王寧寧,馮美琴,孫 健,
(1.南京農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院,國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術研究中心,江蘇南京 210095;2.金陵科技學院動物科學與食品工程學院,江蘇南京 210038)
發(fā)酵香腸是具有特殊的發(fā)酵風味和微生物穩(wěn)定性的肉制品,是通過充分混合攪碎的瘦肉、動物脂肪、鹽、糖、發(fā)酵劑和各種香辛料,再進行灌腸、發(fā)酵、干燥和成熟而制成[1]。食鹽在肉制品的制作中不可或缺,它可以增強咸味、增加風味、防腐抑菌和提高產(chǎn)品持水性[2-3]。約2%~3%食鹽在制作初期加入到發(fā)酵香腸中,成品中的食鹽含量甚至達到6%[4]。目前人們膳食中有鈉鹽攝入量增加,甚至攝入過量的現(xiàn)象,原因是肉制品是食物中脂肪和食鹽的重要來源,而人們對肉制品的逐漸需求量增加[5-7]。許多研究表明,高鹽攝入是引發(fā)高血壓和心血管疾病的重要因素[5-6]。因此減鹽的同時保證產(chǎn)品理化特性和感官品質(zhì)成為國內(nèi)外學者的研究熱點。
目前常用來替代食鹽的有鉀鹽、鈣鹽和鎂鹽等[8]。氯化鉀(potassium chloride,KCl)與氯化鈉(sodium chloride,NaCl)性質(zhì)相近,并且還未發(fā)現(xiàn)鉀攝入與高血壓的發(fā)病有直接關聯(lián)[6],因此是目前使用最廣泛的替代鹽。Wu等[9]分別用40%和70%氯化鉀替代干腌熏肉中的氯化鈉,發(fā)現(xiàn)使用氯化鉀替代氯化鈉對蛋白的降解沒有顯著影響;鈣鹽也是肉制品中常用的替代鹽,鈣不僅是人體骨骼的主要成分,也在維持細胞功能等方面有作用[10]。Horita等[11]發(fā)現(xiàn)氯化鈣(calcium chloride,CaCl2)的添加降低了意式肉腸的乳液穩(wěn)定性、蒸煮率、彈性和粘黏性,而使硬度增加。除此之外,鎂鹽也常用作肉制品中氯化鈉的替代物[12]。由于鉀鹽的大量替代氯化鈉會給產(chǎn)品帶來苦味和金屬味[13],導致單一替代鹽的使用存在一定局限性,因此國內(nèi)外學者將研究重點轉(zhuǎn)向多種食鹽替代物和風味增強劑混合使用降低食鹽添加量。風味增強劑本身不具有咸味,而是通過增強口腔器官對咸味的感知,來彌補減鹽帶來的咸味下降[14]。常用的風味增強劑有氨基酸類、核苷酸鹽類、咸味肽、酵母提取物等。甘氨酸(glycine, Gly)是一種風味增強劑,通常用于加工肉類調(diào)味料的制備,具有緩和酸味、掩蓋苦味,促進香味物質(zhì)形成以及防腐功能[15-17],因此在制作發(fā)酵香腸的過程中,可以通過加入甘氨酸來掩蓋氯化鉀帶來的苦味和發(fā)酵產(chǎn)生的過度酸味,以達到加強風味的目的[18]。
本研究以發(fā)酵香腸為原料,使用氯化鉀、氯化鈣和甘氨酸三種替代鹽替代香腸中的氯化鈉,結合感官評價、質(zhì)構特性、水分含量綜合結果研究三種替代鹽對發(fā)酵香腸的影響,并以此為基礎利用響應面法進一步優(yōu)化,得到發(fā)酵香腸替代鹽的最佳替代比例,以得到適合添加在發(fā)酵香腸中的低鈉復配鹽,在保證香腸品質(zhì)的基礎上降低鈉含量。
植物乳桿菌L.plantarumCD 101(NCBI編號為MG798695)、模仿葡萄球菌S.simulansNJ 201(NCBI編號為MG798688) 菌種由實驗室分離鑒定獲得;豬后腿肉、豬背膘、豬腸衣、白胡椒粉、姜粉、五香粉
南京蘇果超市;食鹽、葡萄糖 南通奧凱生物技術開發(fā)有限公司;異抗壞血酸鈉 鄭州拓洋實業(yè)有限公司;亞硝酸鈉 杭州龍山化工有限公司;MRS Brouth培養(yǎng)基、MRS Agar培養(yǎng)基、TSA培養(yǎng)基、TSB培養(yǎng)基 北京路橋技術股份有限公司;氯化鉀、氯化鈣、甘氨酸 河南豫中生物工程有限公司;實驗試劑 均為分析純。
TC 12E絞肉機 意大利Sirman公司;VF608灌腸機、真空攪拌機 德國Handtmann公司;KBF
240恒溫恒濕箱 德國Binder公司;質(zhì)構儀 英國Stable Micro Systems公司;HVE-50自動高壓滅菌鍋 日本Hirayama公司;SW-CJ-1F超凈工作臺蘇凈集團蘇州安泰公司;TS-5000Z電子舌 日本Insent公司。
