吕伟,许文琪,黄一承,史玉,慕思雨,李晓磊,李丹

(长春大学 农产品加工吉林省教育厅重点实验室,吉林 长春,130022)

风干肠是中国北方地区颇有名气的发酵肉制品[1],它是以猪前腿肉为原料,食盐、味精、鸡精、糖、香辛料、白酒等为辅料,通过灌肠、自然发酵并风干后制得的易贮存、风味独特的肉制品。因地区差异,从而形成了不同的种类。南方地区一般称为腊肠,其一般需要经过明火烘烤后制成,口感软糯,咸味适中;北方地区一般称为风干肠,其不需要明火烘烤,通过自然风干后制成,口感筋道有嚼劲,味道偏咸。本实验采用山东地区的猪肉风干肠作为研究对象,其在自然发酵过程中,经过一系列反应形成独特的风味及稳定的微生物特性,具有营养丰富、色泽美观及pH值较低等特点[2],深受消费者青睐。

风干肠的热加工方式较多,热门的热加工方式一般为微波、水蒸和水煮3种,然而不同的热加工方式会使风干肠发生一些化学和物理变化,这些变化决定了风干肠最终的品质和风味,出现变化的原因是碳水化合物、脂肪和蛋白质在加工过程中的改变[3]。此前PÉREZ-ALVAREZ等[4]对西班牙型干腌香肠的理化特性进行了研究,结果表明熟化后风干肠的色度值与所研究的区域(周边区和中心区)有关,中心区域颜色变浅,L*值增加,a*值和b*值减少,但其余理化性质如pH值、亚硝酸盐含量水平等均与所研究的区域无关,但未对风干肠的质构特性进行研究。ZHOU等[5]对中国干香肠不同加工和贮藏阶段挥发性物质及气味活性物质进行了研究,结果表明对风干肠风味的形成起关键作用的是微生物酯化和脂质氧化,起积极作用的是碳水化合物的发酵、所添加的香辛料及氨基酸的分解代谢,在加工过程中,除了脂质氧化和微生物酯化的挥发性风味物质含量显着增加外,其余挥发性风味物质的百分比逐渐降低,但未对不同热加工方式对风干肠的挥发性风味物质的影响进行研究。目前,国内外研究人员对风干肠风味影响因素的研究主要集中在制作过程中,如原料[6-7]、发酵时间[8]、发酵菌株[9-10]和菌株接种量[11-12]等。

风味及理化性质是消费者接受程度的重要评价指标。微波、水蒸和水煮一直是风干肠热门的加工方式,但是缺少对这3种方式加工后风干肠风味损失和理化性质变化的对比研究。为探究微波、水蒸及水煮对风干肠理化性质及风味的影响,本文通过质构仪、色差仪、pH计等测定风干肠的质构特性、色泽和pH值等理化性质,采用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用仪分析不同热加工方式的风干肠风味组成,结合感官评定,为不同热加工方式风干肠的品质控制提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜肥瘦相间的猪肉、味精、鸡精、食盐、白糖、老抽、十三香、香肠料、白酒(38度)、猪肠衣(猪小肠衣)等,山东泰安农贸市场。

正构烷烃(C7～C40),上海安谱公司;2-辛醇(色谱纯),德国Dr试剂公司;亚铁氰化钾,沈阳试剂三厂;乙酸锌,天津天大化工厂;四硼酸钠,北京化工厂;对氨基苯磺酸,合肥天健化工有限公司;盐酸萘乙二胺,国药集团。

1.2 仪器与设备

M3-L233B微波炉、C21-SN216电磁炉,广东美的厨房电器制造有限公司;QP 2010 Ultra气相色谱-质谱联用仪、UV-2550紫外分光光度计,日本Shimadzu公司;顶空萃取瓶(15 mL)、萃取纤维(50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美国Supelco公司;气相色谱柱(30 m×0.250 mm,0.25 μm DB-5MS UI),美国Agilent Technologies公司;ODP4嗅闻仪,德国Gerstel公司;TA-XT PLUS质构仪,英国Stable Micro System有限公司;CM-5色差仪,日本Konica Minolta公司;METTLER TOLEDO FiveEasy Plus台式pH计,瑞士梅特勒公司。

1.3 实验方法

1.3.1 风干肠的腌制配方

风干肠腌制配方如表1所示。

表1 风干肠的基本配方

1.3.2 风干肠工艺流程及操作要点

1.3.2.1 工艺流程

风干肠加工工艺如下:

