乳酸菌發(fā)酵人參香腸理化特性及其工藝優(yōu)化

李雪倩，趙嘉楠，武思佳，黃延軍，莊 紅

（吉林大學食品科學與工程學院，吉林長春 130062）

發(fā)酵香腸因其獨特的質(zhì)地、典型的發(fā)酵風味和豐富的營養(yǎng)成分等特點，已經(jīng)逐步進入到規(guī)?；⒏咝Щ纳a(chǎn)模式，并且成為最受歡迎的發(fā)酵肉制品之一[1]。發(fā)酵劑中特定微生物組分的生長繁殖，使發(fā)酵香腸具有優(yōu)良的理化特性。乳酸菌作為香腸發(fā)酵的主要微生物，可以利用香腸中的碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)酸，從而使香腸的pH值快速下降，縮短成熟周期，并且較低的酸性環(huán)境可以使香腸中的蛋白質(zhì)變性，從而使香腸的組織結構更加緊密[2-4]。此外，乳酸菌代謝產(chǎn)生的酸性環(huán)境能夠抑制雜菌的增長，提高發(fā)酵香腸的安全性[5]。研究表明，乳酸菌復合發(fā)酵劑能更好地發(fā)揮各菌種優(yōu)勢，從而改善或提升產(chǎn)品品質(zhì)[6]。

國外研究者曾將藍莓汁、桑葚汁等具有天然果香味道的物質(zhì)添加到發(fā)酵香腸中，在改善發(fā)酵香腸感官品質(zhì)的同時，提高了發(fā)酵香腸的抗氧化性，延長了產(chǎn)品的貯藏時間[7-8]。人參作為吉林省特色農(nóng)產(chǎn)品資源，具有“百草之王”的美稱。人參含有多種生物活性物質(zhì)，如人參皂苷、人參多糖、脂肪酸、黃酮類、維生素和礦物質(zhì)等[9-10]，具有抗癌、抗衰老、抗氧化、降血糖和免疫調(diào)節(jié)等功效[11-13]。2012年我國衛(wèi)生部批準將人參（人工種植）列入新食品資源，這使人參相關食品的研究得到了極大的促進[14]。此外，中國對發(fā)酵香腸的研究起步較晚，至今還面臨著產(chǎn)品種類較少、口味單一化等問題。

因此，將質(zhì)量比為1∶1的植物乳桿菌與鼠李糖乳桿菌復合乳酸菌作為發(fā)酵劑，在西式發(fā)酵香腸的基礎上，將人參添加到發(fā)酵香腸中，考查人參添加量對發(fā)酵香腸理化特性的影響，探討乳酸菌發(fā)酵人參香腸的最佳工藝條件，旨在為發(fā)酵香腸新品種的開發(fā)及后續(xù)乳酸菌發(fā)酵人參香腸的實際生產(chǎn)和加工提供必要的理論參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參粉（人工種植的生曬參），長春市南京同仁堂提供；植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌均為商業(yè)發(fā)酵劑，上海潤盈生物科技有限公司提供；2-硫代巴比妥酸、ABTS自由基和DPPH自由基，上海源葉生物科技有限公司提供；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

HPX-9272 MBE型數(shù)顯電熱培養(yǎng)箱，上海博訊實業(yè)有限公司產(chǎn)品；H2300R-2型高速冷凍離心機，湖南湘儀有限公司產(chǎn)品；Syergyht HT型酶標儀，美國Biotek公司產(chǎn)品；pHS-3C型pH計，上海晶磁儀器有限公司產(chǎn)品；CT3型質(zhì)構儀，博勒飛公司產(chǎn)品；SC-10型色差計，深圳市三恩時科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 發(fā)酵香腸的制備工藝

