天然香辛料在肉制品綠色加工中的研究進(jìn)展

劉瑤瑤，鄒宇曉*，鄭雪君，穆利霞，劉學(xué)銘，莊沛銳，陳楚銳，宋昆

(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)部功能食品重點實驗室 廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工 重點實驗室，廣州 510610；2.廣東真美食品股份有限公司，廣東 潮州 515637)

天然香辛料是一類富含辛辣成分、有機酸、芳香/刺激性揮發(fā)性油等成分的特殊植物原料。因其安全、無毒等因素，在我國肉制品加工中應(yīng)用歷史悠久[1]。天然香辛料不僅可以賦予肉制品香氣，抑制異味的產(chǎn)生，還能發(fā)揮防腐、抑菌和抗氧化的作用。拓寬天然香辛料應(yīng)用的新技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域可有效減少人工合成保鮮劑、抗氧化劑和防腐劑對人體健康的潛在危害。本文在查閱近年來國內(nèi)外密切相關(guān)的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,綜述了天然香辛料的來源、分類、功能及其在肉制品中的應(yīng)用和原則，以期為天然香辛料的開發(fā)利用提供理論參考。

1 天然香辛料來源與分類

1.1 天然香辛料來源

香辛料是天然食用香料植物的簡稱,可來源于植物的種子、果實、莖葉、樹皮、花蕾等部位,是一類能夠給食品呈現(xiàn)具有各種香、辛、麻辣、甜等典型風(fēng)味的食品添加劑[2]。美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)對香料的定義是：“以整體、破碎或磨碎形式存在的芳香植物物質(zhì),其在食品中的主要作用是調(diào)味而不是營養(yǎng)”[3]。香辛料呈現(xiàn)出從黑色到深淺不一的棕色、紅色、綠色和白色等豐富多彩的顏色[4]。世界上已知的天然香辛料多達(dá)500種[5]，最早起源于地中海國家,其應(yīng)用歷史可追溯到古埃及和古羅馬時期。亞洲是香辛料的主要產(chǎn)區(qū),主要生產(chǎn)肉桂、胡椒、肉豆蔻、丁香和姜。也有一些拉丁美洲國家在某些香料的生產(chǎn)上處于領(lǐng)先地位,如巴西是胡椒的主要供應(yīng)國,危地馬拉是小豆蔻的主要生產(chǎn)國。我國在香辛料的栽培、撫育和加工利用方面歷史悠久,是全球香辛料的主要生產(chǎn)、種植和出口國[6]。

1.2 天然香辛料分類

天然香辛料可依照呈味特性、植物的使用部位、產(chǎn)品形式、原料組成、用途等多種方式進(jìn)行分類，其中按呈味特性、植物的使用部位分類最為常見(見表 1)。根據(jù)天然香辛料的不同呈味特征，GB/T 21725-2017《天然香辛料分類》將天然香辛料分為濃香型、辛辣型和淡香型3大類。其中芳香族化合物多為濃香型天然香辛料的呈味成分；含硫或酰胺類化合物多為辛辣型天然香辛料的呈味成分；淡香型天然香辛料無辛辣等刺激性氣味[7]。同時香辛料也可按使用部位分為果實型、種子型、花型、根型、莖型、葉型、皮型、假種皮型和鱗莖型[8]。根據(jù)香辛料的產(chǎn)品形式，香辛料還可分為粉碎香辛料、完整香辛料、香辛料提取物、微膠囊化香辛料以及吸附于載體上的香辛料，其中提取物多以精油和油樹脂的形式存在[9]。按原料組成可分為單一型和復(fù)合型，其中單一型包括陳皮、花椒、丁香等，復(fù)合型包括十三香、五香粉等[10]。根據(jù)天然香辛料的用途主要分為4大類，包括食品用香辛料、酒用香辛料、煙用香辛料、藥用香辛料等，其中食品類香辛料是最主要的品種，用途最為廣泛。不同食材對使用的香辛料香型要求不同，命名也有所不同。天然香辛料按照香型大致分為水果香辛料、肉類香辛料、堅果香辛料、蔬菜香辛料、乳香香辛料、辛辣香料、葡萄酒香辛料等22大類，此外，香辛料還可分為水溶性、油溶性、油水兩溶性、膏狀、乳化香辛料和粉末6大劑型[11]。根據(jù)配料的分類，選用比較合適的香料或相互搭配。

