肉粉发酵过程中理化指标动态变化

张 瑶,宫 克,汪思佚,白 娟,汪雪瑞,王承明

(华中农业大学食品科学技术学院,环境食品学教育部重点实验室,湖北武汉 430070)

鲊肉粉是我国鄂、川、湘、黔、渝等地区广泛食用的一种传统发酵食品,最早可溯源至先秦时期,在我国已有两千多年的食用历史。传统鲊肉粉是以新鲜猪肉、米粉和红辣椒为主要原料,加入生姜、大蒜及少量食盐等辅料拌匀后经自然发酵而成。熟制后的成品酸辣适宜、色泽诱人,具有特殊的发酵香味,能增加食欲、帮助消化,因而广受消费者喜爱。从营养学的角度来看,鲊肉粉是一种集碳水化合物、蛋白质和脂肪三大营养成分为一体,营养均衡,人体消化利用率较高的食品。其利用天然的香辛料为抑菌剂,无需添加任何化学防腐剂,且具有较长的货架期,能极大地延长产品的可食用期限。但是,到目前为止,对于鲊肉粉的研究鲜有报道,其他的肉类发酵食品如火腿[1-3]、腌鱼[4-6]、腊肉[7-8]、酸肉[9-13]以及各种发酵香肠[14-16]等却有大量研究报道。

本实验旨在探究鲊肉粉发酵过程中的理化指标变化情况,以不同发酵时间的鲊肉粉为基础,考察了发酵过程中碳水化合物降解相关指标、蛋白质降解相关指标和脂肪氧化相关指标的变化情况,并进一步分析其变化规律,实现对鲊肉粉发酵过程的监控,以期更有效的提高产品质量,为鲊肉粉的工业化生产奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

籼米 湖北省监利县兴旺米业有限公司;新鲜猪肉、红辣椒、生姜、大蒜 华中农业大学附近的中百超市;食盐 湖北蓝天盐化有限公司;葡萄糖、蒽酮、硫酸、氢氧化钠、甲醛、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、三氯乙酸、氧化镁、石油醚(30～60 ℃)、盐酸、乙醇、乙醚、氢氧化钾、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠、可溶性淀粉、硫酸铁铵、磷酸、氯化钠 均为分析纯,国药集团化学试剂有眼公司。

BS 224S分析天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;组织破碎机 山东九阳小家电有限公司;酸度计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;722型可见分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司;HH-2数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;CJJ 79-1磁力加热搅拌器 金坛市大地自动化仪器厂;电子万用炉 北京市永光明医疗仪器有限公司;SKD-600凯氏定氮仪 上海沛欧分析仪器有限公司;QF-3800氮气吹干仪 上海普誉科贸有限公司;L-8900氨基酸自动分析仪 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 鲊肉粉的生产工艺流程如下所示[17],按照以下方法分别制备0、2、4、6、8和10 d不同发酵时间的鲊肉粉样品。按GB/T 9695.19-2008 《肉与肉制品取样方法》进行取样,取样后用组织搅碎机搅碎,混匀备用。

原辅料前处理:将籼米粉碎过20目筛后备用;新鲜猪肉和辣椒洗净沥干,猪肉切成条状肉片,辣椒切成4 mm×4 mm的小丁备用;姜、蒜等去皮、洗净、沥干后切丁备用。

1.2.2 指标的测定方法

1.2.2.1 碳水化合物降解相关指标的测定 总糖测定:采用蒽酮比色法[18],所得葡萄糖标准曲线为:y=0.012x-0.0061,R2=0.9997。总酸测定:采用NaOH直接滴定法测定。

1.2.2.2 蛋白质降解相关指标 粗蛋白的测定:按照GB 5009.5-2010中凯氏定氮法进行。非蛋白氮的测定:前处理方法参考文献[18],最后采用凯氏定氮法测定。氨基酸态氮的测定:甲醛滴定法。氨基酸组成的测定:应用氨基酸自动分析仪测定。样品前处理:称取约0.2～0.3 g匀浆肉样,精确到0.0001 g,放入带盖玻璃试管中,向试管中加入6 mol/L盐酸10～15 mL,将试管放入(110±1) ℃的恒温干燥箱内水解24 h,取出冷却。冷却后打开盖子,将水解液转入50 mL容量瓶中,用去离子水定容,用移液枪从中吸取0.5 mL于60 ℃ 0.04 MPa氮吹,吹干后用0.02 mol/L盐酸1 mL重溶,然后用0.22 μm滤膜过滤,备用，供仪器测定。标准液稀释:准确吸取0.2 mL混合氨基酸标准液(其中胱氨酸为1.25 μmol/mL、其他氨基酸为2.5 μmol/mL),用0.02 ml/L盐酸溶液稀释到5 mL,稀释后的标准液浓度为5.0 nmol/50 μL,待上机测定用。上机测定:用氨基酸自动分析仪以外标法测定试样待测液的氨基酸含量。挥发性盐基氮的测定:参考GB5009.228-2016采用半微量定氮法测定。

