任倩,張廣峰,雷激,張俊,蘇菲煙,劉江
(西華大學 食品與生物工程學院,四川 成都,610039)
隨著生活水平的提高,消費者對于肉制品健康消費的理念逐年上升,高鈉飲食已被證實是導致心腦血管疾病的主要因素之一[1]。火腿腸制品作為市面上較為成熟的肉制品,含鹽量大致在2%~4%,而國標GB 28050—2011《食品安全國家標準預包裝食品營養標簽通則》[2]對于低鹽產品的規定≤120 mg/100g,目前市場上的商品離這一標準相距甚遠,因此如何有效降低肉制品中的鈉鹽含量,成為肉制品加工行業亟待解決的課題。但直接減少食鹽添加量會對產品風味、口感、質構和保質期產生不利影響,生產企業一般通過添加風味提升物、品質改良劑等并輔助以品質改良加工技術來優化產品品質。
KCl由于與NaCl具有相似的理化性質,因此可以作為理想的NaCl替代物,不但可以抑制微生物的生長,還可減鈉補鉀,對于高血壓的防治有積極的效用。但KCl本身具有苦澀味,會給產品風味帶來不利的影響,因此一般在產品中使用KCl及其混合鹽來同時滿足產品的質量需求。風味提升物質與鈉鹽一起使用可以強化人體味覺感受,其主要機制是通過風味物質來激活口腔和舌上的味覺受體,從而彌補鈉鹽添加量減少引起咸味下降的缺點或者起到掩蔽作用,同時改善KCl的添加對產品風味帶來的不利影響。有研究表明,生姜與食鹽協同作用可以起到防腐作用,且對低鹽產品的不利風味帶來掩蔽的作用[1,3-7]。
超高壓技術是近年來非熱加工技術的研究熱點,它是指將100~1 000 MPa的靜態液體壓力加于處理制品上,同時保持一段時間,以達到殺菌、破壞酶以及改善物料結構和特性為加工目的處理手段[8]。超高壓技術能夠引起食品成分、非共價鍵(氧鍵、離子鍵和疏水鍵等)的破壞或形成,使食品中的酶、蛋白質、淀粉等生物高分子物質分別失活、變性和糊化,并殺死食品中細菌等微生物,從而達到食品滅菌保藏和加工的目的。超高壓處理對食品作用均一、迅速,不受體積和形狀的限制,對食品的營養和風味破壞較小;可改變肉的分子組成,增強肉凝膠的穩定性,修改蛋白質、多糖等生物大分子的質構,因此可以達到用少量的鹽來保持肉品持水力和改善肉品質地的目的[9-15]。
本研究致力于將鈉鹽替代技術與超高壓技術相結合,探索一種低溫豬肉火腿腸的降鹽工藝,對于傳統火腿腸制品的開發以及低鹽肉制品降鹽工藝的研究有積極的意義。
豬肉,八角,桂皮,白芷,肉蔻,草果,食鹽,白砂糖,味精,玉米淀粉,生姜粉,均為市售。
添加劑:大豆分離蛋白,卡拉膠,D-異抗壞血酸鈉,六偏磷酸鈉,三聚磷酸鈉,焦磷酸鈉,亞硝酸鈉,紅曲紅,均為食品級,湖北興發化工集團有限公司。
氯化鉀,乳酸鉀,均為食品級,河南味到化工產品有限公司;L-賴氨酸,L-精氨酸,抗壞血酸鈣,均為食品級,河北華陽生物科技有限公司。
膠原蛋白腸衣(直徑19 mm),廣州德福隆生物科技有限公司。
LG-001型多功能碎肉機,佛山市億用電器科技有限公司;AUX-J19型食品加工機(絞肉機),佛山市海迅電器有限公司;BPG-9070A精密鼓風干燥箱,上海一恒科學儀器有限公司;TA-XT2i型質構儀,英國Stable Micro System有限公司;PEN3電子鼻,北京盈盛恒泰科技有限責任公司;三恩馳NR110色差儀,昆山恒港電子科技有限公司;TD-5M臺式低速離心機,四川蜀科儀器有限公司;HPP600MPa/3-5L型超高壓食品處理試驗設備,上海沃迪智能裝備股份有限公司。
