核磁共振法研究山梨糖醇對發酵香腸的保水性和質構的影響

郇延軍，閆曉蕾，孫冬梅，趙亞娟，許 偉，趙 杰

(1.江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.南通壽星食品有限公司，江蘇 南通 226531)

核磁共振法研究山梨糖醇對發酵香腸的保水性和質構的影響

郇延軍1，閆曉蕾1，孫冬梅1，趙亞娟1，許 偉1，趙 杰2

(1.江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.南通壽星食品有限公司，江蘇 南通 226531)

利用低場核磁共振技術，研究發酵香腸加工過程中自由水、不易流動水及結合水的變化，并研究山梨糖醇對發酵香腸加工過程中3種水分變化的影響。結果表明：隨著發酵和干燥過程的進行，發酵香腸中3種水分的活度逐漸下降。在發酵香腸的加工時間相同時，山梨糖醇的加入能夠降低不易流動水和自由水的活度，當添加量較大(10%)時，也能夠降低結合水的活度。當保持發酵香腸的最終aw為0.87時，添加12%的山梨糖醇能夠使發酵香腸的加工時間由25.8h降低到8.8h，有效縮短發酵香腸的生產周期，并且能夠改善發酵香腸的質構，有效改善發酵香腸口感硬、難咀嚼的特點。

核磁共振；發酵香腸；山梨糖醇；保水性

核磁共振是應用于食品領域的一項新技術，它可以從微觀上研究食品內部水分的分布和遷移情況，具有快速、無損、準確的特點[1]。水分作為食品的重要組成部分，其在食品中的含量、分布和存在狀態的差異對食品的品質和保藏性等有明顯的影響[2]。因此，多年以來，aw被作為微生物生存和成長的一個指示條件。但是，食品體系是不均一的，水分存在于食品內部的不同區域內，而在不同部位內的水分由于其結合程度等的不同會具有不同的aw，因此，區分并研究不同部位水分的性質也是非常重要的[3]。研究食品在加工及保藏過程中水分分布，準確、快速地測量和控制食品的含水量具有重要意義。

發酵香腸是指將絞碎的肉(通常是豬肉或牛肉)和動物脂肪同鹽、糖、香辛料等混合后灌進腸衣，經過微生物發酵和成熟干燥(或不經成熟干燥)而制成的具有穩定的微生物特性和典型發酵香味的肉制品[4]。目前，我國發酵香腸在生產中存在一定的弊端和不足。大致可以分為3個方面：1)生產周期長；2)發酵香腸得率低(通常在70%左右)；3)發酵香腸的水分含量低，造成發酵香腸干硬、難咀嚼、口感差。多羥基醇類物質，不僅能夠改善肉制品的口感和質構，還具有一定的保水、降低發酵香腸aw的作用[5-7]。由于發酵香腸在發酵和干燥成熟階段，是一個水分不斷丟失、aw不斷下降的過程，可以通過一些水分含量及活度的測定從宏觀上來表述這個過程，但是要想從微觀上對3種水分進行分析，需要借助核磁共振的方法。

由于傳統的中式香腸生產周期長，因此，縮短發酵香腸成熟時間的研究仍是目前的一個重要的研究方向。近年來，國外有許多研究人員致力于研究酶制劑對發酵香腸發酵和成熟的作用，主要目的是試圖用酶取代發酵劑添加于發酵香腸中，以求達到微生物作用的效果，縮短成熟時間[8]。例如：Hagen等[9]分別對類干酪乳桿菌來源的蛋白酶制劑、脂肪酶和一些來自副干酪乳芽孢桿菌屬歧菌株NCDO中得到的細菌蛋白酶應用于發酵香腸中，加速干香腸的后熟進行了研究。

它們的評價標準是一致的，即在不影響發酵香腸風味的條件下，縮短成熟的時間。但卻忽略了發酵香腸的安全性和保藏性問題(成熟時間短、水分丟失少，有利于微生物的生存)。因此，縮短生產時間同時又兼顧安全性問題顯得尤為重要。

本實驗結合低場核磁共振的方法，研究發酵香腸在發酵和干燥過程中水分的遷移和分布，驗證多羥基醇類物質(以山梨糖醇為例)的保水和降低aw的作用，旨在為山梨糖醇應用于發酵香腸的生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 原輔材料