將40%牛肉、30%雞胸肉、10%鴨胸肉和20%牛脂肪分別絞碎后，加入2.5%食鹽、0.5%蔗糖、0.5%葡萄糖、0.5%五香粉和0.007%亞硝酸鈉，充分混勻后在4℃條件下腌制12 h；腌制結束后，加入0.06%的植物乳桿菌與鼠李糖乳桿菌復合發(fā)酵劑和人參粉，充分混勻后進行灌腸；將灌制好的香腸置于32℃的培養(yǎng)箱中發(fā)酵48 h；發(fā)酵結束后，在80℃條件下蒸煮20 min；蒸煮結束后，在50℃條件下干燥3～4 h；真空包裝后4℃下貯藏。

1.3.2 人參添加量的優(yōu)化

當人參添加量超過5%時，發(fā)酵香腸會呈現(xiàn)較重的人參味。因此，考查人參添加量為1%，2%，3%，4%，5%時，對發(fā)酵香腸理化性質(zhì)的影響，并對乳酸菌發(fā)酵人參香腸進行工藝優(yōu)化。

1.3.3 發(fā)酵香腸的工藝優(yōu)化

（1）單因素試驗。選取人參添加量為2%，以pH值和感官評分為指標，通過單因素試驗探究發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、干燥溫度和干燥時間對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響。

①發(fā)酵溫度對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。設定發(fā)酵時間為48 h，干燥溫度為50℃，干燥時間為3 h，分別在發(fā)酵溫度為22，27，32，37，42℃的條件下，研究發(fā)酵溫度對香腸pH值及感官評分的影響。②發(fā)酵時間對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。設定發(fā)酵溫度為32℃，干燥溫度為50℃，干燥時間為3 h，分別在發(fā)酵時間為12，24，36，48，60 h的條件下，研究發(fā)酵時間對香腸pH值及感官評分的影響。③干燥溫度對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。設定發(fā)酵溫度為32℃，發(fā)酵時間為48 h，干燥時間為3 h，分別在干燥溫度為40，45，50，55，60℃的條件下，研究干燥溫度對香腸pH值及感官評分的影響。④干燥時間對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。設定發(fā)酵溫度為32℃，發(fā)酵時間為48 h，干燥溫度為50℃，分別在干燥時間為1，2，3，4，5 h的條件下，研究干燥時間對香腸pH值及感官評分的影響。

（2）正交試驗。根據(jù)單因素試驗的結果，對發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、干燥溫度和干燥時間進行四因素三水平的正交試驗。按照表1水平進行分組，確定乳酸菌發(fā)酵人參香腸的最佳工藝條件。

正交試驗設計因素見表1。

表1 正交試驗設計因素

1.3.4 發(fā)酵香腸理化指標的測定

（1）pH值的測定。取2 g發(fā)酵香腸樣品，用剪刀剪碎后，加入18 mL蒸餾水，混合均勻，靜置1 h后，取上清液用pH計測定，每組樣品測定3次。

（2）DPPH自由基清除率的測定。DPPH自由基清除率的測定參考Elfahri K R等人[15]的方法，并加以改進。將2 g剪碎的發(fā)酵香腸樣品放入10 mL蒸餾水中，高速攪拌器均質(zhì)后，在30℃的搖床中提取1 h。將均質(zhì)物經(jīng)0.45μm注射過濾器過濾，取過濾液于-20℃下保存，待進一步分析。用95%甲醇配制100μmol/L的DPPH溶液。取250μL樣品提取液，加入1 000μL DPPH溶液，室溫下于黑暗中反應30 min后，于波長517 nm處測定吸光度。計算公式為：

式中：AⅠ——250μL蒸餾水+1 000μL DPPH溶液；

AⅡ——250μL樣品提取液+1 000μL DPPH溶液；

AⅢ——250μL樣品提取液+1 000μL 95%甲醇溶液。

（3）ABTS自由基清除率的測定。ABTS自由基清除率的測定參考Robert Re等人[16]的方法，并加以改進。使用前配制7 mmol/L的ABTS溶液和2.45 mmol/L的過硫酸鉀溶液，將上述2種溶液按體積比1∶1混合后室溫避光靜置12～16 h，制備ABTS自由基儲備液。用0.2 mol/L PBS（pH值7.4）將儲備液稀釋一定倍數(shù)，制得波長734 nm處的吸光度為0.7±0.02的ABTS工作液。取50μL樣品，加入2 mL ABTS工作液，室溫反應6 min后，于波長734 nm處測吸光度，以蒸餾水代替樣品做空白。計算公式為：