火腿腸制作工藝流程:
原料肉→去雜精選→絞制→超高壓處理→低溫腌制→斬拌乳化→灌腸→烘烤→蒸煮→冷卻→真空包裝→低溫貯藏
(1)原料肉的挑選:選取一定的肥膘與精肉搭配,肥瘦比約為2∶8~3∶7左右,冷卻到3~5 ℃后再進行加工。
(2)絞制:將原料瘦肉剔除結締組織以及可見脂肪部分,用絞肉機將其絞成肉餡待用,將肥膘切成1~2 cm見方的小塊待用。
(3)超高壓處理:將絞制后的肉餡裝袋后進行超高壓處理,超高壓條件為200 MPa保持10 min,處理后待用。
(4)低溫腌制:將絞制后的瘦肉部分加入腌制劑,肥肉部分加入一定比例的食鹽單獨腌制,均放入4 ℃左右環境腌制約24 h。
(5)斬拌[16]:先將腌制后的瘦肉部分干斬30 s,低速(1 000 r/min);然后加入輔助調味料與肥肉,先低速15 s后高速15 s循環交替,總斬拌時長3 min,在此過程中將冰屑分次加入;最后加入大豆分離蛋白、淀粉、卡拉膠與剩余的冰水,高速(2 000 r/min)斬拌2 min左右;保持肉糜溫度在10 ℃左右[17]。斬拌輔料配方(以原料肉質量計):桂皮0.03%,八角0.03%,肉蔻0.108%,草果0.036%,白芷0.045%,味精0.025%,白糖0.9%,淀粉6%,大豆分離蛋白2%,卡拉膠1%。斬拌后的肉糜應使原料肉與輔料充分結合,達到最佳的乳化效果。
(6)灌腸:將斬拌好的肉餡進行灌腸,保證腸體緊密度適中,在加工過程中避免產生氣泡,如有可見氣泡要用細針頭進行排除,謹防腸餡呈蜂窩狀或腸體表面凹陷,影響外觀質量。
(7)烘烤:將灌制好的腸體放入60 ℃[7]烘箱中烘烤30 min,利于腸體的外觀定型與發色,烘烤至腸體呈現較均勻的淺磚紅色,腸體含水量在55%左右,使腸體外觀具有彈性而不會失水塌陷。
(8)蒸煮:將烘烤定型后的火腿腸置于85 ℃水浴中恒溫蒸煮,用探針式溫度計測定腸心溫度,待腸心溫度達到70 ℃左右[17]時,撈出,快速冷卻至室溫后即得到成品,4 ℃低溫貯藏待檢。
試驗分為對低鹽腌制配方的選擇以及超高壓工藝的應用探索,以感官評分為指標確定風味最佳的低鹽腌制配方后,在此基礎上探索超高壓處理的最佳壓力參數與保壓時間。
1.4.1 低鹽配方
參照GB 28050—2011《食品安全國家標準預包裝食品營養標簽通則》[2]確定低鹽腌制配方中鈉鹽使用量(≤120 mg/100 g),選用KCl、乳酸鉀作為鈉鹽替代物,L-賴氨酸、L-精氨酸作為風味提升物質以及與生姜協同作用,再加入復合磷酸鹽[m(六偏磷酸鈉)∶m(三聚磷酸鈉)∶m(焦磷酸鈉)=10∶30∶17][18-20]、D-異抗壞血酸鈉及亞硝酸鈉等輔料,其中低鹽對照組是指將配方中鈉鹽含量降至國家標準含量但不進行低鹽技術優化。對各組配方進行火腿腸制作,最后對成品進行感官指標分析。
1.4.2 不同壓力條件對產品品質的影響
在相同保壓時間(5 min)下,考察不同的壓力(100、150、200、250、300 MPa)對低鹽火腿腸品質的影響,低鹽腌制配方選用表1中配方4,進行火腿腸制作,對成品進行理化指標分析。