豬肉購于超市冷鮮肉。

山梨糖醇(食品級) 邁潮(上海)進出口貿易有限公司；L-抗壞血酸鈉(分析純) 中國醫藥集團上海化學試劑公司；亞硝酸鹽(分析純) 國藥集團化學試劑有限公司。

食鹽、蔗糖、紅曲粉、胡椒粉、五香粉、姜粉、味精、冰水、淀粉等。

1.2 儀器與設備

NMI20型核磁共振儀 上海紐曼電子科技有限公司；Win-MRIXP程序軟件 華東師范大學；TA-XT plus型質構分析儀 英國Stable Micro Systems公司；Novasina Ms1-aw便攜式水分活度儀 瑞士華嘉香港有限公司；C/E22型絞肉機、C/710型手動灌腸機 意大利LaMinerva公司；BYXX-50型煙熏爐 杭州艾博科技工程有限公司；SPX型智能生化培養箱 南京實驗儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 發酵香腸的制作

1.3.1.1 發酵香腸配方

肥肉、瘦肉質量比3:7，按照肉的質量分數加入食鹽3%、蔗糖1%、味精1%、L-抗壞血酸鈉0.1%、亞硝酸鈉0.015%、紅曲粉0.1%、調味料(胡椒粉、五香粉、姜粉質量比1:1:1)0.2%。

1.3.1.2 工藝流程

原料肉清洗→修整→切塊→絞肉(用孔徑為5mm的絞肉機進行絞肉)→灌制成型→37℃發酵24h→55℃烘烤24h→室溫保藏

1.3.2 核磁共振實驗

分別在37℃發酵0、10、17、24h及55℃烘烤10、17、24h取一定量的香腸樣品，絞碎后用生料帶包好，進行核磁共振實驗，每個實驗平行3次。

實驗參數為：磁場強度為0.5T，共振頻率為22MHz，采樣點數TD=160128，重復掃描個數NS=16，過采樣倍數10，重復時間5s，回波鏈長度1.6s。掃描實驗結束后，利用反演軟件擬合出T2值。

1.3.3 水分含量、aw、發酵香腸得率的測定

水分含量的測定參照GB/T 5009.3ü2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定》，aw直接采用水分活度儀測定。具體方法為：在55℃烘烤階段，每隔6h和1h取樣，測定發酵香腸的aw。計算發酵香腸得率。

1.3.4 質構分析

將煙熏香腸切成15mm長的圓柱，進行TPA全質構[10-11]分析。探頭使用P/25鋁制探頭，壓縮比設為40%。數值設定：測前速率2.0mm/s，測試速率1.5mm/s，測后速率5.0mm/s。

1.3.5 數據處理

采用SPSS11.5數據分析軟件對數據進行處理

2 結果與分析

2.1 發酵0h香腸的核磁共振圖譜

圖1 發酵0h香腸的核磁共振圖譜Fig.1 NMR prof i le of non-fermented sausages

圖1為發酵0h的核磁共振的圖譜，實驗中發現樣品一般會出現3～4個峰[12]，大致可以把發酵香腸的橫向馳豫時間T2分為3個部分：T21(0～10ms)、T22(10～100ms)、T23(100～1000ms)。其中T2l可能表示蛋白質分子表面的極性基團與水分子緊密結合的水分子層，即結合水；T22表示存在于肌纖絲、肌原纖維及膜之間，占總積分面積的90%左右，即不易流動水；T23表示存在于細胞外的間隙中能自由流動的水，即自由水[13-15]。實際上，除肉中存在的可以完全自由移動的那部分水分外，其他的水分都是以不同的程度被束縛著[16]。馳豫時間T2的大小代表水分流動性的強弱，水分結合得越緊密馳豫時間越短，質子密度代表相應水分的信號強度[17]。

2.2 發酵香腸加工過程中水分的變化與遷移

分別在37℃發酵前、發酵10、17、24h及55℃烘烤10、17、24h，取一定質量的發酵香腸，用生料帶包好，進行核磁共振實驗。

表 1 發酵香腸加工過程中弛豫時間及相對面積的變化(±s,n=3)Table 1 Changes in relaxation time and relative area during theproduction of fermented sausages (±s,n=3)

表 1 發酵香腸加工過程中弛豫時間及相對面積的變化(±s,n=3)Table 1 Changes in relaxation time and relative area during theproduction of fermented sausages (±s,n=3)

