乳酸菌發(fā)酵工藝對肉糜理化性質(zhì)及品質(zhì)的影響

陳俊宏，王洋，李芹，葉陽

(四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院，四川 宜賓 643000)

我國是肉制品消費(fèi)大國，目前市場上經(jīng)過精加工的肉制品以肉糜制品居多，例如火腿腸、午餐肉等[1]。但大多肉糜制品經(jīng)過高溫滅菌工藝，導(dǎo)致肉糜營養(yǎng)損失嚴(yán)重，風(fēng)味、口感以及鮮味都較差。目前多通過添加外源物的方式提高肉糜品質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)適量的蘆丁對抑制肉糜脂肪氧化以及改善品質(zhì)特性具有較好作用[2]。此外，在加工過程中食鹽的添加量與蒸煮溫度對于形成良好的肉糜品質(zhì)也具有一定的作用[3]。但對形成肉糜制品良好的口感與風(fēng)味作用不大，目前眾多的研究表明發(fā)酵工藝可顯著提高肉制品的品質(zhì)，其富含的蛋白質(zhì)、脂肪等經(jīng)過微生物的氧化分解成氨基酸和短肽更易被人體吸收[4]，使其肉質(zhì)鮮嫩、風(fēng)味獨(dú)特、易于保藏。常見的發(fā)酵肉制品主要有發(fā)酵香腸和發(fā)酵火腿，其極大程度上改善了原來肉制品的品質(zhì)，但其發(fā)酵工藝受原料及輔料組成、發(fā)酵劑種類[5]、發(fā)酵時(shí)間和溫度、添加量等因素[6]的影響較大。例如郭丹等[7]通過對益生菌發(fā)酵香腸工藝條件的篩選，發(fā)現(xiàn)適宜的發(fā)酵溫度、時(shí)間和益生菌添加量能顯著提高亞硝酸鹽的降解率和香腸的感官品質(zhì)。經(jīng)發(fā)酵后的香腸氨基酸含量和其揮發(fā)性成分物質(zhì)均顯著增加，是香腸風(fēng)味形成的主要原因[8]。乳酸菌因其優(yōu)良的發(fā)酵特性在發(fā)酵肉制品中應(yīng)用較多，例如利用植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌為發(fā)酵劑可以研制出風(fēng)味、口感等都較好的糯玉米雞肉發(fā)酵香腸[9]；比較發(fā)現(xiàn)人工接種短乳桿菌(Lactobacillusbrevis)的發(fā)酵風(fēng)干香腸綜合品質(zhì)明顯優(yōu)于自然發(fā)酵對照組[10]。但目前卻少有研究將乳酸菌發(fā)酵工藝運(yùn)用到火腿腸、午餐肉等肉糜制品的生產(chǎn)工藝中，本文為了研究乳酸菌發(fā)酵工藝對肉糜品質(zhì)的影響規(guī)律，拓展乳酸菌在肉制品工業(yè)中的應(yīng)用，以5菌型的混合乳酸菌發(fā)酵菌粉進(jìn)行發(fā)酵肉糜的制作，選用氨基酸含量、pH、亞硝酸鹽、質(zhì)構(gòu)、色澤等反映發(fā)酵肉糜的品質(zhì)特征，確定肉糜發(fā)酵的最佳工藝條件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

優(yōu)質(zhì)豬后腿肉(肉80%、脂肪20%)、淀粉、白糖、鹽、葡萄糖、食品級亞硝酸鹽等：均為市售；乳酸菌酸奶發(fā)酵菌粉(5菌型，包括保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌，下文簡稱乳酸菌)：均由市售；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

DHG-9075A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；PHS-3C酸度計(jì) 天津賽多利斯實(shí)驗(yàn)儀器制造廠；LRH-250C生化培養(yǎng)箱 韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司；WFJ7200可見分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司；YX-18HM手提式壓力蒸汽滅菌鍋 江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司； DZ-400/2S真空包裝機(jī) 諸城市強(qiáng)大機(jī)械廠；TA.XT plus物性分析儀 英國Stable Micro Systems公司；UltraScan VIS臺式色差儀 上海韻鼎國際貿(mào)易有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵肉糜基礎(chǔ)配方1.2.1.1 原料

豬瘦肉70%、豬肥膘20%。

1.2.1.2 輔料

以原料100%計(jì)，白砂糖2.2%、鹽2.5%、D-抗壞血酸鈉0.03%、亞硝酸鈉 0.01%、淀粉6%、適量發(fā)酵劑。

1.2.2 發(fā)酵肉糜工藝流程 1.2.2.1 工藝流程

1.2.2.2 操作要點(diǎn)

