低盐对发酵肉制品品质形成影响及减盐手段研究进展

扈莹莹,温荣欣,陈佳新,孔保华,陈 倩

(东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

发酵肉制品是指在自然或人工控制条件下,借助内源酶和微生物的作用,使原料肉发生一系列生物化学及物理变化,形成具有独特风味、色泽和质地以及较长保藏期的肉制品[1]。发酵肉制品主要包括发酵香肠和发酵火腿两大类,如风干肠、腊肠、萨拉米香肠、金华火腿、宣威火腿等。发酵肉制品在发酵和成熟过程中,肌肉蛋白和脂质会发生一定程度的水解和氧化,赋予产品独特的风味、较高的消化率和营养价值,深受消费者青睐。

食盐(NaCl)是肉制品加工中不可或缺的腌制材料,不仅赋予产品咸度,增加鲜度,而且对加工特性及品质特性的形成具有重要的贡献作用。一般而言,发酵肉制品需要历经较长的风干、发酵和成熟时间,为了抑制其中致病菌和腐败菌的生长和繁殖,保证产品安全性和货架期,需要较高的食盐添加量。同时,在发酵过程中伴随着水分不断向外部迁移而损失,导致终产品含盐量增高,成熟的火腿食盐含量高达6%～12%,发酵香肠一般也在8%左右[2]。若长期摄入高食盐含量的肉制品,会增加患心脑血管疾病的风险。另外,高盐摄入量可能增加中风、左心室肥大和肾脏疾病的风险,并且与肾结石、骨质疏松症、哮喘以及胃癌发病有关[3]。因此,低盐发酵的肉制品也满足消费者对健康理念的追求,减少发酵肉制品中食盐添加量是肉品行业亟待解决的热点问题。食盐在发酵肉制品中必不可少,作为传统的食品添加剂影响着发酵肉制品中蛋白和脂质水解、氧化作用以及微生物代谢,对产品品质特性及安全性有重要的影响[4]。

本文综述了食盐对发酵肉制品中微生物、蛋白及脂质水解、氧化作用的影响,探讨减盐处理对发酵肉制品品质的影响,最后介绍了几种常用的减盐处理手段,以期为低盐肉制品开发及品质调控提供理论基础和指导。

1 低盐对发酵肉制品中微生物的影响

发酵肉制品中的微生物按照其贡献作用可分为两大类:一类是促进产品品质形成及提高产品安全性的微生物菌群,如乳酸菌、微球菌、葡萄球菌、酵母菌、霉菌等有益微生物;另一类是可引起产品品质劣变及产生毒害作用的微生物,如假单胞菌、金黄色葡萄球菌等。发酵肉制品中食盐含量对产品中微生物组成结构有着非常重要的影响,微生物不仅可通过代谢作用调节产品中水分活度、色泽、质构、风味等品质特性,对终产品的食用安全性也起着重要作用。

1.1 对腐败微生物的影响

防腐保鲜作为食盐在肉制品中最为重要的作用之一,可以有效抑制其中腐败菌的生长繁殖。腐败微生物的生长和繁殖是发酵肉制品中生物胺形成的主要原因。在发酵肉制品中的腐败微生物主要包括肉毒杆菌、假单胞菌、梭状芽孢杆菌等,它们均能引起氨基酸发生脱羧反应,形成生物胺[5]。Roseiro等[6]发现在制作发酵干香肠过程中降低发酵肉制品中食盐添加量,会使腐败微生物的数量增加,增加微生物脱羧酶的活性,导致生物胺生成量增加[7]。此外,降低发酵肉制品中食盐添加量,会使得水分活度增加,肉中的内源酶稳定性也会提高,造成营养物质分解,为许多腐败菌和病原微生物的生长繁殖提供了条件。腐败微生物的大量繁殖会与产品中的有益微生物造成竞争性抑制,进而影响发酵肉制品品质。然而,陈松等[8]通过对金华火腿工艺的改进,发现低盐腌制(6%)可抑制金华火腿中大肠杆菌和肉毒杆菌生长,也能够提高其中酶的活性,改善产品风味。

