王寧寧,馮美琴,孫 健,*
(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心,江蘇 南京 210095;2.金陵科技學(xué)院動物科學(xué)與食品工程學(xué)院,江蘇 南京 210038)
中式發(fā)酵香腸是我國傳統(tǒng)的發(fā)酵肉制品,因其豐富的營養(yǎng)價值和獨(dú)特的發(fā)酵風(fēng)味深受消費(fèi)者喜愛。氯化鈉是發(fā)酵香腸中主要的調(diào)味品之一,具有提供咸味、增強(qiáng)風(fēng)味、改善加工特點(diǎn)以及提高微生物安全性等作用[1]。然而,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,鈉鹽攝入過多會導(dǎo)致高血壓、心血管疾病等慢性疾病[2]。肉制品是日常膳食中食鹽的重要來源,隨著現(xiàn)代生活水平的提高,肉制品需求量增加,這導(dǎo)致食鹽攝入量增加甚至攝入過量。發(fā)酵香腸在制作時通常加入2%~3%食鹽,經(jīng)過長時間發(fā)酵成熟,水分大量散失,最終成品的食鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6%[3]。
直接降低食鹽添加量是最簡單有效的減鹽方式,但由于氯化鈉在肉制品風(fēng)味形成及感官品質(zhì)中的重要作用,直接減鹽會造成產(chǎn)品品質(zhì)下降。目前減鹽研究集中在使用替代鹽上,常用的替代鹽有鉀鹽、鈣鹽、鎂鹽[4],氯化鉀因其性質(zhì)與氯化鈉最為接近,且并未發(fā)現(xiàn)與高血壓等疾病有直接關(guān)聯(lián)[5],是應(yīng)用最廣泛的替代鹽。有研究表明,當(dāng)氯化鉀添加量超過40%時,會給產(chǎn)品帶來苦味和金屬味[6],這導(dǎo)致氯化鉀替代鹽的使用具有局限性。風(fēng)味增強(qiáng)劑可以彌補(bǔ)食鹽減少帶來的感官品質(zhì)下降,甘氨酸是一種風(fēng)味增強(qiáng)劑,常作為原料用于肉類調(diào)味品的加工[7],不僅可以加速半胱氨酸和還原糖之間的美拉德反應(yīng)形成肉味[8],還具有掩蓋苦味、促進(jìn)風(fēng)味形成、防腐功能[9]。甘氨酸在發(fā)酵香腸中作為風(fēng)味增強(qiáng)劑的報道甚少,本研究前期已用氯化鉀、氯化鈣作為替代鹽,以甘氨酸為風(fēng)味增強(qiáng)劑,使用響應(yīng)面法優(yōu)化出最佳低鈉復(fù)合鹽配方為58%氯化鈉、30%氯化鉀、7%氯化鈣、5%甘氨酸。發(fā)酵香腸在發(fā)酵成熟中經(jīng)過一系列生化反應(yīng)形成特殊發(fā)酵風(fēng)味,減少食鹽含量可能會對風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生以及感官品質(zhì)造成影響,本實(shí)驗(yàn)以低鈉復(fù)合鹽(58%氯化鈉、30%氯化鉀、7%氯化鈣、5%甘氨酸)為實(shí)驗(yàn)組,以100%氯化鈉為對照組,將氣相色譜-質(zhì)譜與電子舌技術(shù)結(jié)合,應(yīng)用于低鈉復(fù)合發(fā)酵香腸的風(fēng)味表征中,探究低鈉復(fù)合鹽對發(fā)酵香腸理化性質(zhì)、感官品質(zhì)及風(fēng)味的影響,以期為低鈉發(fā)酵香腸的加工提供一定理論依據(jù)。
植物乳桿菌CD 101(NCBI編號MG798695)、模仿葡萄球菌NJ 201(NCBI編號MG798688)均為本實(shí)驗(yàn)室分離鑒定所得。
豬后腿肉、豬背膘、豬腸衣 江蘇省蘇食肉品有限公司;調(diào)味料 江蘇南京蘇果超市;氯化鉀、氯化鈣、甘氨酸 河南豫中生物科技有限公司;鈉試劑盒南京建成生物科技有限公司。試劑均為分析純。
TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司;Spectral Max M2e多功能酶標(biāo)儀 美國伯騰儀器有限公司;KjeltecTM2300全自動凱氏定氮儀 瑞典FOSS公司;TS-5000Z電子舌 日本Insent公司;L-8900A氨基酸自動分析儀 日本Hitachi公司;Nano-RSLC液相系統(tǒng)、LTQ Orbitrap XL質(zhì)譜儀 美國Thermo Fisher科技公司。
1.3.1 發(fā)酵香腸的制作
參考曹辰辰等[10]的方法,制作發(fā)酵香腸。香腸原料:新鮮豬瘦肉與豬背膘(質(zhì)量比為8∶2);其他成分以肉質(zhì)量為基礎(chǔ),添加食鹽2%、蔗糖1%、葡萄糖1%、亞硝酸鈉0.015%、異抗壞血酸鈉0.05%、姜粉0.1%、五香粉0.1%、白胡椒粉0.1%,發(fā)酵劑為L. plantarumCD101、S. simulansNJ201,發(fā)酵劑濃度為107CFU/g。設(shè)置2 個處理組,以100%氯化鈉為對照組,以58%氯化鈉、30%氯化鉀、7%氯化鈣、5%甘氨酸為實(shí)驗(yàn)組。
工藝流程:原料肉的選擇→漂洗→絞肉→低溫腌制→接種→攪拌→灌腸→恒溫發(fā)酵→干燥成熟。
工藝條件:30 ℃、相對濕度80%條件下發(fā)酵24 h,15 ℃、相對濕度75%條件下緩慢發(fā)酵3 d,最后以12 ℃、相對濕度72%進(jìn)行干燥,在第21天得到發(fā)酵香腸成品。
1.3.2 pH值的測定
按照GB 5009.237—2016《食品pH值的測定》方法,使用pH計(jì)測定[11]。
1.3.3 水分含量的測定
按照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》方法測定[12]。
1.3.4 鈉含量的測定
使用鈉試劑盒,采用比色法進(jìn)行測定。
1.3.5 色澤的測定
參照Chung等[13]的方法略有改動。剝?nèi)ツc衣,將香腸攪碎壓成直徑約為20 mm、厚度約為10 mm的薄片,選取6 個不同位置測定樣品的亮度值(L*)、紅度值(a*)、黃度值(b*)。色差儀使用標(biāo)準(zhǔn)版Y=94.0、X=0.315 6、y=0.332 1校正。由于b*會對紅色產(chǎn)生較大的影響,為了減少誤差使用E*評價香腸的色澤,其中
1.3.6 質(zhì)構(gòu)特性的測定
將發(fā)酵香腸切成高為10 mm,直徑約為20 mm的圓柱,剝?nèi)ツc衣,使用P 50A探頭,測定參數(shù):50 kg load cell,測前速率2 mm/s,測試速率5 mm/s,測后速率2 mm/s,50%壓縮率。測定結(jié)果選取硬度、黏聚性、彈性和咀嚼性[15]。
1.3.7 感官評價
由10 名食品專業(yè)人員(5 男5 女)組成感官評價小組,小組成員按照GB/T 22210—2008《肉與肉制品感官評定規(guī)范》[16]進(jìn)行培訓(xùn)。樣品采用3 位數(shù)隨機(jī)編號,小組成員要求對所有樣品的顏色、氣味、組織狀態(tài)以及滋味進(jìn)行評定,每組樣品之間使用溫水漱口以減少不同樣品帶來的影響,小組成員之間互不交流。顏色、氣味、組織狀態(tài)和滋味所占權(quán)重分別為20%、20%、30%、30%,感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 發(fā)酵香腸感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of fermented sausages
1.3.8 電子舌味覺特征分析
參考鞏洋[17]的方法略有調(diào)整。稱?。?0.0±1.0)g發(fā)酵香腸肉糜與200 mL去離子水充分?jǐn)嚢杈鶆?,超聲處?5 min。使用紗布及濾紙過濾后,取約80 mL濾液進(jìn)行電子舌分析。使用TS-5000Z味覺分析系統(tǒng),每個樣品數(shù)據(jù)采集進(jìn)行4 次,第1組數(shù)據(jù)舍去。
1.3.9 游離氨基酸測定
