乳清蛋白在傳統(tǒng)煙熏香腸中的應用

陳寶庫 鄒 闖 程健博*

1.東北農業(yè)大學食品學院 黑龍江哈爾濱 150038 2.黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司 黑龍江齊齊哈爾 164800

隨著社會的進步與經濟的發(fā)展，人們越來越強的健康意識促進了乳制品相關食品市場的活躍，其中乳清蛋白是含乳產品中極為重要的產品，是一種蛋白質含量較高的功能性食品添加劑或食品原料，具有很高的營養(yǎng)價值，不僅含有大量對人體健康有益的礦物質，更重要的是人體對乳清蛋白的消化吸收率很高[1，2]。

作為一種優(yōu)質的動物蛋白，乳清蛋白有著許多優(yōu)良的功能特性，如凝膠性、乳化性、持水性等，因此可被廣泛應用于午餐肉、火腿腸等肉制品中，既可以降低成本，同時又可獲得更健康的效應，因而成為高端肉制品加工特別是香腸加工的一個新方向。但在肉制品實際生產中，使用乳清蛋白比例不恰當，會造成產品持水性不足、質構軟爛、凝聚性較差或肉質過硬、口感不適等問題[3～5]。

同時對于乳清蛋白在香腸中的添加效果缺少一種直觀的表征方法。低場核磁共振(Low-Nuclear Magnetic Resonance, L-NMR)技術在肉制品科學研究中的應用，主要集中在肉和肉制品中水分含量、水分分布、質構特性測定等方面，國外科研團隊研究相對深入，處于優(yōu)勢地位。Moller S.M.[6](2010)等利用橫向弛豫時間T2探究在2種不同發(fā)酵溫度下，3種不同發(fā)酵劑對發(fā)酵香腸pH值、水分分布及遷移情況的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，利用L-NMR技術可對發(fā)酵肉制品生產過程中參數(shù)進行控制及預測，保證微生物發(fā)酵安全性。Bertram H.C.[7](2004)等對肌肉組織持水性與滴水損失率進行測定，與橫向弛豫時間T2嘗試建立相關性，計算結果顯示三者之間有相關性明顯；因此，可以利用L-NMR技術對肉品保水性和水分分布情況進行測定，進而對肉品品質進行評價。

Pearce K.L.[8](2011)等利用核磁圖譜，研究了宰前和宰后肌肉中肌原纖維水分的分布和遷移特征，結果發(fā)現(xiàn)肌肉結構對肌肉中水分分布有直接影響。Christensen L[9](2011)在研究豬肉背最長肌蒸煮過程蛋白質變性情況時，將差示掃描量熱技術與核磁技術相結合，發(fā)現(xiàn)弛豫時間T2變化顯著，肌肉保水性降低和蛋白質的空間結構發(fā)生了較大變化。

主要通過正交單因素實驗對傳統(tǒng)煙熏香腸的加工工藝進行優(yōu)化，利用L-NMR技術表征乳清蛋白的添加效果，解決產品持水性不足、質構軟爛、凝聚性較差或肉質過硬、口感不適等問題，優(yōu)化傳統(tǒng)煙熏香腸的感官評價及出品率，為乳清蛋白在香腸中的應用，提供大規(guī)模產業(yè)化理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳清蛋白D90，DOMO荷蘭；

豬精肉及豬肥肉，哈爾濱大眾肉聯(lián)集團有限公司；

亞硝酸鹽，河北科隆多生物科技有限公司；

其他食品級材料均購自本地大潤發(fā)超市。

1.2 儀器與設備

核磁共振分析儀NM-120，上海紐邁電子科技有限公司；

電子天平ALC-210.2，賽多利斯科學儀器有限公司；

斬拌機ZB-40，諸城市永興機械有限公司；

灌腸機YG-30，諸城市永興機械有限公司；

煙熏爐YX-500，諸城市永興機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳清蛋白煙熏香腸制作工藝