將原料肉肥瘦分離，去除筋腱，絞碎；按工藝配方中的比例加入食鹽、白砂糖、亞硝酸鹽混勻，在3～5 ℃下腌制2 h；將絞碎腌制后的肉斬拌5 min，混合加入其他輔料，斬拌5 min，在斬拌過程中加入20%冰水保證肉糜溫度在6 ℃；接種乳酸菌斬拌混勻，灌裝，緊密無氣孔；在35 ℃生化培養(yǎng)箱中發(fā)酵24 h；發(fā)酵結(jié)束后在85 ℃水浴中蒸煮30 min。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 乳酸菌發(fā)酵溫度的確定

乳酸菌添加量為1.5%，發(fā)酵時(shí)間為24 h，探究乳酸菌發(fā)酵溫度分別為25，30，35，40 ℃時(shí)對乳酸菌發(fā)酵肉糜品質(zhì)的影響。

1.2.3.2 乳酸菌發(fā)酵時(shí)間的確定

乳酸菌添加量為1.5%，發(fā)酵溫度為35 ℃，探究乳酸菌發(fā)酵時(shí)間分別為12，18，24，30 h時(shí)對乳酸菌發(fā)酵肉糜品質(zhì)的影響。

1.2.3.3 乳酸菌添加量的確定

乳酸菌發(fā)酵溫度為35 ℃，發(fā)酵時(shí)間為24 h，探究乳酸菌添加量分別為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%時(shí)對乳酸菌發(fā)酵肉糜品質(zhì)的影響。

1.2.3.4 貯藏期理化特性變化規(guī)律

研究將蒸煮殺菌后的肉糜于0～4 ℃貯藏，每隔5 d檢測一次pH值、水分含量、亞硝酸鹽含量、氨基酸含量、色度，研究發(fā)酵肉糜在貯藏期的理化特性變化規(guī)律。

1.3 指標(biāo)測定方法

1.3.1 理化指標(biāo)的測定1.3.1.1 pH值的測定

采用GB 5009.237—2016測定。

1.3.1.2 水分的測定

采用GB 5009.3—2016中恒溫干燥法測定。

1.3.1.3 亞硝酸鹽含量的測定

參照GB 5009.33—2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》方法中的分光光度法進(jìn)行測定。

1.3.1.4 氨基酸含量的測定

參照GB/T 8314—2013測定。

1.3.2 色澤的測定

將肉糜切成均勻一致的1 cm 厚度的圓片狀，用色度儀測定肉糜色澤，用 L*、a*、b*表示(L*表示亮度，a*表示紅色，b*表示黃色)。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)的測定

將發(fā)酵肉糜切割成3 cm左右的薄片，用于TPA質(zhì)地剖面分析測定，采用TA.XT plus物性測試儀。質(zhì)構(gòu)測定參數(shù)：測定模式TPA；探頭P36R，測試前速度5.0 mm/s，測試速度2.0 mm/s，測試后速度5.0 mm/s，壓縮比30%, 兩次壓縮之間的時(shí)間間隔為5.0 s, 數(shù)據(jù)采集速率為400 pps，觸發(fā)值為5.0 g。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS軟件進(jìn)行最小顯著性差異法(least significant difference，LSD)顯著性分析(P<0.05)；用Microsoft Excel 2010 軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌發(fā)酵溫度對發(fā)酵肉糜品質(zhì)的影響

溫度是微生物生長以及代謝活動(dòng)的重要因素，由表1可知，隨著溫度的增加，發(fā)酵肉糜的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均變化顯著(P<0.05)。發(fā)酵溫度越高，pH下降程度越大，在35 ℃以后pH降低至5.53，同時(shí)pH開始緩慢下降，這與丁希等[11]的結(jié)果大致相符，表明乳酸菌適宜的發(fā)酵溫度在35 ℃附近。Xu等[12]研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵魚肉香肉糜在37 ℃時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生激烈水解，且低pH能增強(qiáng)蛋白酶的活性。較高的發(fā)酵溫度可以加快乳酸菌的代謝活動(dòng)，乳酸積聚速度加快，pH降低程度大；發(fā)酵溫度過低時(shí)不利于發(fā)酵風(fēng)味的形成。乳酸菌發(fā)酵溫度在35 ℃時(shí)，蛋白質(zhì)大量分解產(chǎn)生氨基酸，促進(jìn)發(fā)酵風(fēng)味的形成，整體口感較好，且可大幅縮短肉糜成熟時(shí)間；如果溫度過高會(huì)對乳酸菌的代謝活動(dòng)起到抑制，同時(shí)過度的發(fā)酵會(huì)導(dǎo)致肉糜的口感偏酸，同時(shí)油脂易酸敗造成營養(yǎng)流失。