1.2 对有益微生物的影响

肉制品在发酵和成熟过程中主要的有益微生物菌群包括乳酸菌、微球菌、葡萄球菌、酵母菌等[9]。其中,乳酸菌通过降低pH和产生细菌素,抑制腐败微生物,降低亚硝酸盐的残留量和生物胺的生成,促进产品形成特征性的粉红色,提高产品的安全性和延长保质期[10];微球菌能够分解脂质产生大量脂肪酸,进一步转化为小分子风味物质;葡萄球菌和酵母菌能够水解脂质和蛋白质,抑制脂质的自动氧化和延缓酸败,促进发酵风味的形成。Laranjo等[11]研究发现低盐处理的发酵香肠,乳酸菌含量较高,由于低盐处理使水分活度相对较高,促进乳酸菌的生长,同时也抑制了发酵香肠中大肠菌群的生长[12]。陈佳新等[13]也发现风干肠中乳酸菌在发酵初期呈上升趋势,由于发酵后期脱水导致细菌活力降低,乳酸菌数呈下降趋势,而低盐处理组的乳酸菌数显著较高。此外,张平[14]发现低盐处理(3%)可促进腊肉中乳酸菌、微球菌、酵母菌和葡萄球菌的生长。

综上可见,低盐对发酵肉制品中腐败微生物和有益微生物的生长均有一定的促进作用,但低盐促进了乳酸菌的生长,提供酸性环境,一定程度上抑制腐败微生物的生长。另外,可通过对腌制、干制以及发酵工艺上的控制来减少腐败微生物生长造成产品安全及品质上的劣变。

2 低盐对蛋白质水解和氧化的影响

2.1 低盐对蛋白质水解的影响

在发酵肉制品发酵及成熟过程中,蛋白质的水解是非常重要的反应之一,决定了终产品的风味和质地。通常而言,内源性蛋白酶在发酵初期对蛋白质水解起着非常重要的作用,发酵后期在微生物及内源酶的作用下继续水解生成小肽、游离氨基酸等风味物质及其前体物质,它们可以通过Strecker降解和美拉德反应产生风味物质,如糠醛、呋喃酮、噻吩、吡啶和硫醇等[15-16]。

食盐含量是影响酶活性的因素,决定着蛋白质水解的程度。较高的食盐浓度会抑制蛋白酶的活性,降低蛋白水解程度。Roseiro等[17]研究了食盐添加量对葡萄牙发酵干香肠的影响,结果表明,当食盐含量较高时(6%)会减弱组织蛋白酶D和二肽基肽酶I和II的水解活力,抑制了其对肌原纤维蛋白的水解作用,使得多肽和游离氨基酸生成量降低,产生的风味较弱;相比而言,当食盐含量较低时(3%),香肠中的水解程度较高,形成理想的风味。此外,发酵过程中因产品水分含量不断降低导致食盐浓度升高,会引起细胞器和细胞结构的破坏,导致溶酶体破裂,水解酶释放,使得蛋白质水解程度加剧[18]。水解程度过大不仅会破坏肌肉的组织结构,还会产生大量的小肽和游离氨基酸,这些小肽多呈苦味和金属味。然而,水分的降低加之盐浓度的增加还会导致细胞质的浓缩效应引起蛋白酶变性[19]。因此,食盐含量过高不利于发酵产生理想的风味,降低食盐含量能够促进风味的形成。

2.2 低盐对蛋白质氧化的影响

肌肉蛋白的氧化反应在肉及肉制品的加工及贮藏过程中不可避免,特别是发酵肉制品极易发生氧化。蛋白质的氧化也影响蛋白质分子间的交联情况,导致其质构特性发生变化。在长时间发酵及成熟过程中,水分活度不断降低、脂质氧化程度加深、微生物发酵产生的促氧因子积累等因素均导致了肌肉蛋白发生氧化[20-21]。通常而言,肌肉蛋白中的氨基酸侧链因受自由基进攻而发生化学修饰,导致蛋白质结构及性质发生不同程度的改变,如聚集、小片化、溶解性降低、功能性丧失等。适当的氧化可提高蛋白质的功能性(如保水性、凝胶性、乳化性等),进而改善肉及肉制品的食用品质(如多汁性、质构特性、风味等)[22-23],然而过度的氧化就会导致产品脱色、变味、营养损失以及有毒化合物的产生,造成品质劣变[24]。可见,蛋白质氧化对肉制品品质的影响具有双面性。

研究者[25-26]研究了不同食盐添加量(1%、2%和4%)对干腌火腿质构特性的影响，发现NaCl添加量低于2%的干腌火腿具有更柔软质地,随着食盐添加量的减少,硬度逐渐降低,抑制了肌原纤维蛋白的羰基化反应后产生的希夫碱交联。此外,Corral等[27]研究不同食盐含量对发酵香肠的质构特性的影响时发现,直接减盐或添加食盐替代物处理降低了产品的粘结性和咀嚼性。整体而言,降低食盐添加量产生低离子强度,使肌原纤维蛋白结构较为紧密,导致其不易接近自由基和其他促氧化因子,表现为肌原纤维蛋白对氧化的敏感性降低[28]。然而,Lobo等[29]研究不同食盐添加量对发酵香肠质地的影响时发现,高盐(2.2%)处理组的硬度显著低于中盐(1.1%)和低盐处理组(0.55%),说明低盐造成的水解作用对质构的影响要大于氧化作用造成的影响。低盐处理对发酵肉制品质地影响的研究结果不一,主要由于各研究中衡量高盐和低盐的数值范围上存在差异,但结果均表明发酵肉制品中食盐添加量约2%对产品的质地形成效果较好。