參照Qi Jun等[18]的方法略有改動。稱取4 g攪碎的香腸肉糜,加入20 mL 0.03 g/mL的磺基水楊酸。冰浴條件下勻漿(10 000 r/min,3×20 s)。然后4 ℃、12 000×g離心15 min。取上清液與正己烷按照體積比2∶1混合均勻后,室溫下靜置,待分層后使用0.22 μm濾膜過濾至液相小瓶中。使用氨基酸自動分析儀測定游離氨基酸含量。
1.3.10 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測定
色譜條件:TR-5 MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序:40 ℃保持3 min,以2 ℃/min升至70 ℃,保持0.5 min,再以4 ℃/min升溫至180 ℃,保持0.5 min,最后以10 ℃/min升溫至280 ℃,保持5 min。載氣(He)流速為1 mL/min。
質(zhì)譜條件:電子電離源,正離子模式;離子源溫度200 ℃;電子能量70 eV,發(fā)射電流120 μA;質(zhì)量掃描范圍m/z30~550。使用峰面積歸一法計(jì)算每種風(fēng)味化合物的相對含量[19]。
每個處理設(shè)置3 個重復(fù),數(shù)據(jù)使用SAS 9.1軟件中的Two-Samplet測驗(yàn)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)分析,用Duncan多重比較,P<0.05,差異顯著,P<0.01,差異極顯著。使用Origin 2018繪圖。
如表2所示,經(jīng)過21 d發(fā)酵成熟后,發(fā)酵香腸的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與0 d組相比顯著降低(P<0.05),2 組發(fā)酵香腸水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別從64.47%、64.85%下降到24.51%、28.07%,其中,第21天,實(shí)驗(yàn)組香腸由于較低的氯化鈉含量,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對照組(P<0.05)。此外,添加氯化鉀后,K+會與肌肉表面蛋白發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致Na+的擴(kuò)散速度減慢,因此實(shí)驗(yàn)組的水分散失速度減慢[20]。較低pH值對發(fā)酵香腸的微生物安全性有重要意義,2 組香腸的pH值分別從6.03、6.06下降到5.06、4.84(P<0.05),并且第21天,實(shí)驗(yàn)組的pH值顯著低于對照組(P<0.05),主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)組的高水分含量更適合乳酸菌代謝碳水化合物積累乳酸[21]。2 組香腸的鈉濃度在發(fā)酵香腸期間顯著升高(P<0.05),原因是發(fā)酵香腸大量失水,使氯化鈉濃度升高。實(shí)驗(yàn)組的鈉濃度始終顯著低于對照組(P<0.05),第21天的鈉濃度與對照組相比降低了34.87%,說明減鹽效果顯著。由表2可知,2 組香腸的L*值在21 d內(nèi)顯著降低(P<0.05),這可能與水分散失有關(guān)[22],此外,脂肪添加量、pH值以及顏色分布也會影響L*值的變化[23]。經(jīng)過21 d的發(fā)酵成熟,香腸的E*值顯著升高(P<0.05),這是因?yàn)殡S著發(fā)酵的進(jìn)行,亞硝基肌紅蛋白含量積累,香腸a*值逐漸增加形成穩(wěn)定的鮮紅色[24],2 組香腸的E*值無顯著差異(P>0.05),說明低鈉復(fù)合鹽不會對香腸的色澤造成負(fù)面影響,并對發(fā)酵香腸的色澤有一定改善作用。
表2 低鈉復(fù)合鹽對發(fā)酵香腸理化性質(zhì)的影響Table 2 Effect of low-sodium salt substitution on physicochemical properties of fermented sausages