1.2.1 發(fā)酵劑的活化與制備L.plantarumCD 101的培養(yǎng)條件為37 ℃培養(yǎng)24 h;S.simulansNJ 201的培養(yǎng)條件為30 ℃培養(yǎng)24 h;分別活化3次后,取出濃度為107CFU/g的菌液,進行離心(10000×g,10 min,4 ℃),保留沉淀,加入適量無菌水進行離心洗滌,重復3次,最后重懸備用。
1.2.2 發(fā)酵香腸的制作 參考曹辰辰等[19]的方法,制作發(fā)酵香腸。基礎配方為:8份新鮮豬瘦肉與2份豬背膘混合,調(diào)味料以肉重為計算,添加量分別為蔗糖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%,兩種發(fā)酵劑的菌液濃度均為107CFU/g。食鹽含量根據(jù)試驗設計添加,其中對照組食鹽為2%。
工藝流程:原料肉處理→絞肉→加入調(diào)料→低溫腌制→接菌攪拌→灌腸→恒溫發(fā)酵→干燥成熟
工藝要點:剔除豬后腿瘦肉中的筋膜,切成均勻長條狀,漂洗后4 ℃冷藏待用;豬背膘切成長薄片,貼至盆壁方便取出,放置于-20 ℃預凍待用。絞肉機選擇孔徑為10 mm的篩板,將瘦肉和背膘肉分別攪碎后,根據(jù)質(zhì)量比8:2混合。按照比例加入各種調(diào)味料和輔料并攪拌均勻,置于4 ℃腌制24 h。加入提前活化的發(fā)酵劑,攪拌均勻后進行灌腸。灌腸直徑約為3.5 cm,灌腸時要掌握合適的松緊度,既不能灌得過于飽滿而脹破腸衣,也不能灌得過松導致腸體松散。發(fā)酵及干燥條件為:30 ℃、相對濕度80%快速發(fā)酵24 h;15 ℃、相對濕度75%緩慢發(fā)酵3 d;12 ℃、相對濕度72%干燥;以灌腸完畢為0 d,干燥后熟至第21 d得到發(fā)酵香腸成品。
1.2.3 單因素實驗 以感官評價、質(zhì)構、水分含量為評價指標,探究氯化鉀、氯化鈣和甘氨酸的不同替代量(以食鹽添加量2%計算)對發(fā)酵香腸的影響,確定三種替代鹽的最佳添加量,單因素實驗中各因素的替代水平如表1所示。
表1 單因素實驗中各因素水平設計Table 1 Levels of independent variables used for single factor test
1.2.4 響應面試驗設計 結合單因素實驗結果,選擇每個因素的最佳替代比,采用Design-Expert 8.06軟件,根據(jù)Box-Behnken中心組合設計原理,將感官評價和咸度值作為響應值,進行3因素3水平共17個點響應面優(yōu)化試驗,確定發(fā)酵香腸中替代鹽的最佳替代比。因素與水平見表2。
表2 響應面試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of response surface design
1.2.5 感官評價 感官評價參照曹辰辰[19]的方法稍作修改。感官評價小組由14名經(jīng)驗豐富的食品專業(yè)人員(7男7女)組成,培訓方法按照GB/T 22210-2008《肉與肉制品感官評定規(guī)范》[20]進行。如表3所示,感官評價分為顏色(20%)、氣味(20%)、組織狀態(tài)(30%)以及滋味(30%)4個部分,評判標準見表2。
表3 發(fā)酵香腸感官評分標準Table 3 Criteria for sensory evaluation of fermented sausages
1.2.6 質(zhì)構分析 將發(fā)酵香腸切成高約為10 mm的圓柱,去除腸衣。使用P50 A探頭,測定參數(shù)為:50 kg load cell,測前速度為2 mm/s,測試速度為5 mm/s,測后速度為2 mm/s,壓縮率為50%。測定結果選取硬度、內(nèi)聚性、彈性和咀嚼性進行分析[21]。
1.2.7 水分含量 按照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》測定[22]。