表1 低鹽腌制配方試驗表 單位:%
注:“-”表示添加量為0。
1.4.3 高壓時間對產品品質的影響
選擇相同的壓力條件(200 MPa),考察不同的高壓時間(0、5、10、15 min)對低鹽火腿腸的產品品質影響,低鹽腌制配方選用表1中配方4。
1.5.1 感官評分標準
質量感官評分參照GB 20712—2006《火腿腸》[21],評分標準見表2。
感官評定[22]:邀請10位(5男5女)具有對檢驗產品有專業知識和經驗的食品專業人員組成評定小組,對產品的外觀、色澤、組織狀態、風味、總體可接受度按照評分細則進行感官評分,總分100分,結果取其平均值。

表2 低溫豬肉火腿腸感官評分標準Table 2 Sensory score standard of pasteurized ham sausages
1.5.2 質構特性測定[23]
應用TA-XT2i型質構儀進行產品質構測定,測定參數如下:測前速度2.0 mm/s,測中速度1.0 mm/s,測后速度1.0 mm/s;壓縮比40%,探頭類型P0.5;樣品規格為高10 mm的圓柱體肉餅;測定時環境溫度20 ℃。測定結果主要取硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性的數據平均值,每批測定5個平行樣。
1.5.3 肉糜乳化穩定性測定[24]
對斬拌好的肉糜進行乳化性測定:
按公式(1)、(2)計算:
mT=m0+m1-m2
(1)

(2)
式中:mT,游離出的液體總質量;ES,乳化穩定性。
1.5.4 成品色差測定[25]
將色差儀進行白校正與黑校正,將待測火腿腸制品切成1.0 cm的圓柱,放入樣品盒中,用色差儀O/D測試探頭對樣品進行測定。測試結果用亮度值(L*)、紅度值(a*)、黃度值(b*)及總色差(ΔE)來表示,每批樣測定5個平行樣。
ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2
(3)
1.5.5 保水性測定[23]
將火腿腸制品切成1 cm×1 cm×1 cm的塊狀,準確稱取質量(W1)后置于50 mL帶蓋聚乙烯塑料離心管中,在室溫條件下,4 000 r/min離心50 min,取出用濾紙吸干其表面水分,準確稱取質量(W2),每批樣測定5個平行樣。

(4)
1.5.6 蒸煮損失測定[26]
準確稱取產品蒸煮前后的質量,按公式(5)計算:

(5)
式中:m1,蒸煮前質量;m2,蒸煮后質量。
1.5.7 風味物質測定
電子鼻測定[27]:利用PEN3電子鼻對3種不同加工條件的火腿腸(正常鹽火腿腸、降鹽對照組火腿腸、降鹽最佳火腿腸)的風味差異進行分析。將火腿腸制品切碎后,準確稱取5.0 g樣品置于20 mL頂空瓶中,加蓋密封待檢。電子鼻測定參數如下:樣品檢測時間120 s,氣體流量0.8 L/min,等待時間10 s,每組樣品間的清洗時間為100 s,每組樣重復6次,采用主要成分分析(principal component analysis,PCA),得到3組樣品的風味差異性。
1.5.8 數據處理
從表3可以看出,鈉鹽的減少首先是在感官上帶來咸味屬性的下降,影響了產品固有的風味;其次鈉鹽的減少影響了鹽溶蛋白的溶出,使得產品在后續斬拌時不能較好的包裹住脂肪顆粒,因此不能形成良好的凝膠體系,即體現為產品彈性等下降,咀嚼體驗差,造成整體感官的下降。

