新型腌制技術在肉制品中的研究進展

(湖南農業大學食品科學技術學院,湖南長沙 410128)

肉是最受消費者喜愛的食品種類之一,據國家統計局數據,2018年我國肉類總產量8517萬噸[1]。肉類營養豐富,所含蛋白屬全價蛋白,易消化吸收[2]。由于微生物污染和組織酶作用,脂肪、蛋白質易被分解導致肉品腐敗變質,肉的保藏期較短。

肉類經食鹽腌制后,食鹽滲入組織內部引起滲透壓增加,水分活度降低,從而抑制部分腐敗和致病微生物的活動,延緩肉制品的腐敗變質,達到保藏的目的[3-4]。腌制不僅能延長保藏期,還能形成獨特的風味和改善色澤,提高肉制品的品質[5-6]。然而傳統腌制中,食鹽滲透緩慢且不均勻,造成產品的口感、質量不穩定。腌制時間長還易引起微生物污染,腌制品也因含鹽量較髙容易增加心腦血管類疾病的發病率等問題[7-8]。因此,為提高腌制速度,縮短生產周期,降低鹽含量,傳統腌制技術需向現代化改造,采用新技術結合新工藝,實現機械化、自動化生產,提高生產規模和效率,同時,積極研究開發新型腌制技術,體現綠色低碳加工理念。我國肉制品腌制大多局限于傳統腌制技術,新技術應用較少。西方國家如西班牙、意大利、法國等先后對干腌火腿完成了傳統工藝的現代化改造,創造了肉品發展史上傳統與現代完美結合的成功典范[9]。

本文綜述肉制品中的傳統腌制技術,總結了肉制品加工中的現代腌制技術。同時基于新技術在食品加工中的應用,分析了新型腌制技術的研究進展,并提出了未來肉制品腌制的研究方向,以期為腌制肉制品產業的發展提供理論依據。

1 傳統腌制方法

1.1 干腌法

干腌法是將肉和腌制劑直接混合或涂抹在肉的表面,層裝在腌制容器內或腌制架上,外滲汁液形成高濃度鹽液進行腌制的方法。干腌法操作簡便;制品較干,易于保藏;風味獨特;營養成分流失少(肉腌制時蛋白質流失量為0.3%～0.5%)。但干腌法腌制不均勻、失重大、需要較長的腌制時間,如金華火腿需1個月左右,雖形成了獨有的風味和質地,但食鹽擴散到肌肉深層的速度緩慢,肌肉內部變質情況時有發生[10]。同時,由于食鹽添加量較多,肉制品外部高滲透壓使水滲出量增大,產品失重嚴重,如火腿失重率約為5%～7%。干腌法適合腌制火腿(如金華火腿)、臘肉、干香腸、風干類禽肉制品(如風干雞)以及不需含較多水分的灌腸制品、發酵制品(發酵香腸)等[11]。

1.2 濕腌法

濕腌法是將肉放置在含一定食鹽濃度的腌制液中,通過鹽分擴散和水分滲透作用,使腌制液擴散到肉內部,直到內外滲透壓達到動態平衡時腌制完成[10-11]。濕腌過程中伴隨著三種擴散作用:第一種是食鹽及其他腌制劑向肉組織中擴散;第二種是肉中的水分在腌制液和肉組織中發生遷移;第三種是肉中的可溶性蛋白質、氨基酸和無機鹽等小分子物質向腌制液中擴散[10-11]。第三種擴散導致肉中營養物質流失,影響產品的風味。濕腌法腌制的產品水分和鹽分分布較為均勻,加鹽量易于控制,失水率低,產量高,但在色澤和風味方面不及干腌制品[11]。濕腌法腌制時間長,生產所需得設備也較多,營養物質損失較嚴重,含水量高,貯存期較短[10]。濕腌法適合腌制中式醬鹵制品、醬禽制品和無注射的西式火腿制品[12]。

