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復合發酵劑對鮮食里脊火腿品質特性的影響

2019-02-06 03:51:41劉春麗朱秋勁潘明瓊胡可湯鵬宇
肉類研究 2019年12期

劉春麗 朱秋勁 潘明瓊 胡可 湯鵬宇

摘 要:以植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)和木糖葡萄球菌(Staphylococcus xylosus)為復合發酵劑,以產品的色差、pH值、質構和感官指標為依據研究菌種接種量、菌種配比和發酵溫度對發酵里脊火腿品質的影響。結果表明:根據單因素試驗結果,采用Box-Behnken試驗設計建立響應面分析模型,確定發酵里脊火腿的最佳工藝參數為添加植物乳桿菌和木糖葡萄球菌為復合發酵劑,菌種接種量為107 CFU/g、菌種配比為1.50∶1、發酵溫度為30 ℃,此條件下制得的發酵里脊火腿的感官評分為82.55 分,與模型理論值接近。在此條件下加工所得的發酵里脊火腿口感較佳、滋味鮮美、綜合品質良好。

關鍵詞:發酵里脊火腿;植物乳桿菌;木糖葡萄球菌;響應面法;工藝優化

Abstract: The effect of inoculum size, starter culture composition and fermentation temperature on the color difference, pH value, texture and sensory attributes of fermented loin ham with a mixed starter culture of Lactobacillus plantarum and Staphylococcus xylosus. By combined use of one-factor-at-a-time method and response surface methodology, the optimum fermentation conditions were obtained as follows: inoculum size 107 CFU/g, L. plantarum-to-S. xylosus ratio 1.50:1, and temperature 30 ℃.The product produced under these conditions scored 82.55 points in sensory evaluation, which was close to the predicted value from the developed model. The fermented loin ham had good overall quality in terms of mouthfeel and taste.

Keywords: fermented loin ham; Lactobacillus plantarum; Staphylococcus xylosus; response surface methodology;

process optimization

DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20190926-229

中圖分類號:TS251.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼:A 文章編號:1001-8123(2019)12-0025-07

發酵火腿是以畜禽肉為原材料,在自然或人工控制條件下,通過低溫腌制、發酵成熟而得到的產品,該類產品因營養豐富且具有特殊的鮮美風味、色澤和質地等感官品質深受廣大消費者喜愛。傳統發酵火腿通過自然發酵而成,但自然發酵火腿在產品質量和安全性等方面仍存在較多問題,因此國內外研究學者開始向人工接種發酵劑方向努力。發酵鮮食里脊火腿在歐美西方國家擁有廣大的消費市場,故對發酵火腿菌種的篩選[1-2]、接種發酵與傳統自然發酵品質對比[3]、益生菌發酵肉制品[4-5]等方面開展了大量研究,已經有頗為成熟的生產技術。而國內有關發酵火腿的研究大多局限于傳統干腌火腿、接種發酵肉制品[6]、發酵中式香腸[7]及臘肉[8]等方面[9]。目前,國內肉類企業對鮮食型發酵肉類產品的開發力度和投入不足,國內對接種發酵鮮食里脊火腿的研究還處于菌種篩選和理化特性[10]等起步階段,研發不足制約了部分消費者對此類產品的需求。

常用于發酵肉制品的微生物主要有乳酸菌和葡萄球菌等[11],接種混合發酵劑有助于提升肉制品的色香味和營養價值。王德寶等[12]研究發現,接種植物乳桿菌與肉葡萄球菌復配發酵劑可降低香腸的pH值、亞硝酸鹽殘留量及有害生物胺含量。韓云飛等[13]研究表明,木糖葡萄球菌和植物乳桿菌復配發酵劑對羊肉發酵香腸的脂肪氧化和風味改善有促進作用。Casquete等[14]研究發現,將嗜酸鏈球菌和葡萄球菌接種于發酵香腸可顯著改變其風味。Slima等[15]將植物乳桿菌和嗜酸片球菌接種于發酵牛肉香腸,香腸的感官和衛生品質提高。然而國內外有關植物乳桿菌和木糖葡萄球菌混合發酵里脊火腿的報道很少。

