KCl部分替代NaCl協同強化高溫對干腌羊火腿品質的影響

洪文龍，呂 周，戴照琪，章建浩，羅 輯

（1.江蘇農林職業技術學院茶與食品科技學院，江蘇 句容 212400；2.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095；3.安徽師范大學生命科學學院，安徽 蕪湖 241000）

傳統中式腌臘肉制品風味獨特，但生產周期較長且鹽分含量高，因此有必要研發一種新型加工工藝來提高生產效率，改善產品質量。近年來，強化高溫成熟技術作為一種新型的發酵成熟工藝，因既能縮短加工時間，又能改善產品風味而受到國內外學者關注[1-2]。章建浩等[3]采用強化高溫成熟技術加工金華火腿，通過與傳統金華火腿的風味品質進行對比后發現，80 d高溫成熟發酵的產品風味品質最佳。

人體攝入過量的鈉鹽會加重腎臟負擔，增加高血壓和心血管疾病死亡率[4]。因此，開發出既能保證產品風味品質又能滿足消費者健康需求的加工技術，是未來肉制品加工的趨勢。KCl被認為是NaCl的合適替代品。Nachtigall等[5]使用一定比例的KCl、Ca-Cl2部分替代NaCl 加工咸肉，發現使用KCl 復合鹽加工而成的產品品質好于CaCl2替代的產品。吳海舟等[6]對比了部分KCl 鹽替代和100%食鹽加工對中式培根理化指標以及感官品質的影響，發現KCl含量低于40%時，不會影響產品的感官特性。相對于干腌豬肉制品，國內對干腌羊肉制品的研究較少。王晶[7]通過分析干腌新疆羊火腿生產過程中理化指標和蛋白質水解變化，發現作為風味物質前體物的游離氨基酸占成品非蛋白氮含量的70%以上。Teixeira 等[8]分別對腌制綿的羊腿和山羊腿的理化性質和感官品質進行對比分析后發現，腌制山羊腿和綿羊腿產品均具有高蛋白低脂肪的特點，且腌制羊腿的硫代巴比妥酸反應物（TBARS）值都低于2 mg MDA/kg，證明綿羊腿和山羊腿都非常適合用來生產腌制羊腿。

本研究使用25%KCl 部分替代NaCl 協同強化高溫成熟工藝加工內蒙古羊后腿，制成干腌羊火腿。通過分析加工過程中水分含量、水分活度、鹽分含量、亞硝酸鹽含量以及顏色的變化，研究鹽替代協同強化高溫工藝對干腌羊火腿理化指標的影響；再利用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）分析方法研究KCl部分替代NaCl 對干腌羊火腿風味品質的影響，以期探索鹽替代協同強化高溫工藝對干腌羊腿的加工效果，為低鹽干腌羊腿加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

試驗原料為8～12月齡的內蒙古白山羊去皮后腿（（2±0.5）kg），購自包頭市草原百盈農牧業發展有限公司。隨機選取4根羊腿用作原料指標分析，其余40根后腿隨機分為2組（每組20根），用于生產干腌羊火腿。

KCl（食品級），江蘇科倫多食品配料有限公司；NaCl，江蘇中鹽集團有限公司；亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、冰醋酸、鹽酸萘乙二胺、亞硝酸鈉、鹽酸、硼酸鈉等試驗所用試劑均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

IKA T25高速勻漿機，德國IKA有限公司；GYW-1水分治度測試儀，深圳冠亞技術科技有限公司；UV-2600 紫外分光光度計，日本Shimadzu 儀器（蘇州）有限公司；Agilent7890A-MSD 5975C 氣相色譜-質譜聯用儀，美國Agilent科技公司；75 μm CAR/PDMS SPME萃取針頭，美國Supelco有限公司；BSC-250恒溫恒濕箱，上海博迅實業有限公司；DW-45W158冰箱，河南冰熊電器股份有限公司；CR-400色差儀，柯尼卡美能達控股公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料解凍→修腿胚→干法腌制→清洗→低溫風干→中溫發酵→強化高溫成熟

