乳酸菌發酵人參香腸理化特性及其工藝優化

李雪倩，趙嘉楠，武思佳，黃延軍，莊 紅

（吉林大學食品科學與工程學院，吉林長春 130062）

發酵香腸因其獨特的質地、典型的發酵風味和豐富的營養成分等特點，已經逐步進入到規模化、高效化的生產模式，并且成為最受歡迎的發酵肉制品之一[1]。發酵劑中特定微生物組分的生長繁殖，使發酵香腸具有優良的理化特性。乳酸菌作為香腸發酵的主要微生物，可以利用香腸中的碳水化合物發酵產酸，從而使香腸的pH值快速下降，縮短成熟周期，并且較低的酸性環境可以使香腸中的蛋白質變性，從而使香腸的組織結構更加緊密[2-4]。此外，乳酸菌代謝產生的酸性環境能夠抑制雜菌的增長，提高發酵香腸的安全性[5]。研究表明，乳酸菌復合發酵劑能更好地發揮各菌種優勢，從而改善或提升產品品質[6]。

國外研究者曾將藍莓汁、桑葚汁等具有天然果香味道的物質添加到發酵香腸中，在改善發酵香腸感官品質的同時，提高了發酵香腸的抗氧化性，延長了產品的貯藏時間[7-8]。人參作為吉林省特色農產品資源，具有“百草之王”的美稱。人參含有多種生物活性物質，如人參皂苷、人參多糖、脂肪酸、黃酮類、維生素和礦物質等[9-10]，具有抗癌、抗衰老、抗氧化、降血糖和免疫調節等功效[11-13]。2012年我國衛生部批準將人參（人工種植）列入新食品資源，這使人參相關食品的研究得到了極大的促進[14]。此外，中國對發酵香腸的研究起步較晚，至今還面臨著產品種類較少、口味單一化等問題。

因此，將質量比為1∶1的植物乳桿菌與鼠李糖乳桿菌復合乳酸菌作為發酵劑，在西式發酵香腸的基礎上，將人參添加到發酵香腸中，考查人參添加量對發酵香腸理化特性的影響，探討乳酸菌發酵人參香腸的最佳工藝條件，旨在為發酵香腸新品種的開發及后續乳酸菌發酵人參香腸的實際生產和加工提供必要的理論參數。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參粉（人工種植的生曬參），長春市南京同仁堂提供；植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌均為商業發酵劑，上海潤盈生物科技有限公司提供；2-硫代巴比妥酸、ABTS自由基和DPPH自由基，上海源葉生物科技有限公司提供；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

HPX-9272 MBE型數顯電熱培養箱，上海博訊實業有限公司產品；H2300R-2型高速冷凍離心機，湖南湘儀有限公司產品；Syergyht HT型酶標儀，美國Biotek公司產品；pHS-3C型pH計，上海晶磁儀器有限公司產品；CT3型質構儀，博勒飛公司產品；SC-10型色差計，深圳市三恩時科技有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 發酵香腸的制備工藝

將40%牛肉、30%雞胸肉、10%鴨胸肉和20%牛脂肪分別絞碎后，加入2.5%食鹽、0.5%蔗糖、0.5%葡萄糖、0.5%五香粉和0.007%亞硝酸鈉，充分混勻后在4℃條件下腌制12 h；腌制結束后，加入0.06%的植物乳桿菌與鼠李糖乳桿菌復合發酵劑和人參粉，充分混勻后進行灌腸；將灌制好的香腸置于32℃的培養箱中發酵48 h；發酵結束后，在80℃條件下蒸煮20 min；蒸煮結束后，在50℃條件下干燥3～4 h；真空包裝后4℃下貯藏。

1.3.2 人參添加量的優化

當人參添加量超過5%時，發酵香腸會呈現較重的人參味。因此，考查人參添加量為1%，2%，3%，4%，5%時，對發酵香腸理化性質的影響，并對乳酸菌發酵人參香腸進行工藝優化。

1.3.3 發酵香腸的工藝優化

（1）單因素試驗。選取人參添加量為2%，以pH值和感官評分為指標，通過單因素試驗探究發酵溫度、發酵時間、干燥溫度和干燥時間對發酵香腸品質的影響。

①發酵溫度對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。設定發酵時間為48 h，干燥溫度為50℃，干燥時間為3 h，分別在發酵溫度為22，27，32，37，42℃的條件下，研究發酵溫度對香腸pH值及感官評分的影響。②發酵時間對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。設定發酵溫度為32℃，干燥溫度為50℃，干燥時間為3 h，分別在發酵時間為12，24，36，48，60 h的條件下，研究發酵時間對香腸pH值及感官評分的影響。③干燥溫度對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。設定發酵溫度為32℃，發酵時間為48 h，干燥時間為3 h，分別在干燥溫度為40，45，50，55，60℃的條件下，研究干燥溫度對香腸pH值及感官評分的影響。④干燥時間對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。設定發酵溫度為32℃，發酵時間為48 h，干燥溫度為50℃，分別在干燥時間為1，2，3，4，5 h的條件下，研究干燥時間對香腸pH值及感官評分的影響。