表3 低鹽腌制配方產品感官評定表(n=10)Table 3 Product sensory score with different low-salted pickling formula
注:標注字母相同表示P> 0.05,相鄰字母表示P<0.05;相間字母表示P<0.01,下同。
在配方1~4中,試驗選用了鈉鹽替代物(KCl、乳酸鉀)以及風味提升物質(L-賴氨酸、L-精氨酸)、抗壞血酸鈣及生姜協同作用來優化低鹽腌制配方。KCl有與NaCl相似的理化性質,可作為理想的NaCl替代物,而Cl-帶來的苦澀味可由添加的L-賴氨酸及L-精氨酸等風味提升物質來掩蔽[28],其能刺激人體口腔對于味覺感知的受體,從而影響對于低鹽產品品質下降的感知,而抗壞血酸鈣中Ca2+的加入則對肉糜凝膠有重要影響,其能改變肌肉蛋白的電荷強度,引起肌絲間的網絡空間結構發生變化,有研究表明[29],經過Ca+處理的肉,其肌原纖維蛋白片段逐級增加,形成的鈣橋促使負電荷分子間的相互作用達到最大,肉的嫩度、硬度以及穩定性等均有所提高。
配方1中,鈉鹽替代物的使用對降鹽后的產品質構有積極的效用,可建立較為良好的凝膠體系,但是過度的使用會使產品有明顯的苦澀味,嚴重影響風味,因此在配方2~4中,依次調整了KCl、乳酸鉀以及風味提升物、生姜粉以及抗壞血酸鈣的使用量,使得產品在降鹽后依然能具有一定的產品風味,配方4的產品相對感官評分較高,產品無明顯苦澀味,且具有一定產品風味,但是僅依靠腌制配方的改善不能明顯改善產品的質構下降,因此在感官評分最高的配方4的基礎上,在生產工藝中引用超高壓技術來改善低鹽產品質構。
2.2.1 高壓條件對質構特性的影響
試驗選取了彈性、咀嚼性及硬度等具有參考意義的質構指標來評判高壓條件對于降鹽火腿腸的品質影響,從圖1可以看出,正常鹽與降鹽對照組產品質構特性差異顯著,說明鈉鹽對火腿腸產品的質構特性有重要的作用,其能促進鹽溶蛋白質的溶出,使鹽溶蛋白在斬拌工藝中能夠有效包裹脂肪顆粒,是形成較佳的網絡凝膠的必需條件[28]。
在對肉糜進行超高壓處理后,產品的硬度、彈性及咀嚼性均相對于降鹽對照組有顯著提升,與楊慧娟[30]的研究結果相似。在0~300 MPa,相同保壓時間下,隨著壓力增大,產品的質構特性均呈現先增大后減小的趨勢,在200 MPa處取得峰值;而在200 MPa壓力條件下,在0~20 min保壓時長范圍內,隨著時間增大,產品的質構特性也呈現出先增大后減小的趨勢,在10 min處取得峰值。這可能是由于壓力過低時或保壓時間過短時蛋白質溶出程度低,蛋白質濃度不能滿足其很好地包裹住脂肪顆粒,形成凝膠效果差;而過高的壓力或過長的保壓時間使得蛋白質分子被打開,自由水填補到蛋白質氨基酸側鏈周圍,使得蛋白質濃度下降,造成凝膠形成效果減弱[10,14]。

圖1 不同高壓條件對產品質構特性的影響Fig.1 Product texture characteristics under different ultra high pressure conditions注:降鹽對照組是指采用表2中對應降鹽對照腌制配方,而不進行任何超高壓處理的樣品組,下同。
2.2.2 高壓條件對肉糜乳化穩定性的影響
從圖2可以看出,降鹽對照組相比于正常鹽組產品乳化穩定性下降明顯,這是由于鈉鹽的減少使得鹽溶蛋白濃度降低,而鹽溶蛋白作為一種既具有極性氨基酸殘基又有非極性氨基酸殘基的表面活性物質,能夠在凝膠系統中起到連接水和油的乳化媒介作用[31],對肉糜的乳化穩定性有極其重要的作用。

圖2 高壓條件對肉糜乳化穩定性的影響Fig.2 Emulsion stability of meat emulsion prepared with different ultra high pressure conditions
在試驗壓力范圍內,相同保壓時長內,在200 MPa壓力條件處肉糜乳化穩定性最佳;而在同200 MPa壓力條件下,5~20 min保壓時間下,產品乳化穩定性差異不明顯,在保壓時間10 min時取得最大值。這可能是由于肉糜經超高壓處理后,肌球蛋白溶出增多,其作為構成界面蛋白膜的主要蛋白質,是肉糜乳化系統建立重要的乳化劑[24,32-33],因此適當的壓力條件對低鹽肉糜乳化體系的建立有積極的影響。
2.2.3 高壓條件對產品色差的影響
從表4可以看出,在試驗壓力范圍內,隨著壓力的增大,產品的L*值隨之上升,而a*值則呈下降趨勢,總色差△E則呈現先減小后增大的趨勢,在200 MPa處取得最小值;從表5可以得到,在相同壓力條件下,隨著保壓時間的增大,產品的L*值呈現下降的趨勢,a*值呈現上升的趨勢,總色差△E也呈現隨之增大的趨勢,在5 min處取得最小值。肉制品的呈色主要取決于肌紅蛋白色素的比例[33],肌紅蛋白易與氧氣反應生成鮮紅色的氧合肌紅蛋白或褐色的高鐵肌紅蛋白,而適當的加壓處理會使高鐵肌紅蛋白還原酶系統被激活,從而使得褐色的高鐵肌紅蛋白還原成鮮紅色的氧合肌紅蛋白,而當壓力過高時,還原酶系統易被破壞,還原反應受到抑制,造成產品a*下降[14]。