（4）TBARS值的測定。TBARS值的測定參照馬龍彪[17]的方法，并加以改進。取已剪碎的發(fā)酵香腸樣品4 g，置于50 mL離心管中，加入20 mL質(zhì)量分數(shù)為7.5%的三氯乙酸（含0.1%EDTA），利用搖床振蕩30 min，雙層濾紙過濾。取上清液5 mL，置于10 mL離心管中，加入0.02 mol/L TBA溶液5 mL，90℃恒溫水浴鍋中加熱40 min后取出冷卻，以轉速1 600 r/min離心5 min；提取上述液體8 mL，加入三氯甲烷5 mL，旋渦振蕩2 min后靜置15～20 min后，提取上清液于波長532 nm和600 nm處讀取吸光度。計算公式為：

（5）質(zhì)構的測定。使用CT-3型質(zhì)構儀，測定參數(shù)：測定模式TPA，探頭TA39，目標50 mm，出發(fā)點負載10 g，測試速度5 mm/s，返回速度5 mm/s，循壞次數(shù)為2次。

測定指標：彈性、硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性和膠著性。

取一定長度的發(fā)酵香腸樣品，將其切成長度為1 cm的圓柱形小塊進行測定，每組樣品測定5次。

（6）色差的測定。色差計用標準白板校正后，對發(fā)酵香腸切片進行測定，規(guī)格參數(shù)主要包括L*、a*和b*值。

1.3.5 感官評價

選取20位食品專業(yè)學生，依次評價乳酸菌發(fā)酵人參香腸的外觀、色澤、質(zhì)地、切片性、香氣和滋味。

發(fā)酵香腸感官評分見表2。

表2 發(fā)酵香腸感官評分

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)以均值±標準差表示，采用SPSSStatistics 25對數(shù)據(jù)進行處理。

2 結果與分析

2.1 人參添加量對發(fā)酵香腸理化性質(zhì)的影響

2.1.1 pH值

人參添加量對pH值的影響見表3。

表3 人參添加量對pH值的影響

發(fā)酵結束時，隨著人參添加量的增加，pH值隨之降低，且低于空白組。干燥結束時，人參處理組香腸的pH值均有不同程度的回升，是因為較低的pH值會影響乳酸菌的代謝，導致產(chǎn)酸速率減慢[18]。同時，加熱過程中蛋白質(zhì)降解速率加快，導致部分堿性氨基酸游離出來，進而使香腸的pH值回升。貯存期間，各組pH值繼續(xù)回升，這可能與生物胺等堿性物質(zhì)的形成有關。相關研究表明，發(fā)酵香腸的pH值降低至4.8～5.0時有利于抑制有害微生物的生長，同時能夠改善風味和色澤[19]。但是，當pH值降低至4.8以下時，就會導致發(fā)酵香腸的酸味過重。因此，當人參添加量為1%～3%時，更易于被消費者接受。

2.1.2 DPPH自由基清除率

人參添加量對DPPH自由基清除率的影響見圖1。

圖1 人參添加量對DPPH自由基清除率的影響

在加工過程中，隨著人參添加量的增加，DPPH自由基清除率呈先上升后下降的趨勢，當人參添加量為1%和2%時，DPPH自由基清除率相對較高。貯存期間，空白組的DPPH自由基清除率均顯著低于人參處理組（p＜0.05），當人參添加量為1%和2%時，DPPH自由基清除率相對穩(wěn)定。

2.1.3 ABTS自由基清除率

人參添加量對ABTS自由基清除率的影響見圖2。

圖2 人參添加量對ABTS自由基清除率的影響

發(fā)酵結束時，各組的ABTS自由基清除率均呈上升趨勢，其中人參添加量為4%和5%的香腸ABTS自由基清除率顯著高于空白組（p＜0.05）。干燥結束時，各組的ABTS自由基清除率均有所下降。貯存期間，各組對ABTS自由基清除率的變化趨于穩(wěn)定，人參添加量為1%，2%，3%，5%組別的香腸ABTS自由基清除率顯著高于空白組（p＜0.05）。