（2）正交試驗。根據單因素試驗的結果，對發酵溫度、發酵時間、干燥溫度和干燥時間進行四因素三水平的正交試驗。按照表1水平進行分組，確定乳酸菌發酵人參香腸的最佳工藝條件。

正交試驗設計因素見表1。

表1 正交試驗設計因素

1.3.4 發酵香腸理化指標的測定

（1）pH值的測定。取2 g發酵香腸樣品，用剪刀剪碎后，加入18 mL蒸餾水，混合均勻，靜置1 h后，取上清液用pH計測定，每組樣品測定3次。

（2）DPPH自由基清除率的測定。DPPH自由基清除率的測定參考Elfahri K R等人[15]的方法，并加以改進。將2 g剪碎的發酵香腸樣品放入10 mL蒸餾水中，高速攪拌器均質后，在30℃的搖床中提取1 h。將均質物經0.45μm注射過濾器過濾，取過濾液于-20℃下保存，待進一步分析。用95%甲醇配制100μmol/L的DPPH溶液。取250μL樣品提取液，加入1 000μL DPPH溶液，室溫下于黑暗中反應30 min后，于波長517 nm處測定吸光度。計算公式為：

式中：AⅠ——250μL蒸餾水+1 000μL DPPH溶液；

AⅡ——250μL樣品提取液+1 000μL DPPH溶液；

AⅢ——250μL樣品提取液+1 000μL 95%甲醇溶液。

（3）ABTS自由基清除率的測定。ABTS自由基清除率的測定參考Robert Re等人[16]的方法，并加以改進。使用前配制7 mmol/L的ABTS溶液和2.45 mmol/L的過硫酸鉀溶液，將上述2種溶液按體積比1∶1混合后室溫避光靜置12～16 h，制備ABTS自由基儲備液。用0.2 mol/L PBS（pH值7.4）將儲備液稀釋一定倍數，制得波長734 nm處的吸光度為0.7±0.02的ABTS工作液。取50μL樣品，加入2 mL ABTS工作液，室溫反應6 min后，于波長734 nm處測吸光度，以蒸餾水代替樣品做空白。計算公式為：

（4）TBARS值的測定。TBARS值的測定參照馬龍彪[17]的方法，并加以改進。取已剪碎的發酵香腸樣品4 g，置于50 mL離心管中，加入20 mL質量分數為7.5%的三氯乙酸（含0.1%EDTA），利用搖床振蕩30 min，雙層濾紙過濾。取上清液5 mL，置于10 mL離心管中，加入0.02 mol/L TBA溶液5 mL，90℃恒溫水浴鍋中加熱40 min后取出冷卻，以轉速1 600 r/min離心5 min；提取上述液體8 mL，加入三氯甲烷5 mL，旋渦振蕩2 min后靜置15～20 min后，提取上清液于波長532 nm和600 nm處讀取吸光度。計算公式為：

（5）質構的測定。使用CT-3型質構儀，測定參數：測定模式TPA，探頭TA39，目標50 mm，出發點負載10 g，測試速度5 mm/s，返回速度5 mm/s，循壞次數為2次。

測定指標：彈性、硬度、咀嚼性、內聚性和膠著性。

取一定長度的發酵香腸樣品，將其切成長度為1 cm的圓柱形小塊進行測定，每組樣品測定5次。

（6）色差的測定。色差計用標準白板校正后，對發酵香腸切片進行測定，規格參數主要包括L*、a*和b*值。

1.3.5 感官評價

選取20位食品專業學生，依次評價乳酸菌發酵人參香腸的外觀、色澤、質地、切片性、香氣和滋味。

發酵香腸感官評分見表2。

表2 發酵香腸感官評分

1.3.6 數據處理

數據以均值±標準差表示，采用SPSSStatistics 25對數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 人參添加量對發酵香腸理化性質的影響