注：同列字母不同表示差異顯著(P＜0.05)。下同。

T22加工過程T21T23相對面積/%馳豫時間/ms相對面積/%馳豫時間/ms相對面積/%馳豫時間/ms發酵0h3.09f0.54b4.64f0.34a93.47f1.44a57.22f2.64a3.43f0.66a265.61f0.00a發酵10h 2.57f0.47b4.64f0.34a93.11f1.27a49.77f2.52b4.31f0.74a231.01f0.00b發酵17h 1.81f0.36a4.03f0.40a92.19f1.18a43.28f0.00c5.99f0.78ab200.92f0.00c發酵24h 1.99f0.25a4.64f0.33a88.52f1.02b32.74f0.00d9.48f1.04b200.92f0.00c烘烤10h 2.44f0.42b5.34f0.72a88.56f1.14b32.74f0.00d9.00f0.92b200.92f0.00c烘烤17h 2.47f0.44b2.01f0.29b91.99f1.26a24.77f0.00e5.53f0.60a114.98f10.20d烘烤24h 4.63f0.60c2.66f0.46b90.38f1.09a21.54f0.00e4.98f0.64a114.98f10.20d

由表1可知，隨著加工時間的進行，T22和T23的馳豫時間逐漸降低，即自由水與不易流動水的活度逐漸降低，發酵香腸的加工過程即為一個水分逐漸丟失，水分活度逐漸降低的過程。相對面積是指每部分水的峰面積與總峰面積的比值，從不同部分水的相對面積來看，發酵初始階段，結合水和不易流動水的相對面積逐漸降低，自由水的相對面積逐漸升高，這是因為，發酵過程是微生物分解糖類產酸，大分子物質(蛋白質、脂肪)降解，產生風味物質的過程，這些大分子的降解，使得它們結合的水分的量減少，隨著發酵的進行，這部分水分逐層向外擴散，但是由于發酵的溫度較低，水分散失的速率較慢，就造成了自由水的相對面積升高。而在烘烤過程中，溫度較高，自由水分的散失速率較快，因此在烘烤過程中自由水所占比例逐漸降低，其他兩部分水的相對比例升高。

2.3 山梨糖醇對發酵香腸加工過程中水分的變化與遷移的影響

在發酵香腸的基本配方的基礎上，分別加入0%、5%、10%的山梨糖醇，在發酵0、10、17、24h及烘烤10、17、24h分別取樣進行核磁共振實驗。

由圖2、3可知，添加山梨糖醇能夠顯著降低發酵香腸加工過程中的馳豫時間值，即在相同的加工時間時，加山梨糖醇的樣品具有比空白樣品更低的aw[18]，有利于發酵香腸的保藏。空白樣品、5%山梨糖醇樣品及10%山梨糖醇的樣品T22值分別由57.22、57.22、57.22ms降低到21.54、18.74、16.30ms，同樣山梨糖醇的添加也能使這部分不易流動水的活度降低。在烘烤24 h時，加5%與10%山梨糖醇樣品的T23值分別由265.61、265.61ms降低到86.97ms和75.65ms，二者都小于100ms，已經進入不易流動水的范圍內，可以認為體系內的自由水已經蒸發完全。而空白樣品T23值由265.61ms降低到114.98ms，其值還大于100ms，說明這部分水還具有自由水的性質，其aw還是相對較高的。而由表2可知，T21的值會出現一定的波動，但從總的趨勢上來看：山梨糖醇的加入也能在一定程度上降低T21的值，且在添加量較大(10%)時，效果尤為明顯。

的影響Fig.2 Effect of sorbitol on the T22relaxation time of fermented sausages圖 2 山梨糖醇對發酵香腸加工過程中T22

圖 3 山梨糖醇對發酵香腸加工過程中T23的影響Fig.3 Effect of sorbitol on the T23relaxation time of fermented sausages

表 2 山梨糖醇對發酵香腸加工過程中T的影響(±s,n=3)21Table 2 Effect of sorbitol on the T21relaxation time of fermented sausages (±s,n=3)

表 2 山梨糖醇對發酵香腸加工過程中T的影響(±s,n=3)21Table 2 Effect of sorbitol on the T21relaxation time of fermented sausages (±s,n=3)

