低鹽對發酵肉制品品質形成影響及減鹽手段研究進展

扈瑩瑩,溫榮欣,陳佳新,孔保華,陳 倩

(東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

發酵肉制品是指在自然或人工控制條件下,借助內源酶和微生物的作用,使原料肉發生一系列生物化學及物理變化,形成具有獨特風味、色澤和質地以及較長保藏期的肉制品[1]。發酵肉制品主要包括發酵香腸和發酵火腿兩大類,如風干腸、臘腸、薩拉米香腸、金華火腿、宣威火腿等。發酵肉制品在發酵和成熟過程中,肌肉蛋白和脂質會發生一定程度的水解和氧化,賦予產品獨特的風味、較高的消化率和營養價值,深受消費者青睞。

食鹽(NaCl)是肉制品加工中不可或缺的腌制材料,不僅賦予產品咸度,增加鮮度,而且對加工特性及品質特性的形成具有重要的貢獻作用。一般而言,發酵肉制品需要歷經較長的風干、發酵和成熟時間,為了抑制其中致病菌和腐敗菌的生長和繁殖,保證產品安全性和貨架期,需要較高的食鹽添加量。同時,在發酵過程中伴隨著水分不斷向外部遷移而損失,導致終產品含鹽量增高,成熟的火腿食鹽含量高達6%～12%,發酵香腸一般也在8%左右[2]。若長期攝入高食鹽含量的肉制品,會增加患心腦血管疾病的風險。另外,高鹽攝入量可能增加中風、左心室肥大和腎臟疾病的風險,并且與腎結石、骨質疏松癥、哮喘以及胃癌發病有關[3]。因此,低鹽發酵的肉制品也滿足消費者對健康理念的追求,減少發酵肉制品中食鹽添加量是肉品行業亟待解決的熱點問題。食鹽在發酵肉制品中必不可少,作為傳統的食品添加劑影響著發酵肉制品中蛋白和脂質水解、氧化作用以及微生物代謝,對產品品質特性及安全性有重要的影響[4]。

本文綜述了食鹽對發酵肉制品中微生物、蛋白及脂質水解、氧化作用的影響,探討減鹽處理對發酵肉制品品質的影響,最后介紹了幾種常用的減鹽處理手段,以期為低鹽肉制品開發及品質調控提供理論基礎和指導。

1 低鹽對發酵肉制品中微生物的影響

發酵肉制品中的微生物按照其貢獻作用可分為兩大類:一類是促進產品品質形成及提高產品安全性的微生物菌群,如乳酸菌、微球菌、葡萄球菌、酵母菌、霉菌等有益微生物;另一類是可引起產品品質劣變及產生毒害作用的微生物,如假單胞菌、金黃色葡萄球菌等。發酵肉制品中食鹽含量對產品中微生物組成結構有著非常重要的影響,微生物不僅可通過代謝作用調節產品中水分活度、色澤、質構、風味等品質特性,對終產品的食用安全性也起著重要作用。

1.1 對腐敗微生物的影響

防腐保鮮作為食鹽在肉制品中最為重要的作用之一,可以有效抑制其中腐敗菌的生長繁殖。腐敗微生物的生長和繁殖是發酵肉制品中生物胺形成的主要原因。在發酵肉制品中的腐敗微生物主要包括肉毒桿菌、假單胞菌、梭狀芽孢桿菌等,它們均能引起氨基酸發生脫羧反應,形成生物胺[5]。Roseiro等[6]發現在制作發酵干香腸過程中降低發酵肉制品中食鹽添加量,會使腐敗微生物的數量增加,增加微生物脫羧酶的活性,導致生物胺生成量增加[7]。此外,降低發酵肉制品中食鹽添加量,會使得水分活度增加,肉中的內源酶穩定性也會提高,造成營養物質分解,為許多腐敗菌和病原微生物的生長繁殖提供了條件。腐敗微生物的大量繁殖會與產品中的有益微生物造成競爭性抑制,進而影響發酵肉制品品質。然而,陳松等[8]通過對金華火腿工藝的改進,發現低鹽腌制(6%)可抑制金華火腿中大腸桿菌和肉毒桿菌生長,也能夠提高其中酶的活性,改善產品風味。