如表3所示,經(jīng)過21 d的發(fā)酵成熟,2 組香腸的硬度和咀嚼性顯著增加(P<0.05),而彈性和內(nèi)聚性顯著降低(P<0.05),這與前期研究一致[25]。第21天,實(shí)驗(yàn)組的硬度和咀嚼性顯著高于對照組,主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)組較低的pH值使蛋白發(fā)生變性,蛋白質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。其次,硬度和內(nèi)聚性是表征香腸切片性的重要特征[26],根據(jù)質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果可知,低鈉鹽對切片性有一定程度的改善作用。李鵬飛等[27]的研究同樣發(fā)現(xiàn)使用復(fù)合鹽可以彌補(bǔ)直接減鹽引起的切片性缺陷,并且氯化鈉降低對薩拉米的彈性沒有顯著影響。
表3 低鈉復(fù)合鹽對發(fā)酵香腸質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effect of low-sodium salt substitution on textural properties of fermented sausages
如表4所示,對照組的顏色、組織狀態(tài)、滋味以及總分高于實(shí)驗(yàn)組,但無顯著差異(P>0.05),實(shí)驗(yàn)組的氣味得分高于對照組,差異不顯著(P>0.05)。實(shí)驗(yàn)組較低的滋味得分可能是因?yàn)槁然泿淼目辔?,? 組之間并無顯著差異,說明氯化鉀的影響在消費(fèi)者可接受范圍內(nèi)。感官評價結(jié)果說明,本實(shí)驗(yàn)中風(fēng)味增強(qiáng)劑的使用掩蓋了減鹽帶來的感官缺陷,實(shí)驗(yàn)組在降低了42%食鹽的基礎(chǔ)上,保持與對照組相似的感官品質(zhì),可以應(yīng)用到發(fā)酵香腸生產(chǎn)中。
表4 低鈉復(fù)合鹽對發(fā)酵香腸感官評分的影響Table 4 Effect of low-sodium salt substitution on sensory evaluation score of fermented sausages
如圖1所示,電子舌能夠?qū)? 組香腸的咸味、酸味進(jìn)行很好地區(qū)分,而對苦味、鮮味和豐富度區(qū)分度較小。由于實(shí)驗(yàn)組減少了42%食鹽添加量,因此咸味顯著低于對照組(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)組的酸味顯著高于對照組,與pH值結(jié)果一致。由于氯化鉀的添加會給肉制品帶來苦味和金屬味[28],在本實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)組的苦味顯著高于對照組(P<0.05),但結(jié)合感官評價結(jié)果可知,此差異并不易被人體器官感知。實(shí)驗(yàn)組的鮮味和豐富度均顯著高于對照組(P<0.05),這可能是使用風(fēng)味增強(qiáng)劑的結(jié)果。電子舌結(jié)果說明低鈉復(fù)合鹽在一定程度上對香腸的滋味產(chǎn)生積極影響,并且電子舌基本可以對發(fā)酵香腸的味覺特征進(jìn)行區(qū)分。
圖1 不同處理組的味覺特征雷達(dá)圖Fig. 1 Radar map for taste characteristics of fermented sausages with 100% sodium salt and low-sodium salt substitution