表4 不同壓力條件對產品色澤的影響(保壓5 min, n=5)Table 4 Product color with different ultra-high pressureconditions (5 min)

表5 保壓時間對產品色澤的影響(200 MPa, n=5)Table 5 Product color with different ultra-high pressurekeeping time
根據CLAIRE[34]的研究,在早餐腸中,當鹽分含量從2.5%降至1.5%時,早餐腸的亮度、紅度及黃度均有所降低,而在經過0~150 MPa超高壓處理的早餐腸L*值、b*值均增加,a*值下降;馬海建等[35]在超高壓對魚肉色差的研究中也表明,在0~500 MPa,隨著壓力的增加,魚肉的L*值、b*值均增加,a*值下降,而a*值在300~500 MPa差異不顯著。以上結果與本研究結果相符,雖然超高壓對肌肉色澤的影響因樣品種類、處理溫度和壓力水平等條件不同而存在顯著差異,但一般來說經過超高壓處理使得肉制品的L*值、b*值增加,a*值下降,證明在低鹽產品中應用超高壓工藝對于低鹽產品的色差彌補有重要的作用。
2.2.4 高壓條件對產品凝膠保水性的影響
從圖3可以看出,降鹽對照組的凝膠保水性相對于正常組有非常明顯的下降,這是由于鈉鹽的減少使得凝膠系統形成效果差,而水分子是通過物理嵌入到凝膠結構中[14],因此良好的凝膠系統形成對產品凝膠保水性有重要影響。
而在進行超高壓處理后,產品的凝膠保水性明顯提升,甚至優于正常組產品,在相同保壓時間內,產品凝膠保水性在150 MPa處取得最大值;在相同200 MPa壓力條件下,在保壓時間10 min處取得最大值,說明在超高壓處理后產品蛋白質凝膠形成效果良好,水分子有效嵌入到三維網狀結構中,一方面能夠有效防止凝膠結構的塌陷,另一方面也能使得產品水分有效的保存,使得產品具有良好的凝膠保水性。
圖3 不同高壓條件對產品凝膠保水性的影響Fig.3 Product gel water retention under different ultra-high pressure conditions
2.2.5 高壓條件對產品蒸煮損失的影響
圖4 不同高壓條件對產品蒸煮損失的影響Fig.4 Product cooking loss with different ultra-high pressure conditions
從圖4可以看出,超高壓處理對降低產品的蒸煮損失有明顯的改善效果,與CLAIRE[34],楊慧娟等[15]的研究結果相似。在相同保壓時間下,產品蒸煮損失隨著壓力增大呈現先減小后增大的趨勢,在200 MPa處取得最小值;而在相同壓力條件200 MPa處理下,隨著保壓時間的增加,產品蒸煮損失也呈現先減小后增大的趨勢,在10 min處取得最小值,因此選取200 MPa,10 min保壓為本實驗中對降低產品蒸煮損失最佳條件。超高壓處理能夠降低產品的蒸煮損失是基于高壓環境下,壓力引起蛋白質大分子的解聚,肌動球蛋白解離為肌動蛋白與肌球蛋白,有助于凝膠網絡的形成,使得其能夠保留大量水、脂肪與其他食物成分,而過高的壓力或過長的保壓時長都會對蛋白質解聚程度造成破壞,使得凝膠結構形成受阻[15]。
在感官評分最佳的低鹽腌制配方的基礎上,對超高壓條件與保壓時間進行了探索,從以上理化指標測定結果可以看出,綜合質構特性、肉糜乳化穩定性、色差、凝膠保水性、蒸煮損失等多個理化指標,壓力條件200 MPa、保壓10 min時低鹽火腿腸的理化性質最佳,更為接近正常鹽分組火腿腸產品,可作為低鹽最優組火腿腸的超高壓條件,即選用低鹽腌制配方4,超高壓條件為200 MPa保壓10 min,對此成品進行風味物質測定與感官檢驗。
2.3.1 產品風味物質分析
從圖5可以看出,所有樣品的第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的貢獻率分別為82.51%和15.9%,累積貢獻率達到98.41%,說明電子鼻所捕捉到的風味信號可以較好的歸為兩大部分。正常鹽組火腿腸與低鹽對照組火腿腸樣品數據點分布于各自區域,能夠明顯區分開,證明2組樣品風味物質存在差異,可能是由于鈉鹽的減少使用對于產品的呈味有不利影響,產品失去固有風味;低鹽對照組火腿腸與低鹽最優組配方4火腿腸樣品數據點也能夠明顯區分開,證明2組樣品風味物質存在差異,而低鹽最優組火腿腸樣品與正常鹽組樣品數據點區域大部分重合,則證明經過降鹽優化工藝后,低鹽最優組配方4的風味物質基本與正常鹽組相同,風味物質呈現得到明顯改善,具有產品的固有風味,證明低鹽配方4對產品風味特征有積極的影響。
肉制品的風味物質形成與肌肉中蛋白質、脂肪氧化有重要聯系,NaCl除了賦予產品咸味外還能影響脂質和蛋白質的降解氧化等過程從而影響產品最終的質地、風味、香氣等[36]。有研究表明[37],一些鹽類離子很容易引起蛋白質結構的變化甚至變性,最終對蛋白質的功能特性造成影響,此外在ZANARDI等[38]的研究中指出用KCl、CaCl2和MgCl2部分替代NaCl后,能顯著加快意大利香腸的脂肪氧化,因此低鹽優化配方能一定程度上彌補低鹽火腿腸風味的不足。而超高壓處理對風味的影響,一方面可能是超高壓處理引起蛋白質構象變化[10],而肉制品中脂質氧化與蛋白質氧化相互影響[39],從而促進蛋白質、脂質的氧化作用,另一方面可能是由于肉制品大部分風味前體物質均為水溶性[40],鈉鹽的減少使得蛋白質水合能力減弱,水分活度降低,超高壓處理促使蛋白質變性解聚,疏水基團暴露,增加蛋白質水合能力,持水力增加,為脂質氧化、美拉德反應等順利進行提供條件[10]。