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 解凍

將冷凍保藏的原料放置在4 ℃、相對濕度70%的室內解凍48 h。

1.2.2.2 修腿胚

去除細毛，修割羊腿表面和邊緣，使每條羊腿呈琵琶形狀。

1.2.2.3 干法腌制

鹽的添加量為羊腿質量的3.2%；火腿采用兩種配方：100%NaCl為對照組（CK）；25%KCl+75%NaCl為鉀鹽替代組（YTD）。火腿在（4±1）℃、相對濕度70%±2%條件下堆放腌制7 d，期間分兩次擦鹽，第1次用總鹽量的30%堆放腌制24 h，之后用總鹽量的70%腌制6 d。

1.2.2.4 清洗

將干腌后的羊腿在（10±1）℃下浸入水中10 h，并用竹刷清洗。

1.2.2.5 風干、發酵、成熟

將洗凈后的羊腿懸掛在發酵房內，設置溫濕度控制程序，每天查看羊腿狀態和環境溫濕度，強化高溫成熟后，將火腿于室溫下放置10 d制成最終產品。具體參數見表1。

表1 干腌羊火腿加工工藝參數Table 1 Processing parameters of dry-cured lamb ham

1.2.3 取樣

加工過程設定5 個取樣點，分別為原料（工藝點1）、干腌結束（工藝點2）、低溫風干（工藝點3）、中溫發酵（工藝點4）和高溫成熟（工藝點5），每個工藝點隨機選取4條羊腿股二頭肌（50 g），真空包裝后置于-40 ℃冰箱中冷凍。

1.2.4 測定項目與方法

1.2.4.1 水分含量

參照GB 5009.3—2016[9]，采用直接干燥法進行測定，計算產品的水分含量。

1.2.4.2 水分活度

參照GB 5009.238—2016[10]，采用水分活度儀擴散法進行測定，計算產品的水分活度。

1.2.4.3 鹽分含量

參照GB 5009.44—2016[11]，采用佛爾哈德法進行測定，計算產品中Cl-含量。

1.2.4.4 亞硝酸鹽含量

參照GB 5009.33—2016[12]，采用分光光度計法在540 nm處測定吸光度，繪制標準曲線后進行計算。

1.2.4.5 色澤

參照Wang 等[13]的方法，使用全自動色差儀于樣品3個不同部位測量產品表面L*、a*、b*值。測試時確保色差儀垂直緊扣肉表面且不漏光。飽和度（C）計算公式如下：

1.2.5 揮發性風味物質分析

根據王勇勤等[14]的方法進行測定，采用固相微萃取（SPME）結合GC-MS 方法測定頂空風味化合物。使用DB5MS 毛細管柱（60 m×0.32 mm×1.8 μm）分離揮發性物質，He 為載氣氣體，流速為1 mL/min。將（5.0±0.3）g的樣品裝入20 mL頂空樣品瓶中，用硅橡膠墊密封后置于40 ℃水浴中。平衡后，將75 μm聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS）固相萃取頭纖維插入瓶中，在30 ℃條件下吸附風味化合物30 min。然后，纖維上的化合物在氣相色譜儀注入端口220 ℃無分離模式解吸5 min。升溫程序：GC 色譜柱箱的溫度在35 ℃啟動，持續3 min，然后以5 ℃/min升溫到80 ℃，8 ℃/min升溫到150 ℃，隨后以10 ℃/min 升溫到220 ℃，并保持10 min。質譜條件：采用電子轟擊電離源模式，檢測器電壓為350 V，電子能量為70 eV，離子源溫度為200 ℃，掃描范圍為30～450m/z，掃描速率為6.34次/s。將揮發性風味物質與NISTDEMO和WILEY數據庫的質譜進行比較，鑒定出相似指數在800 以上的化合物，并采用峰面積歸一化法計算揮發性化合物的相對含量。

