共擠香腸制備技術(shù)研究進(jìn)展

曲薇，田曉靜，汪 洋，趙凱旋，王穩(wěn)航

（天津科技大學(xué) 天津 300457）

香腸加工是最古老的肉類加工方式之一。相傳幾千年前美索不達(dá)米亞人就知道利用動物消化道（白下水）灌裝碎肉制備香腸，我國香腸制作的記載也有1 000 多年的歷史[1-2]。隨著香腸加工業(yè)的不斷發(fā)展，香腸腸衣的種類逐漸多樣化，如天然動物腸衣、人造膠原蛋白腸衣和不可食用的纖維素腸衣，以及由各種有機(jī)合成高分子聚合物（如PE、PP、PA 等）制備的塑料腸衣[3-4]。巨大的香腸生產(chǎn)總量造就了龐大的腸衣加工市場。無論是可食用的動物腸衣、膠原蛋白腸衣，還是各種不可食用腸衣，均在生產(chǎn)制備過程中消耗了大量的能源與資源，造成環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)。香腸灌制過程中的不可連續(xù)性和人工操作阻礙了工業(yè)化香腸生產(chǎn)過程的自動化和智能化程度提升，降低了生產(chǎn)效率，并增加了因人工而造成的潛在衛(wèi)生安全問題。為了避免上述問題，共擠香腸技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生[5]。

共擠香腸加工過程是將成膜液與肉糜通過共擠噴嘴同時擠出，且成膜液均勻包裹于腸體表面，然后經(jīng)固化、干燥、分割等工序生產(chǎn)香腸。共擠香腸技術(shù)的關(guān)鍵在于同步成型，即將肉餡和成膜液分裝于兩個獨(dú)立的子系統(tǒng)——肉糜罐和成膜液罐，在外力作用下肉糜從噴嘴同心圓內(nèi)層套管口持續(xù)地被擠出，成膜液從外層套管口源源不斷均勻地噴涂在形成的腸體表面，從而完成肉餡填充的同步成型[6]。共擠香腸加工的連續(xù)自動化生產(chǎn)，能提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和安全性，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。共擠香腸生產(chǎn)的重點(diǎn)在于成膜液的固化交聯(lián)、香腸的干燥、懸掛和分割。目前符合這種條件的可食材料主要為海藻酸鹽、膠原蛋白以及海藻酸鈉和膠原蛋白與其它碳水化合物制成的混合材料，如纖維素、馬鈴薯淀粉等。這些原料根據(jù)自身的理化性質(zhì)，具有各自的共擠香腸制備工藝，并發(fā)展出不同的交聯(lián)技術(shù)，以提升共擠香腸腸衣的機(jī)械強(qiáng)度和阻隔性能。

目前，國外的研究學(xué)者和企業(yè)在共擠香腸加工工藝及性能方面進(jìn)行了大量研究[7-8]，且該研究趨于成熟。國內(nèi)共擠香腸產(chǎn)品較少且技術(shù)設(shè)備不完善，還沒有形成一定規(guī)模。針對以上情況，本文歸納總結(jié)近十年國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于共擠香腸的研究進(jìn)展，闡述其原材料選擇、交聯(lián)技術(shù)的內(nèi)在機(jī)制、加工工藝以及技術(shù)裝備等方面，最后對未來研究方向與策略進(jìn)行展望。

1 共擠工藝的歷史發(fā)展

早在1957 年，Richard等[9]提到使用海藻酸鹽與鈣離子交聯(lián)生產(chǎn)腸衣，為共擠香腸技術(shù)的發(fā)展提供了思路，直到20 世紀(jì)80 年代初共擠技術(shù)才出現(xiàn)，但腸衣穩(wěn)定性和工藝方面的問題阻礙了香腸制造商實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)[5]。在20 世紀(jì)90 年代末，用于共擠壓的設(shè)備得到了顯著改進(jìn)。近年來，隨著共擠技術(shù)的發(fā)展和完善，以及對蛋白質(zhì)和碳水化合物結(jié)構(gòu)特征的深入了解，共擠技術(shù)已經(jīng)被一些北美和歐洲公司采用。國內(nèi)的雙匯集團(tuán)于2008 年引進(jìn)了第一條共擠香腸生產(chǎn)線[10]。目前國外市場上行業(yè)領(lǐng)先的共擠設(shè)備生產(chǎn)公司主要采用QX 系統(tǒng)生產(chǎn)共擠香腸。以Marel 為代表的公司還有Salm Partners、Vaisala 等公司也在進(jìn)行共擠設(shè)備的研發(fā)與改進(jìn)。表1 簡要介紹了共擠香腸腸衣從設(shè)想到實(shí)現(xiàn)的過程。