1.2 對有益微生物的影響

肉制品在發酵和成熟過程中主要的有益微生物菌群包括乳酸菌、微球菌、葡萄球菌、酵母菌等[9]。其中,乳酸菌通過降低pH和產生細菌素,抑制腐敗微生物,降低亞硝酸鹽的殘留量和生物胺的生成,促進產品形成特征性的粉紅色,提高產品的安全性和延長保質期[10];微球菌能夠分解脂質產生大量脂肪酸,進一步轉化為小分子風味物質;葡萄球菌和酵母菌能夠水解脂質和蛋白質,抑制脂質的自動氧化和延緩酸敗,促進發酵風味的形成。Laranjo等[11]研究發現低鹽處理的發酵香腸,乳酸菌含量較高,由于低鹽處理使水分活度相對較高,促進乳酸菌的生長,同時也抑制了發酵香腸中大腸菌群的生長[12]。陳佳新等[13]也發現風干腸中乳酸菌在發酵初期呈上升趨勢,由于發酵后期脫水導致細菌活力降低,乳酸菌數呈下降趨勢,而低鹽處理組的乳酸菌數顯著較高。此外,張平[14]發現低鹽處理(3%)可促進臘肉中乳酸菌、微球菌、酵母菌和葡萄球菌的生長。

綜上可見,低鹽對發酵肉制品中腐敗微生物和有益微生物的生長均有一定的促進作用,但低鹽促進了乳酸菌的生長,提供酸性環境,一定程度上抑制腐敗微生物的生長。另外,可通過對腌制、干制以及發酵工藝上的控制來減少腐敗微生物生長造成產品安全及品質上的劣變。

2 低鹽對蛋白質水解和氧化的影響

2.1 低鹽對蛋白質水解的影響

在發酵肉制品發酵及成熟過程中,蛋白質的水解是非常重要的反應之一,決定了終產品的風味和質地。通常而言,內源性蛋白酶在發酵初期對蛋白質水解起著非常重要的作用,發酵后期在微生物及內源酶的作用下繼續水解生成小肽、游離氨基酸等風味物質及其前體物質,它們可以通過Strecker降解和美拉德反應產生風味物質,如糠醛、呋喃酮、噻吩、吡啶和硫醇等[15-16]。

食鹽含量是影響酶活性的因素,決定著蛋白質水解的程度。較高的食鹽濃度會抑制蛋白酶的活性,降低蛋白水解程度。Roseiro等[17]研究了食鹽添加量對葡萄牙發酵干香腸的影響,結果表明,當食鹽含量較高時(6%)會減弱組織蛋白酶D和二肽基肽酶I和II的水解活力,抑制了其對肌原纖維蛋白的水解作用,使得多肽和游離氨基酸生成量降低,產生的風味較弱;相比而言,當食鹽含量較低時(3%),香腸中的水解程度較高,形成理想的風味。此外,發酵過程中因產品水分含量不斷降低導致食鹽濃度升高,會引起細胞器和細胞結構的破壞,導致溶酶體破裂,水解酶釋放,使得蛋白質水解程度加劇[18]。水解程度過大不僅會破壞肌肉的組織結構,還會產生大量的小肽和游離氨基酸,這些小肽多呈苦味和金屬味。然而,水分的降低加之鹽濃度的增加還會導致細胞質的濃縮效應引起蛋白酶變性[19]。因此,食鹽含量過高不利于發酵產生理想的風味,降低食鹽含量能夠促進風味的形成。

2.2 低鹽對蛋白質氧化的影響

肌肉蛋白的氧化反應在肉及肉制品的加工及貯藏過程中不可避免,特別是發酵肉制品極易發生氧化。蛋白質的氧化也影響蛋白質分子間的交聯情況,導致其質構特性發生變化。在長時間發酵及成熟過程中,水分活度不斷降低、脂質氧化程度加深、微生物發酵產生的促氧因子積累等因素均導致了肌肉蛋白發生氧化[20-21]。通常而言,肌肉蛋白中的氨基酸側鏈因受自由基進攻而發生化學修飾,導致蛋白質結構及性質發生不同程度的改變,如聚集、小片化、溶解性降低、功能性喪失等。適當的氧化可提高蛋白質的功能性(如保水性、凝膠性、乳化性等),進而改善肉及肉制品的食用品質(如多汁性、質構特性、風味等)[22-23],然而過度的氧化就會導致產品脫色、變味、營養損失以及有毒化合物的產生,造成品質劣變[24]。可見,蛋白質氧化對肉制品品質的影響具有雙面性。

研究者[25-26]研究了不同食鹽添加量(1%、2%和4%)對干腌火腿質構特性的影響，發現NaCl添加量低于2%的干腌火腿具有更柔軟質地,隨著食鹽添加量的減少,硬度逐漸降低,抑制了肌原纖維蛋白的羰基化反應后產生的希夫堿交聯。此外,Corral等[27]研究不同食鹽含量對發酵香腸的質構特性的影響時發現,直接減鹽或添加食鹽替代物處理降低了產品的粘結性和咀嚼性。整體而言,降低食鹽添加量產生低離子強度,使肌原纖維蛋白結構較為緊密,導致其不易接近自由基和其他促氧化因子,表現為肌原纖維蛋白對氧化的敏感性降低[28]。然而,Lobo等[29]研究不同食鹽添加量對發酵香腸質地的影響時發現,高鹽(2.2%)處理組的硬度顯著低于中鹽(1.1%)和低鹽處理組(0.55%),說明低鹽造成的水解作用對質構的影響要大于氧化作用造成的影響。低鹽處理對發酵肉制品質地影響的研究結果不一,主要由于各研究中衡量高鹽和低鹽的數值范圍上存在差異,但結果均表明發酵肉制品中食鹽添加量約2%對產品的質地形成效果較好。