1.2.6 數據處理

試驗數據采用SPSS 18.0統計軟件進行單因素方差分析，各處理組數據之間利用鄧肯多重范圍檢驗進行顯著性分析（P＜0.05 表示差異顯著），使用Origin 8.5軟件繪制圖形。所有試驗數據均重復3次，結果以表示。

2 結果與分析

2.1 干腌羊火腿加工過程水分含量與水分活度的變化

由圖1A 可知，KCl 替代組和對照組產品加工過程水分含量均呈下降趨勢，且兩組產品水分含量最終無顯著差異。對照組的水分含量由原料的75.65%下降到36.9%，KCl 替代組的水分含量下降至37.7%，略高于對照組，可能是由于腌制過程中K+相對于Na+更易于在肌肉中擴散，KCl 混合鹽滲透更快，減慢了肌肉中的水分流失[15]。由圖1B可見，在加工初期，鹽分未完全滲透進原料，羊腿中自由水流失緩慢，使得羊腿具有較高的水分活度，隨著腌制時間的延長，鹽分逐漸進入肌肉，增加了產品滲透壓，加速水分流失，而在風干成熟階段肉品加速脫水，導致水分活度快速降低。水分活度的迅速下降使得兩組產品最終水分活度無顯著差異，對照組和KCl替代組產品水分活度分別為0.836 和0.834。說明25%KCl 鹽替代對羊火腿加工過程的水分變化無顯著影響。

圖1 干腌羊火腿加工過程中水分含量（A）和水分活度（B）的變化Fig.1 Changes of the moisture contents(A)and water activity(B)in dry-cured lamb ham during processing

2.2 干腌羊火腿加工過程鹽分含量的變化

由圖2 可知，整個加工過程中，羊火腿鹽分含量隨加工時間的推移持續上升。對照組成品火腿的鹽分含量為5.35%，KCl 替代組成品火腿的鹽含量為5.10%，顯著低于對照組（P＜0.05）。由于本試驗分析方法參照國家標準，以產品Cl-含量計算鹽分，相對NaCl 來說，KCl 具有較高的相對分子質量，使得相同質量的兩種鹽中替代組Cl-含量更低。干腌過程中替代組鹽分含量上升速度更快，可能是由于Na+的電荷密度（0.043 單位電荷/分子量）高于K+的電荷密度（0.026單位電荷/分子量），因此K+更易于在肌肉中擴散[16]。同時，由于鹽分擴散的協同作用，擴散速度更快的KCl 能加速NaCl 的滲透，縮短火腿的腌制時間[17]。在隨后的風干階段，隨著鹽分滲透到羊腿肌肉中心，分布更加均勻，使得鹽分含量逐漸增加；而在發酵成熟期，羊腿中水分含量較少，且環境濕度增加，不利于水分流失，減緩了鹽分上升速度。

圖2 干腌羊火腿加工過程中鹽分含量的變化Fig.2 Changes of salt contents in dry-cured lamb ham during processing

2.3 干腌羊火腿加工過程亞硝酸鹽的變化

由圖3可以發現，加工過程中兩組羊火腿亞硝酸鹽含量變化趨勢一致，均為先快速上升再迅速下降，這與金華火腿及意大利帕爾馬火腿加工過程中亞硝酸鹽含量的變化相似[18-19]。腌制結束后，亞硝酸鹽含量迅速上升，在低溫風干階段達到最大值。本試驗加工過程未添加亞硝酸鹽，推測在腌制及風干過程中亞硝酸鹽的快速上升可能來自腌制用鹽，而后期亞硝酸鹽的下降與肉品中存在降低亞硝酸鹽的微生物以及加工后期亞硝酸鹽的降解有關[18]。亞硝酸鹽降解生成的NO與羊腿中肌紅蛋白反應起顯色作用，導致中溫發酵和高溫成熟階段產品中亞硝酸鹽含量快速下降。替代組產品的亞硝酸鹽含量（以NaNO2含量計）顯著低于對照組（P＜0.05），這與K+更易在肌肉中擴散有關。KCl在肌肉中的擴散帶動了NaCl的擴散，使25%KCl替代組產品鹽分含量增加速度更快，可更好地抑制微生物的作用，加速亞硝酸鹽含量的下降。