猪肉绞馅、加入调料→混合搅拌→灌入猪肠衣内(长度约20 cm,直径约2 cm)→悬挂在阴凉处发酵10 ℃、风干7 d→成品→置于-18 ℃冰箱存储。

1.3.2.2 风干肠的热加工方法

微波:在微波炉P100模式下微波1.5 min;

水蒸:冷水下锅,在电磁炉2 000 W功率下,冷水加热至沸腾,沸腾后再蒸30 min;

水煮:冷水下锅,在电磁炉2 000 W功率下,冷水浸没风干肠加热至水沸腾,沸腾后再煮30 min。

1.3.3 质构特性测定

将风干肠切成直径2 cm、高1 cm的圆柱体状,使用质构仪结合P36探头进行测定。测定条件为:预测试速度2 mm/s,测试速率0.5 mm/s,返回速率1 mm/s,压缩距离3 mm,触发点负载5 g,2次挤压时间间隔1 s。测定其硬度、弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼度、回复性。

1.3.4 色泽测定

参照OLIVARES等[13]的测定方法并稍作修改。采用色差仪与D65光源。将每组风干肠切成2 mm厚度,测定其L*值、a*值和b*值。仪器在每次测量前均要进行校准。

1.3.5 pH值测定

参照伍勇等[14]的测定方法并稍作修改。每组分别称取5 g风干肠碎样并加入15 mL蒸馏水至50 mL EP管中,匀浆30 s后过滤取滤液,用标准化的pH计测定其pH值。

1.3.6 亚硝酸盐含量测定

参照GB 5009.33—2016进行溶液的配制。称取1.00 g风干肠置于烧杯中,加入2.50 mL饱和硼砂溶液,用60 mL 70 ℃左右的水洗入100 mL容量瓶中,超声15 min,加入1.00 mL 106 g/L亚铁氰化钾溶液摇匀,再加入1.00 mL 220 g/L乙酸锌溶液后定容,混匀后静置15 min,于0.45 μm抽滤,得到待测液。取4.00 mL待测液,加入0.40 mL 4 g/L对氨基苯磺酸溶液后混匀,静置5 min后加入0.20 mL 4 g/L盐酸萘乙二胺溶液,加入蒸馏水定容至刻度,混匀后静置15 min,得样品反应液,通过紫外分光光度计进行测定。

1.3.7 质量损失测定

将未处理的风干肠均匀切成5 cm的长度,质量损失计算如公式(1)所示:

(1)

式中:A为质量损失率,%;m1、m2分别为处理前后风干肠的质量,g。

1.3.8 挥发性风味物质测定

通过气相色谱-质谱联用仪对风干肠中挥发性风味物质进行检测,结合嗅闻仪进行进一步的筛选。

1.3.8.1 顶空-固相微萃取(headspace-solid phase microextraction,HS-SPME)条件

称取0.5 g风干肠样品,在研钵中碾碎后加入15 mL顶空萃取瓶中,再并加入2.00 mL饱和NaCl溶液和200 mg/mL 10 μL 2-辛醇,放置于磁力搅拌器(55 ℃、200 r/min条件下)预平衡10 min,用已活化好的萃取纤维顶空吸附40 min,将萃取头插入GC进样口解吸5 min。

1.3.8.2 GC-MS分析

GC条件:进样口温度230 ℃,分流比1∶5;载气He,流速1.0 mL/min;升温程序:毛细管柱初温40 ℃,保持5 min,以4 ℃/min升至140 ℃,保持3 min,再以6 ℃/min升至230 ℃,保持2 min。

MS条件:GC-MS接口温度250 ℃,离子源温度230 ℃;离子化方式:电子电离源;电子能量70 eV;质量扫描范围m/z30～550。

定性方法:通过对比软件标准谱库NIST11,保留相似度大于80%的化合物,并通过正构烷烃在相同气相条件下进样得到的保留时间计算得到化合物保留指数。

定量方法:以2-辛醇为内标半定量化合物含量,重复3次。

1.3.8.3 气味活度值(odor activity value,OAV)

OAV值是一种能够有效评价测得化合物对风味贡献度的方法。所测风味化合物的OAV计算如公式(2)所示:

(2)