發(fā)酵香腸在發(fā)酵成熟過程中,蛋白質(zhì)在內(nèi)源酶和微生物酶的作用下被分解成大量多肽和游離氨基酸[29]。必需氨基酸是指人體無法合成或合成速度不可滿足人體需求的,必需從食物中獲取的氨基酸,必需氨基酸含量代表了食物中蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的高低[30]。如表5所示,實(shí)驗(yàn)組的總氨基酸含量是對照組的1.10 倍,顯著高于對照組(P<0.05),這與Wen Rongxin等[31]的研究結(jié)果一致。2 組香腸的必需氨基酸含量無顯著差異(P>0.05),這說明低鈉鹽不會破壞發(fā)酵香腸的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值。2 組香腸中含量最多的氨基酸為谷氨酸,分別為101.82 mg/100 g和137.22 mg/100 g,其中實(shí)驗(yàn)組顯著高于對照組(P<0.05),谷氨酸和天冬氨酸有利于鮮味的表達(dá)[32],實(shí)驗(yàn)組中谷氨酸和天冬氨酸總量顯著高于對照組(P<0.05),這與電子舌分析結(jié)果一致,一方面說明甘氨酸起到增強(qiáng)風(fēng)味的作用,另一方面也說明低鈉復(fù)合鹽在一定程度上促進(jìn)了谷氨酸、天冬氨酸等鮮味氨基酸的產(chǎn)生,也有報道稱氯化鉀和氯化鈣在調(diào)節(jié)氨肽酶活性方面有重要作用,可以促進(jìn)游離氨基酸的釋放[33]。實(shí)驗(yàn)組中苯丙氨酸、異亮氨酸含量高于(P<0.05)對照組,這2 種氨基酸可以通過Strecker降解生成苯甲醛、3-甲基丁醇、2-甲基丁醛及酯類等風(fēng)味物質(zhì)[34]。
表5 發(fā)酵香腸中游離氨基酸組成Table 5 Free amino acid compositions of fermented sausages with 100% sodium salt and low-sodium salt substitution
續(xù)表6
如表6、7所示,香腸發(fā)酵成熟21 d,2 組香腸共檢出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)72 種,其中包括8 種醛類、7 種醇類、8 種酸類、16 種酯類、5 種酮類、22 種碳?xì)浠衔镆约? 種其他種類。大部分檢測出的化合物已在發(fā)酵香腸中報道過[31,35]。
表6 發(fā)酵香腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成及相對含量比較Table 6 Comparison of the composition and relative contents of volatile flavor compounds in fermented sausages with 100% sodium salt and low-sodium salt substitution
香腸的脂肪自動氧化和蛋白質(zhì)氧化過程產(chǎn)生大量揮發(fā)性物質(zhì),這些物質(zhì)由于閾值低,對發(fā)酵香腸的風(fēng)味形成有很大作用[36],醛類化合物就是這一類物質(zhì)。在本實(shí)驗(yàn)中,2 組香腸檢測出相對含量最多的醛類物質(zhì)是己醛,分別為5.02%和5.08%,其次是壬醛,這與曹辰辰等[37]的研究結(jié)果一致。壬醛、己醛分別呈現(xiàn)青草味和油脂香味[34],主要來自不飽和脂肪酸的過氧化過程,還可以將己酸、壬酸氧化產(chǎn)生其他風(fēng)味物質(zhì)[38]。此外,美拉德反應(yīng)也會產(chǎn)生醛類物質(zhì),例如苯甲醛[39]。統(tǒng)計(jì)分析表明,實(shí)驗(yàn)組和對照組的醛類物質(zhì)相對含量無顯著差異(P>0.05),但實(shí)驗(yàn)組的醛類物質(zhì)種類多于對照組,這說明低鈉鹽對醛類的產(chǎn)生沒有負(fù)面影響。