1.2.8 電子舌分析 參考鞏洋[23]的方法略有調(diào)整。稱?。?0.0±1.0)g發(fā)酵香腸肉糜與200 mL去離子水充分攪拌均勻,超聲處理15 min。使用紗布及濾紙過濾后,取約80 mL濾液進行電子舌分析。使用電子舌味覺分析系統(tǒng),每個樣品數(shù)據(jù)采集進行4次,第一組數(shù)據(jù)舍去。本實驗選取咸度值進行分析。
每個處理設置3個重復,采用Design-Expert 8.06軟件進行響應面試驗設計與分析,采用SAS 9.1軟件中的Duncan’s Multiple-Range Test進行數(shù)據(jù)的顯著性分析,P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著。
2.1.1 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸的影響
2.1.1.1 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸感官評價的影響
如表4所示,隨著氯化鉀替代比例的增加,發(fā)酵香腸的顏色、氣味、組織狀態(tài)、滋味和總分均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。當氯化鉀替代比例為40%時,產(chǎn)品組織狀態(tài)得分顯著降低(P<0.05),這與Marcio等[24]的研究結果一致,并且此時發(fā)酵香腸出現(xiàn)苦味。當替代比為50%時,感官評價總分顯著降低(P<0.05),苦味和金屬味顯著,Wu等[9]也有相同的發(fā)現(xiàn)。綜合各個指標,選擇30%為氯化鉀最佳替代比例。
表4 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸感官評價的影響(分)Table 4 Effect of KCl substitution on sensory score of fermented sausages (scores)
2.1.1.2 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸質(zhì)構的影響 如表5所示,隨著氯化鉀替代量的增加,產(chǎn)品的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,這與Wu等[9]的研究結果類似。30%替代組的硬度顯著高于其他替代組(P<0.05),與20%替代組無顯著差異(P>0.05);30%替代組的內(nèi)聚性和硬度顯著高于其他替代組(P<0.05)。硬度和內(nèi)聚性是表征香腸切片性的重要特征[25],根據(jù)實驗結果可知,30%替代組的切片性最好,同時咀嚼性最好,這與感官評價結果一致,說明質(zhì)構結果與感官評價之間存在良好相關性,避免了感官評價過程中的主觀性影響。因此選擇30%作為氯化鉀的最佳替代比例。
表5 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸質(zhì)構特性的影響Table 5 Effect of KCl substitution on textural properties of fermented sausages
2.1.1.3 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸水分含量的影響
如圖1所示,經(jīng)過發(fā)酵成熟,所有組別的發(fā)酵香腸水分含量均降低到30%以下,低水分含量有利于抑制發(fā)酵香腸中微生物的活動,更有利于香腸貯藏[26]。在本實驗中,替代組的水分含量變化趨勢為先增加后下降,這與宗麗娜等[27]的研究結果相似。當氯化鉀替代比例增加到30%時,水分含量顯著下降(P<0.05),原因是氯化鈉可以促進肌肉蛋白水解,使得肌原纖維束膨脹,從而導致肌原纖維之間的結構更加疏松,有提高持水性的功能[28],當氯化鈉被大量替代時,水分含量會降低。30%~50%替代組的水分含量之間無顯著差異(P>0.05),但綜合3個指標的結果,選擇使用30%氯化鉀替代氯化鈉的綜合效果最佳。
圖1 氯化鉀替代比對發(fā)酵香腸水分含量的影響Fig.1 Effect of KCl substitution on water content of fermented sausages