表1 香辛料的分類Table 1 Classification of spices

續(xù) 表

2 天然香辛料的功能及其在肉制品中的應(yīng)用

香辛料除了含有常規(guī)營養(yǎng)素外,還含有多酚、精油(萜類)、辛辣物質(zhì)和色素等物質(zhì)。香辛料中的營養(yǎng)成分和功能活性成分對肉制品的感官特性和理化特性有著顯著的改善作用，還可以促進(jìn)人體健康，減少了患慢性病的風(fēng)險。每種香料都有其自身潛在的功效，而且每種香料之間可以產(chǎn)生協(xié)同作用，從而進(jìn)一步增加烹飪和健康相關(guān)潛力[12]。

2.1 感官品質(zhì)功能

在肉制品加工過程中添加香辛料的一個重要作用就是提高肉制品的營養(yǎng)價值并改善包含滋味、風(fēng)味和色澤等在內(nèi)的感官品質(zhì)。根據(jù)添加香辛料種類和添加量的不同，可使肉制品呈現(xiàn)香、辛、甜、苦、辣、麻等特征滋味。如在制作羊肉漢堡過程中添加諸如大蒜、迷迭香、百里香、鼠尾草或丁香等多種香辛料不僅可以豐富羊肉制品種類，而且不影響營養(yǎng)含量，增強羊肉漢堡的底香，延長了羊肉制品的保質(zhì)期，改善了感官特性[13]。此外，風(fēng)味也是評價肉制品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。香辛料能夠減少醛類和其他異味物質(zhì)的產(chǎn)生。例如在制作豬肉餡餅、火腿、豬肉香腸、新鮮牛肉和雞肉過程中添加迷迭香可以抑制脂質(zhì)氧化，抑制異味的產(chǎn)生[14]。此外，大多數(shù)香辛料中特征性的揮發(fā)性風(fēng)味化合物與肉類產(chǎn)生的揮發(fā)性氣味物質(zhì)共同形成特征風(fēng)味。例如大蒜、胡椒、大蔥等香辛料可以掩蓋雞肉的腥膻味，突出雞肉的香氣，帶來更好的嗅感和口感[15]。部分香辛料本身色素也是肉制品呈色的機理之一，如類胡蘿卜素、姜黃素、辣椒紅素等色素能起到增加肉制品色澤的作用。肉類調(diào)味料為肉制品增色增香，最大程度減少脂質(zhì)氧化并為提高肉類產(chǎn)品微生物安全性提供了解決方案。

2.2 生物活性功能

香辛料不僅是烹調(diào)過程中用于調(diào)味增香的調(diào)味料，而且是多種活性化合物的來源。自古以來就有藥用的記載，例如在古希臘時期，薄荷就被用來治療哮喘，大蒜被用于治療子宮癌，而迷迭香被用于增強記憶力。在我國傳統(tǒng)中藥學(xué)中，香料也已有數(shù)千年的應(yīng)用歷史，例如，人參和銀杏可改善認(rèn)知過程，高良姜可緩解腹痛，肉豆蔻可緩解腹瀉，肉桂可改善感冒和流感[16]。近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和藥物化學(xué)的深入研究，發(fā)現(xiàn)香辛料在抗氧化、抑菌、抗炎癥、抗癌等方面具有突出的生物活性。

2.2.1 抗氧化

在儲存、加工和熱處理過程中脂肪氧化和蛋白氧化是導(dǎo)致肉及肉制品質(zhì)量惡化和貨架期縮短的主要因素[17]。香辛料是天然抗氧化劑的來源，能夠抑制肉制品在加工以及貯藏過程中的脂質(zhì)氧化。香辛料中的抗氧化活性成分有酚酸(沒食子酸、原兒茶酸、咖啡因和迷迭香酸)、酚二萜(鼠李糖醇、鼠李酸、迷迭香酚和迷迭香)、類黃酮(槲皮素、兒茶素、柚皮苷和山奈酚)、揮發(fā)油(丁香酚、香芹酚、百里酚和薄荷醇精油)和植物色素等[18]。肉和肉制品中最常用的香料是茴香、肉桂、丁香、芫荽、孜然、姜、辣椒、迷迭香等[19]。迷迭香含有天然、高效的抗氧化活性成分，包括酚類化合物(肌酸、肌醇、迷迭香酸、咖啡酸和類黃酮)和揮發(fā)性精油[20]。Rashidaie等[21]研究了迷迭香提取物游離形式和膠囊化形式對冷藏存儲期內(nèi)牛肉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，迷迭香提取物具有抗微生物和抗氧化特性，可以逐漸延緩牛肉片的微生物變質(zhì)和脂質(zhì)氧化，迷迭香的納米包封形式可以提高增強這些品質(zhì)。因此，膠囊化的迷迭香提取物似乎可以用作牛肉和肉類產(chǎn)品中的天然防腐劑。牛至精油作為一種天然抗氧化劑已被廣泛應(yīng)用于肉與肉制品(雞肉、豬肉、雞肝肉以及羊肉漢堡、香腸)的加工中，其主要抗氧化活性成分為香芹酚、百里香酚、對傘花烴、迷迭香酸等。此外，吳月德等研究證實在真實的魚油氧化體系中，不同香辛料復(fù)配可以全面地清除各種自由基，提高其抗氧化活性，表明在肉制品保鮮過程中不同香辛料復(fù)合使用效果會更好[22]。但在使用過程中需對香辛料提取物進(jìn)行充分評價，包括抗氧化性成分、使用量、抗氧化效果和毒理學(xué)效應(yīng)，保證香辛料在肉制品中的食用安全[23]。