2.1.1 pH值

人參添加量對pH值的影響見表3。

表3 人參添加量對pH值的影響

發酵結束時，隨著人參添加量的增加，pH值隨之降低，且低于空白組。干燥結束時，人參處理組香腸的pH值均有不同程度的回升，是因為較低的pH值會影響乳酸菌的代謝，導致產酸速率減慢[18]。同時，加熱過程中蛋白質降解速率加快，導致部分堿性氨基酸游離出來，進而使香腸的pH值回升。貯存期間，各組pH值繼續回升，這可能與生物胺等堿性物質的形成有關。相關研究表明，發酵香腸的pH值降低至4.8～5.0時有利于抑制有害微生物的生長，同時能夠改善風味和色澤[19]。但是，當pH值降低至4.8以下時，就會導致發酵香腸的酸味過重。因此，當人參添加量為1%～3%時，更易于被消費者接受。

2.1.2 DPPH自由基清除率

人參添加量對DPPH自由基清除率的影響見圖1。

圖1 人參添加量對DPPH自由基清除率的影響

在加工過程中，隨著人參添加量的增加，DPPH自由基清除率呈先上升后下降的趨勢，當人參添加量為1%和2%時，DPPH自由基清除率相對較高。貯存期間，空白組的DPPH自由基清除率均顯著低于人參處理組（p＜0.05），當人參添加量為1%和2%時，DPPH自由基清除率相對穩定。

2.1.3 ABTS自由基清除率

人參添加量對ABTS自由基清除率的影響見圖2。

圖2 人參添加量對ABTS自由基清除率的影響

發酵結束時，各組的ABTS自由基清除率均呈上升趨勢，其中人參添加量為4%和5%的香腸ABTS自由基清除率顯著高于空白組（p＜0.05）。干燥結束時，各組的ABTS自由基清除率均有所下降。貯存期間，各組對ABTS自由基清除率的變化趨于穩定，人參添加量為1%，2%，3%，5%組別的香腸ABTS自由基清除率顯著高于空白組（p＜0.05）。

2.1.4 TBARS含量

人參添加量對TBARS值的影響見圖3。

圖3 人參添加量對TBARS值的影響

TBARS是不飽和脂肪酸氧化分解產生的衍生物，其含量反映了脂肪氧化最終生成物的量。TBARS值從發酵結束至貯存10 d時，隨著人參添加量的增加，TBARS值隨之上升，且均高于空白組。貯存期間，人參處理組的TBARS值趨于穩定，而空白組的TBARS值一直呈上升趨勢。貯存30 d時，空白組的TBARS值顯著高于人參處理組（p＜0.05），此結果說明添加人參能夠有效抑制發酵香腸貯存后期的脂肪氧化，延長貯存期。此外，人參添加量越低，對香腸脂肪氧化抑制作用越明顯。

2.1.5 質構

人參添加量對質構的影響見表4。

表4 人參添加量對質構的影響

貯存期間，添加人參會使香腸的硬度、膠著性和咀嚼性下降，且均低于空白組。較高的硬度和咀嚼性不利于消費者食用，降低消費者的購買欲，人參的添加緩解了這種不良感官體驗。當人參添加量為1%，2%，3%時，對發酵香腸彈性和內聚性無明顯影響，而人參添加量為4%和5%時，香腸的彈性顯著低于空白組（p＜0.05），但對內聚性無明顯影響。彈性是評價香腸質地和口感的重要指標，當人參添加量為4%和5%時，香腸彈性卻顯著低于自然發酵香腸。綜上所述，當人參添加量為1%～3%時，香腸具有良好的質構特性。

2.1.6 色差

人參添加量對色差的影響見表5。

表5 人參添加量對色差的影響

貯存0 d時，各組的L*值無顯著性差異。貯存期間，各組的L*值略有下降，且在貯存30 d時，空白組的L*值顯著低于人參處理組（p＜0.05），表明添加人參能夠保持香腸在貯存期間的明亮度。單純的a*值或b*值無法準確反映香腸的色澤，一般采用a*/b*值進一步評價。貯存0 d時，各組之間無顯著性差異。貯存10 d時，空白組的a*/b*值顯著高于人參處理組（p＜0.05）。貯存20 d時，人參添加量為4%和5%組別的a*/b*值顯著低于空白組（p＜0.05）。綜上所述，當人參添加量為1%～3%時，香腸在加工及貯存期間具有良好的色澤。

綜合考慮，通過對發酵香腸的pH值、DPPH和ABTS自由基清除率、TBARS含量、質構和色差的測定，選取人參添加量為2%，此時發酵香腸具有良好的降酸能力和優良的品質特性。