1.3 注射腌制法

注射腌制法又稱鹽水注射法,是隨著食品機械的發展產生的一種能夠改善濕腌的腌制方法。起初是動脈注射腌制法,后又發展為肌肉注射腌制法。針頭也由單針頭發展成多針頭,一排約20枚針頭,一個針頭中有多個小孔,平均每小時可注射60000多次,因此效率高,又因針頭數量多,針距相近,所以注射到肌肉中鹽液分布較均勻[10-12]。通常注射機將預先配好的腌制液注射到肌肉組織中,再經靜置或滾揉后靜置促使鹽溶性蛋白的溶出,并使腌制液均勻分散在肉制品中,使肉品保水性得到改善,品質提高。注射腌制法具有腌制液分散快、腌制周期短、效果好、效率高、防止腌肉腐敗變質等優點,其缺點是制品風味不及干腌制品,煮熟時收縮程度較大。鹽水注射腌制法適合腌制西式火腿類產品、帶骨禽類產品、中式軟包裝肉制品等塊狀肉類制品和含有小肉塊的灌腸類制品等[13]。

1.4 混合腌制法

混合腌制法是將干腌和濕腌相結合的腌制方法。干腌法會促進食品表面發生脫水現象,濕腌法會因食品水分外滲而降低鹽濃度。而混合腌制可以避免上述現象,降低水分和營養物質的流失,降低腌制時間和成本,還能防止內部發酵和腐敗。工業生產中,不同方法的結合,能夠顯著降低生產成本,提高生產效率,同時達到傳統工藝生產肉制品所需的品質[10,12]。

2 現代腌制技術

隨著肉品加工技術的發展,部分發達國家已完成傳統腌制技術向現代腌制技術的改造?，F代腌制技術及新技術的研究應用,具備腌制速度快、生產周期短、提高肉品品質和安全性的優點,包括電技術、超聲波技術、滾揉技術、變壓技術等。

2.1 靜態變壓腌制

靜態變壓腌制是指將物料放置在靜止的腌制液中,在常壓、真空和加壓的壓力交替變化狀態下進行腌制的一種方法[13-14]。

靜態變壓應用在肉制品腌制過程中的原理為在真空狀態下物料組織間隙的空氣被排出,腌制液滲入[13]。在加壓的狀態下促使腌制液充分分散在物料細胞間隙中。一個壓力變化周期內,不斷進行吸入和擠出腌制液的交替運動,促進食鹽的擴散。靜態變壓腌制不會使肉塊發生軟化變形,能較好的保持原料肉的外觀和組織結構[14]。研究顯示,與常壓腌制、真空腌制和加壓腌制相比,靜態變壓腌制可顯著提高腌制效果、改善肉質,具有更為廣闊的應用前景[14]。另有研究表明,靜態變壓腌制吸收率顯著高于注射腌制[15]。

2.2 真空滾揉腌制技術

肉在真空條件下的滾揉機滾筒中,因滾筒的旋轉而受到一定形式的機械作用力,這種作用力能夠改善腌制肉制品的質構,提高腌制肉制品的嫩度,加快腌制速度,這種腌制技術就稱為真空滾揉技術。

真空滾揉腌制技術應用在肉制品腌制過程中的原理是通過抽真空,排出肉品原料及其滲出物間的空氣,避免在以后的熱加工中產生熱膨現象破壞產品的結構,也可以避免長時間連續生產過程中發生的氧化反應,還能促進腌制液滲入。但真空度也不宜太高,否則在高真空度下肉塊中的水分非常容易被抽出來,所以,一般真空度要求在60.1～80 kPa[16]。真空滾揉曾經被普遍應用于西式火腿的前處理中[17]。

