淺發酵香腸仿天然風干工藝研究

張佳敏，王 衛，吉莉莉，白 婷，趙志平，陳 林

（肉類加工四川省重點實驗室，四川成都 610106）

臘腸是中國傳統肉制品的典型代表之一，其傳統制作工藝與西式發酵香腸類似，是將肥瘦肉絞制后添加調味料和香料，灌入腸衣，經風干而成。不同之處在于，西式發酵香腸往往需要更長時間的微生物發酵，現代加工大多還通過添加微生物發酵劑以強化和優化微生物的發酵功能[1?2]，微生物對其特性和風味的形成起主導作用[3]；而中式臘腸加工無需微生物發酵，尤其是現代工業化烘烤干燥的中式臘腸，基本沒有微生物參與發酵進程[4?5]，其風味主要取決于肉料含有的內源酶的作用[6]。

近期研究發現，四川部分地區的醬香型臘腸由于輔料添加了豆瓣、醪糟、豆腐乳等釀造型調味品[7]，產品也具有一定的微生物發酵作用，處于“淺發酵”階段[8]。有學者對調料特性進行分析證實，此類醬香型臘腸的輔料中含有豐富的乳酸菌、葡萄球菌、微球菌、酵母和霉菌等有益微生物[9?10]，以此為基礎研發出一種在產品特性上既區別于傳統中式臘腸，又不同于西式發酵香腸的產品[11]，稱之為“淺發酵香腸”[12]。同時，四川溫暖濕潤的自然環境為微生物的生長和臘腸特有風味的形成提供了得天獨厚的條件[13]。對“淺發酵香腸”加工氣候條件的調研顯示，自然風干的適宜氣候條件為：氣溫5～15 ℃，濕度65%～80%，氣流速度0.3～3.3 m/s[5]。香腸在此條件下緩慢的風干及后期的貯藏過程中，微生物發酵與內源酶的共同作用，賦予了產品獨特的品質特性[14]。

然而，傳統的自然風干方式難以實現工業化、標準化加工[15]，本文針對淺發酵香腸的仿天然風干工藝進行研究，采用智能調控發酵風干設備模擬“淺發酵香腸”加工的溫度、濕度和風速條件，并對技術參數進行優化和篩選，為實現淺發酵香腸工業化加工和品質提升提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮豬2#肉、豬背膘 四川高金實業集團股份有限公司；淺發酵香腸專用輔料 肉類加工四川省重點實驗室研發；豬腸衣 四川新康綠食品有限公司；“淺發酵香腸”輔料-2#（含豆瓣醬、豆豉、醪糟等發酵調味品） 肉類加工四川省重點實驗室研發；MRS 乳酸菌瓊脂培養基、PCA 平板計數瓊脂培養基、虎紅培養基、PDA 馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基、Chapman瓊脂培養基 杭州百思生物技術有限公司。

定制型智能調控風干發酵裝置（加工能力約300～500 kg/批） 杭州艾博機械工程有限公司；SCIENTZ-09 拍打式無菌均質器 寧波新芝生物科技股份有限公司；LRH-250F 生化培養箱 上海一恒科學儀器有限公司；ZHJH-C1209B 超凈工作臺 上海智城分析儀器制造有限公司；LDZX-75KBS 立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海申安醫療器械廠；HD-3A 水分活度儀 上海精密科學儀器有限公司；PHS-3C-01 pH 計 上海三信儀表廠；HC-2518 臺式冷凍高速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；KH5200DE數控超聲波清洗器 昆山禾創超聲儀器有限公司；HH-6 數顯恒溫水浴鍋 常州奧華儀器有限公司；CR-400 色差計 日本柯尼卡美能達公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程及操作要點

1.2.1.1 工藝流程 原料肉→切制→拌料→腌制→灌腸→結扎→掛晾風干→真空包裝

1.2.1.2 操作要點 參照康峻等[16]的方法，豬2#肉與豬背膘按7:3 搭配，瘦肉切成4 mm 肉絲，肥肉切4 mm 丁；按照原料肉總質量9%的比例加入淺發酵香腸專用輔料[8]，拌勻后于4 ℃下腌制24 h；灌入直徑30 mm 的豬小腸腸衣，以15 cm 為一段結扎；整形后掛晾于風干發酵裝置內，調節溫度、濕度、風速參數，風干至理想水分含量38%；真空包裝后于4 ℃冷藏。