2.1.2 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸的影響
2.1.2.1 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸感官評價的影響
如表6所示,隨著替代量的增加,發(fā)酵香腸的顏色、氣味、組織狀態(tài)、滋味和總分呈現(xiàn)下降趨勢。根據(jù)實驗結果可知,10%替代組的顏色、組織狀態(tài)、滋味和總分均顯著高于其他替代組(P<0.05),這與Gap等[29]用研究結果相似,其發(fā)現(xiàn)氯化鈣替代低脂豬肉乳化腸中的氯化鈉時,香腸的整體接受度與氯化鈣的替代量呈反比。因此選擇10%為氯化鈣對最佳替代比例。
需要注意的是思維導圖的制作應當根據(jù)學期授課安排,圍繞教學目標,緊扣教學大綱,根據(jù)學生實際情況,合理安排章節(jié),突出教學的重點和難點,并充分挖掘無機化學與藥學專業(yè)的緊密聯(lián)系。
表6 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸感官評價的影響(分)Table 6 Effect of CaCl2 substitution on sensory score of fermented sausages (scores)
2.1.2.2 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸質(zhì)構的影響 由表7可知,隨著氯化鈣替代量的增加,產(chǎn)品的硬度、彈性、內(nèi)聚性以及咀嚼性呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,這與姚崢[30]的研究結果相似。根據(jù)實驗結果,替代組的彈性均高于對照組,說明氯化鈣可以提高產(chǎn)品彈性,但各替代組之間彈性沒有顯著區(qū)別,這與Alfonso等[31]的研究結果相似;10%替代組的硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性高于其他處理組,所以形成的切片狀態(tài)和感官評分最佳,因此選擇10%作為氯化鈣的最佳替代比。
表7 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸質(zhì)構的影響Table 7 Effect of CaCl2 substitution on textural properties of fermented sausages
2.1.2.3 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸水分含量的影響
如圖2所示,各替代組水分含量逐漸增加,均高于對照組,原因是氯化鈣使離子強度增強,親水蛋白之間的作用力增大,結合了更多自由水使水分含量增加[32]。產(chǎn)品含水量與產(chǎn)品的彈性有關,水分含量越高,彈性越大[31],這也驗證了質(zhì)構分析中替代組彈性高于對照組的結果。有報道表明氯化鈣適宜用較小比例替代乳化腸中的氯化鈉[29],綜合感官評分、質(zhì)構和水分含量的結果,選擇10%為氯化鈣的最佳代替比例。
圖2 氯化鈣替代比對發(fā)酵香腸水分含量的影響Fig.2 Effect of CaCl2 substitution on water content of fermented sausages
2.1.3 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸的影響
2.1.3.1 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸感官評價的影響
如表8所示,甘氨酸替代量對氣味沒有顯著影響(P>0.05),但隨著替代量的增加,發(fā)酵香腸的顏色、組織狀態(tài)、滋味和總分降低。作為一種甜味劑,甘氨酸的加入適當減弱了發(fā)酵香腸的酸味,更加適合普遍消費者的口味,因此10%替代組的滋味得分最高,但當替代比增加到20%時,香腸滋味得分顯著下降(P<0.05),原因是發(fā)酵香腸的特殊風味被嚴重削弱,當替代比增加到40%,出現(xiàn)明顯甜味,影響發(fā)酵香腸的感官品質(zhì),這說明甘氨酸在較小替代量時有加強香腸風味的作用,但替代量增大時反而會削弱發(fā)酵香腸的特殊風味,這與Gou等[33]的研究結果一致。綜合各項指標得分,選擇10%為甘氨酸的最佳替代比例。