圖3 干腌羊火腿加工過程中亞硝酸鹽含量的變化Fig.3 Changes of nitrite contents in dry-cured lamb ham during processing

2.4 干腌羊火腿加工過程色澤的變化

在干腌羊火腿加工過程中，水分含量的降低，肌肉蛋白和脂肪的氧化降解都會改變肉品顏色。如圖4A 所示，在加工過程中，L*值整體呈下降趨勢，說明隨著加工時間的延長，干腌羊火腿的顏色逐漸變暗，但KCl 替代組和對照組最終產品無顯著性差異。由圖4B 可見，在干腌過程中，由于水分的快速流失，鹽分滲透加速蛋白質水解，使得兩組產品顏色變暗，a*值快速下降，隨后從低溫風干階段到高溫成熟過程，兩組產品a*值快速上升，可能是由于亞硝酸鹽分解生成的NO 與肌紅蛋白反應，提高了產品的a*值[20]。已有研究表明，無硝火腿中紅色的產生與Zn-原卟啉Ⅸ（ZnPP）密切相關，ZnPP 含量會隨著鹽分的增加而上升，且加工后期微生物的生長也能促進ZnPP的形成，從而改善肉色[21]。由圖4C可見，兩組產品在加工過程中b*值均呈上升趨勢，可能與脂肪氧化后生成的黃色有機物質相關[4]，強化高溫期b*值上升速度加快，這與脂肪的氧化加劇和肌紅蛋白氧化相關[22]。C值代表著產品色澤的鮮艷程度。由圖4D可見，C值呈現先下降后上升的趨勢，說明干腌羊火腿在發酵成熟階段色澤逐漸變得鮮艷。KCl替代組和對照組最終產品之間的L*、a*、b*和C值均無顯著差異，說明25%KCl 替代NaCl 對干腌羊火腿顏色無不良影響，這與Wu 等[23]的研究結果一致。

圖4 干腌羊火腿加工過程中色澤的變化Fig.4 Changes of the color in dry-cured lamb ham during processing

2.5 干腌羊火腿揮發性風味物質分析

研究發現，腌臘肉制品中揮發性風味物質主要來自于加工過程中蛋白質與脂肪的降解氧化[24]。氨基酸作為一些特征風味物質前體，能夠為肉制品提供鮮味[25]，同時一些支鏈氨基酸在高溫成熟階段還能參與美拉德反應和斯特雷克（Strecker）降解反應生成支鏈醛類、酮類、醇類、酸類等風味物質[23]。利用GC-MS分析后發現，原料羊腿中含有26種揮發性物質，經過加工后，對照組成品中檢測到51 種揮發性物質，KCl 替代成品中檢測到61 種揮發性物質。圖5 為干腌羊腿加工過程中各揮發性風味物質相對含量的變化。

圖5 干腌羊火腿加工過程中各種揮發性風味物質相對含量的變化Fig.5 Changes of relative contents of volatile compounds during processing

2.5.1 芳香烴和環烴類

由圖5A 和表2 可見，干腌結束后兩組產品中芳香烴和環烴類化合物總相對含量均迅速下降，隨后緩慢上升，最終KCl 替代組成品的總相對含量顯著高于對照組（P＜0.05）。萜烯類物質是最具代表性的揮發性風味物質之一，在羊火腿風味中起著重要作用。原料中含有較高含量的萜烯類物質，包括檜烯、D-檸檬烯、α-蒎烯和β-蒎烯。這可能是因為羊腿原料來自內蒙古，主要飼養方式為牧草飲食，使得萜烯類物質在動物的肌肉中積累。檸檬烯是植物油中不皂化部分，動物進食后積累在肌肉組織中，能賦予產品新鮮的水果風味[1]。β-蒎烯有樹脂的氣味，而石竹烯為木材的氣味，它們在肉類中的含量受到牧草飲食的影響，是動物受到良好飼養的標志[26]。吡嗪、哌啶、2-戊基呋喃、噻吩等也都能改善產品的香氣。