表1 共擠技術(shù)的主要?dú)v史發(fā)展Table 1 Main historical developments of co-extrusion technology and equipment

2 共擠香腸腸衣及其分類

共擠香腸技術(shù)不是在香腸生產(chǎn)時填充腸衣，而是在香腸生產(chǎn)時制造腸衣。成膜液通過共擠噴嘴擠出后在香腸肉糜表面交聯(lián)形成薄膜。目前共擠香腸腸衣的原材料的選擇主要集中在海藻酸鈉、膠原蛋白，以及海藻酸鈉和膠原蛋白與其它碳水化合物制成的混合材料，如纖維素、馬鈴薯淀粉等。

2.1 共擠海藻酸鈉腸衣

2.1.1 海藻酸鈉來源與理化特性 海藻酸鈉是一種線性生物大分子，主要從褐藻中提取，如海帶屬、杜氏菌屬和馬尾藻屬[17-19]。海藻酸聚合物由糖醛酸組成，糖醛酸以β-D-甘露糖醛酸（β-D-mannuronic，M）和α-L-古洛糖醛酸（α-L-guluronic，G）殘基的形式排列[20-21]。M 嵌段與G 嵌段之間的比例（M/G 比）因海藻種類而異，不同的M/G 比會導(dǎo)致海藻酸鈉的性質(zhì)不同，如膠凝性、黏性等[22]。

海藻酸鈉具有良好的生物相容性，無毒、可生物降解等特點(diǎn)，其水溶液具有較高的黏度常作為增稠劑和穩(wěn)定劑添加在食品中，如冰淇淋、糖漿和配料等[23]。海藻酸鈉帶有羧基，是一種陰離子聚電解質(zhì)，由于其本身立體結(jié)構(gòu)的特殊性，在溫和條件下可與二價陽離子（如Ca2+、Zn2+）形成凝膠。海藻酸鹽與鈣離子形成的凝膠常作為重組食品應(yīng)用于食品加工中[24-26]。

在共擠壓過程中，海藻酸鈉溶液通過共擠壓噴嘴擠壓到肉糜上，接著帶有海藻酸鹽溶液的肉糜直接進(jìn)入氯化鈣溶液中，肉糜表面的海藻酸鈉與鈣離子迅速凝膠化并形成腸衣。海藻酸鈉和膠原蛋白混合制成的腸衣也可以用氯化鈣交聯(lián)，然后用主要含有促進(jìn)蛋白質(zhì)交聯(lián)的醛類成分進(jìn)行交聯(lián)。采用共擠海藻酸鈉腸衣生產(chǎn)的一個重要挑戰(zhàn)是如何保持海藻酸鈣膜的穩(wěn)定。此外，海藻酸鈉溶液和肉糜的黏度也是共擠壓過程中需要考慮的重要因素。海藻酸鈉溶液的黏度需適度，因?yàn)轲ざ冗^低時溶液會在交聯(lián)之前從肉糜表面流出，黏度過高時溶液不易流動會在肉糜擠出時產(chǎn)生氣泡，進(jìn)而影響成膜性能。盡管可食用的海藻酸鈉目前被一些國外的香腸工廠使用，但目前關(guān)于作為香腸腸衣的可食用海藻酸鈉膜的公開數(shù)據(jù)卻很少。

2.1.2 海藻酸鈉成膜性能與提升措施 海藻酸鈉分子間的交聯(lián)可以通過物理、化學(xué)、酶以及互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行交聯(lián)。其中物理交聯(lián)主要是通過纏結(jié)點(diǎn)、微晶區(qū)、氫鍵等結(jié)合而成，由于未使用有毒的化學(xué)交聯(lián)劑，因此物理交聯(lián)的水凝膠、可食膜在食品加工方面具有一定的應(yīng)用前景。利用不具有生物毒性且交聯(lián)效果優(yōu)良的鈣離子是促進(jìn)海藻酸鈉分子間交聯(lián)的最佳選擇。