(1)工藝流程。

原料肉→原料選擇→修整→切塊→腌制→混料斬拌→灌制→蒸煮→煙熏→冷卻→成品。

(2)工藝要點。

選擇新鮮并經衛(wèi)生檢驗合格的豬肉，剔除原料肉表面多余的筋腱、脂肪、結締組織及肌膜后，將其順著肌纖維方向切成大小直徑為1cm左右的瘦肉塊及肥肉塊備用，將整理好的肌肉塊加入食鹽和亞硝酸鹽，攪拌均勻后裝入容器內，在室溫10℃左右下，腌制3d，待肉的切面約有80%的面積變成鮮紅的色澤，且有堅實彈力的感覺，即為淹制完畢，肥膘肉以同樣方式腌制3～5d，待脂肪有堅實感，色澤均勻一致，即為腌制完畢。

將腌制完畢的肉和肥膘冷卻到3～5℃后，送入斬拌機中，同時添加水、淀粉糊、乳清蛋白，攪拌均勻后再加入其它各種配料，斬拌時間一般以10～20min，溫度不超過10℃為宜。斬拌結束后，進行灌制。灌好的腸體，用紗繩捆扎起來，每15cm左右為一節(jié)，并應留有15%的收縮率，灌好的腸體要用小針戳破，放氣后掛在架子上備用。蒸煮25min后啟動煙熏模式，添加好鋸末，控制熏煙的溫度為35～45℃，時間為1.5～2h，待腸體表面光滑而透出內部肉餡色，并且有類似紅棗皺紋時，出煙熏爐。在通風處自然冷卻，即得到傳統(tǒng)煙熏香腸的成品[10～12]。

1.3.2 單因素實驗設計

煙熏香腸制備過程中，通過控制豬瘦肉與肥肉添加比例、乳清蛋白添加比例、玉米淀粉及水的添加量等因素，研究乳清蛋白對煙熏腸品質的影響，具體操作如下。

1.3.2.1 豬瘦肉與肥肉添加比例的確定

煙熏香腸制備過程中，原料肉占總質量的55%，其中豬瘦肉與肥肉添加比例分別為6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1，乳清蛋白4%，玉米淀粉12%，水22%，混合香辛料1%、亞硝酸鹽0.01%、食鹽4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。將各種原輔料混合均勻后腌制成型煙熏熟化，以感官評分及出品率為評價指標，探究豬瘦肉與肥肉添加比例對煙熏香腸品質的影響，找出豬瘦肉與肥肉最佳添加比例。

1.3.2.2 乳清蛋白添加比例的確定

煙熏香腸制備過程中，原料肉占總質量的55%，其中豬瘦肉與肥肉添加比例分別為5∶1，乳清蛋白6%、5%、4%、3%、2%，玉米淀粉12%，水22%，混合香辛料1%、亞硝酸鹽0.01%、食鹽4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。將各種原輔料混合均勻后腌制成型煙熏熟化，以感官評分及出品率為評價指標，探究豬瘦肉與肥肉添加比例對煙熏香腸品質的影響，找出豬瘦肉與肥肉最佳添加比例。

1.3.2.3 玉米淀粉添加比例的確定

煙熏香腸制備過程中，原料肉占總質量的55%，其中豬瘦肉與肥肉添加比例分別為5∶1，乳清蛋白4%，玉米淀粉15%、14%、13%、12%、11%，水22%，混合香辛料1%、亞硝酸鹽0.01%、食鹽4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。將各種原輔料混合均勻后腌制成型煙熏熟化，以感官評分及出品率為評價指標，探究豬瘦肉與肥肉添加比例對煙熏香腸品質的影響，找出豬瘦肉與肥肉最佳添加比例。

1.3.2.4 水添加比例的確定

煙熏香腸制備過程中，原料肉占總質量的55%，其中豬瘦肉與肥肉添加比例分別為5∶1，乳清蛋白4%，玉米淀粉12%，水24%、23%、22%、21%、20%，混合香辛料1%、亞硝酸鹽0.01%、食鹽4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%。將各種原輔料混合均勻后腌制成型煙熏熟化，以感官評分及出品率為評價指標，探究豬瘦肉與肥肉添加比例對煙熏香腸品質的影響，找出豬瘦肉與肥肉最佳添加比例。

