張 鑫 閆玉雯 朱迎春
(山西農業大學食品科學與工程學院,山西太谷 030801)
隨著人們健康意識的提高,對低鹽產品的需求日益增加。世界衛生組織(world health organization,WHO)建議成人每日食鹽攝入量<5 g。但世界上大多數國家居民食鹽攝入量都偏高,2012年調查顯示,我國居民人均每日食鹽攝入量為10.5 g。大量流行病學研究表明,長期高鈉飲食會導致高血壓、心血管疾病、胃癌、腎臟疾病等發病率增加[1]。《“健康中國2030”規劃綱要》提出,到2030年,逐漸實現全國人均每日食鹽攝入量降低20%的目標。
在肉類產品中,食鹽不僅具有調味和防腐作用,而且能夠提高肉的保水性,改善肉的功能特性。通常乳化型肉制品含鹽量在2%~3%之間,成熟火腿的含鹽量在6%~12%之間,發酵香腸含鹽量在8%左右[2]。與其他產品比較,乳化香腸不僅肉質結實、富有彈性、食用方便、口感獨特,而且含鹽量相對較低,因此乳化香腸在我國肉類消費市場中占有較大份額。若能進一步降低乳化香腸中的食鹽含量而又不影響香腸的品質,必將受到消費者的歡迎和肉品企業的青睞。
超高壓(ultra-high pressure,UHP)處理,又稱作高靜水壓技術(high hydrostatic pressure)或高壓技術(high pressure processing,HPP),該技術采用100 ~1 000 MPa 的壓力處理食品物料,是一種新型的非熱力加工技術。有研究表明利用UHP 技術處理肉制品,可以誘導肉制品特性發生改變,如提高肌肉的嫩度和保水性、改善肌原纖維蛋白的凝膠特性[3]、延長肉制品的貯存期[4],且對肉中的營養物質具有保護作用[5]。同時,UHP 處理也會對肉的顏色、脂肪的氧化和風味等產生較大影響[6-8]。
近些年來,利用UHP 技術改善低鹽肉制品品質的研究引起了國內外學者的關注。Fulladosa 等[9]研究超高壓對低鹽干腌火腿感官特性的影響,發現經過600 MPa 處理干腌火腿的咸味顯著增加,鮮味、甜味也得到了顯著的提升。同樣Clariana 等[10]研究表明干腌豬肉里脊和火腿經600 MPa 處理后咸度增加。黃群等[11]考察了不同壓力(100、200、300、400 和500 MPa)對低鹽海藻雞胸肉糜的影響,結果表明超高壓處理能夠改善低鹽海藻雞胸肉糜的品質。Ros-Polski等[12]研究發現UHP 處理可以改善低鹽含量白雞肉的顏色和質地。Oflynn 等[13]研究發現豬肉香腸的含鹽量由2.5%降低為2.0%時,經150 MPa 的高壓處理,其感官特性未發生顯著變化。
目前,UHP 技術在國內未得到廣泛的應用,有關UHP 處理對低鹽肉制品品質影響的報道也較少。因此,本試驗采用UHP 處理低鹽牛肉乳化腸,研究不同壓力處理下低鹽乳化腸感官特性、理化特性和微生物特性的變化,探討UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸品質的影響,以期為低鹽肉制品的開發提供一定的理論依據和數據支持。
試驗材料:原料牛背最長肌,購自山西農業大學雙匯肉制品經營店,原料為1 歲齡的雄性黃牛,屠宰后在20℃條件下成熟48 h 后低溫運至店里;豬肉背部脂肪,購自山西農業大學雙匯肉制品經營店,原料為1 歲齡的雌性長白豬,屠宰后在0~4℃下成熟24 h 后低溫運至店里;尼龍6/聚乙烯食品級塑料腸衣(折徑45 mm),購自大連腸之源電子商務有限公司;亞硝酸鈉、異抗壞血酸鈉、三聚磷酸鈉,購自諸城華源生物工程有限公司;復合磷酸鹽(三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸三鈉、焦磷酸二氫二鈉),購自徐州恒世食品有限公司;食鹽、白砂糖、玉米淀粉、黑胡椒粉、五香粉,購自太谷縣美特好超市。
