肉加工中亚硝酸盐的作用及其替代物应用研究进展

周亚军，李宗豪，李圣桡，陈 艳

（吉林大学食品科学与工程学院，吉林长春 130062）

随着社会进步和食品工业的发展，肉制品的需求量呈现快速增长的趋势，同时人们对于安全优质肉制品的意识也在不断增强[1]。至今，亚硝酸盐在肉制品行业占领着“统治”地位，是最常用的食品添加剂之一，它可以使肉制品呈现稳定的发色、抑制有害细菌的生长繁殖，并且在贮藏过程中可以延缓食品腐败，改善肉类的风味和质构特性，稳定肉类产品中脂类的氧化状态，同时也可以保持辛辣、烟熏的风味[2-4]。然而，如果亚硝酸盐添加不当，轻者会造成机体缺氧，重者会生成强致癌物，对人体具有致癌、致畸、致突变作用（三致作用）[5-6]。随着食品安全意识和绿色食品观念愈发深入人心，人们对肉制品中添加亚硝酸盐持消极态度，肉制品中添加亚硝酸量被关注与重视。因此，低硝肉制品的研究大势所趋。怎样才能在降低亚硝酸盐的使用量或者直接不添加亚硝酸盐的基础上，仍能保持肉制品的风味和功能特性。近年来，研究人员一直在寻找亚硝酸盐有效的替代品或者完全等同的替代物，目前为止仍未找到一种物质能够完全替代它。有研究表明[7-8]，可以研制出一种无亚硝酸盐腌制肉的混合多组分替代体系。根据目前国内外低硝肉制品的研究现状，对不同种类亚硝酸盐替代物的代替效果及其对肉制品品质的影响等方面进行综述，旨在为我国以后低硝肉制品的发展提供一定的理论依据和实际参考价值。

1 亚硝酸盐概述

1.1 性质

硝酸盐（NIT）是一类无机化合物的总称，经常被人们使用的是亚硝酸钠。自然状态下，亚硝酸钠呈现白色或者微黄色晶体，多为粉末状。在裸露空气中，易吸水发生潮解，并且还易与氧气发生反应生成硝酸钠，化学性质活泼、不稳定。外观及其滋味均与食盐相似，在建筑和工业中应用广泛[9]。根据相关研究报道，人体食用亚硝酸盐中毒剂量为0.3~0.5 g，致死剂量为3 g[10]。亚硝酸盐的生物半衰期为1 d[9]。

1.2 安全性

亚硝酸盐是一种强氧化剂，人体摄入过量，则会产生许多危害，甚至造成不良后果。正常人体血液中铁离子是以二价化合态的形式存在，有携带氧气的功能，如果摄入过量，会蓄积到血液当中，将二价铁离子氧化为三价，此时血红蛋白将失去携氧的功能，从而造成机体组织缺氧，形成高铁血红蛋白症，临床表现为呼吸困难、皮肤发青、血管扩张、血压下降等症状，严重时可导致机体因呼吸衰竭而猝死[11]。另外，亚硝酸盐还能与腌肉制品中蛋白质的分解产物——胺类化合物发生化学反应，生成一系列的N-亚硝基化合物，这些化合物在酸性条件下，会发生一系列变化，最终生成N-亚硝胺，具有强致癌性，长期大量摄入会危害机体健康[12]。

鉴于以上亚硝酸盐在肉制品中的危害及大量摄入对人体造成的影响，科学家一直都在寻找它有效替代物。在肉制品加工过程中，亚硝酸盐所发挥的作用是不可忽略的，比如发色作用、促进肉制品特殊风味的形成、抗氧化作用、抑菌作用等。添加过量则会对机体造成难以估算的损伤；添加过少或者不添加，就达不到腌肉制品所具有独特的风味、口感与色泽，更不能抑制葡萄球菌等对人体有害细菌的生长，所以不能盲目地使用亚硝酸盐。目前，科研界大多数致力于寻找亚硝酸盐的替代物，从而减少使用量，如果有可能，将不再使用亚硝酸盐，替代亚硝酸盐在肉制品中所发挥的作用，保持肉制品原有的质构特性[13-14]。

1.3 在肉制品中的作用

1.3.1 护色作用

在肉制品加工过程中，目前常常通过添加亚硝酸盐来保持肉品原本的色泽。例如，在屠宰动物后，其体内会发生一系列生化反应，比如酵解作用，使体内的糖原转化为乳酸，处于酸性环境。亚硝酸盐处于此环境中，便会生成亚硝酸，而亚硝酸是不稳定状态，继续分解为亚硝基和NO，亚硝基会与肉制品中的肌红蛋白和血红蛋白结合，产生亚硝基肌红蛋白和亚硝基血红蛋白，从而使肉品呈现鲜红色，提高肉品的感官品质。假设以上某个环节出现偏差便会影响肉品的呈色效果。这就是亚硝酸盐的发色机理[15-17]。与钟耀广等人[18]的研究结果基本吻合。