表2 干腌羊火腿加工過程中芳香烴和環烴類物質相對含量的變化Table 2 Changes of the relative contents of aromatic and cyclic hydrocarbons in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

2.5.2 醛類

醛類因其較低的感知閾值，對干腌肉制品的整體風味有顯著貢獻[27]。兩組干腌火腿加工過程中醛類化合物總相對含量均顯著增加（P＜0.05）。由圖5B 和表3 可見，在中溫發酵時期，KCl 替代組和對照組的醛類化合物總相對含量無顯著差異，而強化高溫后，兩組醛類化合物總相對含量均顯著降低（P＜0.05），可能是由于醛與其他揮發性或非揮發性化合物發生反應。

表3 干腌羊火腿加工過程中醛類物質相對含量的變化Table 3 Changes of aldehydes relative contents in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

火腿加工過程中產生的3-甲基丁醛、苯甲醛和苯乙醛主要與參與美拉德反應和Strecker 降解的支鏈氨基酸有關，這些醛類化合物對干腌羊火腿的風味有很大影響[1]。3-甲基丁醛來源于亮氨酸，在發酵成熟時期顯著增加，強化高溫成熟后顯著下降，這是由于本試驗強化高溫的溫度可以增強美拉德反應和Strecker 降解[3]。KCl 替代組和對照組中3-甲基丁醛的相對含量在加工過程中無顯著差異。苯乙醛作為苯丙氨酸通過Strecker 降解得到的產物[27]，在生產過程中其相對含量也是先增加后減少。己醛是干腌羊火腿成品中含量最豐富的直鏈脂肪醛，它來源于n-6脂肪酸，如亞油酸和花生四烯酸的氧化[28]。

2.5.3 醇類

由圖5C和表4可以看出，兩組干腌火腿的醇類化合物總相對含量在腌制后先減少后增加，強化高溫結束時，對照組產品中醇類化合物總相對含量顯著高于KCl替代組（P＜0.05）。羊火腿加工過程中產生了香味閾值相對較低的3-甲基丁醇和2-甲基丁醇，它們可通過3-甲基丁醛和2-甲基丁醛的還原產生，也可能來自于亮氨酸和異亮氨酸參與的Strecker反應[29]。兩組火腿產品之間的3-甲基丁醇的相對含量無顯著差異，但KCl替代組產品中2-甲基丁醇的相對含量顯著低于對照組（P＜0.05）；1-丁醇和2-丁醇的產生可能與丁醛的降解有關；在兩組成品火腿中，由不飽和脂肪降解產生的低氣味閾值的1-辛烯-3-醇含量無顯著差異，這表明25%KCl的替代可能不會增強脂肪分解。

表4 干腌羊火腿加工過程中醇類物質相對含量的變化Table 4 Changes of alcohols relative contents in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

2.5.4 烷烴和烯烴類

由圖5D和表5可見，對照組中烷烴和烯烴類物質的相對含量從干腌結束至低溫風干階段迅速上升隨后快速下降，KCl替代組最終產品中烷烴和烯烴類化合物總相對含量顯著高于對照組（P＜0.05）。由于烷烴和烯烴類化合物具有相對較高的氣味閾值，對產品的氣味貢獻不大。直鏈脂肪烴主要來源于脂肪氧化，在高溫成熟結束后，直鏈脂肪烴含量在兩組間無顯著差異，如己烷和庚烯，這與1-辛烯-3-醇的檢測結果一致。

表5 干腌羊火腿加工過程中烷烴和烯烴類物質相對含量的變化Table 5 Changes of alkanes and alkenes relative contents in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