2.2.2 抑菌防腐

病原體引起的傳染病和變質(zhì)微生物引起的食物中毒正威脅著人類健康。目前在食品工業(yè)中用于延長食品貨架期和提高食品安全性用于抑制致病微生物的一些抑菌藥物的功效已被微生物耐藥性削弱。因此,食品工業(yè)對新型有效抗菌劑的需求與日俱增。研究表明,香辛料具有顯著的抗菌和抗真菌的活性,最常見的有丁香、牛至、百里香、肉桂和小茴香等[24]。研究表明,香料的抗菌作用主要與其含的揮發(fā)性精油有關(guān)。Radaelli M等[25]研究了巴西常見的6種香辛料精油(羅勒、迷迭香、馬郁蘭、薄荷、百里香、茴香)對產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌的抑菌作用,發(fā)現(xiàn)除茴香精油外其他香辛料精油在最低抑菌濃度下均表現(xiàn)出殺菌活性。

不同香辛料的抑菌效果和抑菌種類因其含有的植物化合物的組成不同而存在差異(見表2),如小茴香和大蒜能顯著抑制燒雞中的產(chǎn)黃青霉菌生長,肉桂對產(chǎn)毒曲霉菌、寄生曲霉的生長具有更好的抑制效果[26]。不同種類的香辛料提取物之間存在協(xié)同作用。有學(xué)者用13種香辛料精油研究其對沙門氏菌、單核細(xì)胞增生性李斯特菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果，基于它們的抑菌效果和對食源性病原體的最低抑菌濃度(MIC)選擇其中7種精油(迷迭香、肉桂、大蒜、月桂、歐芹、百里香、小茴香)來研究其協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)百里香精油和肉桂精油對食源性病原體的抑菌效果最好，所選EO的組合顯示出對食源性病原體的協(xié)同作用，并且其單個MIC也顯著降低[27]。許多研究表明香辛料還可以有效降低食品中生物胺的形成來提高肉制品品質(zhì)。Wu Tingting等[28]采用高速粉碎法制備了8種香料微顆粒(八角、肉桂、月桂葉、辣椒、花椒、肉豆蔻、丁香、孜然),并對其作為亞硝酸鹽清除劑的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)在亞硝酸鈉溶液(亞硝酸鹽清除率36%～100%)和高亞硝酸鹽羅非魚肌肉模型(亞硝酸鹽清除率11%～42%)中,香料微粒能有效降低亞硝酸鹽。大量研究表明,香辛料及其提取物具有良好的抑菌作用,可作為天然植物抗菌劑。

表2 常見香辛料的抑菌特性Table 2 Bacteriostatic properties of common spices

2.2.3 生理藥理功能

大多香辛料是我國傳統(tǒng)的藥食兩用植物資源，具有多種藥理活性功能，如抗炎、抗癌、抗病毒、抗糖尿病、降血脂、抗胃潰瘍等。

香辛料及其提取物的局部應(yīng)用是緩解各種不適(如腰酸、風(fēng)濕病、皮疹和一般炎癥過程)的常用方法。最常見的有抗炎作用的香辛料有百里香、肉豆蔻、檸檬草、牛至、姜、肉桂、丁香、辣椒、迷迭香、葫蘆巴、鼠尾草、羅勒、胡椒、蒔蘿、歐芹、薄荷、姜黃[29]。Muellet等[30]利用脂多糖刺激的巨噬細(xì)胞作為模型，研究了各種水果、草藥和天然香辛料的抗炎活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水果、草藥和天然香辛料通過降低促炎性白介素-6(IL-6)或腫瘤壞死因子(TNF)-α的產(chǎn)生，提高抗炎性IL-10的產(chǎn)生或降低環(huán)氧合酶2或誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的表達(dá)來發(fā)揮作用，其中辣椒具有最高的抗炎潛能。