1.3.2 抗氧化和改善风味功效

脂类氧化是造成肉制品品质下降的主要原因之一。造成这种现象主要由于肉及其制品在加工、运输、贮藏期间，受到某些理化因素的影响，如热、光、微生物和氧气等因素，产生各种臭味和异味，降低食品的营养价值和感官品质，甚至可能产生具有毒性的物质[19]。有试验研究表明[20]，亚硝酸盐可以使肉制品产生特殊的风味、抗氧化的同时，还可以产生一些芳香烃的物质如醛类，能够防止“过熟味”，从而形成特有的风味与香气。Huang Z等人[21]的研究结果报道，目前亚硝酸钠在肉制品中发挥抗氧化作用有4种大家比较认可的机理：亚硝酸钠和碳碳双键发生复杂反应，从而影响了肉质，趋于稳定；与血红素蛋白中的铁发生反应，生成络合物，从而间接阻止了血红素蛋白与过氧化氢的结合；发生契合反应；与肉中的某些物质产生反应，生成类似抗氧化活性的物质，如亚硝基和亚硝酰基化合物，从而发挥作用。

1.3.3 抑菌作用

亚硝酸盐是一种良好的抑菌剂，其被普遍应用于肉加工中的一个重要原因就是对肉毒梭状芽孢杆菌有强烈的抑制作用，肉毒梭菌是一种厌氧、孢子形成的革兰氏阴性菌，广泛分布于自然界，它在食品中产生最强的毒素，肉毒杆菌神经毒素（Botulinum neurotoxin，BoNT） 的能力使这种病原体成为一个主要的食品安全问题[22]。另外，亚硝酸盐还被证明，对蜡样芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌、单细胞增生李斯特菌和产气荚膜杆菌等有毒有害菌具有抑制作用[23]。据董庆利等人[24]研究结果表明，亚硝酸盐之所以能够抑制肉毒梭菌产毒，其机理可能有：阻止能量代谢、DNA和基因表达被抑制、细胞壁和细胞膜的表达受到限制。

2 亚硝酸盐替代物的研究进展

自从1950年，Magee首次报道二甲基亚硝胺（N-nitrosodime-thylamine，NDMA） 可引起肝癌，随后发现亚硝酸盐可以与各种胺类反应形成小分子量的亚硝胺（N-nitrosamines，RNNOs），从此国内外科学家掀起了寻找肉制品中亚硝酸盐替代物研究的高潮[25]。遗憾的是，至今为止都未曾寻找出一种能够完全代替亚硝酸盐作用的替代物。目前，科学家较倾向于从以下几个方面来入手去寻找亚硝酸盐有效的替代物：①减少肉制品生产过程中亚硝酸盐的使用量，从而降低亚硝酸盐的残留量问题；②利用某种特殊方法来抑制亚硝胺的形成，从而减少对人体的危害；③由发色剂、螯合剂、抗氧化剂、抑菌剂等组成的混合体系替代亚硝酸盐的添加剂[5，26]。鉴于此，从亚硝酸盐所发挥作用考虑，主要从发色、抑菌、抗氧化的替代物等方面对国内外研究现状进行综述。

2.1 发色作用替代物

随着社会的进步和科技的发展，亚硝基血红蛋白（Nitrosohaemoglobin，HbNO）越来越受到科研工作者的青睐，这是因为HbNO作为一种新型且安全的肉品发色剂，有着其他着色剂、食品添加剂、色素等所无法媲美的得天独厚的优势，美中不足的是，它在自然空气中，对光、Fe2+敏感，稳定性不高，易氧化变色[27]。张红涛等人[28]研究了糖化亚硝基血红蛋白（Glycosylated nitroso hemoglobin，G-HbNO） 制备工艺的优化及在肉糜中的应用，结果表明合成的G-HbNO可以作为亚硝酸盐发色作用的替代物，不仅具有良好的发色效果，还可降低亚硝酸钠的添加量，初步实现了肉制品中低硝化。黄群等人[29]在研究中指出，以猪血为原料进而合成新型肉制品着色剂HbNO是可行的，并且产物的色泽、稳定性有了较大的改善，同时还丰富了人体对微量元素和营养物质的摄取，比如铁和优质蛋白质。此外，Liu P X等人[30]研究发现，G-HbNO减少了亚硝酸盐残留并抑制了脂质氧化和肠杆菌科的生长，显示出作为肉制品中亚硝酸钠替代品的巨大潜力。综上所述，HbNO在保持肉制品色泽的同时，降低了亚硝酸盐的含量，实现了低硝，保证了肉制品的安全，提高了产品的感官特性。