2.1.4 TBARS含量

人參添加量對TBARS值的影響見圖3。

圖3 人參添加量對TBARS值的影響

TBARS是不飽和脂肪酸氧化分解產(chǎn)生的衍生物，其含量反映了脂肪氧化最終生成物的量。TBARS值從發(fā)酵結束至貯存10 d時，隨著人參添加量的增加，TBARS值隨之上升，且均高于空白組。貯存期間，人參處理組的TBARS值趨于穩(wěn)定，而空白組的TBARS值一直呈上升趨勢。貯存30 d時，空白組的TBARS值顯著高于人參處理組（p＜0.05），此結果說明添加人參能夠有效抑制發(fā)酵香腸貯存后期的脂肪氧化，延長貯存期。此外，人參添加量越低，對香腸脂肪氧化抑制作用越明顯。

2.1.5 質(zhì)構

人參添加量對質(zhì)構的影響見表4。

表4 人參添加量對質(zhì)構的影響

貯存期間，添加人參會使香腸的硬度、膠著性和咀嚼性下降，且均低于空白組。較高的硬度和咀嚼性不利于消費者食用，降低消費者的購買欲，人參的添加緩解了這種不良感官體驗。當人參添加量為1%，2%，3%時，對發(fā)酵香腸彈性和內(nèi)聚性無明顯影響，而人參添加量為4%和5%時，香腸的彈性顯著低于空白組（p＜0.05），但對內(nèi)聚性無明顯影響。彈性是評價香腸質(zhì)地和口感的重要指標，當人參添加量為4%和5%時，香腸彈性卻顯著低于自然發(fā)酵香腸。綜上所述，當人參添加量為1%～3%時，香腸具有良好的質(zhì)構特性。

2.1.6 色差

人參添加量對色差的影響見表5。

表5 人參添加量對色差的影響

貯存0 d時，各組的L*值無顯著性差異。貯存期間，各組的L*值略有下降，且在貯存30 d時，空白組的L*值顯著低于人參處理組（p＜0.05），表明添加人參能夠保持香腸在貯存期間的明亮度。單純的a*值或b*值無法準確反映香腸的色澤，一般采用a*/b*值進一步評價。貯存0 d時，各組之間無顯著性差異。貯存10 d時，空白組的a*/b*值顯著高于人參處理組（p＜0.05）。貯存20 d時，人參添加量為4%和5%組別的a*/b*值顯著低于空白組（p＜0.05）。綜上所述，當人參添加量為1%～3%時，香腸在加工及貯存期間具有良好的色澤。

綜合考慮，通過對發(fā)酵香腸的pH值、DPPH和ABTS自由基清除率、TBARS含量、質(zhì)構和色差的測定，選取人參添加量為2%，此時發(fā)酵香腸具有良好的降酸能力和優(yōu)良的品質(zhì)特性。

2.2 發(fā)酵香腸的工藝優(yōu)化

2.2.1 單因素試驗結果分析

（1）發(fā)酵溫度對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。

發(fā)酵溫度對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵溫度對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響

隨著發(fā)酵溫度的提高，發(fā)酵香腸的pH值呈先下降后上升的趨勢，而感官評分呈先上升后下降的趨勢。發(fā)酵溫度為22℃和27℃時，可以將pH值分別降低至5.57±0.04和5.32±0.03。發(fā)酵溫度為32℃時，pH值達到4.89±0.02，符合發(fā)酵香腸的最適pH值范圍，且感官評分最高。發(fā)酵溫度為37℃和42℃時，pH值較低，感官評分也隨之降低。當發(fā)酵溫度低于乳酸菌的最適發(fā)酵溫度時，會導致乳酸菌生長緩慢，乳酸生成量降低，蛋白質(zhì)和脂肪降解減少，致使產(chǎn)品風味變差，而發(fā)酵溫度過高又會導致酸味過重，從而影響香腸口感[20]。因此，選取發(fā)酵溫度為27，32，37℃為正交試驗變量，進行正交試驗。