真空滾揉腌制技術在應用時存在以下明顯優勢:

a.縮短腌制時間、提高腌制效率。生產平遙牛肉真空滾揉只需8 h,靜腌需24 h[18];不同腌制方式(濕腌、醋腌、真空滾揉腌制、干腌)腌制草魚達到相同含鹽量時,真空滾揉所需時間最少[19]。

b.提高腌制肉制品品質。對鵝肉、兔肉、同安封肉進行真空滾揉腌制能顯著提高產品品質,改善肌肉嫩度和質構特性,提高保水性[20-22];對調理鴨胸肉制品滾揉腌制工藝進行優化,產品吸收率(29.11%)和出品率(98.85%)均較高,顏色接受度好[23]。

2.3 超聲波腌制技術

超聲波是一種頻率高于2 kHz的聲波,通過調整頻率可以應用在許多工業中。根據聲音范圍分為檢測超聲波(高頻率>1 MHz、低強度<1 W/cm2)和功率超聲波(低頻率20～100 kHz、高強度10～1000 W/cm2)[24]。檢測超聲波是一種無損技術,用于食品成分和產品在加工和貯存過程中的成分和理化性能監測,對控制食品性能和提高食品質量至關重要;功率超聲波可用于修飾細胞結構、影響蛋白質功能性質(如乳化性、起泡性、凝膠性)、抑制或激活酶活性、增強結晶等[25-26]。

超聲波技術應用在肉制品腌制過程中是利用功率超聲波在介質中傳播時的空化效應瞬間,產生高溫和壓力加快物質的轉移,微射流促進離子在界面的穿透[27-28]。在肉的腌制過程中,經超聲波處理可以增加鹽分的擴散系數,強化滲透過程的質量傳遞[28-29];破壞肌肉組織結構,加快食鹽的滲透速度[30]。

超聲波技術在肉制品腌制中的應用的優勢在于:

a.縮短腌制時間,提高腌制效率。且在一定強度范圍內,擴散系數隨超聲強度的增強而增大。超聲波處理腌制豬肉時在 8 ℃時,3 h就可以完成腌制。在5 ℃超聲波條件低頻率(20 kHz)、低強度(2～4 W/cm2)腌制豬里脊時,顯著增強了鹽的擴散,且擴散系數隨超聲強度的增大呈指數增長[31]。超過超聲強度閾值,NaCl含量的增加與施加的超聲強度成正比,樣品幾何形狀差異無統計學意義[32]。

b.在一定超聲強度范圍內提高腌制品品質。利用超聲波技術腌制豬肉時,能顯著增加腌制速率，縮短腌制時間,提高豬肉水分含量,且其品質不受影響[33];超聲波處理過程中通過增加肌纖維小片化和肌原纖維蛋白質的降解改善腌制牛肉的保水性和嫩度[34],增加低鹽雞肉糜(1%,1.5% NaCl)凝膠的硬度和彈性[35],顯著降低牛肉脂肪含量[36],顯著增加多不飽和脂肪酸含量和脂肪酸組成[37]。

但是,較高強度的超聲波可能會使肌肉蛋白質發生變性,降低肉品的品質。研究表明,高強度和長時間超聲波處理會顯著增加牛肉蛋白質氧化和脂肪氧化程度,增加蛋白質聚集和改變蛋白質構象[38]。因此,腌制時應選擇適宜的超聲波強度和超聲波處理的時間。

2.4 超高壓處理腌制技術

超高壓技術(Ultra-high pressure processing,UHPP)即高靜壓技術(High hydro static pressure,HHP)[39],是一種非熱處理技術,以水或其他流體作為傳導介質,將食品密封于高壓處理倉中,施加高靜壓(100～1000 MPa),保壓一段時間后,大分子物質失活、糊化和變性,達到冷殺菌和蛋白質變性的效果[40-41]。

超高壓技術應用在肉制品腌制過程中是在施加適度的壓力處理下NaCl有最大擴散系數,食鹽擴散增加[42]。另外,有研究表明,超高壓處理的腌肉制品中鹽分的增加是一個感官問題。如經600 MPa處理后的肉中鹽含量沒有增大但咸度增加,可能是由于鈉離子和蛋白結構之間的相互作用使更多的鈉離子與舌頭上的味覺受體結合,從而產生更咸的味道[43]。因此,用超高壓技術處理腌制肉制品,可以縮短腌制時間,提高腌制的效率。此外,由于超高壓技術作用對象是食品中的非共價鍵,對共價鍵無破壞作用,故超高壓技術也能夠較好的保留食物固有的感官品質以及營養成分,也可賦予食物新的風味[44]。

