實現。比如有些學者通過將乳桿菌中β-半乳糖基因、過氧化氫酶基因、細菌素基因克隆與轉達,成功的制備了新型的基因工程菌[17]。Geisen等[18]成功將溶葡萄球菌的溶葡萄球菌素基因導入納地青霉(P.nalagiovense),從而使納地青霉具有了對金黃色葡萄球菌(S.aureus)的溶菌能力,可以抑制致病的金黃色葡萄球菌生長。通過優良菌種的篩選和優良性狀基因的轉移獲得新型菌種可運用到食品的多個領域,提高食品的營養價值和安全性,微生物在食品領域將發揮著極其重要的作用。

2　改善蛋白組成的途徑

在發酵過程中,原料肉中內源性蛋白酶和微生物產生或添加的蛋白質酶可作用于肌肉蛋白,而這些肌肉蛋白被降解為更易被人體吸收的多肽、氨基酸及其他小分子物質。從發酵開始,原料肉的蛋白酶就開始作用肉蛋白,使蛋白進行不同程度水解,從蛋白質變成大分子肽,再降解為小分子肽。在低酸環境下,原料肉中的組織蛋白酶的活性增強,在發酵香腸的成熟過程中,肌球蛋白和肌動蛋白的降解率分別達到了49%和30%[19]。而且內源性蛋白酶主要作用于整個發酵過程,對蛋白質的降解起著重要作用。

而微生物蛋白酶主要在發酵后階段起作用,Naes等[20]將干酪乳桿菌產生的蛋白酶添加到發酵香腸中,發現香腸的pH明顯降低,且蛋白質被水解,形成大量的胺類物質,其中谷氨酸、絲氨酸和賴氨酸含量明顯增加。乳酸菌、葡萄球菌和微球菌及霉菌在發酵過程中能產生蛋白酶,將蛋白質降解為多肽和氨基酸,改變氨基酸比例,從而改善產品的營養價值和風味。

也有研究者在發酵肉制品中直接添加外來蛋白,如Mora[21]在西班牙干發酵香腸中添加酪蛋白酸鈉,既能增加肉餡之間的粘度,提高產品的切片性;也能作為發酵肉制品中一些生物活性肽和游離氨基酸的來源,大大提高了發酵肉制品的營養價值。發酵肉制品在外源酶和內源酶的作用下,發生不同程度的水解、脫羧、脫氨及轉氨等反應,形成小分子肽、游離氨基酸和揮發性物質,提高人體對發酵肉制品的營養吸收利用率,改善產品的風味和質構。隨著蛋白酶制劑和微生物的開發,將外源酶運用到發酵肉制品將成為重點,同時適當添加功能蛋白,改善發酵肉制品的蛋白組成,提高產品營養價值。

3　改善脂質含量和組成的途徑

過多攝取富含脂肪的食品會嚴重危害人體健康,并與肥胖癥、高血壓、動脈硬化和冠心病的發生密切相關[22]。因此,低脂肪膳食一直為營養學家所倡導,食品逐漸向低脂、脫脂方向發展。發酵香腸因其脂肪含量較高而被消費者關注,因此研究降低發酵香腸中脂肪含量或者飽和脂肪酸含量成為需要。

3.1脂肪替代技術的應用

降低發酵肉制品中脂肪含量最直接的方法就是減少脂肪添加量,但由于脂肪在發酵肉制品的重要作用,隨意的減少會影響產品風味和感官品質,所以實現這一目標最好的方法就是借助于脂肪替代物。目前,脂肪替代物主要是植物油、膳食纖維等天然成分。用于替代發酵肉制品中脂肪的植物油主要有:大豆油[23]、榛子油[24]、葵花籽油[25]和橄欖油[26]等。N Asuming-Bediako[27]將油菜籽油和葵花籽油乳化后用來替代英式香腸中14%的脂肪,發現實驗組飽和脂肪酸含量從38%降到14%,單不飽和脂肪酸從45%增加到59%,多不飽和脂肪酸從15%增加到25%,且實驗組香腸的接受度沒有受到影響。Jiménez-Colmenero[28]等人也將橄欖油、亞麻子油和魚油制成穩定的魔芋基質,添加到干發酵香腸中,除了降低飽和脂肪含量,增加不飽和脂肪酸外,而且ω-6/ω-3(世界衛生組織推薦人們膳食要降低飽和脂肪的攝入量,要攝入一定量的多不飽和脂肪酸,同時要平衡攝入ω-6多不飽和脂肪酸和ω-3多不飽和脂肪,并建議ω-6/ω-3的比例為4∶1～6∶1,而一般肉制品中ω-6的含量較低,ω-6/ω-3比例不平衡[29])的比值增加。Faria[30]等人用豬皮和纖維素代替博洛尼亞式香腸50%的脂肪,發現改良后的香腸相比對照組脂肪含量降低42%,蛋白質含量增加18%,水分含量提高8%,硬度、膠著性和咀嚼性增加。用植物油和/或者纖維素替代發酵肉制品中脂肪,不僅降低了產品的脂肪含量,而且提高了產品的營養價值,豐富了產品中的營養素,從營養學角度來講,降低發酵肉制品中脂肪含量或改變脂肪組分對人體健康有著重要意義。