1.2.2 恒溫風干工藝的研究

1.2.2.1 單因素實驗 據前期調研，淺發酵香腸風干的適宜條件范圍為：氣溫5～15 ℃，濕度65%～80%，氣流速度0.3～3.3 m/s[5]，在此范圍內，分別以溫度10 ℃、氣流速度1.0 m/s 和濕度70%作為固定因素條件，研究不同溫度（6、8、10、12、14℃）、不同氣流速度（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m/s）和不同濕度（55%、65%、70%、75%、80%）對臘腸風干時間、均勻度及感官評分的影響，每個水平做3 次平行實驗取平均值作為試驗結果。

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1.2.2.2 響應面試驗 采用Box-Behnken 響應面法[17?18]對淺發酵香腸風干條件進行優化試驗，試驗設計見表1。

表1 響應面分析試驗設計因素及水平Table 1 Factors and levels used for response surface analysis

1.2.3 梯度風干工藝的研究 溫度梯度對香腸風干特性的影響實驗：依據實際自然風干發酵過程中晝夜溫差變化較大，日平均溫度范圍在7.25～13.05 ℃之間，最大溫差為11.50 ℃，最小溫差為2.5 ℃，平均晝夜溫差為5.8 ℃。在優化實驗確定的氣流速度1.0 m/s和濕度64%條件下，比較恒溫風干和梯度風干對香腸的均勻度、水分、aw、pH 和TBA 值的影響，溫度梯度實驗方案見表2。

表2 溫度梯度實驗方案Table 2 Experimental scheme of temperature gradient

1.3 測定方法

1.3.1 風干時間的判定 以淺發酵香腸的理想水分含量38%作為風干終點，風干時間即為干燥至水分含量38%時所用的時間，反映工藝的風干效率。

1.3.2 均勻度的測定 在一節香腸的中部截取2 cm長的一段，用圓形打孔器以斷面中心點為圓心，鉆取直徑為Φ1 cm 的內部肉樣，取樣后剩余的外部肉樣去除腸衣，內、外肉樣分別搗碎后測定水分含量，產品均勻度為外部水分含量與內部水分含量的比值，比值越接近于1 表明產品內外風干程度越均勻。

1.3.3 感官評分 參照文獻[19?20]的感官評定方法并加以改動，采用雙盲法進行檢驗，對樣品進行編號，由10 名食品專業人員組成的評定小組對產品的外觀、觸感、氣味、組織結構、滋味五方面進行評分，單項0～20 分制，總分100 分，取平均值為最終的感官評定結果。感官評分標準件表3。

表3 淺發酵香腸感官評分表Table 3 Sensory rating scale of shallow fermented sausage

1.3.4 綜合評分的評定 將風干時間（Y1）、均勻度（Y2）及感官評分（Y3）的檢測數據經標準化后得到各指標的標準得分Z1、Z2、Z3，采用權重法計算綜合評分Z，各項指標的權重分別為風干時間0.2、均勻度0.3、感官評分0.5，以綜合評分Z 作為響應值。按照魏效玲[21]的方法統一指標的數量級并消除量綱，各指標的標準化得分計算公式為：

式中：Zi—各指標的標準化得分；i—1,2,3；Yimin=min{Yi| i=1,2,3}；Yimax=max{Yi| i=1,2,3}。

1.3.5 水分含量的測定 參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中直接干燥法測定，通過干燥前后的稱量數值計算出水分的含量。

1.3.6 pH 的測定 按照 GB 5009.237-2016 規定的方法對樣品pH 進行檢測。在香腸試樣中分別在不同部位隨機選取測試點，每個樣品平行測定3 次，取其平均值。