1.3.3 正交試驗設計

依據以上單因素試驗，選取合適的水平，并采用L9(34)正交試驗方案進行最佳工藝條件的選取試驗。

本試驗以影響產品的主要因素豬瘦肉與肥肉添加比例，乳清蛋白添加量，玉米淀粉添加量，水添加量為試驗因素，采用四因素三水平正交實驗設計，以選擇合適的產品配方。

試驗因素分別為A豬瘦肉與肥肉添加比例，B乳清蛋白添加量，C玉米淀粉添加量，D水添加量。每一個因素有三個水平，對實驗結果進行感官評價為主要衡量指標，根據以上試驗設計原則確定試驗設計的因素水平如表1。

表1 因素與水平分布表

1.3.4 產品的感官評價指標

產品的感官評價指標見表2。

表2 感官評分標準

本試驗選擇10位主要從事肉制品專業(yè)的人員組成感官評定小組，按產品的口感、色澤、氣味等指標進行綜合評價，評分標準為色澤15分，彈性20分，組織狀態(tài)30分，口感15分，滋氣味20分，滿分100分，結果取平均值為總感官評分，評分標準見表2。

1.3.5 產品出品率的測定

腸的出品率為最終成品的質量與原輔料總質量(包括瘦肉、肥膘肉、乳清蛋白、淀粉、香辛料、水等)的比值。

1.3.6 L-NMR指標的測定

提前12h打開主電源開關，自動連接溫控單元，溫度嚴格穩(wěn)定在32±0.1℃。實驗時，依次打開電腦主機、顯示器及射頻開關，由于SF(MHZ)和O1(KHZ)共同表示中心頻率，其中O1每次檢測均需重新調節(jié)，在FID序列下，進行標準油樣校正，校正參數(shù)為SW=200，SF=18，P1=14，TW=3 000，DRG=3，O1=430 675.1，RG=20，NS=4。90°磁場脈沖寬度保持不變[13]。

調整后，進入CPMG序列。硬脈沖CPMG序列各項參數(shù)：SF1=18，O1=430 675.1，RG1=20，P1=14，P2=28，TW=3 000，DRG=3，SW=200，DFW=30，NS=4。將腸體干切成標準立方體放入采樣管，進入低磁場開始測定，采樣完成后進行T2擬合，保存試驗結果，進行T2反演，經核磁分析軟件反演出試驗結果，每組樣品重復3～5次，數(shù)據間無顯著差異即可應用[13]。反演結束后，點擊MRI核磁成像圖標，進入核磁成像界面，將O1=430 675.1復制到參數(shù)O1設置欄內，同時調整X、Y、Z三軸，設置成像間隔距離，模型設定完成后，進行MRI核磁成像[14～18]。

2 結果與分析

2.1 配方實驗影響單因素分析

2.1.1 豬瘦肉與肥肉添加比例的確定

將感官評價及出品率所得的數(shù)據取其平均值得到的測定結果如圖1。

圖1 豬瘦肉與肥肉添加比例的確定Fig. 1 The effect of lean to fat ratio in pigs

由圖1可以看出，隨著瘦肉添加量的減少，香腸的感官品質呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。隨著瘦肉添加量的減少，香腸的出品率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。感官評分在豬瘦肉與肥肉添加比例由6∶1減小到5∶1時，制品的感官評分明顯升高；豬瘦肉與肥肉添加比例在5∶1時，香腸的感官評分達到最大值；添加比例在由5∶1減小到2∶1時，感官評分逐漸下降。豬瘦肉與肥肉添加比例在6∶1時，香腸出品率處于較高水平。分析感官評價及出品率結果可知，隨著豬瘦肉添加量的減少，香腸的香味、口感明顯下降。豬瘦肉與肥肉添加比例在5∶1時，感官品質達到最佳，出品率達到88.5%。因此，試驗選取6∶1、5∶1、4∶1作為正交試驗的三水平。

2.1.2 乳清蛋白添加量的確定

將感官評價及出品率所得的數(shù)據取其平均值得到的測定結果如圖2。

圖2 乳清蛋白添加量的確定Fig. 2 Effect of whey protein addition ratio

由圖2可知，隨著乳清蛋白添加量的逐漸增加，感官評分呈現(xiàn)先升高后基本保持不變的趨勢，出品率呈現(xiàn)持續(xù)降低的趨勢。當乳清蛋白添加量由6%減少至5%時，感官評分上升，添加量繼續(xù)降低時，感官評分逐漸下降。