雖然已有很多人對利用鈣離子海藻酸凝膠和干海藻酸膜的性能進(jìn)行了廣泛的研究[27-29]。然而，這些參數(shù)指標(biāo)并不完全適合用于共擠香腸工藝。共擠海藻酸鈉腸衣應(yīng)用于香腸上能迅速形成薄膜，無需干燥步驟，可以將其稱為濕膜[30]。研究發(fā)現(xiàn)膠凝陽離子的類型和海藻酸鈉溶液的混合速度會對海藻酸鈉濕膜的機(jī)械性能產(chǎn)生影響。Harper等[31]研究表明除了Mg2+，所有測試的二價陽離子（Ba2+、Ca2+、Sr2+、Zn2+）均能形成濕海藻酸鹽膜。在所有未添加Na+的薄膜中，用Ba2+凝膠化的膜具有最大的拉伸強(qiáng)度，用Ca2+凝膠化的膜具有最大的穿刺力和功值，用Sr2+和Zn2+凝膠化的膜具有最大的伸長率。當(dāng)考慮濕海藻酸鹽膜的潛在應(yīng)用時，也需要了解氯化鈉如何影響海藻酸鹽與二價陽離子的凝膠化。在海藻酸鹽成膜溶液中加入氯化鈉會增加溶液的黏度，但也會導(dǎo)致膜透明度、拉伸強(qiáng)度、穿刺強(qiáng)度降低。Marcos等[32]也進(jìn)一步證實(shí)了氯化鈉會增加海藻酸鈉溶液的黏度，并表明添加氯化鈉對于海藻酸鈣膜的穿刺性能有負(fù)面影響。此外，研究還發(fā)現(xiàn)增大海藻酸鈉溶液的混合速度會提高濕海藻酸鈣膜的拉伸強(qiáng)度。

由于純海藻酸鈉濕膜機(jī)械性能差，一些研究學(xué)者在成膜液中添加其它生物大分子以期提高其機(jī)械強(qiáng)度。Harper等[33]研究發(fā)現(xiàn)添加了低甲氧基果膠、I 型或K 型卡拉膠、改性馬鈴薯淀粉可以提高濕海藻酸鈉膜斷裂伸長率。此外，添加各種蛋白質(zhì)會破壞海藻酸鹽的結(jié)構(gòu)，從而降低濕海藻酸鈉-蛋白復(fù)合膜的穿刺強(qiáng)度。

2.2 共擠膠原蛋白腸衣

2.2.1 膠原蛋白來源與理化特性 膠原蛋白是一種復(fù)雜的蛋白質(zhì)，存在于活體動物的纖維和無定形支架中。膠原蛋白呈長、細(xì)、圓柱形或錐形的不溶性纖維結(jié)構(gòu)[34]。膠原蛋白為聚兩性電解質(zhì)，不同pH 值和離子強(qiáng)度會影響膠原蛋白的成膜性能[35-36]。膠原蛋白富含甘氨酸，甘氨酸約占氨基酸殘基的三分之一[37]。膠原蛋白還含有高含量的羥脯氨酸和脯氨酸。羥脯氨酸和脯氨酸環(huán)產(chǎn)生的空間斥力阻止了α 螺旋鏈的形成。因此，膠原蛋白二級結(jié)構(gòu)不像α 螺旋那樣緊密盤繞。膠原蛋白結(jié)構(gòu)的組裝依賴于小分子變異。膠原蛋白的基本組織結(jié)構(gòu)可以通過對流層膠原單位來了解[38]。對流層膠原是一種超螺旋結(jié)構(gòu)，由3 條多肽鏈組成，其重復(fù)單位約為100 ? 或100 nm。肌膠原的組裝是由多肽鏈中的賴氨酸自發(fā)驅(qū)動的，這促進(jìn)了疏水相互作用[39]。此外，膠原蛋白原纖維的氨基酸測序提供了相鄰三螺旋之間的最佳靜電配對，并使疏水區(qū)域之間的接觸最大化。雖然對流層膠原提供了一個簡化的模型，但在分子水平上，膠原的結(jié)構(gòu)有許多變化。由于膠原蛋白的層次結(jié)構(gòu)賦予了其在香腸生產(chǎn)中，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、咀嚼感和柔嫩感[40-41]。膠原纖維的層次結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 膠原纖維的層次結(jié)構(gòu)的概括圖[38]Fig.1 Summary diagram of the hierarchy of collagen fibers[38]