此外,食鹽添加量對肌紅蛋白的氧化也有重要影響,從而影響產品的色澤。Válková等[30]通過研究了食鹽對腌制火腿品質特性的影響,結果表明腌制火腿的紅度值和亮度值與食鹽含量呈負相關,在一定范圍內,發酵肉制品中食鹽的添加量越低,產品的紅色越強烈,亮度值越高,消費者對產品的感官評價得分越高。

3 低鹽對脂質水解和氧化的影響

3.1 低鹽對脂質水解的影響

脂質的水解及氧化作用是形成發酵肉制品風味的主要途徑。脂質在脂肪酶的作用水解為游離脂肪酸,主要包括棕櫚酸、油酸、亞油酸等,大部分脂肪酸也會進一步氧化成過氧化物,再經過裂解產生醛類、醇類和酮類等小分子風味物質。隨著食鹽濃度的增加,肉制品中脂肪酶活性增加[31],但是過高的食鹽濃度會導致脂肪酶失活[32]。

Laranjo等[7]研究食鹽含量對傳統發酵香腸品質的影響,結果發現食鹽添加量為3%比5%的發酵香腸產生的風味更強烈,其原因可能由于低鹽條件下脂肪水解酶的活性較高,從而增加了揮發性化合物的生成。馮彩平等[33]也發現低鹽臘肉的風味物質種類和含量比傳統臘肉多。Lorido等[34]研究發現伊比利亞火腿中整體風味物質含量隨食鹽含量增加而顯著降低,其中原因可能由于食鹽有助于產品形成乳化體系,增加了揮發性風味物質在水相中的殘留,減少產品風味物質的釋放。產品風味受食鹽中鈉離子釋放的影響,肉中脂質阻礙鈉在食品基質中的擴散,減少味蕾接收鈉離子刺激的作用,降低產品風味。綜上可知,降低發酵肉制品中食鹽含量,能夠促進脂肪的水解,以及鈉離子在基質中的釋放,最終促進發酵肉制品風味的形成。

3.2 低鹽對脂質氧化的影響

脂質的適度氧化有助于發酵肉制品品質特性的形成,然而過度的氧化會造成品質劣化,營養物質流失和有害物質的積累,并產生哈敗味等不良風味。Aguirrezábal等[35]發現食鹽促進了發酵干腸貯藏過程中的脂質氧化,而Wang等[36]卻發現食鹽抑制了干腌火腿中的脂質氧化作用,此外,Lorenzo等[31]也證實了較低的鹽含量會降低火腿的脂質氧化程度。雖然這些研究不是在同一產品體系中進行的,但可以看出食鹽對發酵肉制品的脂質氧化具有雙重影響。食鹽促進脂質氧化,一方面是因為其作為促氧劑破壞脂質雙層結構的完整性,促進了氧化劑和脂質底物的結合,增加了氧化的效率;另一方面,NaCl能夠促進生物分子釋放游離的鐵離子,進而促進了脂質自由基的形成,加快了其他氧化反應進程;另外,食鹽也會抑制抗氧化酶的活性,如抑制過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性來影響脂質氧化[37]。食鹽抑制脂質氧化是因為食鹽添加量高于某個臨界值,其對酶的濃縮效應增強,部分酶發生變性,導致脂肪氧化酶的活性降低,從而抑制脂質的氧化[38]。綜上所述,選擇合適的食鹽添加量在發酵肉制品在加工過程中至關重要。

4 降低鈉鹽添加量的手段

隨著人們健康意識的提高,對低鈉鹽肉制品的需求日益增多,關于低鈉鹽產品的開發及技術研究不斷增加,目前主要集中在以下幾個方面:直接降低食鹽添加量;采用食鹽替代物,如氯化物、乳酸鹽、咸味肽等;采用風味增強劑;改變食鹽的物理形態增加其咸味;采用非熱加工技術輔助腌制。