超高壓技術在肉制品腌制中發揮的作用主要為:

a.在適度的壓力處理下縮短腌制時間,提高腌制效率。在150 MPa壓力下腌制火雞胸肉時15 min就可以完成腌制,而常壓腌制需5 h[45]。在200 MPa的壓力下腌制3 d的肌肉的NaCl含量,遠高于常壓下腌制3 d的肌肉的NaCl含量[46]。在150 MPa壓力下腌制雞胸肉比300 MPa食鹽含量高[47]。而在450 MPa壓力下處理牛肉時,NaCl含量隨著壓力的上升而增加[48],這是由于牛肉是紅肉含有更多快肌纖維,直徑較粗,而雞肉是白肉慢肌纖維含量更多,直徑較細。

b.在適度的壓力處理下改善腌制品品質。在200 MPa壓力下腌制15 min羊腿肉時,剪切力最低,肉品顏色最佳[49]。在不大于150 MPa的壓力下保壓20 min腌制雞胸肉時,對肉色影響較小,大于150 MPa會使雞胸肉的亮度值L*升高,紅度值a*下降,黃度值b*升高[47]。此外,利用超高壓對肉品進行腌制時還能提高肌肉蛋白的凝膠特性[50]。

3 新技術在腌制中的應用

3.1 脈沖電場(PEF)技術

脈沖電場是在電場強度為0.1～80 kV/cm的范圍內,利用兩個電極在微秒到毫秒之間發出的重復的高壓短脈沖,作用放置在兩個電極之間的物料上的技術[51-52]。脈沖電場處理是一種非熱工加技術,能較好的保存營養物質,具有處理溫度低、處理時間短、耗能低、連續操作等的優點[53]。脈沖電場主要集中研究應用在液態食品的殺菌(酒類、乳品、果蔬飲料、茶飲料、調味品等)[54-55],在肉類等固體食品中的研究應用普遍缺乏[56]。

脈沖電場技術應用在肉制品腌制過程中,脈沖電場處理會造成細胞膜穿孔,雖作用機理尚不明確,但電擊穿理論和電穿孔理論得到普遍接受和廣泛認可[51,57];增強腌制液傳質過程,改善食鹽的擴散,但其確切的作用機理尚未明確[57];使食鹽快速均勻的分布在肉中,增強鹽的感知[58];破壞細胞組織,引起肌肉出現多孔的沼澤狀結構,更好的容納擴散的鹽水[51]。

脈沖電場技術在肉制品腌制過程中發揮積極的作用。

a.在一定電場強度和能量輸入范圍內,隨著電場強度和能量輸入的增加,食鹽擴散速率增加。PEF處理(3 kV/cm,5 kJ/kg)處理豬肉,可以改善食鹽和亞硝酸鹽在豬肉中的擴散[59]。對豬肉施加 1.2(68 kJ/kg)和2.3 kV/cm(181 kJ/kg)的PEF預處理時,NaCl含量分別增加了10%和 13%[60]。隨著電場強度和能量輸入的繼續增加,會造成細胞的機械損傷和死亡。

b.提高產品嫩度。利用間歇式PEF(電場強度達3 kV/cm)處理對火雞胸肉氧化、顏色、質地和感官特性的影響。結果表明,除了在質地和氣味方面有細微差異,其它方面無明顯差異[61]。脈沖電場處理能夠改善腌肉制品的嫩度,如火腿經脈沖電場處理后變得更嫩、更軟。