早在20 世紀(jì)20 年代德國就研發(fā)出膠原蛋白腸衣，直到20 世紀(jì)60 年代才在美國普及[42]。膠原蛋白在目前市售膠原蛋白腸衣的主要加工形式是將其復(fù)水后進(jìn)行肉餡填充，除此之外，膠原蛋白也可以應(yīng)用于共擠香腸加工中。

牛皮是共擠膠原蛋白腸衣的主要來源。牛皮中的真皮層分為兩個區(qū)域：乳頭狀真皮和網(wǎng)狀真皮。乳頭狀真皮由含有毛囊和腺體的疏松結(jié)締組織組成；網(wǎng)狀真皮由大束的膠原蛋白在多個方向上交織而成。生產(chǎn)共擠膠原蛋白腸衣除了使用牛身上的膠原蛋白，還可以使用雞身上的膠原蛋白[43]。雞皮是一種常見的副產(chǎn)品。雖然有些雞皮被加入到肉乳狀液中或用作制作湯的脂肪，但目前并不是所有的雞皮都能被工業(yè)利用。如果將雞皮中所含的大量膠原蛋白用于腸衣生產(chǎn)，則具有更大的生產(chǎn)潛力。雞身上除了雞皮外，雞肉、雞骨和雞爪也可以利用。目前雞肉膠原蛋白還沒有大規(guī)模應(yīng)用于共擠香腸的生產(chǎn)，主要處于測試和改進(jìn)階段。雞肉膠原蛋白可以替代牛膠原蛋白的原因是它們都含有纖維形成型I 型和III 型膠原蛋白[44]。Oechsle等[45]對雞骨和雞皮膠原蛋白進(jìn)行了表征，以確定其是否適用于使用共擠技術(shù)制備香腸腸衣。結(jié)果表明，從雞骨中的膠原蛋白不適合使用共擠技術(shù)制備香腸腸衣，因?yàn)榇蠖鴪怨痰乃槠瑢?dǎo)致顆粒懸浮不均勻，且從骨頭中獲得的膠原纖維很短，纖維間的交聯(lián)度較低導(dǎo)致其凝膠黏度不足。雞皮中的膠原纖維結(jié)構(gòu)較細(xì)，形成的膠原蛋白凝膠黏度高，具備腸衣擠壓和交聯(lián)過程所需的性能。因此，從雞皮中提取的膠原蛋白可以使用共擠技術(shù)制備香腸腸衣。Munasinghe等[43]也指出，雞膠原蛋白膜作為牛膠原蛋白膜的替代品可以進(jìn)一步開發(fā)。

2.2.2 膠原蛋白成膜機(jī)制 共擠膠原蛋白腸衣的共擠噴嘴與共擠海藻酸鹽腸衣的共擠噴嘴不同，這主要與海藻酸鹽和膠原蛋白的結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。海藻酸鹽由單糖組成在多價金屬陽離子存在的情況下能夠形成凝膠，在擠壓過程中不需要定向擠出，而膠原蛋白呈纖維狀，所以共擠膠原蛋白腸衣需配有兩個反向旋轉(zhuǎn)錐體控制纖維定向擠出，使膠原纖維以傾斜的方向?qū)?zhǔn)肉流。通過這種纖維取向，形成的膠原腸衣在縱向和橫向均具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。共擠膠原蛋白裝置如圖2 所示。兩個圓錐體之間的間隙及其相對速度可以控制纖維對齊程度[46]。制備共擠膠原蛋白腸衣，第一步是脫水，將帶有膠原蛋白的香腸浸入鹽水溶液進(jìn)行脫水處理，使膠原分子更緊密地結(jié)合在一起[47]。再進(jìn)行空氣干燥以及與煙冷凝物和/或其它交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。使用煙冷凝物是因?yàn)槠涑煞种泻腥?，能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)交聯(lián)[7]。此外，煙還能增加香腸的味道、顏色。膠原蛋白和海藻酸鹽制成的混合腸衣也需要反向旋轉(zhuǎn)擠壓來對齊膠原纖維。成膜液擠出后需要進(jìn)行后續(xù)處理以使其穩(wěn)定在肉糜上，如先經(jīng)過氯化鈣溶液，風(fēng)干后再用液體煙交聯(lián)[48]。

圖2 共擠膠原蛋白裝置系統(tǒng)[46]Fig.2 Co-extruded collagen device system[46]