本研究以豬里脊肉為原材料,在前人研究的基礎上,接種預先從實驗室篩選出的具有耐鹽、耐亞硝酸鹽、產酸等性能的優良菌種植物乳桿菌和木糖葡萄球菌進行發酵,綜合色差、pH值、質構和感官評分結果研究菌種接種量、菌種配比和發酵溫度對發酵里脊火腿品質的影響,得到發酵里脊火腿的最佳生產工藝。本研究彌補了采用單一指標判定火腿品質優劣的局限性,以期為我國工業化生產品質優良的發酵里脊火腿提供技術支撐和理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原、輔料:豬里脊、食鹽、花椒粉、白糖、白胡椒、葡萄糖、五香粉等均購于貴陽市花溪區沃爾瑪超市。

菌種:植物乳桿菌(Lactobacillus plantarum)GDM 1.191、木糖葡萄球菌(Staphylococcus xylosus)GDM 1.895均購于廣東省微生物菌種保藏中心,此2 種菌均能耐受6 g/100 mL NaCl及150 mg/kg的亞硝酸鹽并具有良好的產酸特性。

MRS肉湯培養基、TSA液體培養基、PCA瓊脂培養基 上海博微生物科技有限公司;亞硝酸鈉 杭州龍山化工有限公司;異抗壞血酸鈉、三聚磷酸鈉 河南萬邦實業有限公司。

1.2 儀器與設備

CT3 10K質構儀 美國Brookfield公司;S2-Meter?pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;LRH-300(F)恒溫恒濕培養箱 上海柏欣儀器設備廠;NH350色差計 上海三信儀表廠;TG16-WS高速冷凍離心機 上海盧湘儀儀器有限公司;GR-60真空滾揉機 諸城市新得利食品機械有限公司;BG2-246電熱鼓風干燥箱、YXQ-LS-100S立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;DZ280/2SE真空包裝機 綠葉真空機有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發酵劑的活化與制備

將斜面保存的植物乳桿菌和木糖葡萄球菌活化傳代3 次,接種至MRS和TSB液體培養基中,37 ℃培養24 h,取出置于0~4 ℃冰箱保存,進行稀釋涂布平板和活菌計數,確定菌液濃度,4 ℃、5 000 r/min離心3 min收集菌體,用0.85 g/100 mL無菌生理鹽水洗滌3 次后重懸,調整菌液濃度為108~109 CFU/mL后備用。

1.3.2 發酵里脊火腿的制作工藝

工藝流程:原料里脊肉→修整→腌制→注射接種→滾揉→發酵→烘烤→真空包裝→成品

1.3.2.1 基本配方

腌制料配方:以原料肉質量計,添加食鹽3%、亞硝酸鈉0.01%、異抗壞血酸鈉0.2%、花椒粉1%、三聚磷酸鈉0.5%、白糖1%、白胡椒0.6%、葡萄糖1%、五香粉0.5%,發酵劑按實驗設計添加。

1.3.2.2 工藝要點

選擇新鮮豬里脊肉,將其表面的筋膜剔除后進行漂洗,加入少量白酒去腥,將豬里脊肉切成肉塊,按比例加入配制好的腌制料并將其均勻涂抹在肉表面,0~4 ℃腌制24 h;按實驗設計將發酵液按5 mL/100 g注射接種,注射好的肉塊立即置于真空滾揉機中,于4 ℃條件下真空滾揉30 min,滾揉結束后將肉塊置于不同溫度的恒溫恒濕箱中進行發酵,發酵24 h后取出于55 ℃烘烤4 h結束發酵,冷卻后進行真空包裝得到成品,最后置于0~4 ℃條件下貯藏。