1.3.7 水分活度（aw）的測定 按照 GB 5009.238-2016規定的方法對樣品進行測定。

1.3.8 硫代巴比妥酸含量（TBA）的測定 按照GB 5009.181-2016 食品中丙二醛的測定。

1.4 數據處理

每組樣品重復試驗3 次，試驗數據采用Office Excel 2016 和SPSS Statistics 19.0 進行處理。優化實驗采用Design Expert 8.0.6 進行Box-Behnken 響應面優化試驗設計。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 風干溫度對淺發酵香腸風干品質的影響 風干溫度對淺發酵香腸風干發酵品質的影響如圖1 所示，由圖1A 和圖1B 可見，隨著溫度的升高，風干時間縮短，香腸內外水分含量均勻度降低。這是由于隨著溫度升高，水分蒸發速度加快，當溫度<8 ℃時，風干耗時需100 h 左右，當溫度>10 ℃時，風干時間不到60 h。溫度較高時香腸表層水分蒸發快，內層水分梯度大，有利于提高干燥速率，但導致成品內外水分差異較大，均勻度降低。感官評價結果如圖1C 所示，溫度在8～10 ℃時的評分較高，溫度過低時干燥緩慢，產品表面有水分凝結，而溫度高于12 ℃時產品略有發酸現象[22]。盡管提高溫度可以縮短風干時間，但溫度過高或過低均對產品品質不利。結合3 項指標綜合分析，適宜的風干溫度為10 ℃。

圖1 溫度對臘腸風干品質的影響Fig.1 Effect of temperature on the air-drying qualities of sausage

2.1.2 氣流速度對淺發酵香腸風干品質的影響 氣流速度對淺發酵香腸風干發酵品質的影響如圖2 所示，由圖2A 和圖2B 可見，隨著氣流速度的升高，風干時間由80 h 縮短至約50 h，臘腸內外水分含量均勻度降低。氣流速度為0.5 m/s 時，風干時間為79 h，當氣流速度升至2.5 m/s 時，風干時間為50.3 h，隨氣流速度的升高，風干時間顯著縮短。這是由于提高氣流速度使香腸表面的濕空氣被迅速帶走，提高了環境空氣與香腸表面空氣的濕度差，加快了香腸水分蒸發[23]。但與溫度的影響類似，提升氣流速度雖可縮短風干時間，但過高的氣流速度使產品表面水分蒸發過快，表層肉料結成干硬的外殼，阻礙了內部水分向外散發，造成產品內外均勻度顯著降低（P<0.05）。感官評價（圖2C）也表明，低氣流速度條件下加工的香腸質地均勻，表面按壓有彈性，而高氣流速度下的產品表層干硬，內部潮濕。內外性質不均不僅對產品感官品質不利，內部過高的水分也不利于后期儲藏，易造成產品發酸及腐敗[24]。結合3 項指標綜合分析，適宜的氣流速度為1.0 m/s。

圖2 氣流速度對臘腸風干品質的影響Fig.2 Effect of airflow velocity on the air-drying qualities of sausage

2.1.3 濕度對淺發酵香腸風干品質的影響 濕度對淺發酵香腸風干發酵品質的影響如圖3 所示。由圖3A 和圖3B 可見，隨著濕度的增大，風干時間由（54±5.2）h 增加到（106±4.8）h，均勻度由0.903 升高到0.982，結果表明，濕度較低時，腸體表層水分蒸發速度快，產品均勻度較低；提升濕度對提高產品內外水分均勻度有利，但濕度過高則會極顯著增加風干的耗時（P<0.01）。通過感官評價（圖3C）還表明，高濕環境下加工的香腸質地柔軟有彈性，但腸體表面濕潤粘手，產品易發酸。結合3 項指標綜合分析，適宜的濕度為65%。

2.2 優化實驗結果

優化實驗結果及分析如表4 和表5 所示，分析可知，模型P值=0.0007，小于0.01，說明該模型的顯著性極高，具有統計學意義。該模型中，一次項A、C，二次項A2、B2、C2的P值均小于0.01，為極顯著項，交互項BC（P=0.0106<0.05）為顯著項，說明氣流速度和空氣濕度兩因素之間有顯著的交互效應，且響應面圖形呈二次拋物面形式[25]-[26]，如圖4 所示；AB 和AC 項不顯著（P>0.05），表明A、B 因素及A、C 因素間交互效應不顯著。

通過擬合得到綜合評分回歸方程為：

擬合度R2=0.9545>0.9，說明預測值與實驗值具有很高的相關度，校正擬合度AdjR2=0.896>0.8，失擬項P=0.2084>0.05，F=2.4，表明失擬項不顯著，模型擬合度高，可用于預測實驗結果。

圖3 濕度對臘腸風干品質的影響Fig.3 Effect of humidity on the air-drying qualities of sausage

以綜合評分取最大值為優化目標，得到淺發酵香腸最佳風干工藝條件為：溫度8.72 ℃、氣流速度1.00 m/s、濕度63.5%，此時綜合評分預測值Z 為57.7908。在優化確定的最佳風干發酵條件下進行驗證試驗，受實際加工設備的精確性限制，實際條件參數設為：溫度9.0 ℃、氣流速度1.0 m/s、空氣濕度64%的條件下進行，實際測得風干時間72.47 h、均勻度0.978、感官評分93.667，計算得到綜合評分Z 為55.572，與預測值（Z=57.7908）的相對誤差0.038%，差異不顯著，說明回歸方程能夠較好地反映因素對各指標的影響。

