發酵劑SM-75對廣味香腸特性及風味的影響研究

劉文龍，雷英杰，張孝琴，趙志平，文永平

(成都大學肉類加工四川省重點實驗室，成都 610106)

香腸因其獨特的風味而廣受消費者的喜愛。我國傳統廣味香腸目前仍以自然風干發酵為主，自然風干發酵的過程中，外界環境是影響微生物生長的主要因素，外界環境的多變性造成了香腸的風味、口感、食用安全性等都具有不確定性和不可控性。另外，生產周期長、產量低也造成香腸制品的質量安全難以得到保障[1-2]。在香腸加工過程中，加入某些特定的發酵劑菌株進行發酵，不僅可以抑制有害雜菌的生長，縮短生產周期，而且能夠極大地提高香腸的風味、品質、安全性[3-4]。現有研究表明，肉制品發酵劑主要包含兩種優勢菌種：一種是乳酸菌，通過促進pH的快速下降，從而抑制腐敗微生物，降低微生物反應引起的不良變化，使產品穩定并延長貨架期；另一種是葡萄球菌、微球菌，原理是在發酵過程中產生脂肪酶和蛋白酶，改善產品的色澤，增強肉制品的風味[5]。

近年來，有部分學者報道了通過添加發酵劑來提高香腸的品質和安全性。陳桂柳等[6]將從泡菜中分離出的植物乳桿菌應用到廣式香腸發酵中，在檢測其理化性質和微生物學特征后發現，乳桿菌的加入對香腸的pH值影響較大，可以降低其水分活度，對大腸桿菌和霉菌具有抑制效果，并且對亞硝酸鹽表現出良好的降解效果。田甜等[7]將由5種微生物菌株制備成的復合發酵劑添加到廣味香腸中進行發酵，測定了香腸理化性質的變化之后得出結論：發酵劑的添加能夠降低香腸的pH、水分活度。接種了發酵劑的香腸，亞硝含量、組胺含量、酸價比均低于自然發酵組，這說明發酵劑的添加更利于維持香腸的品質，提升其安全性。Xiao等[8]在香腸中添加植物乳桿菌和木糖葡萄球菌混合發酵，發現香腸的游離脂肪酸、游離氨基酸總含量均增加，香腸的pH值和水分活度顯著降低。總的來說，接種處理能提高優勢菌的競爭力，抑制有害細菌的生長，有利于促進游離脂肪酸和游離氨基酸的釋放，能夠防止異味和酸敗的形成，改善發酵香腸的風味。

在香腸中添加不同的菌株會對香腸特性產生不同影響，因此如何選擇合適的菌種非常關鍵[9]。現有研究多采用乳酸菌和葡萄球菌進行復合發酵，而乳酸菌菌株大多為產酸菌，根據以往實驗結果表明，乳酸菌發酵劑的添加會對香腸的pH值造成很大影響，會使香腸酸味過重，從而影響口感。葡萄球菌產酸少且產酸速率慢，有些葡萄球菌還能夠產生硝酸鹽還原酶，進而提高蛋白質、脂肪分解活性。本實驗選取了德國進口的只含有葡萄球菌的發酵劑SM-75(含木糖葡萄球菌Staphylococcusxylosus、肉葡萄球菌Staphylococcuscarnosus)，通過對比實驗，研究了發酵劑的添加對香腸pH、水分活度、水分含量、TBARS值以及風味的影響，為推動肉類食品的健康發展提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與設備

Testo 205肉類專用pH計 德圖儀器國際貿易公司；HD-3A型智能水分活度測量儀 無錫華科公司；TGL-20M高速臺式冷凍離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司；THZ-92A振蕩搖床 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；ZFD-A5140鼓風干燥箱 上海智城公司；BFJX-500發酵(烘)箱 浙江嘉興艾博公司；JA2003N電子天平 上海佑科儀器儀表有限公司；CR-400色彩色差計 日本柯尼卡美能達公司；EPED-EZ-10TJ超純水制備儀 南京易普易達科技發展有限公司；UV-1100型分光光度儀 上海美譜達儀器有限公司；HP-6890/5973型氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫科技有限公司。

1.2 復合發酵劑

SM-75發酵劑：木糖葡萄球菌(Staphylococcusxylosus)、肉葡萄球菌(Staphylococcuscarnosus)，由德國CHR HANSEN公司提供。添加量為每200 kg原料中添加25 g發酵劑。

1.3 產品配方及工藝

1.3.1 配方

稱取5 kg精選豬肉，其中豬瘦肉75%，豬肥肉25%，按肉料質量比例添加食鹽2.5%、蔗糖0.3%、葡萄糖0.5%、異抗壞血酸鈉0.05%，NaNO20.01%、水5%、復合發酵劑0.625 g、不添加其他香辛料。