香辛料被認(rèn)為具有成為癌癥化學(xué)預(yù)防藥物的巨大潛力。多項基于細(xì)胞、動物和人體的研究結(jié)果顯示,姜黃、丁香、大蒜、姜、茴香、黑小茴香、肉桂、胡椒、藏紅花、迷迭香和辣椒等都具有很好的抗癌作用[31]。迷迭香多酚在體外和動物模型中均顯示出對結(jié)腸癌細(xì)胞的巨大抗增殖能力。研究表明，迷迭香多酚處理導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS急劇增加，導(dǎo)致壞死細(xì)胞死亡。Nrf2基因沉默增加迷迭香多酚細(xì)胞毒性效應(yīng)，因此表明該途徑參與細(xì)胞存活。這與通過使用無胸腺裸鼠在結(jié)腸癌細(xì)胞的異種移植模型中口服使用迷迭香多酚減少了腫瘤生長相一致。結(jié)果表明，通過增加細(xì)胞內(nèi)ROS和降低細(xì)胞存活機制來靶向結(jié)腸癌細(xì)胞可能是迷迭香多酚和化學(xué)治療藥物聯(lián)合治療結(jié)腸癌的機制[32]。姜黃素可通過抑制血管生成，干擾細(xì)胞增殖周期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,抑制腫瘤形成[33]。

香辛料因其廣泛的可用性、多樣的抗病毒植物化學(xué)成分和普遍良好的安全性，被認(rèn)為是抗病毒化合物的天然來源。香辛料中的精油是香料中最重要的抗病毒成分，其主要是通過抑制細(xì)菌毒素的產(chǎn)生、干擾群體感應(yīng)系統(tǒng)、抑制生物膜的形成或消除已形成的生物膜和抑制細(xì)菌運動達(dá)到抗病毒的作用[34]。姜黃素對許多不同的病毒種類均顯示出強大的抗病毒特性，包括單鏈RNA(single-stranded RNA,ssRNA)和雙鏈DNA(dsDNA)病毒。從機制上講，姜黃素可以直接作用于病毒編碼因子，也可以通過影響對病毒至關(guān)重要的細(xì)胞過程或通路發(fā)揮抗病毒作用[35]。此外，有學(xué)者認(rèn)為食用香辛料在我們抵抗新型冠狀病毒(COVID-19)的能力中起著重要作用[36]。

近年來,隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和藥物化學(xué)的深入研究,發(fā)現(xiàn)香辛料在降血糖方面具有突出的生物活性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的具有很好降血糖效果的香辛料有肉桂、生姜、姜黃、葫蘆巴、大蒜、黑孜然、孜然、黑胡椒、咖喱、香菜、芥末、茴芹、洋蔥和人參[37]。姜黃具有抗糖尿病的功能。Bao Peiling等[38]以雄性大鼠腹腔注射鏈脲佐菌模型為研究對象，探討了姜黃素調(diào)節(jié)糖尿病大鼠腎損傷的分子機制，發(fā)現(xiàn)姜黃素可通過調(diào)節(jié)Wnt信號通路減輕糖尿病大鼠腎臟損害。葫蘆巴目前在動物試驗以及人的驗證試驗上被充分證實具有降血糖的作用，并且能夠降低糖尿病模型下的大鼠在采食前后的血糖濃度[39]。

社會和飲食行為的復(fù)雜變化導(dǎo)致了人體胃腸道功能和免疫紊亂的顯著增加。香辛料可以通過調(diào)節(jié)炎癥和腸道微生物菌群來保護(hù)消化系統(tǒng)免受濫用藥物和免疫過敏反應(yīng)的影響。

已經(jīng)有多項臨床試驗證實小茴香、迷迭香、生姜、大蒜、薄荷、酸橙、小豆蔻精油可以防止胃潰瘍的形成，減少胃酸的產(chǎn)生，或促進(jìn)上消化道的愈合[40]。此外，研究表明藏紅花中的類胡蘿卜素和番紅花素對炎癥性疾病(包括胃炎和消化性潰瘍、腸易激綜合征、炎癥性腸病和肝炎)有顯著功效[41]。