主要試劑:鹽酸、硼酸、三氯乙酸(trichlororoacetic acid,TCA)、氧化鎂、氯仿、丁基羥基茴香醚(butyl hydroxyl anisd,BHA )、 乙 二 胺 四 乙 酸 二 鈉(ethylenediaminetetraacetic acid,EDTA)、石油醚、無水乙醇、氫氧化鉀、乙酸鋅、硼砂、亞鐵氰化鉀等,均為分析純,購自天津市化學試劑一廠。
S-HPP-8. 8L 超高壓設備,山西三水河科技股份有限公司;ZB-5 型斬拌機,上海青浦食品包裝機械經營廠;BZZT-Ⅳ-150 蒸煮鍋,艾博科技股份有限公司;SP-XC-ZK01 臺式真空包裝機,瑞安市勤奮有限公司;S-Z200 型灌腸機,廣州輝輝廚房設備有限公司;FA2004 電子分析天平,上海華巖儀器設備有限公司;FE28 酸度計,瑞士梅特勒托利多有限公司;CM-5 美能達分光測色儀,日本柯尼卡美能達;UV-1100 紫外-可見分光光度計,美譜達上海儀器有限公司;HH 恒溫水浴鍋,余姚市東方電工儀器廠;FA25 高速剪切乳化分散機,上海弗魯克流體機械制造有限公司;LD5-2B 低速離心機,北京雷勃爾醫療器械有限公司;SMSTA TA.XT Plus 質構儀,英國Stable Micro Systems 有限公司。
1.3.1 試驗設計 食鹽添加量設置2 個水平:正常水平(食鹽添加量2.8%) 和低鹽水平(食鹽添加量1.4%);UHP 處理壓力設置4 個水平:100、200、300 和400 MPa。不經UHP 處理的正常食鹽添加量組(以C1表示,作為對照);不經UHP 處理的低鹽組(以C2 表示,作為對照);經100、200、300 和400 MPa 不同壓力處理且食鹽添加量為1.4%的試驗組,樣品分別標記為H1、H2、H3、H4。
1.3.2 牛肉乳化香腸的制備 根據前期預試驗優化確定乳化香腸的配方。將肥、瘦肉分別切塊,剔除結締組織,以肉質量為基準,添加2.8%或1.4%食鹽、0.045% D-異抗壞血酸鈉、0.25% 復合磷酸鹽和0.005%亞硝酸鈉混勻后置于4℃腌制24 h,之后將腌制好的瘦肉、脂肪以及5%淀粉、2.5%白砂糖、0.126%黑胡椒粉、0.6%五香粉、0.6%味精一起放在斬拌機中斬拌,同時將20%的冰水分次放入,斬拌約4 min,溫度始終保持在12℃以下。將肉糜填充至塑料腸衣中,每根香腸8 cm 左右。
1.3.3 超高壓處理及產品熟制 高壓腔體內部溫度恒定(10±1℃),乳化腸分別在100、200、300、400 MPa,保壓15 min,壓力釋放后將乳化腸取出,同未經超高壓處理的樣品一起置于90℃恒溫水浴鍋中加熱30 min至中心溫度為72℃,流水冷卻至室溫時置于4℃貯藏,在貯藏當天測定微生物指標,貯藏第7 天測定其他指標。
1.4.1 菌落總數(total viable counts,TVC)的測定 參照GB/T 4789.2-2016[14]進行測定。
1.4.2 揮發性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)的測定 參照GB/T 5009.228-2016[15]的半微量定氮法進行測定。
1.4.3 蒸煮損失的測定 參照黃群等[11]的方法測定。
1.4.4 色差的測定 選用D65 光源,視角為10°,使用前用白板對測色儀進行矯正。將待測樣品切成1 cm 薄片立即用測色儀分析,重復測定6 次,記錄樣品的亮度值(L*)、紅度值(a*)、黃度值(b*),按照公式計算白度值(W):
1.4.5 pH 值的測定 參照GB/T 5009.237-2016[16]的方法測定。
1.4.6 牛肉乳化腸質構的測定 參照饒偉麗等[17]的方法并稍作修改。將待測樣品剝去腸衣后切成20 mm厚的圓柱,質構儀測定選擇全質構分析(texture profile analysis,TPA)模式,測定時使用直徑為25 mm 的圓柱形探頭,測定條件:測前速度120 mm·min-1,測中速度60 mm·min-1,測后速度120 mm·min-1,壓縮程度1.4 cm,引發力4 g。選取硬度、彈性、咀嚼性、內聚性4 個參數作為分析指標。