1.2.2.3 脂肪氧化相关指标 粗脂肪的测定:按照GB/T 9695.7-2008中规定的方法进行。游离脂肪酸的测定:按照GB/T 5009.44-2003中规定的方法进行。胆固醇的测定:按照GB/T 5009.128-2003中规定的方法进行。酸价、过氧化值的测定:按照GB/T 5009.44-2003中规定的方法进行。硫代巴比妥酸值(TBA值)的测定参考李超等[20]中的方法。

1.3 统计分析

每组试验均进行3次平行,实验数据均以平均数±标准差表示,显著性检验为t检验,采用SPSS软件进行统计处理。

2 结果与分析

2.1 鲊肉粉中碳水化合物降解相关指标含量的变化

2.1.1 总糖含量的变化 由图1可知,在鲊肉粉的发酵过程中,随着发酵时间的延长，总糖含量逐渐降低,由发酵0 d时的(25.78±0.25) mg/100 g降低至发酵10 d时的(13.94±0.36) mg/100 g,说明总糖发生了分解,经微生物及其酶的作用分解转化为酸类物质。

图1 鲊肉粉发酵过程中总糖含量的变化Fig.1 Change of total sugar in fermented meat rice during fermentation period

2.1.2 总酸含量的变化 由图2可知,鲊肉粉的总酸含量在发酵过程中先增加后降低,0～8 d总酸含量逐渐增加,8～10 d总酸含量有所降低,在发酵第8 d时,总酸含量最高,表明鲊肉粉中微生物的生长活动在发酵第8 d时最为旺盛。总酸含量的增加是因为发酵前期乳酸菌大量生长繁殖,分解碳水化合物产生乳酸,使得总酸含量不断增加[19]。到发酵后期,过量的乳酸会对微生物的生长活动产生抑制作用,使其产酸减少,故而总酸含量有所降低[20]。

图2 鲊肉粉发酵过程中总酸含量的变化Fig.2 Change of total acid content in fermented meat rice during fermentation period

2.2 鲊肉粉中蛋白质降解相关指标含量的变化

2.2.1 蛋白质含量的变化 由图3可知,在鲊肉粉的发酵过程中,蛋白质含量先降低后升高,在发酵0～6 d蛋白质含量逐渐降低,6～10 d蛋白质含量略有升高,在发酵第6 d时,鲊肉粉中测得的蛋白质含量最低,表明此时蛋白酶的产生及其活动最为旺盛,大量分解蛋白质产生风味、滋味等物质。在发酵初期,微生物大量生长繁殖并产生蛋白酶类，作用于肉中的蛋白质,促使肉中蛋白质发生降解,因此,鲊肉粉中蛋白质含量有所降低[21],但是在发酵中后期,由于氧气等能源物质的消耗,水分含量减少,盐含量相对升高,酶的活性受到抑制,蛋白质降解逐渐缓慢,且由于水分含量的减少,蛋白质含量也会相对增加。

图3 鲊肉粉发酵过程中蛋白质含量的变化Fig.3 Change of protein content in fermented meat rice during fermentation period

2.2.2 非蛋白氮含量的变化 如图4所示,在鲊肉粉的发酵过程中,非蛋白氮含量在发酵0～8 d逐渐升高,在8～10 d非蛋白氮含量趋于稳定。鲊肉粉中非蛋白氮含量从发酵初期的1.49%±0.02%增加到发酵后期的1.63%±0.01%。通过对鲊肉粉发酵过程中的蛋白质和非蛋白氮含量的相关性分析,得出r=-0.978,R2=0.978>0.95,表明非蛋白氮含量的增加与蛋白质含量的降低呈显著的负相关。这主要是因为蛋白质的降解贯穿于整个发酵过程,降解产生的游离氨基酸和短肽聚集,使非蛋白氮含量增加,同时也增加了鲊肉粉的营养价值和风味[22]。

图4 鲊肉粉发酵过程中非蛋白氮含量的变化Fig.4 Change of nonprotein nitrogen content in fermented meat rice during fermentation period

2.2.3 氨基酸态氮含量的变化 如图5所示,鲊肉粉发酵过程中,氨基酸态氮含量呈先缓慢上升后迅速上升的趋势,0～6 d氨基酸态氮含量上升缓慢,这是因为发酵初期,蛋白质降解产生了游离氨基酸和多肽,但在微生物及其酶的作用下又进一步降解或发生脱羧、脱氨反应生成醛酮等小分子化合物,使氨基酸态氮含量变化较小[23]。6～8 d时,由于水分含量的减少,盐含量相对增加,脱羧酶的活性受到抑制,同时微生物大量生长繁殖,降解蛋白质产生氨基酸等小分子物质,使得氨基酸大量积累,氨基酸态氮含量迅速升高。8～10 d时,氨基酸、多肽等主要参与色泽和风味的形成使氨基酸态氮含量增加减缓。