红曲色素是由红曲霉的菌丝在生长代谢过程中所产生分泌的一种天然色素，是红曲霉的次级代谢产物，红曲色素来源于微生物[31-32]。研究者经过多年探索和试验，得出红曲色素具有着色、防腐、保健和药用价值[33]。由于红曲色素的着色、防腐效果，红曲色素被广泛应用于肉制品和腌制品中，可以增强食品的风味，赋予食品特殊的色泽，延长保质性，还可以降低亚硝酸盐的使用量。近年来，由于食品工业的不断发展和人们不断追求绿色食品，红曲色素越来越受人们的欢迎与宠爱，在腊肉、火腿肠、香肠等肉制品加工中已被广泛应用。Liu D C等人[34]将接种过红曲霉的安卡米加入到香肠中，发现25 mg/L亚硝酸盐和0.25%安卡米的香肠与100 mg/L亚硝酸盐的香肠在色度上没有显著差异，并且货架期延长，在4℃条件下贮藏28 d无颜色变化，是可接受的。郑立红等人[35]的研究结果表明，低硝腊肉中红曲色素的添加量为0.14 g/kg（亚硝酸钠使用量为0.04 g/kg）时即可满足消费者感官要求，同时稳定性也有较大提高。杜鹃等人[36]研究指出，添加0.2 g/kg红曲色素和0.06 g/kg亚硝酸钠制作的花生蛋白灌肠，与添加0.15 g/kg亚硝酸钠制作的花生蛋白灌肠的感官品质和理化性质最为接近。Fabre C E等人[37]研究将红曲色素加入到香肠中，在4℃下可以稳定贮藏3个月（稳定性在95%左右），可以替代一些传统的食品添加剂，如亚硝酸盐。因此，红曲色素可以作为肉制品加工中的发色剂使用，来代替部分亚硝酸钠，实现肉制品的低硝，应用前景广阔。

2.2 抑菌作用替代物

亚硝酸盐在肉制品腌制过程中对有害细菌的生长繁殖起着很重要的作用，尤其是对肉毒梭状芽孢杆菌的抑制作用较明显。目前，科学家比较深入广泛地研究亚硝酸盐替代物大致有以下几种：山梨酸钾、乳酸链球菌素、乳酸（盐）、乳酸菌发酵、多聚磷酸盐、次磷酸盐、抗氧化剂、延胡索酸酯和辐射杀菌等。

在亚硝酸盐各种替代物的研究中，山梨酸钾被研究者所青睐。山梨酸钾主要使有害微生物的生长繁殖受到抑制，活性减弱，从而达到抑菌、防腐的目的。在防腐过程中能够不改变食品原有的营养成分，以及食品的色、香、味，山梨酸钾因其抑菌、防腐、安全的性能，在食品行业中被广泛应用，目前是食品加工中比较常用且绿色的食品添加剂之一[38]。Vareltzis K等人[39]测试了甜菜碱/山梨酸钾混合体系与传统亚硝酸盐体系对法兰克福香肠中微生物的生长和显色效果，结果显示，在4℃和20℃条件下，甜菜碱/山梨酸钾体系对芽孢杆菌的生长有较好的抑制作用。相关试验研究结果表明[40]，40~80 mg/L亚硝酸盐与0.20%山梨酸钾联合抗肉毒梭菌的作用与120 mg/L亚硝酸盐的作用等效。除了肉毒梭菌外，这一水平的山梨酸盐也可以抑制肉制品中其他有害菌，如金黄色葡萄球菌，进一步防止其腐败变质。以上试验为山梨酸钾可能作为亚硝酸盐替代物提供了理论依据。

乳酸链球菌素（Nisin）是一种多肽物质，是由乳酸链球菌在代谢过程中产生的无毒、高效、天然的防腐剂，在人体代谢过程中可以分解为小分子氨基酸。它对肉毒梭状芽孢杆菌、李斯特菌等革兰氏阳性菌有明显的抑制作用[41]。Ghabraie M等人[42]通过在香肠模型中加入乳酸链球菌素和亚硝酸盐的抗菌作用的研究，发现Nisin对肉制品中单核细胞李斯特菌的生长有显著的影响。徐海祥等人[43]通过研究得出，添加600 mg/kg Nisin及40 mg/kg亚硝酸盐制作的中式香肠，与按90 mg/kg添加亚硝酸盐制作的中式香肠品质差异不显著。综上所述，Nisin不仅可以代替部分亚硝酸盐的使用量，还能够抑制有害菌的生长、延长产品的货架期、防腐抗菌、防止中毒，从而大大提高食品的安全性与绿色性。