1.4.7 硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid resctive substances,TBARS)值的測定 參考John 等[18]的方法測定。TBARS 值為1 kg 待測樣品中丙二醛的含量,結果以mg·kg-1表示。
1.4.8 亞硝酸鹽的測定 參照GB/T 5009.33-2016[19]中分光光度法測定。
1.4.9 牛肉乳化腸感官評定 感官評價參照田星等[20]的標準,并稍作修改。將乳化腸切成厚度為5 mm 的薄片,組織14 名經過培訓且有經驗的品評人員對煮制后的香腸進行感官評價,具體標準見表1。

表1 UHP 低鹽牛肉乳化腸感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for UHP low-salt beef emulsified sausage
試驗均重復3 次,結果用平均值±標準偏差表示。采用Microsoft Excel 2010 計算各指標的平均值±標準偏差,采用Origin 9.0 繪圖軟件(美國Origin Lab公司)作圖,采用Statistix 8.1(美國SPSS 公司)中的Tukey HSD 檢驗時行差異顯著性分析,顯著性水平為P<0.05。
由圖1 可知,由于食鹽具有抑菌特性,降低食鹽含量會促進微生物的生長,所以C2 對照組低鹽產品菌落總數[2.78 lg(CFU·g-1)]高于C1 對照組正常鹽產品[2.62 lg(CFU·g-1)]。HP 處理降低了產品的菌落總數,當壓力為100 MPa(H1)時,菌落總數為2.76 lg(CFU·g-1),與C2 對照組基本相當,但是當壓力達到200 MPa(H2)時,菌落總數比C2 對照組降低0.25個對數值,當壓力增大到300~400 MPa(H3、H4)時,菌落總數進一步下降至2.40~2.30 lg(CFU·g-1),較未經UHP 處理的C2 對照組下降了0.38~0.48 個對數值。表明壓力越高殺菌效果越好。

圖1 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸菌落總數的影響Fig.1 Effect of UHP on TVC of low-salt emulsified beef sausage
蒸煮損失反映了乳化香腸保持水分的能力,是評估肉制品品質的重要指標。在肉制品中,鈉鹽可從肌肉中提取蛋白質,增加肉與水的結合力。因此,降低肉制品中鈉鹽含量會增加蒸煮損失,導致保水性降低[21]。由圖2 可知,與C1 對照組相比,C2 對照組蒸煮損失較高,但差異不顯著(P>0.05)。UHP 處理改變了低鹽牛肉乳化腸的蒸煮損失。隨著壓力的增大,低鹽牛肉乳化腸蒸煮損失先減小后增加。當壓力為100 MPa(H1)時,蒸煮損失最低(3.00%),且顯著低于C2 對照組(5.32%);壓力增加到200 MPa(H2)時,蒸煮損失比C2 對照組降低了1.35 個百分點;當壓力增加到300~400 MPa(H3、H4)時,蒸煮損失有所增加,但與C2 對照組差異并不顯著(P>0.05)。表明壓力直接影響到乳化香腸的保水性,100 和200 MPa 更有利于保持肉制品的保水性。

圖2 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸蒸煮損失的影響Fig.2 Effect of UHP on cooking loss of low-salt emulsified beef sausage