2.2.3 膠原蛋白成膜性能與提升措施 在自然組織中，交聯(lián)發(fā)生在兩個階段，酶促反應(yīng)階段和非酶反應(yīng)階段。最初階段主要在纖維的頭部和尾部以酶的方式形成二價和三價交聯(lián)。第二階段涉及與葡萄糖的非酶反應(yīng)，它將三螺旋結(jié)構(gòu)中的賴氨酸和精氨酸交聯(lián)。這種性質(zhì)的交聯(lián)增加了膠原纖維網(wǎng)絡(luò)的硬度和脆性。在工業(yè)、醫(yī)療和化妝品中，化學(xué)交聯(lián)已被開發(fā)用來修改和控制膠原材料的機(jī)械性能。交聯(lián)利用膠原蛋白分子中的活性基團(tuán)，如賴氨酸、谷氨酸和羥基。交聯(lián)這些基團(tuán)可以防止分子和纖維相互滑動，從而提高纖維的機(jī)械強(qiáng)度。在一定壓力下，交聯(lián)后膠原組織表現(xiàn)出斷裂強(qiáng)度和硬度增加。

戊二醛是常用的交聯(lián)劑，因?yàn)樗纬傻逆I穩(wěn)定，并顯著增加膠原纖維的機(jī)械性能。戊二醛配合物被認(rèn)為與賴氨酸反應(yīng)形成雜環(huán)化合物，隨后的氧化反應(yīng)產(chǎn)生吡啶環(huán)（圖3）[49]。存在于煙冷凝物中的醛常用于交聯(lián)膠原蛋白腸衣。煙霧和煙霧冷凝物的組成因燃料來源中存在的主要化合物，如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素和次要化合物，如萜烯、脂肪酸和多元醇的比例不同而不同[50]。Wasserman等[51]表明在煙霧產(chǎn)生過程中，由于氧的存在使煙霧冷凝物的組成發(fā)生了變化。煙和煙冷凝物通過熱解的過程產(chǎn)生。熱解是在有限的氧氣下對木材或其它燃料進(jìn)行受控的化學(xué)分解。熱解的副產(chǎn)品是一系列化合物，包括醛、酮、呋喃、酚、酸等[52]。煙霧冷凝物的化合物含量是氣態(tài)煙霧的20 倍。煙熏和煙冷凝物在全球肉類工業(yè)中被用于改善肉類加工產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤和結(jié)構(gòu)特性。傳統(tǒng)方法是直接對食物施加煙霧煙熏，這種方法會使食物產(chǎn)生濃重的煙熏味，而且富含致癌的多環(huán)芳烴。為了避免這個現(xiàn)象，研發(fā)了煙霧發(fā)生器和煙霧冷凝物。最簡單的方法是將煙排到流動的水簾下。煙霧冷凝物通常比傳統(tǒng)煙熏更受歡迎，因?yàn)樗鼈兏踩a(chǎn)生更少的致癌物和降低勞動力成本，并賦予產(chǎn)品更統(tǒng)一的色澤和味道。煙冷凝物可通過霧化和淋浴作用于食品。在霧化過程中，煙霧冷凝物通過高氣壓產(chǎn)生細(xì)小的霧滴，霧化的霧滴可以在熏制室內(nèi)循環(huán)，類似于傳統(tǒng)的熏制方法。淋浴指的是5%～50%的煙熏液從食品上傾瀉而下。這種通常用于大型肉類，因?yàn)榭梢詼p少制作時間，同時確保產(chǎn)品顏色和味道統(tǒng)一。

圖3 戊二醛與膠原蛋白反應(yīng)[49]Fig.3 Glutaraldehyde reacts with collagen[49]

膠原蛋白制成的膜力學(xué)性能差、熱收縮率高、水膨脹率高，極大地影響了膠原蛋白腸衣在生產(chǎn)烹飪中的性能。因此需要將膠原蛋白與其它生物大分子共混以期提高其性能。程珊等[53]利用靜電相互作用將羧甲基纖維素與膠原纖維制成復(fù)合膜，提高了膠原纖維膜的阻隔性能和機(jī)械強(qiáng)度。Xu等[54]研究發(fā)現(xiàn)膠原纖維與殼聚糖制成的復(fù)合膜，提高了膠原纖維膜的拉伸強(qiáng)度，降低了膜的膨脹率和收縮率。雖然共混改性可以提高薄膜的性能，但是其應(yīng)用于共擠香腸加工中還需進(jìn)一步研究。