3.2 沖擊波技術

沖擊波技術(SW)是指在幾分之一毫秒內瞬時產生的高達1 GPa的壓力波,可在液體介質(通常是水)中傳播,最后對肉類施加壓力[62]。沖擊波首次應用在肉類處理中是通過水下引爆爆炸物的化學方法產生,這種方法產生的沖擊波叫爆炸沖擊波(Explosive shockwave),由于存在環境污染、操作安全問題[63],發展出另一種通過水下放電產生沖擊波的方法,得到電生沖擊波(Electrical shockwave)[64],電生沖擊波依賴于水中兩個電極之間的高壓電弧放電或火花系統放電[65]。

沖擊波技術(SW)應用在肉制品腌制過程中會對肌肉組織產生如下影響:

a.肌肉結構的物理破壞。沖擊波能通過肌肉樣品并且撕裂肌肉蛋白質,產生所謂的“撕裂效應”[63-65]。

b.增強結構肌肉蛋白質的水解或加速成熟[63-65]。研究表明,沖擊波處理引起肌節Z線、I帶的斷裂,擴大肌原纖維之間的間距,導致肌原纖維結構被破壞;降低肌鈣蛋白T(TnT)帶的強度,增加30 kDa TnT降解產物的積累[66];肌纖維束結構破壞、內膜間隙增大[67];肌內膜結構發生改變,成為松散的網眼狀結構、結締組織的結構發生改變。

沖擊波處理技術在肉制品腌制過程中能夠加速食鹽擴散,提高產品品質。研究發現,經爆炸沖擊波處理的火雞雞胸肉與對照相比,對鹽水的吸收增強,加工產量提高,質地特征改善,且對顏色沒有影響[68]。在牛肉和豬肉中的研究中發現,經爆炸沖擊波處理可以增加鹽水的吸收率[69]。在牛肉樣品注射鹽和磷酸鹽溶液前利用電容放電系統(CDS,Hydrodyne)產生的水動力壓力,進行HDP處理,可以改善牛肉嫩度、吸濕性和保水性[70]。同樣,先對牛肉注射鹽水后進行HDP處理,也可以改善嫩度[71]。

3.3 腌制技術聯用

單一腌制技術的使用具有局限性的。如脈沖電場處理強度過大會導致肉品表面熟化,過小則處理效果不明顯,也不能有效滅活有害病原體和營養腐敗菌。超高壓處理壓力過高會破壞肌肉結構。較高強度的超聲波可能會使肌肉蛋白質發生變性,降低肉品的品質。研究表明,腌制技術聯用提高腌制效率和改善品質。超聲輔助變壓滾揉處理能夠提高腌制效率,改善嫩度和提高保水性[72]。

3.3.1 真空壓力組合腌制 脈動真空、脈動加壓、脈動正負壓腌制,是以不同真空度和壓力值為組合的腌制方法。利用在不同脈動比下不同真空度和壓力值對腌制液進行吸入和擠出,從而促進食鹽的擴散。

研究表明,真空腌制(-86 kPa)與高壓腌制(150 MPa)、傳統腌制相比可顯著提高豬肉食用品質[73];在真空低溫環境(-40 ℃,-1.0 Pa)下食鹽滲透效果好[74]。在羊肉中研究發現,脈動真空腌制較常壓腌制效率提高8%～26%[75]。對豬肉采用脈動加壓的腌制方式后腌制速率提高了80.70%[76]。此外,關于研究脈動真空、脈動加壓、真空加壓三種腌制方式對鴨肉腌制速度和肉質的影響的對比結果表明,真空加壓腌制在腌制速度和對肉質改善方面優于脈動真空和脈動加壓腌制[77]。