2.3 其他

茶多酚具有抗氧化作用，而且还具有光谱强效的抗菌作用，是一种天然的食品抗氧化剂，主要存在于茶叶中。杜伟等人[44]添加一定量的茶多酚于香肠中，不仅可以降低产品中亚硝酸钠的残留量（最低可达57.54%），而且还可以有效地防止脂质氧化。最近葡萄籽和板栗也受到研究者的关注。Aquilant C等人[45]通过添加葡萄籽提取物和板栗提取物来替代亚硝酸盐发现，未检出有害细菌，脂质氧化与亚硝酸盐并无差异，消费者的总体可接受性良好，可作为香肠中亚硝酸盐的有效替代品。有试验研究表明[46-48]，天然调味品——姜、蒜、姜黄也有抗菌、抑菌作用。Sharma J等人[48]通过姜黄粉对鸡肉的抗氧化作用研究，结果表明，姜黄具有替代目前用于肉类加工的合成抗氧化剂的潜力。Goswami M等人[46]通过将鸡肉泥中添加大蒜、生姜、姜黄的混合调味品来评估抗氧化和抗菌效果，研究表明，姜、蒜和姜黄具有很好的抗氧化性能，比亚硝酸盐的抗氧化效果明显，并且对肉毒梭状芽孢杆菌和大肠杆菌有明显的抑制作用，所以可以采用多种调味品组合的形式来代替亚硝酸盐为今后科研工作者寻找良好亚硝酸盐替代物指明了一个可行性研究方向。

芹菜是人们日常生活中经常食用的一种蔬菜，芹菜中富含多种维生素、矿物质和黄酮类化合物。此外芹菜中富含硝酸盐，亚硝酸盐含量极低，是一种天然的硝酸盐资源库，对腌肉制品具有一定的抗氧化和发色功能。夏文银等人[49]在芹菜粉对香肠品质的研究中发现添加0.2%的芹菜粉可以显著降低产品中亚硝酸盐的残留量（比对照组低75%左右），腌肉制品的外观色泽更加鲜美、明亮，同时抗氧化效果最佳。Zhang N L等人[50]通过试验证明发酵芹菜粉可以代替传统的亚硝酸盐，并且还可以抑制单核细胞增生李斯特菌的生长，而不会对产品的品质和感官特性带来负面影响。以上研究表明，芹菜粉应用于肉制品中，可以显著降低亚硝酸盐的添加量，并且在一定程度上保证了食品的安全性。

3 结语

综上所述，自从20世纪70年代以来，人们发现在肉制品中添加过量亚硝酸盐被人体吸收之后会形成致癌物质亚硝胺，对人体带来巨大的威胁。科研工作者就一直在积极寻找亚硝酸盐有效替代物。众所周知，亚硝酸盐在腌制肉品中集多种功能于一体，比如防腐、抑菌、改善色泽、增强食品风味等。这些年来，尽管研究者找到各式各样的替代物，但是它们单独的替代效果并不明显，并不能完全发挥亚硝酸盐所起的作用，只能替代部分作用，而不是全部。亚硝酸盐在食品中的作用是举足轻重的，但是它的弊端也不容忽视。由于亚硝酸盐的无法代替，外加其成本较低，目前仍会是肉类加工企业的首选。

随着经济高质量增长和安全意识的不断增强，食品安全问题显得格外重要，人们在不断追求绿色食品、无公害食品和一些功能性食品的同时，也开始愈发关注低硝肉制品，换句话来讲，在吃饱的同时更加注重追求营养与健康。如何降低肉制品的亚硝酸盐含量及其替代物的问题，仍是未来学术界一个重要的研究方向，驱动着一批批科研工作者不懈为之奋斗。另外，为了满足人类的需要，在寻找亚硝酸盐替代物的同时，也可能开发出一部分功能性肉制品，比如加入铁、锌、钙等人类容易缺失的微量元素。功能性肉制品也将会是未来肉类行业的一个风向标。相信，在不久的将来，科研工作者一定会找到一种或者几种能够完全代替亚硝酸盐的既经济又实惠的替代物，具有较高的研究价值和广阔的市场前景，让我们共同拭目以待。