（2）發(fā)酵時間對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。

發(fā)酵時間對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響見圖5。

圖5 發(fā)酵時間對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響

隨著發(fā)酵時間的延長，發(fā)酵香腸的pH值呈下降趨勢，感官評分呈先上升后下降的趨勢。發(fā)酵時間為36 h時，pH值下降至5.31±0.12。發(fā)酵時間為48 h時，pH值下降至5.02±0.04，此時感官評分最高，同時有利于抑制雜菌的生長。發(fā)酵時間延長至60 h時，pH值下降至4.71±0.12，影響消費者的感官體驗。因此，選取發(fā)酵時間為36，48，60 h為正交試驗變量，進行正交試驗。

（3）干燥溫度對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。

干燥溫度對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響見圖6。

圖6 干燥溫度對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響

隨著干燥溫度的提高，發(fā)酵香腸的pH值呈下降趨勢，而感官評分呈先上升后下降的趨勢。干燥溫度為45℃時，pH值已經(jīng)下降到4.91±0.02。因此，選取干燥溫度為40，45，50℃為正交試驗變量，進行正交試驗。

（4）干燥時間對乳酸菌發(fā)酵人參香腸品質(zhì)的影響。

干燥時間對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響見圖7。

圖7 干燥時間對發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響

隨著干燥時間的延長，發(fā)酵香腸的pH值呈下降趨勢，感官評分呈先上升后下降的趨勢。干燥時間為3 h時，pH值在5.07±0.03，此時感官評分最高。干燥時間為4 h時，pH值在4.88±0.09，此時感官評分有所下降。因此，選取干燥時間2，3，4 h為正交試驗變量，進行正交試驗。

2.2.2 正交試驗結果分析

正交試驗結果見表6，方差分析見表7。

表6 正交試驗結果

表7 方差分析

由表6可知，RA＞RB＞RC＞RD，即影響發(fā)酵香腸感官評分的主次因素依次為發(fā)酵溫度（A）＞發(fā)酵時間（B）＞干燥溫度（C）＞干燥時間（D）。由方差分析結果可知，發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間和干燥溫度對發(fā)酵香腸的感官評分影響極顯著（p＜0.01），干燥時間對發(fā)酵香腸的感官評分影響顯著（p＜0.05），且顯著性程度依次為A＞B＞C＞D。依據(jù)分析結果，選擇各因素平均值（k值）最大的水平作為最優(yōu)的水平，得出最優(yōu)的組合為A2B2C3D1，即發(fā)酵溫度為32℃，發(fā)酵時間48 h，干燥溫度為50℃，干燥時間為2 h，此時制得的發(fā)酵香腸感官評分最高，為90.8分。

3 結論

隨著人參添加量的增加，發(fā)酵香腸pH值下降速率增加，硬度、膠著性與咀嚼性下降，DPPH自由基清除率呈先下降后上升的趨勢，同時發(fā)酵香腸的TBARS值、蛋白巰基含量和黃度值增加。其中，添加2%人參粉制備的發(fā)酵香腸具有良好的降酸能力和優(yōu)良的品質(zhì)特性，貯存30 d時TBARS值（0.30 mg/100 g）顯著低于空白組（0.39 mg/100 g），且DPPH自由基清除能力（69.50%）顯著高于空白組（55.50%）。在人參添加量為2%的條件下，得到乳酸菌發(fā)酵人參香腸的最佳工藝條件為發(fā)酵溫度32℃，發(fā)酵時間48 h，干燥溫度50℃，干燥時間2 h，在此條件下發(fā)酵香腸的感官評分為90.8分。研究將人參應用到發(fā)酵香腸的加工過程中，為人參深精加工、發(fā)酵香腸新品種的開發(fā)及后續(xù)乳酸菌發(fā)酵人參香腸的實際生產(chǎn)和加工提供必要的理論參數(shù)。此外，人參影響香腸脂肪氧化的原因及機制還有待進一步研究。