TVB-N 作為評價動物性食品新鮮度的重要指標,是表征蛋白質分解產生的氨以及胺類等堿性含氮物質的指標之一[15]。由圖3 可知,6 組乳化腸的TVB-N 值介于1.17~6.52 mg·100g-1之間。與C2 對照組相比,C1 對照組TVB-N 值較高,但兩組間差異不顯著(P>0.05)。UHP 處理會導致H1~H4 組TVB-N 值下降,且壓力越高,乳化腸的TVB-N 值越低。

圖3 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸TVB-N 值的影響Fig.3 Effect of UHP on TVB-N value of low-salt emulsified beef sausage
由表2 可知,與C2 對照組相比,C1 對照組L*值和W值較低。隨著壓力的增加低鹽牛肉乳化腸L*值和W值增加,a*值減小,H1 和H2 組的a*值與對照組C1、C2 相比差異不顯著(P>0.05),說明當壓力≤200 MPa 時,對乳化腸肉肌紅蛋白的性質影響不大。H3、H4 組的低鹽乳化香腸a*值分別為7.28 和7.11,顯著低于其他組(P<0.05)。6 組乳化香腸pH 值介于6.08~6.28 之間,C1 對照組的pH 值顯著小于H1~H4 組(P<0.05)。經UHP 處理的低鹽牛肉乳化腸pH 值隨壓力增加呈上升趨勢但差異不顯著(P>0.05),這與Ma 等[22]和周果等[23]的研究結果類似。pH 值升高可能是UHP 處理使蛋白質構象發生變化,蛋白質肽鏈中酸性基團被包埋所致[13]。

表2 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸色澤和pH 值的影響Table 2 Effect of UHP on color and pH of low-salt emulsified beef sausage
硬度是衡量肉制品質構的重要指標,可以反映肉制品的商業價值[24]。由表3 可知,C1 對照組乳化腸硬度為43.17 N,而C2 對照組硬度為39.83 N,說明降低食鹽添加量降低了香腸的硬度。黃梅香[25]研究也表明降低火腿腸中鈉鹽的添加量,硬度會降低。UHP處理會提高香腸的硬度,其中H2 組乳化香腸硬度值最高(56.86 N),但進一步增加壓力,硬度值卻降低到49.99~ 52.09 N。Ros-Polski 等[12]研究也表明300 MPa 處理的雞肉硬度顯著低于200 MPa 處理組。彈性也是決定香腸最終質地的主要特性之一。雖然降低食鹽含量會降低香腸彈性,但是一定的UHP 處理(100~200 MPa)會使香腸的彈性增加到C1 對照組水平。UHP 處理使乳化香腸的咀嚼性和內聚性均得到極大提高,顯著高于C2 對照組(P<0.05)。比較4 組UHP處理組乳化腸發現,H2 組乳化香腸內聚性達到最高(0.38),且咀嚼性也達到最大(133.72 mJ)。這與常海軍[26]的研究結果一致。綜上,100 和200 MPa 處理下低鹽牛肉乳化腸硬度、彈性、咀嚼性和內聚性均較好,且優于300 和400 MPa 處理組。

表3 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸質構特性的影響Table 3 Effect of UHP treatment on texture characteristics of low-salt emulsified beef sausage