此外,食盐添加量对肌红蛋白的氧化也有重要影响,从而影响产品的色泽。Válková等[30]通过研究了食盐对腌制火腿品质特性的影响,结果表明腌制火腿的红度值和亮度值与食盐含量呈负相关,在一定范围内,发酵肉制品中食盐的添加量越低,产品的红色越强烈,亮度值越高,消费者对产品的感官评价得分越高。

3 低盐对脂质水解和氧化的影响

3.1 低盐对脂质水解的影响

脂质的水解及氧化作用是形成发酵肉制品风味的主要途径。脂质在脂肪酶的作用水解为游离脂肪酸,主要包括棕榈酸、油酸、亚油酸等,大部分脂肪酸也会进一步氧化成过氧化物,再经过裂解产生醛类、醇类和酮类等小分子风味物质。随着食盐浓度的增加,肉制品中脂肪酶活性增加[31],但是过高的食盐浓度会导致脂肪酶失活[32]。

Laranjo等[7]研究食盐含量对传统发酵香肠品质的影响,结果发现食盐添加量为3%比5%的发酵香肠产生的风味更强烈,其原因可能由于低盐条件下脂肪水解酶的活性较高,从而增加了挥发性化合物的生成。冯彩平等[33]也发现低盐腊肉的风味物质种类和含量比传统腊肉多。Lorido等[34]研究发现伊比利亚火腿中整体风味物质含量随食盐含量增加而显著降低,其中原因可能由于食盐有助于产品形成乳化体系,增加了挥发性风味物质在水相中的残留,减少产品风味物质的释放。产品风味受食盐中钠离子释放的影响,肉中脂质阻碍钠在食品基质中的扩散,减少味蕾接收钠离子刺激的作用,降低产品风味。综上可知,降低发酵肉制品中食盐含量,能够促进脂肪的水解,以及钠离子在基质中的释放,最终促进发酵肉制品风味的形成。

3.2 低盐对脂质氧化的影响

脂质的适度氧化有助于发酵肉制品品质特性的形成,然而过度的氧化会造成品质劣化,营养物质流失和有害物质的积累,并产生哈败味等不良风味。Aguirrezábal等[35]发现食盐促进了发酵干肠贮藏过程中的脂质氧化,而Wang等[36]却发现食盐抑制了干腌火腿中的脂质氧化作用,此外,Lorenzo等[31]也证实了较低的盐含量会降低火腿的脂质氧化程度。虽然这些研究不是在同一产品体系中进行的,但可以看出食盐对发酵肉制品的脂质氧化具有双重影响。食盐促进脂质氧化,一方面是因为其作为促氧剂破坏脂质双层结构的完整性,促进了氧化剂和脂质底物的结合,增加了氧化的效率;另一方面,NaCl能够促进生物分子释放游离的铁离子,进而促进了脂质自由基的形成,加快了其他氧化反应进程;另外,食盐也会抑制抗氧化酶的活性,如抑制过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性来影响脂质氧化[37]。食盐抑制脂质氧化是因为食盐添加量高于某个临界值,其对酶的浓缩效应增强,部分酶发生变性,导致脂肪氧化酶的活性降低,从而抑制脂质的氧化[38]。综上所述,选择合适的食盐添加量在发酵肉制品在加工过程中至关重要。

4 降低钠盐添加量的手段

随着人们健康意识的提高,对低钠盐肉制品的需求日益增多,关于低钠盐产品的开发及技术研究不断增加,目前主要集中在以下几个方面:直接降低食盐添加量;采用食盐替代物,如氯化物、乳酸盐、咸味肽等;采用风味增强剂;改变食盐的物理形态增加其咸味;采用非热加工技术辅助腌制。