圖5 三種火腿腸電子鼻檢測結果的第一主成分和第二主成分得分圖Fig.5 Principal component analysis of the E-nose data of three ham sausages
2.3.2 驗證性感官檢驗
采用低鹽最優組工藝參數制備產品做驗證性感官實驗。結果表明,該產品作為低鹽肉制品具有火腿腸制品的固有風味,口感細膩,色澤均勻,有良好的咀嚼感,有肉制品應有的誘人香氣與滋味,感官評分達到91分,因此可有效證明本試驗所探究的低鹽腌制配方4,超高壓條件200 MPa保壓10 min可作為有效的低溫豬肉火腿腸的降鹽工藝。
本研究利用超高壓技術對腌制前的肉糜進行處理,選用200 MPa保壓10 min高壓條件處理后,再選用0.12%NaCl、1%KCl、1%乳酸鉀,輔以0.9%L-賴氨酸、0.9%L-精氨酸風味提升物質以及0.25%的生姜粉協同作用,再加入1%的抗壞血酸鈣,以此制得低鹽低溫豬肉火腿腸。超高壓處理可以有效改善低鹽火腿腸的質構特性、乳化穩定性,且高壓后產品的蒸煮損失及凝膠保水性甚至優于正常鹽分產品,同時為脂質氧化、美拉德反應等順利進行提供條件,使產品產生應有的風味,而低鹽腌制配方使最終產品的鈉鹽含量降至118 mg/100g,低于國標關于產品低鹽聲稱要求的120 mg/100g,且產品呈現一定咸味屬性,具有產品固有風味,因此可有效證明超高壓技術結合低鹽腌制配方對低溫火腿腸的降鹽有積極效果。