3.2外源酶對脂肪的降解

除了利用脂肪替代物減少發酵肉制品中的脂肪含量,另一種減少脂肪含量的方法就是利用微生物或外源酶,其將發酵肉制品的飽和脂肪酸水解為不飽和脂肪酸及其他的揮發性成分。大量研究已證實葡萄球菌和微球菌、酵母菌及霉菌均能產生脂肪酶,在發酵過程中將脂肪水解[31-32]。Corral等[33-34]研究漢遜氏巴德利酵母(Dabarymyceshansenni)對低脂或低鹽干發酵香腸的脂肪水解和氧化、揮發性物質的形成及感官品質的影響,得出漢遜氏巴德利酵母的添加能促進香腸中脂肪的氧化分解,并促進氨基酸的降解(3-甲基丁酸和苯并噻唑),形成許多具有果香味的酯類物質和芳香化合物。封莉[35]和楊華等[36]對不同外源酶對發酵香腸的影響也進行了相關研究,得出外源脂肪酶可有效的降解發酵肉制品中的飽和脂肪酸,促進不飽和脂肪酸的形成。以上方法不僅降低了發酵肉制品中脂肪含量,改善了產品的品質,增加發酵肉制品的功能性成分,而且將減少肥胖者、高血壓及心血管疾病患者對發酵肉制品的膳食限制。

4　降低NaCl添加量的方法

發酵肉制品中的食鹽含量會影響產品的粘結性、風味及保質期,同時能抑制許多其他雜菌的生長繁殖,而在發酵肉制品中食鹽的添加量一般為2%～3%,甚至更高,攝入過多的發酵肉制品,則可能影響人體健康。而隨著人們對健康生活品質的追求,降低發酵肉制品的食鹽含量將成為一個研究方向。

食鹽在發酵肉制品主要起調味作用,高濃度食鹽也能起抑菌的作用,而食鹽替代物、乳酸菌等發酵劑、防腐劑、新型滅菌技術都可代替高濃度食鹽的抑菌作用,減少食鹽的用量[37]。首先,鈉鹽的替代物。Santos等人[38]用KCl或CaCl2或兩者的混合物替代干發酵香腸中50%的食鹽,結果表明,適量替代食鹽對產品的感官和風味沒有很大影響,而且精氨酸、谷氨酸、纈氨酸、半胱氨酸、賴氨酸和丙氨酸的含量比對照組高,且CaCl2的添加能提高產品的硬度。其次,超高壓技術的運用。Gross[39]對只添加了1.2%食鹽,添加胡蘿卜纖維和馬鈴薯淀粉,并用超高壓處理制得產品與添加1.8%食鹽的豬肉香腸對比,發現其產品結構更緊致、保水力更好,感官品質有所改善。O’Flynn[40]和Stollewerk[41]也研究了用超高壓技術對發酵香腸品質的影響,發現這種技術在某些方面對香腸品質有改善作用。實際上,僅依靠單一技術難以達到低鈉鹽肉制品的生產要求,這需要對產品的配方和加工技術進行重新設計和優化。相信在不久的將來,這些問題都會逐一解決,生產出質優價廉的低鈉發酵肉制品。

5　降低硝酸鹽亞硝酸鹽使用量的方法

硝酸鹽和亞硝酸鹽在發酵肉制品的作用主要是防腐、發色和抗氧化,但其與肉中的二級胺反應會形成致癌物質N-亞硝胺,所以有必要減少其添加量,以防止其對人體健康產生危害。目前還沒有找到一種能完全代替其在發酵肉制品所起的作用的物質,所以研究者主要集中在尋找其他方法來實現防腐、發色和抗氧化等方面的作用或減少有害物質的生產。