1.3.3 單因素試驗設計

1.3.3.1 接種量對發酵里脊火腿品質特性的影響

按接種量分別為105、106、107、108 CFU/g接種,發酵里脊火腿,植物乳桿菌、木糖葡萄球菌配比(菌數)為1∶1、發酵溫度30 ℃、相對濕度85%、發酵時間24 h。分別在發酵0、6、12、18、24 h測定火腿pH值,于火腿發酵成熟后測定火腿的質構、色差,并進行感官評分。

1.3.3.2 菌種配比對發酵里脊火腿品質特性的影響

采用發酵劑菌種配比(植物乳桿菌∶木糖葡萄球菌,下同)為1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1分別接種發酵里脊火腿,接種量為107 CFU/g、發酵溫度30 ℃、相對濕度85%、發酵時間24 h,于火腿發酵成熟后測定火腿的質構、色差,并進行感官評分。

1.3.3.3 發酵溫度對發酵里脊火腿品質特性的影響

分別在20、25、30、35 ℃條件下發酵火腿,接種量107 CFU/g,植物乳桿菌、木糖葡萄球菌菌種配比1∶1、相對濕度85%、發酵時間24 h,于火腿發酵成熟后測定火腿的質構、色差,并進行感官評分。

1.3.4 響應面試驗設計

在各單因素最適作用條件的基礎上,以菌種接種量、菌種配比和發酵溫度為因素,設計響應面試驗。根據Box-Behnken試驗設計原理,采用Design-Expert 8.0.6軟件,以感官評分為響應值,進行3因素3水平共17 個試驗點的響應面試驗,其中12 個為析因點,5 個為零點。因素水平設計如表1所示。

1.3.5 指標測定

1.3.5.1 pH值測定

取10 g肉樣剁碎后置于100 mL蒸餾水中,用攪拌器攪拌10 min后浸提20 min,過濾后取上清液,用pH計測定[16]。

1.3.5.2 色差值測定

使用色差計進行測定,測定前先對儀器進行校準。去除火腿表面調味料,將火腿切成長寬均為3 cm、厚1 cm的肉片,每批樣品取3 個不同的切面,每個切面取6 個點,測定亮度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*),得平均值。由于b*會對樣品紅色造成較大的影響,因此引用色差值(E*)[17]評價香腸色澤,以減少誤差。E*按下式計算。

1.3.5.3 質構測定

參考Gimeno等[18]的方法,并稍作修改。將火腿表面部分切除,取火腿中間部位切成1 cm見方的立方體,使用TA11/1000探頭,參數設定為:測前速率2 mm/s,測試速率1 mm/s,測后速率5 mm/s,壓縮率50%。測定火腿硬度、內聚性、彈性、咀嚼性4 個指標。

1.3.5.4 感官評價

如表2所示。

1.4 數據處理

每個處理設置3 個平行樣,采用Design-Expert 8.0.6軟件進行響應面試驗設計與分析,數據用SPSS 20.0軟件進行數理統計分析,采用Origin 2018軟件繪圖;結果以平均值±標準差表示,以顯著性水平為0.05進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 接種量對發酵里脊火腿品質特性的影響

2.1.1.1 接種量對發酵里脊火腿pH值的影響

乳酸菌可利用肉中的碳源發酵而產生乳酸,達到降低產品pH值和延長保質期的目的。由圖1可知,隨著接種量和發酵時間的增加,發酵里脊火腿pH值的下降速率亦有增加的趨勢。當菌種接種量為105 CFU/g時,發酵24 h后火腿pH值為5.44,這是由于接種量小、發酵速率慢,pH值未降至5.3以下,無法較好地保證發酵火腿安全性要求[10],因此該接種量不適合發酵火腿的生產;當菌種接種量為106、107、108 CFU/g時,24 h發酵結束后火腿pH值分別為5.01、4.86、4.68,均達到發酵生食火腿安全性要求,但108 CFU/g接種量過大,導致產品過酸而難以接受,考慮到產品后熟時pH值會有輕微上升,從酸度的角度考慮接種量以107 CFU/g較為適宜,這與Chen Xi等[20]的研究結果相吻合。