式中:C和T分别为各挥发性物质的浓度和感觉阈值。OAV越大表示该化合物对样品总体气味的贡献作用越大,一般认为OAV≥1的风味化合物是关键风味化合物[15]。

1.3.9 感官评价

参考扈莹莹等[16]的方法并稍作修改。把微波、水蒸、水煮的风干肠切成5 mm的薄片装盘。邀请10名经过专业培训的食品专业学生(男生、女生各5人)对不同热加工方式的风干肠进行感官评价。每项指标最低分为1分,最高分为9分,分别为色泽(1分:色泽暗淡,9分:色泽红润)、形态(1分:肉质松散、弹性差,9分:肉质紧密、弹性好)、咸味(1分:不佳,9分:适宜)、气味(1分:严重的刺激性气味,9分:无刺激性气味)、口感(1分:不佳,9分:适宜)、总体可接受度(1分:极差,9分:极好)。

1.4 数据处理

每组实验均做3次平行,采用Microsoft Office Excel 365对所测得的实验数据进行整理分析。通过IBM SPSS Statistics 26分析软件对数据进行Duncan检验(P<0.05),通过TBtools进行热图制作以及聚类层次分析,通过SMICA 14.1数据处理软件对数据进行正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA),采用Origin 2021软件对感官评价数据进行图像化处理。

2 结果与分析

2.1 质构特性

风干肠的质构特性是评判其质量的重要指标之一,质量高的风干肠组织结构紧密,具有一定的弹性[17]。通过硬度、弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼度和回复性6个指标来探究不同处理风干肠的质构特性。

将未经任何处理的风干肠作为对照组。由表2可知,与对照组相比,热加工后风干肠的质构特性均不同程度改变,且具有显著性差异(P<0.05),其中微波、水蒸后的风干肠与对照组相比硬度增加,且存在显著差异,水煮后的风干肠与对照组相比硬度明显降低,这可能是由于在水煮过程中吸收了大量水分所导致的;热加工后的风干肠弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼性及回复性均增加,且存在显著性差异,这可能是由于加热导致肌肉蛋白变性,发生凝聚现象,水分流失过多导致肌肉结构增强所致。其中,咀嚼度可以作为评价风干肠优劣的一项指标,咀嚼度为451.242～2 590.536 g时,其值越小,品质越高[18],更容易得到消费者的青睐。

表2 不同处理风干肠的质构特性

2.2 理化特性

3种热加工方式风干肠的色度值、pH值和亚硝酸盐含量见表3。色泽与消费者购买的意愿密切相关[19]。微波风干肠的L*值与对照组无显著性差异(P>0.05),水蒸、水煮风干肠的L*值与对照组存在显著差异,与对照组相比,3种热加工风干肠间的L*值也存在显著性差异,其中水蒸的L*值最小;3种热加工方式风干肠的a*值增大,显著高于对照组;同样,3种热加工方式均可增大风干肠的b*值,与对照组差异性显著。不同热加工方式对风干肠色泽产生的影响可能是由于脂质氧化、水分流失以及肌红蛋白浓度降低等多种因素造成的[20]。PÉREZ-ALVAREZ等[4]的研究结果表明熟化后风干肠的L*值增大、b*值减小,这与本实验的研究结果有所出入,可能是由于风干肠的不同制作方法所导致的。由PARUNOVIC等[21]的研究结果得出,具备更好a*值的风干肠具有更高的色泽评分。因此,微波、水蒸和水煮3种热加工方式所得到的a*值相比,微波和水煮风干肠更容易受到消费者青睐。

表3 四组风干肠的理化性质

对照组pH值为6.00,与微波、水蒸后的pH值无显著性差异;水煮后的pH值显著高于其他组。通过不同热加工方式后的风干肠pH值存在差异的原因可能是在热加工过程中脂肪水解为脂肪酸所导致的[22]。

肉品中适量的亚硝酸盐能起到护色、抑菌和防腐等功能[23],但过量的亚硝酸盐进入人体后,在一定条件下会转化为致癌物质[24]。不同处理方式后的风干肠亚硝酸盐含量通过线性回归方程:A=0.668 7C+0.006 7,相关系数R=0.996。由表3可知,热加工后的风干肠中亚硝酸盐含量从0.01 mg/kg增加到0.07 mg/kg,但热加工后风干肠亚硝酸盐含量均在GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定的30.00 mg/kg的最大残留限量范围之内,可放心食用。微波、水蒸和水煮的亚硝酸盐含量显著高于对照组。相比微波风干肠内亚硝酸盐含量而言,水蒸和水煮的风干肠更为健康。