香辛料主要被認(rèn)為是風(fēng)味增強劑，現(xiàn)在已經(jīng)確定它們具有生物活性，可見香辛料可能在預(yù)防非傳染性慢性疾病方面發(fā)揮作用。

3 天然香辛料在肉制品中的使用原則

香辛料對肉制品的感官特性和理化特性有著顯著的改善作用，但香辛料的過量使用反而會對肉制品品質(zhì)造成不良影響。例如，香辛料精油大多有刺激性氣味，過量使用會影響肉制品的風(fēng)味。因此，需要掌握一些香辛料在肉制品中的使用原則，使香辛料更大程度地發(fā)揮出它們的作用[42]。

3.1 不能濫用

香辛料的使用必須嚴(yán)格按照消費者習(xí)慣、香辛料的呈味特性和使用目的配比使用，不能濫用。但還要以消費者的喜好為主，例如大蒜、芫荽等雖然具有獨特的香味和辛辣味，但一些消費者難以接受，所以在使用的時候，還要尋找呈味特征類似的香辛料進(jìn)行替換。

3.2 不能過量

除蔥、姜、蒜、辣椒等外，香辛料總量一般控制在0.08%～1%之間。此外，香辛料還需根據(jù)其使用形式來判斷在肉制品的添加量。例如，粉末型香辛料的添加劑量一般低于或等于0.8%，精油和油樹脂的添加劑量為0.02%。

3.3 注重風(fēng)味

在肉制品加工過程中添加香辛料的主要目的是調(diào)味。因此，在搭配過程中要注重不同的搭配對風(fēng)味的影響，通過合理搭配賦予肉制品特殊香氣、味感和色澤。

3.4 互換性

當(dāng)呈味成分相似時，香辛料之間可以替換。如大茴香和小茴香以及豆蔻和肉桂可以互相代替。此法適用于一些消費者難以接受的香辛料，替換后又不會改變?nèi)庵破返纳⑾?、味?/p>

3.5 復(fù)合為主

各種香辛料在肉類加工實際應(yīng)用中，多以復(fù)合為主。香辛料的復(fù)合既要起到消除肉類異味、增加風(fēng)味的作用，同時也要考慮原料的協(xié)調(diào)性。通常將以味道為主，香味兼有和以香味為主這三類香辛料按 6∶3∶1 的比例混合使用。

4 展望

香辛料是肉制品加工和儲藏過程中常用的輔料之一，在賦予肉制品特殊風(fēng)味的同時，又可以達(dá)到保鮮的效果，延長食品的保質(zhì)期。香辛料中的植物化合物可通過與肉制品中的營養(yǎng)成分和風(fēng)味成分相互作用，提高肉制品整體的營養(yǎng)價值和風(fēng)味特性，滿足人們對營養(yǎng)和感官的雙重需求。此外，天然香辛料還可作為一種具有多種保健功能的食品原料。但是基于目前的研究進(jìn)展，還有一些具體的問題有待解決：

香辛料產(chǎn)品主要以農(nóng)產(chǎn)品居多，精油和提取物等形式的深加工產(chǎn)品過少，不利于產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣。

香辛料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及配套應(yīng)用技術(shù)有待完善。目前餐飲和食品加工企業(yè)在香辛料添加量、使用方法等方面主要以經(jīng)驗為準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一的操作規(guī)范。此外，某些香辛料的有效成分、毒理學(xué)和安全性評價數(shù)據(jù)缺乏，在產(chǎn)品應(yīng)用方面還存在諸多局限性和不足。

香辛料中植物化合物單體對肉制品品質(zhì)影響的相關(guān)研究較少。香辛料中的單體物質(zhì)具有多種生物活性，進(jìn)一步研究這些單體物質(zhì)以及不同單體物質(zhì)復(fù)配對肉制品品質(zhì)的影響，對開發(fā)新型食品添加劑或配料添加劑具有重要作用。

天然香辛料的研究主要集中在改善肉制品品質(zhì)特性上，缺乏對其作用機制的系統(tǒng)性研究。

基于上述研究現(xiàn)狀，研究人員可以針對香辛料單體成分、精深加工產(chǎn)品等方面進(jìn)行更加全面深入的研究，進(jìn)而推動新型食品配料添加劑的研發(fā)。