上述趨勢由于開始時乳清蛋白添加量較高，單位體積的分子數(shù)增加，蛋白分子間的作用增強，從而產品的硬度、彈性和內聚性均較強，腸體的口感偏硬。當添加量降低時，乳清蛋白的持水性降低，導致腸體口感綿軟，缺少嚼勁兒，影響口感，這與馬宇翔[11](2004)等對乳清蛋白在火腿腸中的應用研究的結論一致。當乳清蛋白的添加量5%時，乳清蛋白持水力與乳清蛋白含量增加，所帶來的凝膠增強效應達到平衡，感官評分最高達89.73分，出品率為92.5%，選擇5%的乳清蛋白添加量為最優(yōu)條件。

2.1.3 玉米淀粉添加量的確定

將感官評價及出品率所得的數(shù)據取其平均值得到的測定結果如圖3。

圖3 玉米淀粉添加量的確定Fig. 3 Effect of corn starch addition ratio

由圖3可以看出，隨著玉米淀粉添加量的增加，香腸的感官評價呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，香腸的出品率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。感官評分在玉米淀粉添加量由11%增加到13%時，制品的感官評分明顯升高；玉米淀粉添加量在12%時，香腸的感官評分達到最大值89.74分，當玉米淀粉添加量繼續(xù)增加時，感官評分開始下降，這主要由于初期持水性增加，腸體口感軟硬適度，橫切面光潔平順，當添加量繼續(xù)增加時，持水能力進一步增加，腸體咀嚼性降低，肉感減弱，橫切面不光滑，感官評分降低。因此在較高出品率及較高感官評分的前提下，選擇12%的玉米淀粉添加量為最佳。

2.1.4 水添加量的確定

將感官評價及出品率所得的數(shù)據取其平均值得到的測定結果如圖4。

圖4 水添加量的確定Fig. 4 Effect of water addition ratio

由圖4可以看出，隨著水添加比例的增加，香腸的感官品質呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，出品率先增加后保持基本不變的趨勢。當水添加量由20%增加至21%，感官評價提升明顯，當水添加量繼續(xù)增加時，感官評價開始下降。這主要是由于初期乳清蛋白對肌肉蛋白凝膠性能的輔助與提高的積極作用，同時淀粉的持水力仍有空余，一定持水力的增強有助于發(fā)揮蛋白分子間的交聯(lián)作用使腸的口感更好。但是當水添加量過多時，就會打破原有的平衡，使持水性處于過飽和狀態(tài)，腸體的彈性、咀嚼性降低，感官評價降低。當水添加量超過22%時，出品率不在明顯增加，基本保持不變。因此在較高出品率及較高感官評分的前提下，選擇22%的水添加量為最佳。

2.2 配方正交實驗分析

香腸配方優(yōu)化正交試驗結果如表3。

表3 香腸配方優(yōu)化正交試驗結果

由表3可知，各因素對香腸的感官評分影響大小次序為：B>D>A>C，優(yōu)方案為A1B3C1D3，這個組合并不在9次試驗中，所以對其進行驗證，結果顯示，在最佳組合條件下，此方案感官評分為93.67，出品率94.33%；各因素對香腸的出品率影響大小次序為：D>B>C>A，優(yōu)方案為A1B2C3D3，這個組合并不在9次試驗中，所以對其進行驗證，結果顯示，在最佳組合條件下，此方案感官評分為90.46，出品率95.13%。

綜合考慮極差分析結果，以感官評價為主導，以香腸出品率為鋪助指標，優(yōu)方案A1B3C1D3與優(yōu)方案A1B2C3D3比較，兩組方案出品率無顯著差異，但優(yōu)方案A1B3C1D3感官評分優(yōu)勢明顯。即：乳清蛋白添加量>水添加量>豬瘦肉與肥肉添加比例>玉米淀粉添加量。最佳優(yōu)選方案為：A1B3C1D3，即豬瘦肉與肥肉添加比例5∶1、乳清蛋白添加量5%、玉米淀粉添加量12%、水添加量23%。此優(yōu)選方案下感官評分為93.67，出品率94.33%，各項質構指標均滿足香腸品質特性要求，通過驗證試驗此結果正確。

2.3 低場核磁共振(L-NMR)分析

2.3.1 測試方案

在得到最優(yōu)配方的基礎上，固定配方中其他變量，利用L-NMR技術探究不同乳清蛋白添加量對香腸的結合水、不易流動水和自由水的變化以及利用核磁成像技術進行直觀表征，具體方案如下。