4.1 降低食盐添加量

4.2 食盐替代物

氯化钾(KCl)、氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)等氯盐的化学性质与NaCl相似且具有咸味,因此它们常用于部分替代肉制品中的NaCl来降低食盐含量。Corral等[27]采用KCl替代发酵香肠中16%的NaCl,结果发现这种单一的替代对产品色泽和硬度无显著影响,但会降低产品风味。Santos等[40]采用KCl、CaCl2和二者混合物替代发酵干香肠中50% NaCl,结果表明适量替代NaCl对干发酵香肠的感官和风味没有显著影响。此外,于荟等[41]发现使用蔗糖和乳酸盐替代金华火腿中部分食盐,可有效地降低产品的食盐含量和硬度,不影响其蛋白质的水解和贮存性。可见,食盐替代物既可有效降低钠离子添加量,又不会对产品的感官品质造成负面影响。

4.3 风味增强剂

降低发酵肉制品中食盐或部分替代食盐后,产品的滋味会降低、异味会增加,因此可采用风味增强剂来弥补产品感官品质的不足。风味增强剂包括滋味增强物质和气味增强物质,滋味物质主要起增强咸味的感觉,而气味物质主要是掩饰异味的作用。风味增强剂本身不具有咸味,但与食盐一同使用后可以增加食品的咸味。王仕钰等[42]研究发现L-苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、富马酸等有机酸具有增咸和掩盖苦味的作用,对低钠盐的增咸效果明显,选择L-苹果酸的添加量为1.6%时,复配盐溶液咸味纯正,口感柔和,无其他不良杂味。Campagnol等[12]采用赖氨酸、肌苷酸二钠和鸟苷酸二钠复配后来弥补KCl替代50%NaCl所引起的低钠发酵香肠的感官缺陷。由此可见,风味增强剂能够提升低钠盐产品的风味和感官品质,可弥补发酵肉制品因食盐的降低引起的感官缺陷。

4.4 改变食盐的物理形态

食盐所产生的咸味与其本身的密度、表面积及颗粒的大小有关。一般NaCl在口中溶解以后形成Na+和Cl-,刺激人的味觉细胞才会使人感知到咸味。因此,NaCl溶解速度会影响到人们对咸味的感知,一般溶解速度越快,咸味刺激作用效果越明显。有研究表明,薄片状NaCl比颗粒状更易溶解,在肉制品中应用后能够提升肉制品得率及蛋白质溶解度并能改善产品的感官特性[43]。但是,由于颗粒越小溶解的速度就越快,颗粒大小对NaCl所产生的咸味亦有显著的影响,且NaCl在肉制品中溶解速度与状态是关键[44]。所以将NaCl制成薄片状在肉制品中应用是否能起到减少NaCl使用量并保证肉制品品质还有待进一步的研究。

4.5 高压处理

高压处理是减盐过程中弥补感官品质的常用方法,可以在无其他替代物条件下最大程度改善肉的保水性、蒸煮损失、咸味和微生物安全性等品质,保持产品原有的营养、风味和质地等感官品质,提高产品安全性[45-46]。但是高压处理辅助减盐的方式在发酵肉制品中适用性不强,发酵肉制品品质的形成主要是依赖其中的内源酶及微生物作用,如果高压减少其中微生物又不利于发酵的进行[47]。然而,Clariana等[48]研究高压对腌制火腿脂肪氧化的影响表明,600 MPa处理干腌火腿后,不会增加脂肪氧化,其脂肪酸含量和抗氧化酶活性没有发生变化,而且其咸味显著上升。总之,高压处理虽然在发酵肉制品中的应用比较局限的,但该处理方式能一定程度上改善发酵肉制品的口感和咸度。

5 结论与展望

低盐处理可提高发酵肉制品水分活度,增强微生物和酶活性,对发酵肉制品中肌肉蛋白质、脂质的水解和氧化有重要的影响,一方面促进了发酵肉制品良好的色泽、质地和风味的形成,另一方面,也增加了腐败微生物的繁殖,降低了产品的安全性,并对产品的风味产生了一定程度的不利影响。目前,研究人员通过添加食盐替代物、风味增强剂、采用高压辅助腌制等方式来降低低盐处理对发酵肉制品安全性和品质产生的不利影响。

然而,低盐处理在发酵肉制品中应用尚不成熟,研究方向单一,局限于低盐配方对微生物及品质特性的影响,而对相关理论和工艺(如腌制、干燥脱水、成熟等)的探究尚不够深入。在今后的研究中,可以探究不同加工工艺的处理对低盐发酵肉制品质构、色泽和风味等品质形成及影响;还可以通过接种微生物的方式,促进低盐处理的发酵肉制品中有益微生物的作用,进一步研究微生物群落对发酵肉制品品质和风味的影响,以及相互作用机制;也可以同时采用多种辅助方式促进低盐发酵肉制品品质的形成。此外,味道感知生理学及咸味受体方面的研究与减盐紧密相关,有望通过这些方面研究将发酵肉制品中的食盐含量进一步降低。