3.3.2 真空壓力結合滾揉腌制 常壓滾揉腌制(APB)、真空滾揉腌制(VB)、間歇式真空滾揉腌制(PVB)、加壓滾揉腌制、變壓滾揉腌制是以不同真空度和壓力值為組合并結合滾揉的腌制方法。利用不同真空度和壓力值對腌制液進行吸入和擠出,并在滾揉桶給予的機械作用力下,充分促進食鹽的擴散。變壓滾揉腌制技術與上述不同,變壓滾揉腌制技術又稱真空脈沖腌制技術(Pulsed vacuum brining)或呼吸式腌制技術,是指在真空和加壓交替的環境下進行滾揉腌制,使肉塊結構受壓迫和疏張的交替作用,從而使肉呈吸入和擠出腌制液交替的周期性運動,同時通過加壓充入抑菌氣體從而抑制微生物生長繁殖的腌制技術[78]。

研究表明,由于工藝參數的不同(不同脈動比、滾揉時間、轉數、真空度等),在鴨肉腌制時,真空滾揉腌制(VB)和間歇式真空滾揉腌制(PVB)的品質顯著優于常壓滾揉腌制,樣品除重量具有顯著差異外,其他指標差異不顯著[79];在牛肉腌制時,真空滾揉腌制比靜置腌制、滾揉腌制、脈動真空滾揉腌制改善牛肉品質的效果好[80];在豬肉腌制時,加壓滾揉腌制比真空滾揉腌制、呼吸滾揉、常壓滾揉縮短了腌制時間,并在色澤方面達到了傳統工藝水平[81];在相同加工條件下,變壓滾揉腌制工藝與真空滾揉腌制相比,能夠顯著產品出品率、感官評分及相關質構指標[82]。此外,通過研究變壓滾揉腌制工藝對冷卻豬肉中微生物的影響,發現變壓滾揉腌制工藝抑菌效果要優于真空滾揉腌制工藝[83]。

3.3.3 其它腌制技術聯用 研究表明,滾揉輔助干腌腌制方式明顯改善了產品食用品質,營養品質以及感官品質[84]。利用脈沖電場輔助和優化腌制工藝,結合脈沖超聲進行深度滅菌,可有效提高生產效率,穩定產品品質,延長產品貨架期[85]。

4 展望

本文綜述了肉制品中的傳統腌制技術、現代腌制技術及新技術在食品加工中的研究進展。腌制作為現代肉類加工中經常采用的方法,提高腌制速度、縮短生產周期、提高肉品品質和安全性、節約能源從而提高企業生產效率,是腌制技術研究應用的核心。目前大多數研究使用的是不含脂肪和骨骼的瘦肉,這對商業應用存在不利影響。另外,新技術在腌制中的研究還不夠深入廣泛。為了使現代腌制技術及新技術能夠更好地應用于我國肉品工業中,應明確未來肉制品腌制的研究方向,以期為腌制肉制品產業的發展提供理論依據。

a.明確作用機理。目前新技術在腌制中的研究主要集中在對腌制效果和肉品品質的影響上,對作用機理研究不夠深入。PEF處理技術,作用機理尚不明確,仍處于起步階段。建立應用新技術腌制過程中的數學模型以預測產品物理、化學和口感屬性的變化,從理論上解釋作用機理。

b.不同腌制技術聯用是研究熱點,可取長補短發揮更大的優勢。脈沖電場處理強度過大會導致肉品表面熟化、超高壓處理壓力過高會破壞肌肉結構、較高強度的超聲波可能會使肌肉蛋白質發生變性,降低肉品的品質。不同腌制技術聯用可發揮協同作用,避免該弊端。但為保證有些肉制品的特殊風味,目前有些只能采用單一腌制方法,尋找合適的替代方法是不容忽視的。

c.加大現代腌制技術在我國肉制品工業中的應用。借鑒西班牙、意大利、法國等對干腌火腿的現代化改造,積極研究開發適應工廠化生產的新型腌制設備,將現代腌制技術廣泛應用到實際生產中,提高企業加工效率。

d.深入研究新技術于腌制中的應用,為腌制肉制品產業發展提供理論依據。隨著人民生活水平的提高,消費者對食品營養特性、安全的關注度越來越高。積極研究綠色、環保、經濟的新技術,體現綠色低碳加工理念并提高食品安全性、保存食品營養特性是學者研究的方向。