2.1.1.2 接種量對發酵里脊火腿色差、質構和感官評分的影響

由表3可知,隨著接種量的增加,發酵里脊火腿的L*和b*總體上沒有顯著性變化,但a*有增大趨勢,原因可能是發酵劑中的微生物代謝產生的亞硝酸還原酶可將亞硝酸鹽還原,生成NO,NO再與肌紅蛋白結合形成亞硝基肌紅蛋白,而賦予產品鮮艷的紅色[21],接種量越大,發色效果越好。此外,接種量為107 CFU/g時,發酵里脊火腿的E*顯著大于其他組(P<0.05),故此接種量最為合適。

接種量對產品的內聚性無顯著影響,發酵里脊火腿的硬度和咀嚼性與菌種接種量大致呈負相關關系,且不同接種量組間存在顯著差異(P<0.05),這可能是由于接種量增加加快了火腿的成熟而使肉的組織更加松軟,從而導致肉硬度和咀嚼性降低,但當接種量為108 CFU/g時,由于火腿的過度發酵營造了較低的pH值環境,從而使火腿硬度開始增大[22]。此外,隨著接種量的增大,發酵里脊火腿的彈性大致呈下降趨勢,當接種量為105 CFU/g時其彈性最佳,接種量為107 CFU/g時次之,因此當接種量為107 CFU/g時火腿的軟硬適中,口感最佳。

接種量與發酵里脊火腿感官評分的關系為隨著接種量的增加,火腿的各項感官評分逐漸升高,但當接種量過大時,由于過度發酵導致產品的感官評分開始降低,當接種量為107 CFU/g時火腿的各項感官評分指標均到達峰值,與其他接種量組有顯著性差異(P<0.05)。接種量為108 CFU/g時,接種量過高,產品發酵過度,接種量為105 CFU/g時,發酵緩慢,無法形成發酵火腿特有的風味,因此導致火腿可接受度降低。

由上述結果可知,發酵里脊火腿的感官評分和質構、色差的相關性較高,變化趨勢大致相同,結合pH值、色差、質構和感官評分4 項指標結果可得出,107 CFU/g為發酵里脊火腿的最佳菌種接種量,接種量為105 CFU/g時發酵里脊火腿品質最差且無法生產出可安全食用的火腿。

2.1.2 菌種配比對發酵里脊火腿品質特性的影響

2.1.2.1 菌種配比對發酵里脊火腿pH值的影響

由圖2可知,不同菌種配比的發酵里脊火腿pH值變化趨勢相似,均表現為隨著發酵時間的延長pH值先緩慢降低然后再加速下降,主要原因可能是初期腌制液中的多種香辛料有一定的抑菌作用,導致發酵前12 h微生物數量較少,發酵12 h后微生物數量迅速增長,從而導致發酵速率加快[23]。此外,當植物乳桿菌、木糖葡萄球菌配比為1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1時,發酵24 h后發酵里脊火腿pH值分別達到4.89、5.06、5.13、4.80、4.71,結合安全性和可接受度考慮,得出1∶1為最佳菌種配比。

2.1.2.2 菌種配比對發酵里脊火腿色差、質構和感官評分的影響

由表4可知,除菌種配比1∶1和1∶3時發酵里脊火腿a*差異顯著外(P<0.05),其余組發酵里脊火腿a*均無顯著差異,且菌種配比對發酵里脊火腿L*和b*的影響整體表現為隨著木糖葡萄球菌比例增大,L*和b*呈增加趨勢,這主要是由于葡萄球菌能產生過氧化氫酶,防止肉制品因氧化而變色[24],表明葡萄球菌對肉制品色澤形成具有重要作用。此外,當菌種配比為1∶1時,發酵里脊火腿E*顯著大于其他組(P<0.05),其次為2∶1組,故可得菌種配比1∶1為最佳比例。