2.3 挥发性成分含量

3种热加工方式处理后风干肠中挥发性风味化合物的种类与含量见表4,包含萜烯类、醛类、醇类、酮类、酚类、酯类和其他类物质。为更直观揭示其对种类及含量的影响制作聚类热图。如图1所示,A表示对照组,B表示微波组,C表示水蒸组,D表示水煮组。经过3种热加工方式加工后,检测到风干肠挥发性风味物质的种类和含量出现了显著的差异。对照、微波、水蒸、水煮风干肠中分别检测出62、32、34、37种挥发性风味物质,其中萜烯类化合物种类最多,其后依次是醇类、酯类、醛类、酮类和酚类化合物。与对照组相比,热加工后挥发性风味化合物的种类减少约一半,其中萜烯类、醛类及酯类化合物的种类大幅减少。对照组中共检测出萜烯类、醛类和酯类化合物种类分别为23、8、9种,经过热加工后,微波风干肠中萜烯类化合物损失严重,损失了13种;水蒸风干肠中醛类和酯类化合物损失严重,分别损失了5种和8种;水煮风干肠中醛类和酯类化合物损失严重,分别损失了6种和9种,这可能是由于高温使部分化合物挥发,从而导致化合物种类减少。此外,经热加工后的风干肠出现了新的挥发性风味化合物,如松油烯、丁酸芳樟酯等,新化合物出现的原因可能是由于脂肪的氧化降解所产生的[25]。

图1 四组风干肠挥发性成分聚类热图

表4 不同烹饪方式对风干肠挥发性物质含量的影响

风干肠中的萜烯类化合物部分来源于所添加的辛香料中,(D)-柠檬烯具有较低的抗氧化活性,被认为是风干肠风味的主要化合物,γ-萜品烯、β-石竹烯对风干肠风味的提升呈促进作用。但大部分萜烯类物质还呈现一定的苦味[26],含量越高,口感也就越差。含量相对较多的有β-水芹烯、月桂烯、(D)-柠檬烯、γ-萜品烯、α-古巴烯、β-石竹烯等,对风干肠风味的形成具有重要作用。

由于醛类物质来源于不饱和脂肪酸的氧化且挥发性强[27],经过热加工后的风干肠中仅检测出壬醛、孜然醛、肉桂醛3种醛类化合物且含量有一定程度的损失,其中损失最为严重的是壬醛,与对照组相比具有显著的差异性。多数醇类和酮类物质源于碳水化合物代谢、脂质β-氧化和氨基酸分解代谢。蘑菇醇、2-茨醇、对甲基苯异丙醇等化合物在热加工后的风干肠中未检测出,可能是由于在热加工过程中高温氧化为其他化合物。剩余醇类、酮类化合物含量与对照组相比差异不大,对热加工后风干肠的风味损失影响较小。

酯类物质属于芳香类化合物,具有水果香气,对风干肠的风味具有独特贡献[28]。热加工后风干肠中酯类化合物的含量具有显著性差异。微波风干肠中仅检测出丁酸芳樟酯、醋酸萜品酯和邻苯二甲酸二丁酯三种酯类挥发性风味化合物,其中在对照组风干肠中未检测出丁酸芳樟酯,这可能是在微波过程中醇类物质与某些酸类物质发生酯化反应所产生的,赋予了风干肠独特的风味[29];水蒸风干肠中仅检测出乙酸芳樟酯;水煮风干肠中仅检测出丁酸芳樟酯。因此酯类化合物是导致3种热加工方式风干肠风味差异的一个原因。

在其他类挥发性风味化合物中含量最多且对风味呈促进作用的是茴香脑,其可能来源于添加的辛香料中。3种热加工方式风干肠中茴香脑的含量与对照组相比具有显著的差异性(P<0.05),作为一种醚类物质带有茴香和草香香气,对整体香气贡献大且有代表性[30]。

2.4 挥发性成分含量OPLS-DA结果

由图2所示,模型中R2X=0.902,R2Y=0.991,Q2=0.950,其中R2X=0.902表明该模型能反映90.2%数据的变化,R2Y=99.1%接近1.0表明该模型具有良好的可解释性,Q2=95%表明该模型拟合度较好[31]。4组风干肠在OPLS-DA的分散点图上聚类良好,组内差异小,不同组间实现完全分离。