2.3 其它潛在共擠腸衣材料

目前海藻酸鈉、膠原蛋白是應(yīng)用于共擠香腸技術(shù)的主要材料。此外，殼聚糖、乳清蛋白和大豆蛋白也具有應(yīng)用于共擠技術(shù)的潛力。殼聚糖是一種乙酰氨基葡萄糖的部分去乙酰化聚合物，是一種天然的線性陽離子多糖[55]。Fang等[56]利用帶負(fù)電荷的陰離子多金屬氧酸鹽將殼聚糖鏈進(jìn)行交聯(lián)，原位生成殼聚糖離子膜。整個過程不涉及復(fù)雜的反應(yīng)途徑和有毒化學(xué)品。此外，此方法制備的膜還具有抗菌活性。大豆蛋白和乳清蛋白可以通過谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶交聯(lián)形成薄膜[57]。鐘勇等[58]還提出一種適用于共擠香腸技術(shù)的大豆蛋白腸衣膠體，以大豆蛋白、膠原纖維為主料還添加了少量的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶。需要注意的是，目前這幾種材料并沒有被大規(guī)模用于共擠香腸生產(chǎn)，現(xiàn)在這一階段只是具有一定的成膜性，至于具體的原位成膜還在研究中。

3 共擠香腸的加工工藝及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 以海藻酸鈉為原料的共擠香腸加工工藝

共擠技術(shù)可以通過不同的加工工藝生產(chǎn)不同類型的香腸，以海藻酸鈉為原料不同類型的共擠香腸加工工藝流程如圖4 所示。以海藻酸鹽為主要材料的共擠香腸加工工藝較為簡單，其共擠壓過程由兩個真空灌裝機(jī)組成，如圖5 所示，一個稱為“主灌裝機(jī)”，用于灌裝香腸肉糜，另一個稱為“從灌裝機(jī)”，用于將海藻酸鹽成膜液輸送到共擠噴嘴。Marcos 等研究使用共擠海藻酸鈉腸衣代替市售膠原蛋白腸衣制作發(fā)酵香腸。將肉糜和體積分?jǐn)?shù)為2%的海藻酸鈉通過共擠噴嘴擠出后浸泡在體積分?jǐn)?shù)為30%氯化鈣溶液中，使敷在肉糜表面的成膜液在原位迅速固化成不溶性的薄膜后用青絲假絲酵母溶液在溫度為（21.5±0.1）℃，相對濕度為（86.9±3.2）%的環(huán)境下發(fā)酵36 h，發(fā)酵后的香腸被懸掛在干燥室中，直到平均減重40%。研究結(jié)果表明，采用共擠海藻酸鈉腸衣與市售膠原蛋白腸衣在感官特性上沒有顯著差異。因此，共擠海藻酸鈉腸衣是市售膠原蛋白腸衣的可行替代品[8]。

圖4 以海藻酸鈉為原料的共擠香腸加工工藝流程示意圖Fig.4 Schematic diagram of co-extrusion sausage processing process using sodium alginate as raw material

圖5 以海藻酸鈉為原料的共擠香腸加工裝置示意圖[59]Fig.5 Schematic diagram of co-extrusion sausage processing device with sodium alginate as raw material[59]

3.2 以膠原蛋白為原料的共擠香腸加工工藝

以膠原蛋白為原料的共擠香腸加工工藝相較于以海藻酸鈉為原料的共擠香腸加工工藝更為復(fù)雜。膠原蛋白溶液通過共擠噴嘴擠出后需進(jìn)行固化、干燥、交聯(lián)、二次干燥才能形成腸衣。王素梅等[10]介紹的歐式共擠香腸加工工藝是將肉糜和膠原膠經(jīng)共擠噴嘴同時擠出后進(jìn)行37%飽和氯化鈉溶液的浸泡和噴淋，鹽浴后的香腸分切后通過內(nèi)螺旋式干燥塔干燥，使其腸體表面水分降至35%后，將干燥后的香腸噴淋煙熏液，隨后進(jìn)行二次干燥，即為成品。以膠原蛋白為原料的不同類型共擠香腸加工工藝流程如圖6 所示。在香腸加工過程中，加工者需要密切監(jiān)測鹽水的濃度，因?yàn)槟z原蛋白脫水固化會稀釋鹽水濃度，為了確保最佳的產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)將鹽以固體形式或溶液形式添加到鹽水浴中，以保持鹽水在所需的濃度水平。此外，在加工過程中共擠噴嘴的兩個錐形元件以相反的方向旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量的熱量，因此共擠出噴嘴需要通過冷凝水循環(huán)防止膠原蛋白變性。表2 簡要闡述了以膠原蛋白或海藻酸鹽為材料的共擠過程的差異。