(1)樣品制備。

制備不同3組樣品，原料肉占總質量的55%，其中豬瘦肉與肥肉添加比例分別為5∶1，玉米淀粉12%，水23%，混合香辛料1%、亞硝酸鹽0.01%、食鹽4%、白砂糖0.5%、大蒜1.5%、味精0.2%，乳清蛋白分別添加3%(A組)、4%(B組)、5%(C組)，參照2.3.1中所述工藝進行制作。

(2)樣品測試。

將3組制備好的香腸樣品分別選取腸中心位置切成2cm×0.8cm×0.8cm立方體，用聚四氟乙烯帶均勻包裹并放入檢測管中，再置于NM-120低場核磁共振檢測儀的測試籠中運行CPMG測定序列檢測樣品自旋-自旋弛豫時間(T2)測試，保存試驗結果，進行T2反演，經核磁分析軟件反演出試驗結果，每組樣品重復3～5次，數(shù)據間無顯著差異即可應用。

反演結束后，點擊MRI核磁成像圖標，進入核磁成像界面，將O1=430 675.1復制到參數(shù)O1設置欄內，同時調整X、Y、Z三軸，設置成像間隔距離，模型設定完成后，進行MRI核磁成像。

2.3.2 實驗結論與分析

低場核磁共振指標測定結果見表4，各項指標標準偏差較小，均在合理范圍內，統(tǒng)計結果良好，3組低場核磁圖譜見圖5、圖6、圖7，MRI核磁成像掃描圖見圖8。

表4 低場核磁共振指標測定結果

圖5 A組(添加量3%)低場核磁圖譜

圖6 B組(添加量4%)低場核磁圖譜

圖7 C組(添加量5%)低場核磁圖譜

在控制變量的條件下，探究不同乳清蛋白添加比例對香腸的持水性影響。低場核磁圖譜中橫向馳豫時間(T2)分別對應有結合水、不易流動水和自由水三種形態(tài)水。其中T21(0～10ms)表示蛋白質分子表面的極性基團與水分子緊密結合的水分子層，T22(10～100ms)表示不易流動水,T23(100～1 000ms)表示自由流動的水，橫向弛豫時間可以表明水分的自由度。弛豫時間越小水分越不易流動，弛豫時間越大流動性約高，峰面積越小水分含量越少，峰面積越大水分含量越大。

由圖5、圖6、圖7可看出，隨著乳清蛋白添加比例的不斷增加，T22峰面積、T23峰面積變化顯著。其中T22峰面積逐漸增加，T23峰面積逐漸減小，這說明乳清蛋白-NH2、-COOH、-OH等多種功能基團與肌纖維蛋白、水之間的相互作用，使香腸內的自由水向不易流動水轉化，進而使感官的咀嚼性、彈性提高，產品的出品率增加。通過MRI核磁成像掃描圖也可直觀表征以上現(xiàn)象，隨著乳清蛋白添加比例的不斷增加，代表紅黃色的自由水逐漸減少，代表藍綠色的不易流動水增加，且整個體系的水分分布更均勻。

3 結果與分析

通過單因素和正交的實驗方法及低場核磁共振(L-NMR)技術的應用，得到香腸最優(yōu)配方為：豬瘦肉與肥肉添加比例5∶1、乳清蛋白添加量5%、玉米淀粉添加量12%、水添加量23%。此優(yōu)選方案下感官評分為93.67，出品率94.33%，香腸口感細膩、滑潤，咀嚼性好，有明顯肉質感，色澤均勻、鮮亮，橫切面整體呈暗紅色核桃紋樣。通過低場核磁共振圖譜與MRI核磁成像掃描，直觀表征隨著乳清蛋白添加比例的不斷增加，T22峰面積逐漸增加，T23峰面積逐漸減小，香腸內的自由水向不易流動水轉化，整個體系的水分分布更均勻。通過對本課題的探究，確定在傳統(tǒng)煙熏香腸中添加乳清蛋白的可行性，香腸感官及產品出品率得到優(yōu)化，為大規(guī)模產業(yè)化生產提供了有力依據。

圖8 A、B、C 3組MRI核磁成像掃描圖