图5 鲊肉粉发酵过程中氨基酸态氮含量的变化Fig.5 Change of amino nitrogen in fermented meat rice during fermentation period

2.2.4 氨基酸组成及含量的变化 由表1可知,在鲊肉粉的发酵过程中,除丝氨酸和组氨酸含量有所降低外,其他氨基酸含量均有所增加。发酵10 d鲊肉粉样品与发酵0 d鲊肉粉样品相比,氨基酸总量增加了13.29%,必需氨基酸含量增加了14.72%,鲜味氨基酸含量增加了16.94%,甜味氨基酸含量增加了18.39%,可见随着发酵的进行,鲊肉粉的营养和风味均得到较大的提高。

表1 鲊肉粉发酵过程中氨基酸组成及含量的变化(g/100 g)Table 1 Changes of compositions and contents of amino acids in fermented meat rice during fermentation period(g/100 g)

2.2.5 挥发性盐基氮含量的变化 挥发性盐基氮是指动物性食品由于酶和细菌的作用,在腐败过程中,使蛋白质分解而产生氨及胺类等碱性含氮物质[24]。挥发性盐基氮含量是评价肉与肉制品新鲜度的主要卫生指标,是肉制品腐败程度的标志,高含量的挥发性盐基氮不利于人体的健康[25]。由图6可知,在鲊肉粉的发酵过程中,样品中挥发性盐基氮含量呈先升高后降低再升高的趋势,这可能与蛋白质的分解和微生物及其酶的作用有关。在鲊肉粉发酵的0～2 d时,由于有益微生物尚未大量生长繁殖,鲊肉粉中营养成分在一些腐败微生物的作用下分解,产生氨及胺类物质,挥发性盐基氮含量增加。但在2～4 d时,有益微生物大量生长繁殖,产生生物素等有益物质抑制了杂菌的生长,同时减缓了鲊肉粉的腐败变质,因此,在鲊肉粉发酵第2～4 d时,其中的挥发性盐基氮含量迅速降低。在发酵的4～10 d,由于蛋白质在微生物及酶的作用下大量分解,使得挥发性盐基氮含量又大幅增加。

图6 鲊肉粉发酵过程中挥发性盐基氮含量的变化Fig.6 Change of volatile salt-basic nitrogen in fermented meat rice during fermentation period

2.3 鲊肉粉中脂肪氧化相关指标含量的变化

2.3.1 粗脂肪含量的变化 由图7可知,鲊肉粉中脂肪含量随着发酵时间的延长逐渐降低,由发酵0 d的15.32%±0.28%降低至发酵10 d的12.16%±0.32%,在整个发酵过程中降低了3.16%。在0～2 d时,脂肪含量下降迅速,在2～10 d时脂肪含量下降缓慢,这是因为发酵初期微生物大量生长繁殖,产生大量的脂肪酶类,使鲊肉粉中脂肪迅速分解,生成游离脂肪酸等。在发酵2～10 d时,脂肪的水解减缓,这是因为水分含量降低,盐分相对增加,抑制了脂肪酶的活性,进而减缓了脂肪的分解,同时,由于发酵环境中的氧气被消耗,脂肪的氧化分解减少,也使脂肪含量的变化减弱。

图7 鲊肉粉发酵过程中脂肪含量的变化Fig.7 Change of fat content in fermented meat rice during fermentation period

2.3.2 游离脂肪酸含量的变化 由图8可知,在鲊肉粉发酵过程中游离脂肪酸含量不断升高,由发酵0 d的0.18%±0.01%升高到发酵10 d的0.69%±0.02%,整个发酵过程中共增加了0.51%。游离脂肪酸是由脂肪的氧化作用产生的,其含量的多少受脂肪氧化程度及游离脂肪酸进一步降解反应影响[26]。

图8 鲊肉粉发酵过程中游离脂肪酸含量的变化Fig.8 Change of FFA content in fermented meat rice during fermentation period