2.3 溫度梯度對淺發酵香腸品質的影響

因自然條件還存在晝夜溫差，為更好地模擬自然條件，試驗研究了不同溫度梯度下淺發酵香腸的風干特性，風干過程中的水分變化如圖5 所示，產品特性測定結果見表6。由圖5 可見，隨著溫度梯度的加大，水分曲線呈現較大的變化，在高溫工段曲線斜率較大，即高溫工段香腸水分散失快，低溫段水分散失緩慢。0～12 h 的初始階段水分降低速度較快，且溫度越高水分降低越快，說明溫度越高越有利于水分散失，物料內部水分不斷向外表面遷移，干燥速率增大[27]。當風干至水分含量38%時，水分梯度越大，耗時越短。A1、A2 組耗時約72 h，而采用5～15 ℃交替風干的A5 組耗時僅60 h。

由表6 可見，溫度梯度對香腸的pH、均勻度和TBA 值均有顯著的影響（P<0.05），而對香腸的水分含量和水分活度aw影響不顯著（P>0.05）。隨著溫差的增大，臘腸的pH 和TBA 值降低，當△T 增加至8 ℃時，pH 值降低至5.5 以下，這是由于隨著溫度梯度的增大，高溫工段的溫度由9.0 ℃升高至15.0 ℃，促進了香腸中微生物繁殖產酸[28]；此外，TBA 值的降低可能是由于溫度升高縮短了風干時間（如圖5 所示），從而降低了脂肪氧化的程度。產品的均勻度隨著溫度梯度的增大呈先升高后降低的趨勢，當△T=6℃，即溫度范圍為7～13 ℃時，均勻度最佳。這是由于在高溫工段，主要是表層水分的快速蒸發以及內部水分向外層的快速遷移[29]；當風干進程進入低溫工段時，蒸發作用減緩，空氣中的水蒸氣凝結成冷凝水被除濕裝置排出風干室外，同時香腸內部的水分遷移速度降低，表層和內部的水分含量逐漸趨于平衡，有利于提高產品的均勻度。但當溫度差過大時，在高溫工段形成的內外水分差大，且因風干時間縮短，所以低溫工段不足以平衡內外水分差，產品均勻度降低。結果表明，采用7～13 ℃，每12 h 交替一次的梯度風干法，能夠在提高風干效率的同時，獲得理想的產品品質。

表4 Box-Behnken 試驗設計及結果Table 4 Box-Behnken design with experimental results

表5 回歸模型方差分析Table 5 Analysis of variance for regression model

圖4 各因素的交互作用對綜合評價的影響Fig.4 Interactons of factors on comprehensive assessment

表6 不同溫度梯度產品特性Table 6 Product characteristics with different temperature gradients

圖5 不同溫度梯度下的水分曲線Fig.5 Moisture curves under different temperature gradients

3 結論

仿天然風干工藝中的溫度、氣流速度以及濕度均對淺發酵香腸的風干時間、產品均勻度以及感官品質有顯著影響。采用Box-Behnken 響應面法對工藝條件進行優化，通過模型擬合并考慮實際加工中設備的精確性，確定恒溫風干法的工藝條件參數為：溫度9.0 ℃、氣流速度1.0 m/s、濕度64.0%。在此條件下香腸風干時間為（72±0.5）h、均勻度0.978±0.021、感官評分（93.67±0.33）分，綜合評分55.572 分。對梯度風干法下淺發酵香腸的風干特性和產品理化性質研究表明，溫度梯度ΔT 對香腸的均勻度、pH 及TBA 值具有顯著的影響。隨著溫度梯度的增大，產品pH、TBA 值均降低，當溫度梯度為6 ℃時，即溫度梯度范圍在7～13 ℃之間時產品的均勻度最佳。最終確定淺發酵香腸采用梯度風干法的工藝條件為：溫度梯度7～13 ℃（每12 h 交替一次），氣流速度1.0 m/s、濕度63%～64%。研究表明，通過對關鍵工藝條件的調控，能較好地模擬自然氣候條件，提升產品品質，實現產品的標準化加工。