TBARS 被廣泛應用于評估肉類食品中脂質氧化的程度,TBARS 值越大,脂肪氧化程度越高,產生的小分子物質如醛、酮、酸等越多,酸敗越嚴重[27-28]。由圖4 可知,C1 對照組TBARS 值高于C2 對照組,但差異不顯著(P>0.05)。隨著壓力的增加低鹽牛肉乳化腸TBARS 值先增大后減小,100 MPa 壓力處理(H1)時,乳化腸TBARS 值處于最低水平(0.070 mg·kg-1),但與C2 對照組無顯著差異(P>0.05)。H2 組TBARS 值顯著高于H1 組(P<0.05),H3 組TBARS 值達到最大(0.118 mg·kg-1)。表明高壓處理在一定程度上促進了脂質氧化,這是因為壓力作用導致色素蛋白質發生變性,釋放部分金屬離子,而這些金屬離子加速了脂肪氧化反應[29]。值得關注的是,H4 組TBARS 值呈下降趨勢,這可能是由于脂質氧化產物丙二醛與氨基相互作用形成了1-氨基-3-氨基丙烯,使得TBARS 值有所下降。饒偉麗等[17]研究也顯示脂肪氧化程度隨著壓力的升高呈現先升高后降低的趨勢。

圖4 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸TBARS 值的影響Fig.4 Effect of UHP on TBARS value of low-salt emulsified beef sausage
由圖5 可知,6 組乳化香腸亞硝酸鈉含量在11.74~16.10 mg·kg-1之間,均符合我國關于肉制品亞硝酸鹽殘留量低于30 mg·kg-1的要求[30]。與C2 對照組相比,C1對照組亞硝酸鈉含量較高,但差異不顯著(P>0.05)。隨著壓力的增加低鹽牛肉乳化腸亞硝酸鈉含量逐漸降低,但各組間差異不顯著(P>0.05)。

圖5 UHP 處理對低鹽牛肉乳化腸亞硝酸鈉含量的影響Fig.5 Effect of UHP on sodium nitrite content of low-salt emulsified beef sausage
由表4 中C1 和C2 的數據分析可知,降低牛肉乳化腸食鹽含量不僅使其咸度下降,而且導致產品感官色澤、多汁性、總體風味、感官硬度、感官質構都有所降低,降低了產品的總體可接受度。對比H1 ~ H4 組產品發現,H2 組的咸度、多汁性、總體風味、感官硬度、感官質構得分均最高,分別達到7. 63、7. 67、8. 20、8. 53、7. 97。然而UHP 處理對香腸的顏色有不利影響,尤其當壓力達到300 和400 MPa(H3、H4)時,產品色澤發白,感官色澤評分顯著低于于C1 和C2 組(P<0. 05),但是壓力≤200 MPa 時(C1 和C2 組) 差異并不顯著(P>0. 05)。就總體可接受性而言,UHP 處理提高了產品的總體可接受性,H1 ~ H3 組顯著高于C2 對照組(P<0. 05),且與C1 對照組差異不顯著(P>0. 05)。可見,減鹽產品采用UHP 處理可彌補感官品質的不足,且在200 MPa 處理下感官品質最佳,表明低鹽水平下,超高壓處理提高了產品的咸度、多汁性、總體風味、感官硬度及感官質構。

表4 UHP 低鹽牛肉乳化腸感官品質評定結果Table 4 Evaluation results of sensory quality of UHP low salt emulsified beef sausage
《GB 28050-2011 食品安全國家標準 預包裝食品營養標簽通則》規定低鹽產品中的鈉含量應≤120 mg·100g-1[31],而肉類產品含鹽量與低鹽標準相差甚遠。過量攝入食鹽是引發高血壓、冠心病、中風等疾病的重要因素之一,因此降低肉制品中食鹽含量勢在必行。本試驗乳化香腸中食鹽添加量為2.8%(對照)和1.4%(試驗組),測得香腸中實際食鹽含量為1.97%(對照)和1.08%(試驗組),試驗組食鹽含量僅為對照組的45.18%,食鹽含量得到了有效的降低。