表8 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸感官評價的影響(分)Table 8 Effect of Gly substitution on sensory score of fermented sausages (scores)
2.1.3.2 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸質(zhì)構的影響 如表9所示,當甘氨酸替代量為10%時,產(chǎn)品質(zhì)構特性均優(yōu)于對照組,說明甘氨酸在一定程度上能夠提高香腸的質(zhì)構特性;但在各替代組之間,香腸的硬度、彈性、內(nèi)聚性呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。10%替代組的硬度和內(nèi)聚性最大,切片特性最好,并且咀嚼性最好,與感官評分結果相一致,說明質(zhì)構測定與感官評價具有良好相關性。選擇10%為甘氨酸的最佳替代比例。
表9 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸質(zhì)構的影響Table 9 Effect of Gly substitution on textural properties of fermented sausages
2.1.3.3 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸水分含量的影響
如圖3所示,隨著替代量的增加,分水含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。10%和50%替代組的水分含量與對照組接近且無顯著差異,20%~40%替代組水分含量顯著高于對照組(P<0.05),水分含量的變化可能是由于甘氨酸影響了香腸的pH,使得蛋白質(zhì)之間的靜電斥力改變,纖維間距改變,從而蛋白和水的相互作用改變,引起香腸保水性的變化[25]。前人研究表明,甘氨酸單一替代的適宜比例為10%~20%[34-35],因此選擇10%為甘氨酸的最佳替代比例。
圖3 甘氨酸替代比對發(fā)酵香腸水分含量的影響Fig.3 Effect of Gly substitution on water content of fermented sausages
根據(jù)Design-Expert V8.0.6軟件中的Box-Behnken中心組合設計原理,以單因素實驗得出的最佳替代比為基礎,以A氯化鉀替代比(%)、B氯化鈣替代比(%)和C甘氨酸替代比(%)為自變量,以感官評價和咸度值為響應指標設計試驗,既可以參考消費者的喜好感受,同時使用電子舌直觀地表示出各個組合的咸度值大小,避免感官評價帶來的主觀性影響。試驗組合及結果如表10所示。
表10 響應面試驗設計方案及結果Table 10 Experimental design and results for response surface analysis
2.2.1 響應面優(yōu)化試驗結果及方差分析 利用Design-Expert軟件對感官評分及咸度值的實驗結果進行擬合分析后,得到的結果如表10所示。
對感官評分結果進行擬合分析后,得到的二次多項方程為:Y=84.54-0.76A-3.28B-1.34C-0.80AB-1.37AC-0.073BC-3.32A2-2.51B2-1.36C2。R2=0.9325,校正系數(shù)R2Adj=0.8457,說明該試驗具有較好擬合性,實驗誤差小,對樣品感官評分的預測準確性高。感官評分的回歸方差分析結果如表11所示,模型極顯著(P<0.01),且失擬項不顯著(P>0.05),說明模型有效可用。通過F檢驗可知,三種因素對發(fā)酵香腸的感官評分影響順序為:B(氯化鈣替代比)>C(甘氨酸替代比)>A(氯化鉀替代比),并且一次項B和二次型A2、B2對模型極顯著(P<0.01),一次項C對模型影響顯著(P<0.05)。