添加量/%發酵時間/h烘烤時間/h 0101724101724 06.14f0.52a4.64f0.48a4.04f0.45a4.64f0.48a5.34f0.51a2.01f0.15a2.66f0.21a56.14f0.52a4.64f0.48a4.04f0.45a5.34f0.51a1.75 f0.27b2.01f0.15a2.01f0.15b105.34f0.51a1.53f0.29b1.75f0.27b1.52f0.29b2.01f0.15b1.75f0.11b2.01f0.15b

綜上所述，山梨糖醇的加入能夠降低發酵香腸加工過程中不易流動水和自由水的活度，在添加量較大時也能夠降低結合水的活度。這是因為山梨糖醇分子中含有六分子的羥基，這些羥基能夠與水分子以氫鍵的形式結合[19]，使體系內水的流動性降低，活性也降低。除此之外，山梨糖醇還具有一定的螯合作用，它能夠螯合體系內的金屬離子[20]，這也是其保持水分的一個原因。山梨糖醇對自由水及不易流動水有比較好的結合作用，在添加量較高，體系結構在一定程度被破壞時，山梨糖醇也能夠結合體系中的原來的那部分結合水。因為隨著食品加工過程的進行，一些大分子物質(蛋白質、脂肪等)會發生降解，體系的網狀結構被破壞，從而使與大分子結合的結合水分被釋放，當山梨糖醇添加量較大時，它也能夠在一定程度上結合這些水分。

2.4 山梨糖醇添加量對發酵香腸加工時間、水分含量及發酵香腸得率的影響

圖 4 山梨糖醇對發酵香腸干燥過程中aw的影響Fig.4 Effect of sorbitol on the water activity of fermented sausages as a function of drying time

由圖4可知，山梨糖醇添加0%、1%、5%、8%、10%、12%時，當aw到達0.87時，所需要的時間約為24、24、21、12、10、9h。當在一個較短的時間范圍內時，發現發酵香腸的aw與時間成較好的線性關系，因此，繼續逼近，在所確定的時間兩端每隔1h取樣一次，測定其aw的變化(圖5～8)。由線性方程可以計算出，當aw達到0.87時，山梨糖醇添加量為0%、1%、5%、8%、10%、12%的樣品所需要的時間為25.8、24.4、20.7、12.1、10.3、8.8h。由此可見，在保持最終aw一致時，山梨糖醇的加入能夠有效的縮短發酵香腸的加工時間，縮短其生產周期，這對發酵香腸的工業化生產及降低生產成本是極其有效的。

的影響Fig.5 Linear relationship between water activity of fermented sausages with 0% or 1% added sorbitol and drying time圖 5 添加0%和1%山梨糖醇對發酵香腸干燥過程中aw

圖 6 添加5%山梨糖醇對發酵香腸干燥過程中aw的影響Fig.6 Linear relationship between water activity of fermented sausages with 6% added sorbitol and drying time

圖 7 添加8%山梨糖醇對發酵香腸干燥過程中aw的影響Fig.7 Linear relationship between water activity of fermented sausages with 8% added sorbitol and drying time

圖 8 添加10%、12%山梨糖醇對發酵香腸干燥過程中aw的影響Fig.8 Linear relationship between water activity of fermented sausages with 10% or 12% added sorbitol and drying time

圖 9 山梨糖醇添加量對發酵香腸水分含量的影響Fig.9 Effect of sorbitol on the moisture content of fermented sausages

圖9、表3為保持發酵香腸的最終aw為0.87時，山梨糖醇添加量對發酵香腸水分含量及發酵香腸得率的影響，由于本身烘烤時間的降低，以及山梨糖醇本身的持水作用，使得發酵香腸的水分含量及發酵香腸得率都有很大的提高。其中水分含量由36%提高到39%左右，而發酵香腸的得率提高顯著，由75%提高到94%左右，由于發酵香腸得率的提高可以分為兩部分的作用，如表3所示，其中一部分是由于持水劑的加入自身貢獻，另一部分是持水劑山梨糖醇的加入促進了水分的保持，從而提高了發酵香腸的得率。

表 3 山梨糖醇添加量對發酵香腸得率的影響Table 3 Effect of sorbitol on the yield of fermented sausages