1.3.2 工藝

原料肉(肥瘦比1∶3)→切塊修整→加料腌制(12 h)→混勻絞碎→灌腸→發酵→成熟。

香腸制備好后，放入恒溫恒濕箱中進行發酵(3 d)，溫度維持在6～10 ℃，相對濕度維持在75%～80%，風速0.8～1.2 m/s，同時以不添加發酵劑的香腸作為對照組，條件與發酵組一致，發酵完成后，控制溫度在16～18 ℃，相對濕度在70%～75%直到香腸成熟。由于發酵劑中優勢菌株在香腸中生長繁殖速度快，因此在發酵第0，2，4，6，8，10天對香腸采樣，進行指標測定。

1.4 實驗方法

1.4.1 pH值的測定

使用德國生產的Testo 205肉類專用pH計進行測定，將穿刺電極插入一節香腸的上端、中端、下端3個不同部位并重復測定3次，取平均值。

1.4.2 色澤的測定

使用切片機將香腸切成1 cm左右薄片，將薄片壓平、緊實后用CR-400色彩色差計進行色度值的測定，重復測定3次，并分析其L*、a*和b*值。

1.4.3 Aw值的測定

將香腸切碎混勻，取適量鋪滿樣品盒后使用水分活度儀測定Aw值，每組重復測定3次。

1.4.4 水分含量的測定

香腸水分含量的測定參考GB 5009.3-2016的方法，采用該標準中的直接干燥法測定。

1.4.5 香腸中TBARS值的測定

香腸中TBARS值的測定參考GB 5009.181-2016《食品中丙二醛的測定》。

1.4.6 揮發性風味化合物的測定

參考曹辰辰等[10]的方法并略作修改，采用固相微萃取法進行樣品處理。取5 g粉碎均勻的樣品，放入15 mL頂空瓶中密封，采用動態頂空制樣。

固相微萃取條件：固相微萃取頭CAR/PDMS 75 μm(美國Supelco公司)，萃取溫度60 ℃，吸附時間30 min，吸附后的萃取頭取出后插入氣相色譜進樣口，于250 ℃解吸3 min，同時啟動儀器采集數據。

儀器條件：色譜柱為HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，高純氦氣為載氣，流速1 mL/min。進樣口溫度250 ℃，分流比2∶1。升溫程序為起始溫度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min的速率升至90 ℃，不保持，再以10 ℃/min的速率升至230 ℃，保持6 min。離子源EI，電離能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，質量掃描范圍30～550 m/z。

2 結果與分析

2.1 發酵劑對香腸pH值的影響

自然組和發酵組香腸的pH值隨時間的變化見圖1，兩組數據總體趨勢均為先下降再上升，然后下降并趨于平緩。

圖1 自然組香腸和發酵組香腸pH值的變化

由圖1可知，自然組香腸起初pH值略低于發酵組香腸的pH值5.81左右，從第2天起，兩組香腸的pH值開始呈現下降趨勢，在第4天達到最低點5.75左右。造成pH值下降可能是香腸中脂肪、蛋白質等開始被微生物分解，在解過程中產生的有機酸導致的。從第5～6 d，pH有上升趨勢，這可能是氨基酸水解產生的氨類物質的中和作用導致的[11]。之后香腸的pH變化不大，在第10天左右維持在5.75以內，因為本實驗的發酵劑成分主要是兩種葡萄球菌，是不產酸的，因此在發酵過程中不會使香腸的pH大幅下降，從而保證香腸的風味不受影響。

2.2 發酵劑對香腸色澤的影響

香腸的色澤變化見表1，自然組與發酵組香腸的L*值都在0～8 d呈下降趨勢，這主要是由于發酵過程中，香腸中水分的快速損失導致香腸的色澤變深，使L*值下降。自然組的紅度值a*值先下降再上升，而發酵組先上升再下降，從第4天開始發酵組的紅度值高于自然組，發酵組的黃度值b*變化相較于自然組更趨于穩定。發酵第10天，兩組香腸的亮度值L*存在顯著性差異(P<0.05)。發酵組的紅度值a*顯著高于自然組(P<0.05)。造成發酵組紅度值更高的原因可能是發酵劑中的葡萄球菌在發酵過程中產生了硝酸還原酶，將亞硝酸鹽還原成NO后，與香腸中的肌紅蛋白結合形成了亞硝基肌紅蛋白，也可能是高鐵肌紅蛋白被直接轉化成了紅色的肌紅蛋白衍生物[12]。所以隨著發酵時間延長，發酵組香腸的紅度值高于自然組，這說明該發酵劑對香腸色澤有一定的促進作用。

表1 自然組香腸和發酵組香腸色澤變化

2.3 發酵劑對香腸Aw的影響

兩組香腸水分活度隨著時間的變化曲線見圖2，最初兩組香腸的Aw值均在0.91以上，由于冷藏風干原因，香腸中水分流失速度較快，因此水分活度隨時間的延長持續下降。前4 d內下降趨勢極為明顯，第4～10 天Aw值下降趨勢開始變得平緩，第4天時發酵組香腸的Aw值為0.774，低于自然組的0.78，并在隨后發酵時間里始終低于自然組。由于Aw值低于0.9時，香腸中大部分有害微生物的生長繁殖受到抑制，因此兩組香腸在冷藏風干條件下都處于安全值下。接種發酵劑的香腸在蛋白質降解過程中，香腸的持水性下降，導致凝膠保水性降低，使得香腸中的水分更容易丟失，所以發酵組香腸的水分活度低于自然組[13]。更低的水分活度能夠抑制有害微生物的生長，更有利于香腸的保藏，因此發酵劑的添加有助于提升香腸的安全性。