UHP 處理可以在低溫或常溫下滅活微生物,且不會破壞產品的營養成分、功能性因子和風味,是一種新型的非熱力加工技術[32]。本研究中,UHP 處理降低了低鹽牛肉乳化腸的TVC,當壓力達到400 MPa 時,比未經UHP 處理的C2 組下降了近0.48 個對數值。韓衍青等[33]利用UHP(400 MPa 和600 MPa,10 min)處理煙熏切片火腿,發現能夠有效抑制切片火腿腐敗微生物的生長,延長切片火腿的保質期。Ramirez-Suarez 等[34]也發現通過UHP 處理的長鰭魚肉TVC 較低,保質期較長。UHP 對微生物的破壞作用主要有以下三個途徑,一是UHP 處理損傷微生物的細胞膜,使得細胞膜中磷脂結晶化,從而改變了細胞膜的通透性;二是在UHP 的作用下蛋白質發生變性,破壞酶系統;三是壓力處理降低DNA 的穩定性,進而影響微生物DNA 復制轉錄[24]。
肉類產品的保水性是評定肉制品品質的重要指標。當肉制品中加入一定離子強度的食鹽時,會增加肌肉中肌球蛋白的溶解性,提高其保水能力。因此,在一定程度上,減少肉制品中食鹽的含量會降低其保水性。本研究結果表明,100~200 MPa 壓力能夠提高低鹽肉制品的保水性。這可能是因為較低(100~200 MPa)壓力處理時肌球蛋白尾部完全展開,有利于形成高持水能力的凝膠網絡[35]。Crehan 等[36]研究表明經150 MPa 處理的法蘭克福香腸蒸煮損失降低;Yang等[37]也證實UHP 處理低鹽香腸有助于減少蒸煮損失,在200 MPa 處理時其蒸煮損失最低。本研究發現,當壓力為300~400 MPa 時,蒸煮損失與C2 對照組差異不顯著,這可能是因為壓力在300 MPa 及以上時,蛋白質結構發生碎片化,不能與脂肪很好地交聯形成網狀空間結構,從而容納更多的水分,導致蒸煮損失增加。
質構特性和感官品質是評價肉類產品的重要指標。本研究發現,經100~200 MPa 的UHP 處理后,低鹽牛肉乳化腸質構特性(硬度、彈性、咀嚼性和內聚性)均得到提高,產品的口感更佳。這與Crehan 等[36]和Sikes 等[38]的研究結果一致,原因在于一定的壓力處理會誘導肌肉蛋白發生交聯、促進凝膠化,使得分子結構更加穩定,從而提高了肌肉組織的質構特性。當處理壓力≥300 MPa 時,產品的蛋白結構發生碎片化,不能與脂肪及水分很好的交聯,導致產品質構特性下降[39],風味變差,降低消費者的可接受性。令人感興趣的是,本研究發現UHP 處理可提高了低鹽香腸的咸味感知度,這并不是因為高壓處理影響食鹽的含量[40],而是因為在UHP 誘導下,鈉離子和蛋白質之間相互作用減弱,更多的鈉離子游離出來,使得味覺乳頭更容易接近游離鈉離子,從而增加了咸味感知[41]。
肉色是評定肉及肉制品的重要品質指標,影響消費者對產品的接受程度。本研究發現,隨著壓力的增加低鹽牛肉乳化腸L*值和W值增加。這是由于高壓作用致使乳化腸的表面組織結構發生變化,從而改變其反射或吸收光線的能力[13],增加了香腸的亮度值和白度值。隨著壓力的增加低鹽牛肉乳化腸a*值減小,這是由于高壓作用使肌紅蛋白發生解離和部分變性。壓力≤200 MPa 的UHP 處理對肌紅蛋白的性質影響不大,但300 和400 MPa 處理則顯著改變了肌紅蛋白的性質,表現為a*值顯著低于C2 對照組。已有較多研究表明,過高的壓力對肉制品的色澤有破壞作用[42-43]。壓力使牛肉的鮮紅色褪去,乳化腸出現了類似于蒸煮后的灰白色,使消費者難以接受。
低鹽肉制品的開發一直是國內外學者的研究熱點。降低食鹽含量會導致肉制品質地、保水性、風味和口感降低,縮短肉制品的保質期。UHP 處理不僅對微生物有抑制作用,還能保持產品的感官和質構特性,因此可以彌補低鹽造成的負面影響,不失為保證或提高低鹽肉制品質量的一項有效的加工技術。今后研究應繼續開展UHP 技術對低鹽肉制品肌原纖維蛋白結構影響及機理的研究。
本研究結果表明,UHP 處理能夠改善低鹽牛肉乳化腸的品質特性。隨著壓力的升高,低鹽乳化香腸的TVC、TVB-N 值和a*值逐漸降低,L*值、W值和pH 值逐漸升高,蒸煮損失呈先降低后升高的趨勢,而TBARS 值、質構特性和感官品質呈先升高后降低的趨勢。當壓力為200 MPa 時,產品感官評分、質構特性和保水性均表現較好,推薦為低鹽肉制品適宜的超高壓處理壓力。