2.5.5 酮類

由圖5E和表6可見，KCl替代組的羊火腿酮類化合物總相對含量在風干結束時達到最大值，隨后迅速降低；而對照組的酮類化合物總相對含量在成熟結束后達到最高值。對照組成品中相對含量最高的酮類化合物是2,3-辛二酮，鹽替代組中2-庚酮和2-壬酮的相對含量較高；在干腌階段，2-酮類的相對含量略有增加，使產品具有黃油味，直鏈2-酮的生成與肉制品表面霉菌的β-氧化能力有關[30]。在兩組最終產物中發現了通過美拉德反應形成的3-辛烯-2-酮，說明強化高溫成熟工藝可促進美拉德反應，提升干腌羊火腿的風味品質。

表6 干腌羊火腿加工過程中酮類物質相對含量的變化Table 6 Changes of ketones relative contents in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

2.5.6 酯類

酯類風味物質具有果香味，且閾值很低，對干腌肉制品的整體風味有重要影響。肉制品中的酯類物質可通過微生物調控生成，也可由酸與醇之間的酯化反應產生[31]。如表7所示，兩個處理組中的支鏈短鏈酯是發酵肉制品的特征風味物質。本試驗中，KCl替代組的酯類化合物總相對含量從干腌結束至強化高溫結束一直高于對照組（圖5F），因為高Na+濃度可抑制微生物生長，從而降低干腌肉制品中酯酶的活性[22]。相對低溫風干階段，最終產品的酯類化合物總相對含量顯著減少（P＜0.05），可能是由于強化高溫成熟加速了產品中酯類物質揮發，且原料羊腿脂肪含量較低，表面皮層薄，也使得加工后期酯類物質損失。

2.5.7 酸類

如表8所示，兩組加工過程只檢測到4種酸類物質。乙酸存在于中溫發酵期，火腿中乙酸可能來自碳水化合物的微生物代謝或高溫成熟溫度階段的美拉德反應[32]。支鏈羧酸由微生物或者通過美拉德反應氧化醛而產生，對產品的風味有重要影響。本研究中，成品火腿中主要的酸類化合物具有奶酪香氣，閾值較低的3-甲基丁酸在最終產品中產生，這與3-甲基丁醛在羊火腿加工過程中發生氧化相關[27]。辛酸的形成主要源于脂類的水解。

表8 干腌羊火腿加工過程中酸類物質相對含量的變化Table 8 Changes of acids relative contents in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

2.5.8 含硫和含氯化合物

由表9 可以看出，作為肉制品中的氣味活性成分，2-甲基二硫化物在兩組中均被檢測出，其賦予產品大蒜和洋蔥的味道，這可能與含有硫甲基的氨基酸通過Strecker 降解進行分解代謝相關[1]。由于其閾值很低，因此相對含量較低的硫化合物對火腿的整體風味可能有更好的貢獻，使其相對含量更低的替代組在風味上表現更佳。羊火腿中揮發性含氯化合物1,3-二氯苯可能來自包裝材料或農藥殘留[33]。

表9 干腌羊火腿加工中硫和氯化物相對含量的變化Table 9 Changes of sulfur and chloride compounds relative contents in dry-cured lamb ham during processing 單位：%

3 結論

本研究結果表明，相對于100% NaCl 加工的產品，25% KCl 替代NaCl 協同強化高溫成熟技術對產品的水分含量、水分活度、鹽分含量、亞硝酸鹽含量及色澤無不良影響，加工過程中兩組羊火腿的理化指標變化趨勢基本一致。通過GC-MS 分析發現，25%KCl 替代NaCl 增加了Strecke 醛的含量，如3-甲基丁醛，它對火腿的整體風味有重要影響。同時KCl替代NaCl 也促進了產品中3-甲基丁酸的生成，抑制硫化物的形成。說明KCl 替代NaCl 協同強化高溫成熟工藝能改善產品的理化性質和風味品質，且降低了產品中的Na+含量，是一種健康可行的干腌肉制品加工方法。