圖6 以膠原蛋白為原料的共擠香腸加工工藝流程示意圖Fig.6 Schematic diagram of processing technology of co-squeezed sausage with collagen as raw material

表2 以膠原蛋白或海藻酸鹽為原料的共擠過程的差異Table 2 Differences of co-extrusion processes using collagen or alginate as materials

3.3 共擠香腸加工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

共擠工藝與傳統(tǒng)的分批處理工藝相比的主要優(yōu)點(diǎn)是：共擠工藝是一個連續(xù)的操作，因此能夠大規(guī)模生產(chǎn)。雖然初始設(shè)備成本可能很高，但增加產(chǎn)量和降低勞動力成本在經(jīng)濟(jì)上是有利的[60]。由于肉類技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是共擠壓技術(shù)的進(jìn)步，使香腸生產(chǎn)變得更加簡單，并開始從批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)為連續(xù)生產(chǎn)，減少了處理產(chǎn)品的人員，降低了微生物污染及水資源使用，并提高了生產(chǎn)速度。通過改變共擠噴嘴口徑，香腸分切長度，實(shí)現(xiàn)規(guī)格多樣化。填充肉糜的腸衣可能存在腸衣脹裂的現(xiàn)象，而共擠腸衣會避免這種情況，減少返工。共擠壓腸衣是可食用的，它們可以在蒸煮袋內(nèi)烹飪加工，防止了削皮機(jī)、切片機(jī)等機(jī)器烹飪后的微生物污染的風(fēng)險。另外，共擠香腸的出現(xiàn)，也標(biāo)志著純素香腸的真正出現(xiàn)，利用海藻酸鈉作為成膜材料進(jìn)行共擠香腸的生產(chǎn)，可以真正達(dá)到香腸的無動物源性，以用于特殊人群所需。

共擠香腸技術(shù)也有不足之處。首先共擠香腸技術(shù)對成膜原料的穩(wěn)定性要求高，以及成膜過程的操作性要求高；目前適用于乳化香腸制備，比較難應(yīng)用于大顆粒香腸制備，對不同香腸種類生產(chǎn)的適應(yīng)性仍需提高；后續(xù)加工過程中，由于原位成膜的機(jī)械性能差，甚至需要對肉糜進(jìn)行預(yù)凝膠化才能進(jìn)行后續(xù)加工，所以對懸掛系統(tǒng)要求比較苛刻，甚至不能完成懸掛，需要進(jìn)行隨時切斷，以及要求連續(xù)化的后續(xù)加工成套設(shè)備，這無疑增加了肉制品企業(yè)設(shè)備購置成本和操作技術(shù)難度。

4 展望

近年來，國內(nèi)外對于共擠香腸加工技術(shù)的研究和應(yīng)用明顯增多。使用共擠技術(shù)不僅能連續(xù)自動化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率，同時也減少了微生物污染和降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。目前，雖然國內(nèi)對共擠技術(shù)的原理和工藝流程了解比較清楚，但工業(yè)化的共擠技術(shù)設(shè)備和生產(chǎn)加工參數(shù)了解較少。另外，共擠香腸腸衣的機(jī)械強(qiáng)度作為影響香腸品質(zhì)的重要因素需要進(jìn)一步研究。目前文獻(xiàn)中報道的優(yōu)化腸衣機(jī)械強(qiáng)度的方法主要是通過添加淀粉、纖維素等物質(zhì)增強(qiáng)材料的機(jī)械性能，如利用溫和的物理技術(shù)、酶技術(shù)以及納米強(qiáng)化技術(shù)，提升成膜性能，但是對于材料之間的相互作用機(jī)理和交聯(lián)效果并不完善。因此，還需要相關(guān)學(xué)者不斷研究，豐富適用于共擠香腸腸衣的理論基礎(chǔ)，為更好的開發(fā)共擠香腸技術(shù)作為理論依據(jù)。如何優(yōu)化腸衣的成膜性能，提高共擠技術(shù)對不同香腸種類生產(chǎn)的適應(yīng)性，進(jìn)一步對共擠香腸技術(shù)與設(shè)備進(jìn)行研發(fā)形成完整生產(chǎn)鏈，是未來需要深入了解和研究的重要領(lǐng)域。