表1 發(fā)酵溫度對肉糜品質(zhì)的影響

2.2 乳酸菌發(fā)酵時(shí)間對發(fā)酵肉糜品質(zhì)的影響

典型的發(fā)酵肉香肉糜通常表現(xiàn)為水分活度(Aw)低于0.92，pH在4.8～5.5之間[13]。由表2可知，發(fā)酵時(shí)間為18 h前的pH高于5.6，高pH的環(huán)境下不利于食品安全且無法形成良好的發(fā)酵風(fēng)味；在24 h后pH降低到5.3左右，低pH環(huán)境能抑制病原菌和腐敗菌的生長增殖。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，肉糜表面疏水性也呈線性增加，且在發(fā)酵過程中疏水值差異顯著(P<0.05)[14]；同時(shí)pH的降低使蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)變性以及發(fā)酵降解，使結(jié)合水迅速向外擴(kuò)散，產(chǎn)品水分不斷流失[15]。氨基酸含量反映了發(fā)酵的程度，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長，氨基酸含量在不斷增加。汪雨等[16]研究發(fā)現(xiàn)草魚肉經(jīng)發(fā)酵后游離氨基酸由(0.62±0.01) g/100 g DM增加到1.65～1.98 g/100 g DM，恰好能反映這種變化趨勢。發(fā)酵24 h后，肉糜亞硝酸鹽的降解率為51.9%，此結(jié)果接近翟磊等[17]測定的兩株乳酸菌的亞硝酸鹽降解率分別可以達(dá)到85.4%和81.3%，表明乳酸菌發(fā)酵的確能有效降低食品中的亞硝酸鹽含量。綜合肉糜的酸味程度、水分含量等各項(xiàng)因素確定乳酸菌的最佳發(fā)酵時(shí)間在24 h，對發(fā)酵產(chǎn)品最為有利。

2.3 乳酸菌添加量對肉糜產(chǎn)品品質(zhì)的影響

不同乳酸菌添加量對發(fā)酵肉糜pH的影響見圖1。

圖1 乳酸菌添加量對pH的影響

由圖1可知，pH值隨著乳酸菌添加量的增加顯著下降(P<0.05)，根據(jù)多重比較分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同乳酸菌添加量的各組之間對pH的差異顯著(P<0.05)，表明乳酸菌添加量對發(fā)酵肉糜的pH值影響很大。且在一定范圍增加接種量可以增加產(chǎn)酸，但酸度過低會(huì)掩蓋發(fā)酵肉糜的固有風(fēng)味，帶來不良的感官風(fēng)味。當(dāng)乳酸菌添加量在2.0%時(shí)產(chǎn)品品質(zhì)最為合適，經(jīng)過發(fā)酵后的肉糜pH降為5.33，與王志威等的研究結(jié)果相近，當(dāng)接種量為2%時(shí)，雞肉發(fā)酵肉糜的pH在5.25左右。乳酸菌通過淀粉等分解產(chǎn)生乳酸能降低pH，當(dāng)乳酸菌發(fā)酵的底物足夠時(shí)，能最大程度地滿足乳酸菌的發(fā)酵產(chǎn)酸，降低體系pH的同時(shí)為發(fā)酵和乳酸菌的生長創(chuàng)造良好的條件[18]。但隨著乳酸菌的添加量不斷增加，蛋白質(zhì)發(fā)生降解會(huì)產(chǎn)生一些堿性的含氮物質(zhì)(如堿性的游離氨基酸、小肽等)，使pH降低速度變得緩慢。