图2 不同处理方式的风干肠挥发性香气物质OPLS-DA的分数散点情况

由图3可知,VIP>1的化合物有26种,VIP值越大,贡献率越大,通常VIP>1为常见的差异代谢物筛选标准[31]。4种处理方法存在较多的差异性标志物,不同处理方法对风干肠挥发性香气物质有较大影响。

图3 不同处理方式的风干肠挥发性香气化合物的VIP值

2.5 挥发性成分的OAV值

结合气相色谱-嗅闻仪(gas chromatography olfactometry,GC-O)对风干肠的OAV值进行测定。肉制品中散发出的香气成分,不仅受挥发性风味物质浓度的影响,还与它们的气味阈值和挥发性物质之间的相互作用有关,一般认为,OAV≥1的物质是影响样品关键风味化合物,且OAV值越大对样品香气贡献程度越高[27]。由表5可知,对照、微波、水蒸、水煮风干肠OAV≥1的挥发性风味物质分别有14、11、12、12种。微波、水蒸及水煮风干肠三者相比较发现,水煮风干肠中所含有的独特的挥发性风味物质为(Z)-β-罗勒烯,具有柑橘似香气;挥发性风味物质3-蒈烯在水蒸风干肠中的OAV值大于1,在微波、水煮风干肠中OAV值小于1,且具有柠檬似香气,其余各挥发性风味物质在3种热加工后风干肠中的OAV值差别不大,可以说明(Z)-β-罗勒烯和3-蒈烯是造成3种热加工方式风干肠风味差异的一个因素。

表5 不同热加工方式风干肠样品中OAV≥1的挥发性风味物质

将OAV值进行可视化处理(图4)发现,水蒸组和微波组聚集,说明其挥发性风味物质含量相似度较高;对照组与微波、水蒸、水煮组分别在不同的2个大类分支上,表明未处理的风干肠与处理过后的风干肠挥发性风味物质含量具有显著差异。麦草酚甲基又称龙蒿脑,存在于大茴香、茴香等天然香料中,是风干肠的主要香气来源;壬醛、己醛等醛类物质是油酸和亚油酸的氧化降解产物,赋予风干肠脂肪香气;桉油醇主要化学成分是萜烯类化合物及其含氧衍生物,存在于天然的芳香油中,具有薄荷香气;芳樟醇是一些芳香植物精油,被作为调味剂添加到食品中,赋予风干肠薰衣草似香气。正是由于不同的挥发性风味物质结合在一起,赋予了风干肠独特的风味。

图4 不同处理风干肠挥发性风味物质OAV值变化热图

2.6 不同处理对风干肠感官品质的影响

如图5所示,通过不同热加工方式,风干肠的口感、气味、咸味、形态和色泽均发生了不同程度的改变,高温处理可通过影响水分、脂肪及蛋白质间接影响风干肠的色泽。微波处理的色泽评分更高,这是因为高温作用下蛋白质会发生美拉德褐变,色泽更鲜亮。通过咸味评分发现微波处理风干肠评分最低,这可能是由于微波使风干肠内的水分、脂肪含量急剧减少,含盐量相对损失较少。另外,3组风干肠的气味和口感评分相差不大,说明这3种处理方式后的口感和气味都受消费者青睐。最后通过总体可接受度发现水蒸处理风干肠评分最高,是因为其咸味适中、回味较好、咀嚼度好的原因。

图5 不同处理对风干肠的感官评定

3 结论

本实验研究了不同热加工方式对风干肠的质构特性、理化性质及挥发性风味物质的影响,并结合感官评价进行分析。3种热加工方式处理后风干肠的质构特性与对照组相比存在显著性差异,其中咀嚼度在450 g左右时具有更好的口感。热加工后风干肠的色度、pH和亚硝酸盐含量均在可接受范围内,研究发现热加工后会显著改变风干肠的a*值、提高pH值和亚硝酸盐含量。采用SPME-GC-MS技术对3种热加工风干肠的挥发性风味物质的种类及含量进行检测分析,结合GC-O筛选出对风干肠起主要作用的挥发性风味物质,最终确定了赋予风干肠独特风味的12种OAV≥1的挥发性风味物质。最后结合感官评价得出结论:通过微波、水蒸和水煮热加工后的风干肠中,水蒸风干肠的质构特性、理化性质及风味更容易被消费者所接受。本实验的研究结果为猪肉风干肠的热加工方式提供了参考。