4.1 降低食鹽添加量

4.2 食鹽替代物

氯化鉀(KCl)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)等氯鹽的化學性質與NaCl相似且具有咸味,因此它們常用于部分替代肉制品中的NaCl來降低食鹽含量。Corral等[27]采用KCl替代發酵香腸中16%的NaCl,結果發現這種單一的替代對產品色澤和硬度無顯著影響,但會降低產品風味。Santos等[40]采用KCl、CaCl2和二者混合物替代發酵干香腸中50% NaCl,結果表明適量替代NaCl對干發酵香腸的感官和風味沒有顯著影響。此外,于薈等[41]發現使用蔗糖和乳酸鹽替代金華火腿中部分食鹽,可有效地降低產品的食鹽含量和硬度,不影響其蛋白質的水解和貯存性。可見,食鹽替代物既可有效降低鈉離子添加量,又不會對產品的感官品質造成負面影響。

4.3 風味增強劑

降低發酵肉制品中食鹽或部分替代食鹽后,產品的滋味會降低、異味會增加,因此可采用風味增強劑來彌補產品感官品質的不足。風味增強劑包括滋味增強物質和氣味增強物質,滋味物質主要起增強咸味的感覺,而氣味物質主要是掩飾異味的作用。風味增強劑本身不具有咸味,但與食鹽一同使用后可以增加食品的咸味。王仕鈺等[42]研究發現L-蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸、富馬酸等有機酸具有增咸和掩蓋苦味的作用,對低鈉鹽的增咸效果明顯,選擇L-蘋果酸的添加量為1.6%時,復配鹽溶液咸味純正,口感柔和,無其他不良雜味。Campagnol等[12]采用賴氨酸、肌苷酸二鈉和鳥苷酸二鈉復配后來彌補KCl替代50%NaCl所引起的低鈉發酵香腸的感官缺陷。由此可見,風味增強劑能夠提升低鈉鹽產品的風味和感官品質,可彌補發酵肉制品因食鹽的降低引起的感官缺陷。

4.4 改變食鹽的物理形態

食鹽所產生的咸味與其本身的密度、表面積及顆粒的大小有關。一般NaCl在口中溶解以后形成Na+和Cl-,刺激人的味覺細胞才會使人感知到咸味。因此,NaCl溶解速度會影響到人們對咸味的感知,一般溶解速度越快,咸味刺激作用效果越明顯。有研究表明,薄片狀NaCl比顆粒狀更易溶解,在肉制品中應用后能夠提升肉制品得率及蛋白質溶解度并能改善產品的感官特性[43]。但是,由于顆粒越小溶解的速度就越快,顆粒大小對NaCl所產生的咸味亦有顯著的影響,且NaCl在肉制品中溶解速度與狀態是關鍵[44]。所以將NaCl制成薄片狀在肉制品中應用是否能起到減少NaCl使用量并保證肉制品品質還有待進一步的研究。

4.5 高壓處理

高壓處理是減鹽過程中彌補感官品質的常用方法,可以在無其他替代物條件下最大程度改善肉的保水性、蒸煮損失、咸味和微生物安全性等品質,保持產品原有的營養、風味和質地等感官品質,提高產品安全性[45-46]。但是高壓處理輔助減鹽的方式在發酵肉制品中適用性不強,發酵肉制品品質的形成主要是依賴其中的內源酶及微生物作用,如果高壓減少其中微生物又不利于發酵的進行[47]。然而,Clariana等[48]研究高壓對腌制火腿脂肪氧化的影響表明,600 MPa處理干腌火腿后,不會增加脂肪氧化,其脂肪酸含量和抗氧化酶活性沒有發生變化,而且其咸味顯著上升。總之,高壓處理雖然在發酵肉制品中的應用比較局限的,但該處理方式能一定程度上改善發酵肉制品的口感和咸度。

5 結論與展望

低鹽處理可提高發酵肉制品水分活度,增強微生物和酶活性,對發酵肉制品中肌肉蛋白質、脂質的水解和氧化有重要的影響,一方面促進了發酵肉制品良好的色澤、質地和風味的形成,另一方面,也增加了腐敗微生物的繁殖,降低了產品的安全性,并對產品的風味產生了一定程度的不利影響。目前,研究人員通過添加食鹽替代物、風味增強劑、采用高壓輔助腌制等方式來降低低鹽處理對發酵肉制品安全性和品質產生的不利影響。

然而,低鹽處理在發酵肉制品中應用尚不成熟,研究方向單一,局限于低鹽配方對微生物及品質特性的影響,而對相關理論和工藝(如腌制、干燥脫水、成熟等)的探究尚不夠深入。在今后的研究中,可以探究不同加工工藝的處理對低鹽發酵肉制品質構、色澤和風味等品質形成及影響;還可以通過接種微生物的方式,促進低鹽處理的發酵肉制品中有益微生物的作用,進一步研究微生物群落對發酵肉制品品質和風味的影響,以及相互作用機制;也可以同時采用多種輔助方式促進低鹽發酵肉制品品質的形成。此外,味道感知生理學及咸味受體方面的研究與減鹽緊密相關,有望通過這些方面研究將發酵肉制品中的食鹽含量進一步降低。