發(fā)酵香腸中的醇類物質(zhì)是由微生物的糖代謝產(chǎn)生的,實(shí)驗(yàn)組的醇類物質(zhì)含量顯著高于對照組(P<0.05),說明食鹽替代物影響了微生物的糖代謝活動,這與相關(guān)研究[31]的研究結(jié)果一致。風(fēng)味物質(zhì)對香腸香氣的貢獻(xiàn)不僅取決相對含量,還取決于閾值的高低。有些醇類雖然含量較高,但是由于較高的閾值,導(dǎo)致對香腸風(fēng)味的貢獻(xiàn)并不大[40]。
酸類物質(zhì)主要由碳水化合物的發(fā)酵過程產(chǎn)生[41],2 組發(fā)酵香腸中共檢出8 種酸類物質(zhì),對照組的酸類物質(zhì)含量及種類均顯著高于實(shí)驗(yàn)組(P<0.05),酸味物質(zhì)更加豐富。檢出含量最多的酸類物質(zhì)為乙酸,相對含量分別為0.41%、0.47%,二者無顯著差異(P>0.05),乙酸賦予了香腸醋酸味。此外,蝶呤-6-羧酸是由脂肪的自動氧化產(chǎn)生[40],實(shí)驗(yàn)組并未檢出,這說明減鹽影響了脂肪氧化進(jìn)程,這與先前研究一致[42]。
酯類由于閾值較低,是發(fā)酵香腸中重要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),為香腸獨(dú)特風(fēng)味的形成作出貢獻(xiàn),在微生物的作用下,短鏈酸和酯發(fā)生酯化反應(yīng)產(chǎn)生酯類化合物[41]。在本實(shí)驗(yàn)中,對照組與實(shí)驗(yàn)組的酯類物質(zhì)相對含量分別為18.47%、19.79%,在2 組香腸中均檢測到豐富的辛酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯,這些物質(zhì)呈現(xiàn)新鮮水果味道[43],在Wen Rongxin等[31]研究中,發(fā)現(xiàn)使用氯化鉀替代氯化鈉會增強(qiáng)細(xì)菌酯酶的活性,產(chǎn)生更多的乙酸乙酯、乳酸乙酯等,在本研究中,實(shí)驗(yàn)組的大部分酯類物質(zhì)含量高于對照組但差異并不顯著(P>0.05)。
酮類物質(zhì)是由氨基酸的Strecker降解、脂肪氧化以及微生物分解代謝產(chǎn)生的,能夠促進(jìn)奶香味的形成[44]。本實(shí)驗(yàn)中對照組的酮類物質(zhì)種類和含量均高于實(shí)驗(yàn)組。碳?xì)浠衔镏饕獊碜蚤L鏈脂肪酸的自動氧化或熱均解過程[45],是本次發(fā)酵香腸中檢出種類和含量最多的化合物,但由于閾值較高,對發(fā)酵香腸風(fēng)味貢獻(xiàn)較小。此外,長葉蒎烯、松油烯、茴香腦等主要來自香料,實(shí)驗(yàn)組由于加入了甘氨酸,因此3-苯丙?;?甘氨酸被檢出。
表7 低鈉復(fù)合鹽對發(fā)酵香腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響Table 7 Effect of low-sodium salt substitution on volatile flavor compounds of fermented sausages
本實(shí)驗(yàn)探究了低鈉復(fù)合鹽對發(fā)酵香腸理化特性和風(fēng)味的影響。結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)組水分含量顯著高于對照組,pH值顯著低于對照組,并對香腸的色澤和質(zhì)構(gòu)特性有一定程度的改善作用,在顯著降低鈉含量的基礎(chǔ)上保持了與對照組相似的感官評分。根據(jù)電子舌味覺分析結(jié)果,低鈉復(fù)合鹽提高了發(fā)酵香腸的鮮味和豐富度。此外,低鈉復(fù)合鹽促進(jìn)了游離氨基酸的釋放,對揮發(fā)性風(fēng)味的產(chǎn)生沒有負(fù)面影響。因此,在降低42%食鹽添加量條件下,該低鈉鹽(58%氯化鈉、30%氯化鉀、7%氯化鈣、5%甘氨酸)可以應(yīng)用于發(fā)酵香腸中,為低鈉發(fā)酵香腸的開發(fā)提供新思路。