表11 感官評分的回歸方程方差分析結果Table 11 Analysis of variance for sensory score
對咸度值進行擬合分析后,得到的二次多項方程為:Y=2.41-0.19A-0.22B-0.45C+0.14AB+0.22AC+0.032BC-0.58A2-0.33B2+9.000E-003C2。R2=0.9089,校正系數(shù)R2Adj=0.7919,說明該試驗具有良好擬合性,誤差較小,可以對樣品的咸度值進行預測。咸度值的回歸方差分析結果如表12所示,模型極顯著(P<0.01)、失擬項不顯著(P>0.05),說明模型有效可用。通過F檢驗可知,三種因素對發(fā)酵香腸的感官評分影響順序為:C(甘氨酸替代比)>B(氯化鈣替代比)>A(氯化鉀替代比),并且一次項C和二次型A2對模型極顯著(P<0.01),一次項B、二次項B2對模型影響顯著(P<0.05)。
表12 咸度值的回歸方程方差分析結果Table 12 Analysis of variance for salinity value
2.2.2 各因素間的交互作用分析 利用軟件對結果進行擬合分析后,得到響應面圖如圖4所示。三維曲面圖的弧度可以說明因素對響應指標的影響程度,弧度越大,影響越大[35]。如圖4所示,各因素之間有不同程度的交互作用,氯化鉀和甘氨酸的交互作用最強,其次是氯化鉀和氯化鈣的交互作用,氯化鈣和甘氨酸的交互作用對感官評分的影響最弱,這與方差分析的結果相符。感官評分隨著氯化鉀、氯化鈣和甘氨酸替代比的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。各因素間交互作用對咸度值的影響如圖5所示,鉀化鈣和甘氨酸的交互作用最強,其次是氯化鉀和氯化鈣,氯化鈣和甘氨酸之間的交互作用最弱。
圖4 各因素交互作用對感官評分影響的響應面圖Fig.4 Response surface plots showing the interactive effects of various factors on sensory score
圖5 各因素交互作用對咸度值影響的響應面圖Fig.5 Response surface plots showing the interactive effects of various factors on salinity value
綜上所述,按照咸度值和感官評分最高為優(yōu)化條件,利用軟件進行優(yōu)化,得到各替代鹽替代發(fā)酵香腸中氯化鈉的最佳替代比例為:氯化鉀29.75%、氯化鈣7.13%、甘氨酸5.40%,預測感官得分為85.61,咸度值2.88。
2.2.3 驗證試驗 考慮到實際生產(chǎn)的可操作性,調(diào)整參數(shù)為:氯化鉀30%、氯化鈣7%、甘氨酸5%(以對照組食鹽重計算),以2%氯化鈉為對照,重復3次進行驗證。最終得到產(chǎn)品的感官評分平均值為85.37,咸度值平均值為2.90,均與模型理論值相近,說明該模型能夠?qū)嶋H值進行預測,應用于發(fā)酵香腸替代鹽配方的優(yōu)化。
本實驗通過感官評價、質(zhì)構特性和水分含量的結果探究氯化鉀、氯化鈣、甘氨酸以不同比例替代氯化鈉時對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響。根據(jù)單因素實驗,得到三種替代鹽的最佳替代比例分別為:氯化鉀30%、氯化鈣10%、甘氨酸10%。在單因素實驗基礎上以感官評分和咸度值為響應指標進行響應面優(yōu)化試驗,以減少單一替代鹽對發(fā)酵香腸品質(zhì)造成的負面影響,最終得到發(fā)酵香腸低鈉復配鹽的最佳替代配方為:氯化鉀30%、氯化鈣7%、甘氨酸5%,此時模型預測預測感官得分為85.61,咸度值2.88。驗證試驗表明,此條件下發(fā)酵香腸感官評分為85.37,咸度值為2.90,鈉含量為798.05 mmol/L,比對照組的1244.79 mmol/L降低了35.89%,說明本實驗建立的模型能夠較好的應用于發(fā)酵香腸低鈉復配鹽的開發(fā),使用該低鈉復配鹽制作發(fā)酵香腸,不僅可以降低鈉含量,還可以保持發(fā)酵香腸的感官品質(zhì),從而為發(fā)酵香腸的生產(chǎn)提供更健康的新工藝,開發(fā)滿足不同人群需求的發(fā)酵香腸產(chǎn)品。