2.2 發酵香腸的工藝優化

2.2.1 單因素試驗結果分析

（1）發酵溫度對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。

發酵溫度對發酵香腸品質的影響見圖4。

圖4 發酵溫度對發酵香腸品質的影響

隨著發酵溫度的提高，發酵香腸的pH值呈先下降后上升的趨勢，而感官評分呈先上升后下降的趨勢。發酵溫度為22℃和27℃時，可以將pH值分別降低至5.57±0.04和5.32±0.03。發酵溫度為32℃時，pH值達到4.89±0.02，符合發酵香腸的最適pH值范圍，且感官評分最高。發酵溫度為37℃和42℃時，pH值較低，感官評分也隨之降低。當發酵溫度低于乳酸菌的最適發酵溫度時，會導致乳酸菌生長緩慢，乳酸生成量降低，蛋白質和脂肪降解減少，致使產品風味變差，而發酵溫度過高又會導致酸味過重，從而影響香腸口感[20]。因此，選取發酵溫度為27，32，37℃為正交試驗變量，進行正交試驗。

（2）發酵時間對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。

發酵時間對發酵香腸品質的影響見圖5。

圖5 發酵時間對發酵香腸品質的影響

隨著發酵時間的延長，發酵香腸的pH值呈下降趨勢，感官評分呈先上升后下降的趨勢。發酵時間為36 h時，pH值下降至5.31±0.12。發酵時間為48 h時，pH值下降至5.02±0.04，此時感官評分最高，同時有利于抑制雜菌的生長。發酵時間延長至60 h時，pH值下降至4.71±0.12，影響消費者的感官體驗。因此，選取發酵時間為36，48，60 h為正交試驗變量，進行正交試驗。

（3）干燥溫度對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。

干燥溫度對發酵香腸品質的影響見圖6。

圖6 干燥溫度對發酵香腸品質的影響

隨著干燥溫度的提高，發酵香腸的pH值呈下降趨勢，而感官評分呈先上升后下降的趨勢。干燥溫度為45℃時，pH值已經下降到4.91±0.02。因此，選取干燥溫度為40，45，50℃為正交試驗變量，進行正交試驗。

（4）干燥時間對乳酸菌發酵人參香腸品質的影響。

干燥時間對發酵香腸品質的影響見圖7。

圖7 干燥時間對發酵香腸品質的影響

隨著干燥時間的延長，發酵香腸的pH值呈下降趨勢，感官評分呈先上升后下降的趨勢。干燥時間為3 h時，pH值在5.07±0.03，此時感官評分最高。干燥時間為4 h時，pH值在4.88±0.09，此時感官評分有所下降。因此，選取干燥時間2，3，4 h為正交試驗變量，進行正交試驗。

2.2.2 正交試驗結果分析

正交試驗結果見表6，方差分析見表7。

表6 正交試驗結果

表7 方差分析

由表6可知，RA＞RB＞RC＞RD，即影響發酵香腸感官評分的主次因素依次為發酵溫度（A）＞發酵時間（B）＞干燥溫度（C）＞干燥時間（D）。由方差分析結果可知，發酵溫度、發酵時間和干燥溫度對發酵香腸的感官評分影響極顯著（p＜0.01），干燥時間對發酵香腸的感官評分影響顯著（p＜0.05），且顯著性程度依次為A＞B＞C＞D。依據分析結果，選擇各因素平均值（k值）最大的水平作為最優的水平，得出最優的組合為A2B2C3D1，即發酵溫度為32℃，發酵時間48 h，干燥溫度為50℃，干燥時間為2 h，此時制得的發酵香腸感官評分最高，為90.8分。

3 結論

隨著人參添加量的增加，發酵香腸pH值下降速率增加，硬度、膠著性與咀嚼性下降，DPPH自由基清除率呈先下降后上升的趨勢，同時發酵香腸的TBARS值、蛋白巰基含量和黃度值增加。其中，添加2%人參粉制備的發酵香腸具有良好的降酸能力和優良的品質特性，貯存30 d時TBARS值（0.30 mg/100 g）顯著低于空白組（0.39 mg/100 g），且DPPH自由基清除能力（69.50%）顯著高于空白組（55.50%）。在人參添加量為2%的條件下，得到乳酸菌發酵人參香腸的最佳工藝條件為發酵溫度32℃，發酵時間48 h，干燥溫度50℃，干燥時間2 h，在此條件下發酵香腸的感官評分為90.8分。研究將人參應用到發酵香腸的加工過程中，為人參深精加工、發酵香腸新品種的開發及后續乳酸菌發酵人參香腸的實際生產和加工提供必要的理論參數。此外，人參影響香腸脂肪氧化的原因及機制還有待進一步研究。