天然的硝酸鹽和亞硝酸鹽(蔬菜汁),如芹菜汁或芹菜粉末與肉制品有著很高的相容性,且不賦予肉制品任何異味,則經常用作天然硝酸鹽源[42-43]。也可用天然防腐劑替代硝酸鹽和亞硝酸鹽如:乳酸鏈球菌素、溶菌酶、魚精蛋白、殼聚糖和茶多酚等[44-45]。Paik[46]等從泡菜中分離出短乳桿菌KGR3111,彎曲乳桿菌KGR 2103,植物乳桿菌KGR 5105和清酒乳酸菌KGR 41084菌具有良好還原亞硝酸鹽能力的4株菌種,可降低N-亞硝胺致癌物質的生產。Vladimir[47]從Kitaiblia vitolia提取物中獲得的生物活性酚類和黃酮類化合物,在干發酵香腸中表現出很強的抗菌作用和抗氧化作用,可代替傳統防腐劑——硝酸鹽和亞硝酸鹽。Li和Kong等[48]研究者通過發酵香腸實驗和夏普肉湯模型系統得出木糖葡萄球菌能將肌紅蛋白轉化成亞硝基肌紅蛋白,且香腸紅度值與添加了亞硝酸鹽香腸的紅度值接近;Mah等[49]將木糖葡萄球菌運用到發酵鳳尾魚中,發現其能有效抑制發酵鳳尾魚中生物胺產生菌的生長,則說明該菌可用來替代發酵肉制品的亞硝酸鹽。綜合以上方法,可以根據硝酸鹽和亞硝酸鹽在發酵肉制品的作用及產生致癌物質兩方面來提高發酵肉制品的安全性,一方面阻斷N-亞硝胺的形成,另一方面用其他方法代替其在發酵肉制品的所起的作用,將硝酸鹽和亞硝酸鹽的用量降到最低,以保障發酵肉制品的品質和安全性。

6　結論與展望

發酵肉及其制品從食品安全的角度分析切實存在著一定的問題,如脂肪含量、高鹽、以及亞硝酸鹽的問題,但是鑒于其特殊的風味與消費者的嗜好,其市場占有率在國內外仍然比較高。發酵肉制品的上述問題可以從通過現代食品生物技術得到解決,如利用微生物發酵劑降低食品中脂肪和膽固醇含量,利用發酵工藝參數改善產品品質。但是發酵肉及其制品在制作過程中微生物增殖與代謝的定向調控和風味改善、抗逆菌株選育及新型發酵生產菌開發和新型工業化發酵等關鍵技術瓶頸,仍然有待突破。

從目前來看,將微生物育種、發酵工程技術、基因工程技術、酶工程技術及滅菌技術運用到發酵肉制品的生產中,強化發酵肉制品的優點,減小發酵肉制品的缺點,生產出高品質、營養健康的功能性食品將會是一個新的研究熱點。

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Progress of improvement approach for fermented meat quality

DU Sha1,TAN Ya2,XIE Jia-qi2,HUANG Qing2,XIONG Xiong2,WANG Yuan-liang2，*

(College of Food Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

As a traditional food,fermented meat has not only its merits on nutrients and favor,but some defects on safety and quality. In this paper,the improvment of starter culture(constructing culture blends and screening better strains),the composition of protein,the lipid content and composition(substitution of fat and fermented degredation)and the reduction of salt and nitrite addition in fermented meat were summarized,and development and tendency of improvement approach of fermented meat quality was also reviewed. Then some measures for improving the quality of fermented meat were given,that was benefit to promoting the development of meat industry.

fermented meat products;starter culture;protein;fat;salt;nitrite

2016-01-15

杜莎(1990-),女,碩士研究生,研究方向:食品生物技術,E-mail:454390489@qq.com。

王遠亮(1977-),男,博士,教授,研究方向:食品生物技術,E-mail:wang@hunau.net。

湖南省自然科學基金資助(11JJ4019);湖南農業產業技術體系加工崗位專家經費資助;湖南省研究生科創項目(CX2012B291);湖南省戰略新興產業項目(2014GK1034)。

TS251

A

1002-0306(2016)16-0374-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.066