從質構方面來看,菌種配比對發酵里脊火腿彈性和內聚性影響較小,當木糖葡萄球菌所占比例增加時,發酵里脊火腿的硬度和咀嚼性有增加趨勢,當植物乳桿菌所占比例增大時,火腿的彈性呈先增加再減小的趨勢,且產品硬度增加。段艷[25]也報道了乳酸菌的添加能增加香腸硬度,降低其彈性。綜合各項質構指標確定,當菌種配比為1∶1時發酵里脊火腿的品質最佳,當菌種配比為1∶3或3∶1時火腿的品質最差。

從感官評分來看,菌種配比對發酵里脊火腿品質的影響雖差異較小,但當植物乳桿菌、木糖葡萄球菌配比為1∶1時,發酵里脊火腿的感官評分最高且顯著高于其他組(P<0.05),菌種配比為1∶3和3∶1時火腿品質較差。植物乳桿菌所占比例和感官評分中的香氣和滋味2 項指標得分大致呈反比的關系,這在一定程度上證明了起產香作用的微生物主要是葡萄球菌,而非乳酸菌[26]。

López等[27]研究發現,添加含葡萄球菌發酵劑的香腸具有更強烈的蛋白質水解能力,能促進香腸風味的形成。

綜合pH值、色差、質構和感官評分4 個指標可以得出,發酵里脊火腿的最優菌種配比為1∶1,此時發酵里脊火腿品質最優,當菌種配比為3∶1和1∶3時發酵里脊火腿綜合品質較差。

2.1.3 發酵溫度對發酵里脊火腿品質特性的影響

2.1.3.1 發酵溫度對發酵里脊火腿pH值的影響

由圖3可知,發酵溫度較低時,發酵里脊火腿pH值的下降速率較緩,發酵溫度較高時pH值下降速率較快,這主要是由于菌株在不同溫度下的生長速率差異顯著。30 ℃時,大部分菌株的生長速率最快,其生長速率由大到小的溫度依次為30 ℃>35 ℃>40 ℃>25 ℃>45 ℃>20 ℃>15 ℃[28]。當發酵溫度為20 ℃和25 ℃時,24 h發酵結束后發酵里脊火腿pH值分別為5.78和5.55,無法滿足發酵火腿的安全要求,且不能產生產品獨特的發酵風味;當發酵溫度為30 ℃和35 ℃時,發酵結束后火腿pH值分別為4.89和4.82,差異不顯著(P>0.05),故均適用于生產發酵火腿。

2.1.3.2 發酵溫度對發酵里脊火腿色差、質構和感官評分的影響

由表5可知,發酵溫度對發酵里脊火腿的各色差值影響不大,發酵溫度為30 ℃時其E*顯著大于其他組(P<0.05),故可得出30 ℃為最佳發酵溫度,本研究結果與曹辰辰等[29]的研究結果一致。

從質構方面看,隨著發酵溫度的增大,菌種快速發酵導致發酵里脊火腿pH值和蛋白質水合能力降低,從而增加了產品硬度,35 ℃發酵時硬度降低可能是由于發酵過快從而導致產品組織結構變松軟。當發酵溫度為30 ℃時,發酵里脊火腿彈性和內聚性最大,咀嚼性和硬度適中,故可作為最佳發酵溫度。

從感官評分來看,發酵溫度為30 ℃時,發酵里脊火腿的感官評分顯著高于其他組(P<0.05),發酵溫度為35 ℃時次之,其余2 組感官品質均較差,感官評分的實驗結果與色差和質構結果趨勢大致相同,主要是由于感官評分是色澤、組織狀態、滋味和氣味的綜合指標,組織狀態和質構高度相關,色差值是色澤的數字化體現,且已有眾多學者將其作為火腿品質的判斷指標[30],因此,用質構和色差判別火腿品質具有一定的科學性,本研究設計具有相當的可靠性。