不同乳酸菌添加量對發(fā)酵肉糜水分含量的影響見圖2。

圖2 乳酸菌添加量對水分的影響

由圖2可知，各實(shí)驗(yàn)組的肉糜水分含量均顯著降低(P<0.05)，根據(jù)多重比較結(jié)果分析，當(dāng)乳酸菌添加量為1.5%和2.0%時(shí)，顯著性指數(shù)為0.86>0.05，推斷在0.05顯著性水平下的均值無顯著差異，表明當(dāng)乳酸菌添加量為1.5%和2.0%時(shí)，對于發(fā)酵肉糜中水分含量的影響不大。當(dāng)添加量為2.0%時(shí)，水分含量為64.973%，肉糜中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)有利于肉糜保持水分，經(jīng)發(fā)酵后肉糜中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)分解為氨基酸等小分子物質(zhì)，使肉糜的持水力下降。肉糜中水分含量的變化會(huì)改變其感官品質(zhì)，水分過多，肉糜組織結(jié)構(gòu)會(huì)比較分散；水分過少，肉糜硬度增加，彈性差。將肉糜中的水分含量維持在一個(gè)較高的水平，可以保證產(chǎn)品的鮮美程度并具有較高的嫩度，綜合感官品質(zhì)較高。

由圖3可知，亞硝酸鹽殘留量在乳酸菌添加量為2.0%之前顯著降低(P<0.05)，之后逐漸趨于穩(wěn)定。根據(jù)多重比較結(jié)果分析，當(dāng)乳酸菌添加量為2.0%和2.5%時(shí)，顯著性指數(shù)為0.059>0.05，表明乳酸菌添加量為2.0%和2.5%時(shí)，發(fā)酵肉糜中的亞硝酸鹽殘留量變化差異不顯著。當(dāng)添加量為2%時(shí)，亞硝酸鹽含量在11.09 mg/kg，降低了44.80%，與王新惠等研究的復(fù)合發(fā)酵劑組的亞硝酸鹽降解率94.1%相比，還存在較大差異[19]，可以推測這種差異來自于菌種降解亞硝酸鹽的能力不同[20]。亞硝酸鹽含量降低是由于肉制品中含有的還原性物質(zhì)會(huì)促使亞硝酸鹽發(fā)生降解；亞硝酸根與肌紅蛋白和血紅蛋白結(jié)合形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，消耗大部分亞硝酸鹽；同時(shí)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的一些帶巰基的物質(zhì)也會(huì)和亞硝酸鹽發(fā)生反應(yīng)，從而降低亞硝酸鹽的量[21]；當(dāng)乳酸菌添加量在2.0%～2.5%范圍內(nèi)時(shí)，亞硝酸鹽含量逐漸平穩(wěn)。

圖3 乳酸菌添加量對亞硝酸鹽的影響

由圖4可知，隨著乳酸菌添加量的增加，氨基酸含量顯著增加(P<0.05)，且在添加量為2.0%時(shí)逐漸趨于平衡，與添加量為0.5%相比氨基酸含量增長了25.9%。根據(jù)多重比較結(jié)果分析，乳酸菌添加量為2.0%和2.5%時(shí)，顯著性指數(shù)為0.202>0.05，表明發(fā)酵肉糜中氨基酸含量在乳酸菌添加量為2.0%和2.5%時(shí)變化不明顯。這是因?yàn)槿樗峋ㄟ^發(fā)酵使部分蛋白質(zhì)水解，使得肉糜中氨基酸含量大幅度增加，有助于人體消化利用，營養(yǎng)價(jià)值更高。當(dāng)肉糜中蛋白質(zhì)消耗到一定程度時(shí)，氨基酸的分解也開始減緩，氨基酸的含量也逐漸趨于穩(wěn)定。

圖4 乳酸菌添加量對氨基酸的影響

綜合發(fā)酵肉糜的各項(xiàng)理化指標(biāo)，證明乳酸菌添加量為2%條件下發(fā)酵得到的肉糜產(chǎn)品具有較好的風(fēng)味與口感。

2.4 乳酸菌添加量對肉糜感官質(zhì)構(gòu)的影響

乳酸菌的添加對肉糜質(zhì)構(gòu)特性有顯著的影響，由表3可知，硬度隨著乳酸菌用量的增加整體上呈先上升后下降的趨勢，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)具有很強(qiáng)的凝膠性，可以提高發(fā)酵肉糜的硬度；但隨著乳酸菌添加量增加，蛋白質(zhì)逐步被消耗，使得產(chǎn)品的硬度開始下降，當(dāng)乳酸菌添加量為2%時(shí)，產(chǎn)品硬度較好。彈性的形成是一些乳酸菌能夠分泌胞外多糖與蛋白質(zhì)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加了肉糜的彈性[22]，發(fā)酵過程中隨著乳酸菌添加量的增加，肉糜中的蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)被大量消耗，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，使發(fā)酵肉糜的彈性逐漸喪失。乳酸菌發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乳酸對肌原纖維和結(jié)締組織有一定破壞作用，因此可以改善肉糜的嫩度，口感更細(xì)膩[23]。由于乳酸菌的作用使得蛋白質(zhì)分解，蛋白質(zhì)分子之間、蛋白質(zhì)與脂肪之間的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解體，使得發(fā)酵后的肉糜凝聚性整體上呈現(xiàn)下降的趨勢[24]。