圖2 自然組香腸和發酵組香腸Aw的變化

2.4 TBARS含量的測定

TBARS是評價脂肪氧化程度的重要指標，它主要反映了脂肪二級氧化產物丙二醛的含量，其值越高說明脂肪氧化程度越深，丙二醛含量過高會產生哈喇味，從而嚴重影響香腸的風味和口感[14]。

由圖3可知，自然組香腸和發酵組香腸中TBARS含量隨著時間增加而顯著上升(P<0.05)，說明香腸在發酵過程中脂肪氧化程度逐漸加深。但是發酵組上升趨勢遠低于自然組，從第2天起，發酵組的TBARS值開始顯著低于(P<0.05)自然組，在第10天時發酵組的TBARS值為0.121 mg MAD/kg，而自然組的TBARS值達到了0.272 mg MAD/kg，這說明發酵劑的添加能明顯降低香腸中脂肪氧化速度。因為發酵劑中含有木糖葡萄球菌和肉葡萄球菌，能夠在發酵過程中產生超氧化物歧化酶及過氧化氫酶，分解香腸成熟過程中產生的過氧化物，從而抑制了脂肪氧化，這與Claudio等的研究結論一致[15]。

圖3 自然組香腸和發酵組香腸TBARS值的比較

2.5 發酵劑對香腸揮發性風味物質的影響

自然組與發酵組香腸中揮發性物質的相對含量見表2，自然組香腸中檢測出39種揮發性風味物質，發酵組香腸檢測出43種，其中自然組香腸揮發性化合物種類最多的分別是烯烴類12種，醇類10種，醛類9種，而發酵組包含烯烴類10種，醇類8種，醛類11種。另外自然組還檢出了酚類2種，酯類3種，其他類物質3種；發酵組檢出酚類2種，酯類3種，其他類物質5種，并新檢出自然組中沒有的酸類2種，酮類2種。

表2 香腸揮發性風味物質相對含量

續 表

雖然發酵組香腸與自然組香腸在風味物質種類上沒有太大區別，但是發酵組醛類相對含量為21.54%，遠高于自然組的10.54%，其中含量最高的是正己醛和壬醛，均是發酵組相對含量更高，正己醛具有蘋果香氣，對香腸風味具有很大貢獻，且酮類、酯類物質的相對含量也是發酵組更高[16]。

據資料顯示，醛類、酮類、酯類這3種物質是發酵香腸風味的重要組成部分，它們主要來自香腸中不飽和脂肪酸、游離脂肪酸的氧化以及氨基酸的降解[17]。酸類物質在發酵肉制品中對生成酯類物質有貢獻作用，而發酵組香腸不僅醛類、酮類風味物質含量更高，還檢測出了自然組沒有的2種酸類物質，因此可以得出發酵組香腸在風味物質方面優于自然組。

烯烴類由于閾值較高，因此對香腸風味影響較小，這部分風味物質大多來源于脂肪氧化產物[18]。醇類物質的產生一部分來源于微生物對糖類的代謝，一部分來自脂肪的氧化。大多醇類風味物質的閾值較高，并且對風味的影響并不明顯[19]。但是1-辛烯-3-醇在醇類風味物質中的閾值相對較低，具有蘑菇香氣，有一定代表性[20]。該物質在自然組和發酵組均有檢出，相對含量分別為3.64%、3.57%，差別不大。綜合以上分析結果可以得出，發酵劑的添加對香腸風味物質的形成起到了促進作用。

3 結論

本研究討論了德國進口的發酵劑(含木糖葡萄球菌Staphylococcusxylosus、肉葡萄球菌Staphylococcuscarnosus)對廣味香腸理化特性和風味的影響。在與自然發酵組的對比實驗中，測定了pH值、水分活度、色差分、TABRS值和揮發性風味物質含量。結果表明：10 d發酵時間內，該發酵劑不會對香腸的pH有太大影響，但是能降低香腸的水分活度，這有利于提升香腸的安全性，便于保藏。色澤方面，隨著發酵時間延長，0～8 d，兩組香腸的亮度值L*逐漸下降，自然組的紅度值a*先下降再上升，而發酵組先上升再下降，發酵組香腸的紅度值高于自然組，說明發酵劑對香腸的色澤有一定改善作用。發酵組香腸的TBARS值在實驗過程中始終顯著(P<0.05)低于自然組，證明發酵劑的添加有效減緩了脂肪氧化，減少了脂肪過度氧化產生哈喇味對香腸風味帶來的影響。通過揮發性風味物質含量檢測，得出發酵劑的添加對醛類、酮類和酯類這3種主要風味物質含量具有明顯提升作用，促進了香腸風味的形成。整體來說，發酵劑對提升香腸安全性、提高香腸風味和口感具有良好效果，能降低食品風險，擴大產量，推動肉制品健康發展。