綜上所述，山梨糖醇的添加對降低發酵香腸的生產周期，提高發酵香腸的水分含量及aw是有明顯的作用的。

2.5 山梨糖醇對發酵香腸質構的影響

將熏煮香腸切成15mm長的圓柱，進行TPA全質構分析[21-22]。表4為發酵香腸的最終aw為0.87時，香腸的全質構測定的結果。

表 4 山梨糖醇添加量對發酵香腸質構的影響(±s,n=3)Table 4 Effect of sorbitol on the texture of fermented sausages(±s,n=3)

表 4 山梨糖醇添加量對發酵香腸質構的影響(±s,n=3)Table 4 Effect of sorbitol on the texture of fermented sausages(±s,n=3)

評價指標山梨糖醇用量/% 0 1 5 8 1012硬度/g4107f126a4131f113a3774f89b3516f75b3432f104c3390f112c彈性0.784f0.011a0.786f0.011a0.787f0.009a0.783f0.010a0.792f0.012a0.790f0.014a咀嚼性/g1952f64a2016f59a1853f46b1748f79b1778f83b1764f85b回復性0.221f0.004a0.217f0.003a0.222f0.003a0.234f0.005b0.243f0.004b0.245f0.004b內聚性0.606f0.007a0.621f0.006b0.624f0.003b0.635f0.006b0.654f0.007b0.659f0.009b

由表4可知，山梨糖醇的加入能夠明顯改善發酵香腸的質構，當山梨糖醇的添加量≥5%時，能夠顯著(P＜0.05)降低發酵香腸的硬度，這是因為山梨糖醇的加入能夠提高發酵香腸的水分含量，即發酵香腸的固形物含量降低，發酵香腸的硬度降低。咀嚼性為硬度、彈性及內聚性的乘積，可以作為表示發酵香腸的口感和耐咀嚼程度的一個重要指標。而口感干硬，比較難咀嚼是目前發酵香腸生產中存在的一個重要問題。添加山梨糖醇能夠有效(P＜0.05)降低發酵香腸的發酵香腸的咀嚼性，使得發酵香腸更易咀嚼，更易被消費者接受。同時，山梨糖醇的加入能夠改善發酵香腸的回復性和內聚性，但對發酵香腸的彈性沒有明顯的改善作用。

3 結 論

3.1 核磁共振法能夠按照結合程度的不同，區分肉中的自由水、不易流動水和結合水。并且能夠研究發酵香腸中加工這3種水分的遷移和變化。

3.2 利用核磁共振法研究發現，在發酵香腸的加工時間相同時，山梨糖醇的加入能夠降低不易流動水和結合水的活度，當添加量較大(10%)時，也能夠降低結合水的活度。

3.3 當保持發酵香腸的最終aw為0.87時，山梨糖醇的加入可以有效的縮短發酵香腸的干燥時間，當添加12%的山梨糖醇時，使發酵香腸的加工時間由25.8h降低到8.8h，縮短到1/3，有效的縮短了生產周期。

3.4 對發酵香腸全質構分析發現，添加山梨糖醇能夠有效的改善發酵香腸口感硬、難咀嚼的特點。對發酵香腸的回復性和內聚性也有一定的改善作用。

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Effect of Sorbitol on Water Holding Capacity and Texture of Fermented Sausages as Determined by NMR

HUAN Yan-jun1，YAN Xiao-lei1，SUN Dong-mei1，ZHAO Ya-juan1，XU Wei1，ZHAO Jie2
(1. School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China；2. Nantong Shouxing Co. Ltd., Nantong 226531, China)

Low-f i eld NMR was used to study the distribution and changes of constitutional water, immobilized water and free water during the production of fermented sausages and the effect of sorbitol on the three types of water. The activity of the three kinds of water descended gradually during fermentation and drying. Addition of sorbitol reduced the activity of immobilized water and free water. The activity of constitutional water also declined in the presence of a high level of sorbitol (10%). Addition of 12% sorbitol shortened the drying time from 25.8 h to 8.8 h when fi nal water activity was controlled to be 0.87. The TPA results showed that sorbitol effectively improved the quality and taste of fermented sausages.

nuclear magnetic resonance (NMR)；fermented sausages；sorbitol；water holding capacity

TS251

A

1002-6630(2013)01-0022-05

2011-09-06

國家自然科學基金項目(31071569)

郇延軍(1963ü)，男，副教授，博士，研究方向為肉品科學與品質控制。E-mail：yanjunhuan@yahoo.com.cn