表3 發(fā)酵肉糜質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果

2.5 發(fā)酵肉糜貯藏期理化特性與色差變化規(guī)律

由圖5可知，pH值在貯藏期間均呈現(xiàn)先下降，在后期稍有回升的趨勢。pH值的回升可能是由于微生物或酶的作用，使蛋白質(zhì)發(fā)生分解產(chǎn)生一些堿性的含氮物質(zhì)，或是乳酸菌的生長環(huán)境變差而產(chǎn)酸能力下降從而導(dǎo)致pH值回升。乳酸菌添加量越大，水分含量降低的程度越大，其原因可能與乳酸菌的代謝程度相關(guān)。其次水分含量的變化趨勢基本一致：前期水分含量持續(xù)降低，而后則趨于緩慢地降低，這與王靜云等[25]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似。推測其原因是前期肉糜處于發(fā)酵階段，蛋白質(zhì)降解速度快，持水力則顯著降低；后期處于成熟階段，乳酸菌代謝停止，肉糜內(nèi)部自由水不再變化，水分的降低不僅有利于肉糜的儲(chǔ)藏，而且對于產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)與風(fēng)味都有影響。

圖5 貯藏期發(fā)酵肉糜的理化規(guī)律變化

前10 d，亞硝酸鹽含量下降較快，此時(shí)由于乳酸菌還處于生長繁殖的階段，能降解亞硝酸鹽，有效降低亞硝酸鹽的副作用，使產(chǎn)品更有安全性。氨基酸在貯藏過程中均不斷增加，而后趨于平緩，這是由于蛋白質(zhì)分解從而使氨基酸含量升高，隨著貯藏時(shí)間的增加，氨基酸上升趨勢逐漸平衡。

對貯藏期內(nèi)乳酸菌發(fā)酵肉糜的色差分析結(jié)果見表4。通過色差儀測定普通肉糜色度值分別為：L*值在1 ～6 d之間呈增加趨勢，在7 d之后開始降低，與Ning 等[26]的研究結(jié)果基本一致。其次a*值總體上呈先上升后下降的趨勢，原因是亞硝酸鹽殘留量隨著貯藏時(shí)間的延長而降低，會(huì)減少肌紅蛋白和血紅蛋白的生成，使得發(fā)酵肉糜的a*值下降；此外，研究發(fā)現(xiàn)Lys、Arg或Cys具有抗氧化和螯合金屬陽離子特性，這可能有助于a*值的增加[27]。

表4 發(fā)酵肉糜貯藏期內(nèi)的色差分析

續(xù) 表

3 結(jié)論

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明肉糜最佳的乳酸菌發(fā)酵工藝為：乳酸菌添加量為2%時(shí)，在發(fā)酵溫度為35 ℃的條件下發(fā)酵24 h。在此條件下的發(fā)酵肉糜pH值為5.33±0.02，水分含量為64.937%±0.095%，氨基酸含量為(1783.33±28.87)g/kg，且亞硝酸含量為(11.092±0.02) mg/kg，降解率在44.80%左右，遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)30 mg/kg，發(fā)酵肉糜具有較好色澤，肉質(zhì)細(xì)嫩，彈性較好。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)在15 d的貯藏期內(nèi)發(fā)酵肉糜質(zhì)量變化主要源自于水分含量的減少以及氨基酸含量的增加。經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后的肉糜，氨基酸含量增加，營養(yǎng)價(jià)值提高，同時(shí)產(chǎn)生很多揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；且降低了肉糜中亞硝酸鹽的殘留量，增加了肉糜產(chǎn)品的安全性；低pH的環(huán)境還能有效抑制肉糜中有害微生物的生長繁殖，延長保質(zhì)期。乳酸菌發(fā)酵肉糜的品質(zhì)研究對提高肉糜制品的品質(zhì)與營養(yǎng)具有重要作用，不僅能擴(kuò)大乳酸菌發(fā)酵劑的應(yīng)用范圍，對于肉制品工業(yè)化生產(chǎn)具有理論指導(dǎo)意義，而且能夠推動(dòng)我國肉制品精深加工技術(shù)的研究與創(chuàng)新。