2.3.3 胆固醇含量的变化 胆固醇含量的高低影响人类健康,食用过多含胆固醇高的食物对健康不利,在此,我们研究了鲊肉粉在发酵过程中胆固醇含量的变化,结果如图9所示。随着发酵时间的延长,胆固醇含量呈降低趋势,0～6 d胆固醇含量降低迅速,6～10 d降低缓慢,从发酵0 d的19.9 mg/100 g降低至发酵10 d的12.1 mg/100 g,降低了7.8 mg/100 g,表明发酵可以降低鲊肉粉中胆固醇的含量。胆固醇的降低对人体是有利的,因为体内胆固醇水平与高血脂症、心脏病等有关[27]。胆固醇含量的降低可能是鲊肉粉中种类繁多的微生物如乳酸菌等作用的结果[28],0～6 d时乳酸菌活动旺盛,对胆固醇的降低起到十分关键的作用,6～10 d时,由于总酸的积累,水分含量的减少以及盐分的相对增加,乳酸菌等微生物的生长活动受到抑制,使其降低胆固醇的作用减弱,从而胆固醇含量降低减缓。

图9 鲊肉粉发酵过程中胆固醇含量的变化Fig.9 Change of cholesterol in fermented meat rice during fermentation period

2.3.4 酸价的变化 酸价是指中和1.0 g油脂所含游离脂肪酸所需氢氧化钾的毫克数,酸价的大小标志着油脂中游离脂肪酸含量的多少,一定程度上可作为评价油脂酸败的指标[29]。GB 2730-2005规定了腌腊肉制品的酸价≤4.0(mg KOH/g脂肪)[30]。由图10可知,在鲊肉粉的整个发酵过程中,其酸价呈不断升高的趋势,表明鲊肉粉中的游离脂肪酸含量不断增加,脂肪处于不断氧化酸败的过程,但其酸价均在国标规定范围内。

图10 鲊肉粉发酵过程中酸价的变化Fig.10 Change of AV in fermented meat rice during fermentation period

2.3.5 过氧化值的变化 过氧化值是不饱和脂肪酸的双键与空气中的氧相结合的产物的量化指标,反映了油脂中不饱和脂肪酸的氧化程度[31]。过氧化值高表示脂肪氧化的中间产物积累较多,这些中间产物很快会进一步氧化生成其他小分子化合物[32]。结果如图11所示,发酵初期0～2 d内,鲊肉粉中过氧化值含量稍有升高,2 d后,过氧化值呈下降趋势,最终鲊肉粉中过氧化值含量降低至0.024 mg/g,远低于GB 2730-2005规定的腌腊肉制品的过氧化值(≤0.50 g/100 g脂肪))。

图11 鲊肉粉发酵过程中过氧化值含量的变化Fig.11 Change of POV in fermented meat rice during fermentation period

2.3.6 硫代巴比妥酸值的变化 脂肪自动氧化的产物与鲊肉粉中肉的TBA值呈显著的正相关,TBA值在一定程度上可以表示脂肪受到氧化的程度[33]。由图12可知,鲊肉粉在发酵过程中TBA值呈上升的趋势,0～2 d上升迅速,2～10 d上升缓慢,这是因为在发酵第0～2 d时,鲊肉粉中有益微生物积累尚不多,脂肪氧化严重,在发酵第2～10 d时,由于有益微生物的生长繁殖,产生生物素等物质对脂肪的氧化起到一定程度的抑制,故而脂肪氧化的程度减缓[34-35]。

图12 鲊肉粉发酵过程中TBA值的变化Fig.12 Change of TBA value in fermented meat rice during fermentation period

3 结论

在鲊肉粉的发酵过程中,总糖含量持续降低,总酸含量在0～8 d时持续升高,在8～10 d内有所下降。可见,随着发酵时间的延长,鲊肉粉中的碳水化合物逐渐被分解产生了酸类物质,使得鲊肉粉中总酸含量逐渐升高。在鲊肉粉的发酵过程中,蛋白质含量随着发酵时间的延长逐渐降低,而非蛋白氮、氨基酸态氮和挥发性盐基氮含量都有所升高,这些指标含量的增加主要是因为蛋白质发生了降解作用。鲊肉粉发酵前后氨基酸组成及含量的对比分析表明,氨基酸总量增加了13.29%,其中必需氨基酸含量增加了14.72%,大大提高了鲊肉粉的营养价值。在鲊肉粉的发酵过程中,粗脂肪含量降低,游离脂肪酸含量升高,胆固醇含量先迅速下降后缓慢下降。可见,随着发酵时间的延长,鲊肉粉中的脂肪逐渐被微生物及其酶作用,降解产生了游离脂肪酸,同时鲊肉粉中的胆固醇含量也有所降低,使得鲊肉粉的营养价值有所提高。氧化指标中酸价、过氧化值、硫代巴比妥酸值在整个发酵过程中都在国标规定范围内,表明鲊肉粉的安全性有一定的保证。综上所述,鲊肉粉是一款色香味俱佳,营养比较均衡,人体消化利用率较高,纯天然、健康安全且广受人们喜爱的特色美食,其消费群体广泛,营养和安全性有一定的保证,可为其大规模推广奠定理论基础。