綜合pH值、色差、質構和感官評分4 個指標可以得出,發酵溫度為30 ℃時發酵里脊火腿的品質最佳,發酵溫度為20 ℃時火腿品質最差。

2.2 響應面優化試驗結果與分析

采用Design-Expert V8.0.6軟件中的Box-Behnken原理設計試驗,響應面優化試驗組合和結果如表6所示。

以菌種配比(A)、接種量(B)和發酵溫度(C)為自變量,以感官評分(Y)為因變量(pH值只作為輔助指標),得到的二次多項方程為Y=-370.030 78+36.384 44A+72.699 00B+11.496 23C-0.440 00AB-0.018 67AC-0.129 00BC-13.761 78A2-4.791 00B2-0.173 64C2,R2=0.874 4,校正系數R2Adj=0.957 7。

由表7可知,模型極顯著(P<0.01),失擬項不顯著,因此模型有效。影響發酵里脊火腿感官品質的因素主次順序為菌種配比>接種量>發酵溫度,其中菌種配比對火腿的感官評分影響最大,主要原因可能是植物乳桿菌所占比例較大時會導致產品過酸,反之火腿安全性又無法保障,且無法形成發酵火腿特有香氣,從而導致感官接受度較低。此外,接種量增大,火腿發酵趨于成熟,產品的可接受性提高,但當接種量過大時,產品發酵過度,從而產品可接受性降低,發酵溫度亦有相同趨勢,但對發酵里脊火腿感官評分的影響相對較小。對各因素之間的交互作用進行分析可得,菌種接種量、菌種配比和發酵溫度的兩兩交互作用均不顯著。綜合上述分析可得,生產發酵里脊火腿的最佳工藝條件為以植物乳桿菌、木糖葡萄球菌為復合發酵劑,菌種配比1.59∶1、接種量7.11 (lg(CFU/g))、發酵溫度30.38 ℃,此時發酵里脊火腿的感官評分為82.99 分。

2.3 驗證實驗結果

考慮到實際可操作性,將經響應面優化得到的工藝參數修正為以植物乳桿菌、木糖葡萄球菌為復合發酵劑,菌種配比1.50∶1、接種量107 CFU/g、發酵溫度30 ℃進行驗證實驗,進行3 次重復實驗,所得發酵里脊火腿感官評分為82.55 分,與理論值的相對誤差為0.53%,且重復性較好,證明該工藝優化模型具有可靠性。

3 結 論

研究以植物乳桿菌、木糖葡萄球菌為復合發酵劑,菌種接種量、菌種配比和發酵溫度對發酵里脊火腿pH值、色差、質構和感官品質的綜合影響,彌補單一指標判定的局限性。結果表明:菌種接種量對發酵里脊火腿的色澤、pH值和硬度影響較大,各實驗組間存在顯著差異,綜合得出最佳菌種接種量為107 CFU/g;菌種配比對發酵里脊火腿的咀嚼性影響較大,對其余指標的影響則相對較小,總體表現為當菌種配比接近1∶1時所得火腿的食用品質最優;發酵溫度對發酵里脊火腿pH值影響較大,當發酵溫度為20 ℃和25 ℃時,發酵里脊火腿pH值均大于5.3,感官品質和安全性均較低,不符合鮮食發酵火腿的安全性要求,發酵溫度為30 ℃和35 ℃時,發酵里脊火腿的感官評分差異不顯著,但結合其他指標比較得到30 ℃為最佳發酵溫度。基于單因素試驗結果,結合響應面分析得出以植物乳桿菌、木糖葡萄球菌為復合發酵劑,菌種接種量、菌種配比、發酵溫度的最優參數分別為107 CFU/g、1.50∶1、30 ℃,經驗證實驗得出此時發酵里脊火腿的感官評分為82.55 分,證明本實驗的模型有效,工藝可行性較高,采用此優化工藝生產的發酵里脊火腿具有發酵火腿的獨特味道,滋味鮮美,口感細膩,符合大眾口味,本研究對我國發酵里脊火腿的工藝生產具有一定的指導意義。

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