2.2.2 超高压技术
超高压技术(ultra high pressure technology,UHP)处理食品通常用于减少微生物并延长产品的保质期,但研究表明,在干腌肉制品中,超高压处理还可以在一定程度上增加咸味,并影响产品的品质如促进蛋白水解、降低持水性以及产品的质地、颜色、挥发性物质组成等,且影响效果取决于压力大小。
目前对超高压技术增加咸味机制也逐渐受到关注。一些研究表明,超高压处理在600MPa时会显著增加产品的咸味。Fulladosa等研究发现,600MPa的UHP处理可显著提高火腿股二头肌的pH值、L*、a*和b*值以及断裂应力,降低其持水能力和弹性,同时增加干腌火腿的咸味、鲜味、甜味等风味特征,并影响产品的感官质地,增加了产品亮度和彩虹色,减少了颜色的均匀性。Picouet等研究表明,300~600MPa的UHP处理降低了干腌火腿的持水能力,TEM 成像表明,600MPa处理减少了干腌火腿肌纤维束和肌纤维束之间的间隙,并干扰了肌原纤维内部超微结构(图2,B和C)。这种压紧效应和蛋白质变性作用可能有助于将水从组织中挤出,可以部分解释UHP处理火腿中较高的咸味感。加压之后,Na+与UHP处理修饰蛋白之间可以形成更强的键,但是有少量的Na+“释放”到干腌火腿水相中,从而增加产品中“游离”Na+的总量,并且加压后失去超微结构秩序有利于这种释放,所以使咸味感增加。
图2 TEM 观察未施压(A)和经施压(B和C)600MPa的干腌火腿的股二头肌纵切面。黑色箭头指向线粒体,箭头指向蛋白聚集体。A,A波段;e,肌内结缔组织;I,I波段;H,H波段;Z,Z线;*,孔。显微照片的放大倍率:A,12,500×;B,12,500×;C,25,000×
2.2.3 超声波腌制技术
超声技术(ultrasonic,US)是基于声波引起的压力波动,声波会通过升高温度和压力产生的空化现象而加速传质效率,有利于腌制过程。一般按施加强度,超声波可分为低强度(频率高于100kHz和强度低于1W/cm2)和高强度超声(频率从18到100kHz和强度超过1W/cm2)。高强度超声可以通过其在液体介质中的空化作用来影响食品的物理、机械、化学和生化性质,不仅可以加速传质,还会影响腌制品的结构特性。研究表明,一定强度范围内的超声波腌制能缩短腌制时间,提高腌制效率减少盐的用量并提高低盐干腌肉制品品质,是一种非常有潜力的减盐腌制技术。
对功率超声(power ultrasonic,PUS)处理猪肉、牛肉等及不同超声强度对其作用效果的研究表明,超声强度在2~64W/cm2之间可以减少浸渍时间而加速腌制过程,减少盐的用量而不影响产品质量(如表1)。Ozuna等发现,超声处理猪腰肉中的NaCl浓度高于对照样品(未超声处理),且对照样品NaCl分子主要位于肌原纤维周围,而超声样品由于高强度超声(40kHz)作用引起肌原纤维结构的破坏使NaCl能够更均匀的渗透并分散于肌纤维中(图3)。因此可以推测,高强度超声波的应用能够增强NaCl的迁移能力而使其更快更均匀的分布,从而减少腌制时间。Kang等研究发现,在2.39~20.96W/cm2的超声强度范围内,NaCl或水的扩散系数随着超声强度的增大而显著升高,TEM的显微结构表明肌原纤维的分离空间也随着超声强度的增加而逐渐增大。
但也有研究表明,PUS处理可能会在一定程度上降解产品中营养成分并促进脂质和/或蛋白质的氧化而产生异味,引起产品质量下降。Kang等研究发现,PUS技术腌制牛肉显著增加了牛肉的脂质氧化程度,并导致了蛋白质氧化和蛋白质高级结构变化。因此,通过PUS技术对肉制品进行腌制时应选择适宜的超声强度和处理时间。
表1 不同超声强度对超声腌制效果的影响及其可能机制
超声强度 | 作用对象 | 作用效果 | 可能机制 |
分别超过阈值39 和51W/cm2 | 猪腰肉(背最长肌) | 显著加快水和NaCl 向样品转移。 | 在超声强度阈值以上,固体表面附近的不对称空化产生了撞击固体的微射流,这些微射流可以将盐水微量注入肉类使样品中水分和NaCl 净增加。 |
2–4W/cm2 | 猪腰肉(背最长肌) | 显著增强了盐的扩散,扩散系数随超声强度的增加呈指数增长。 | 超声处理增加了肌肉纤维之间的距离,可能支持NaCl的扩散。 |
20.96W/cm2 | 牛肉 | NaCl 或水的扩散系数显著升高,加速传质效果最好,但脂质和蛋白质氧化程度也最大。 | 肌原纤维之间的空间随着超声强度的增加而增大,有利于提高牛肉的NaCl 和水含量,提高扩散系数。PUS 诱导的脂质氧化可能是由盐水中的空化作用引起的,然后通过声波分解产生游离的-OH 自由基,可能导致蛋白质羰基含量的增加。 |
19 W/cm2 | 猪肉(胸和腰长肌) | 获得了最高的NaCl 扩散系数,所需腌制时间最短 | 可能是瞬时空化的综合作用,例如微喷射,声流和压力波动引起的机械作用。 |
图3 超声施加对猪肉腌制过程NaCl分散的影响。用SEM-EDX 对200 kg NaCl/m3 (A:普通腌制和B: 超声辅助腌制,500×)腌制120min的猪肉背最长肌进行纵向切片观察(红色和绿色分别表示肉中氯离子和钠离子的分布)
2.2.4 脉冲电场腌制技术
脉冲电场(pulsed electric field,PEF)技术是一种基于两个电极之间的电流从而诱发电穿孔现象的新兴应用技术,在保证食品营养和感官质量以及延长产品保质期方面有很好的应用潜力。该技术基于短时间脉冲的施加,可以扩大细胞膜孔,甚至产生新的孔,除灭活微生物外,还可导致某些食物特性如质构特性和持水能力等的改变。
在食品腌制中采用PEF技术可增强传质、缩短腌制时间、使食盐快速均匀的分布,并增强人们对盐的感知。Bhat等发现,通过诱导电穿孔和增加膜和细胞通透性,PEF 可以影响钠从肉基质中的扩散、分布和释放,这可能会改变蛋白质和盐离子之间的相互作用,影响咀嚼过程中钠的释放。Bhat等还发现先用PEF 处理牛肉,可以在不影响产品感官质量、脂质氧化和微生物稳定性的前提下,达到减少腌制牛肉中NaCl含量的目的,经PEF处理后不会影响牛肉产品的色泽和蒸煮收率,且增加产品嫩度。而McDonnell等观察到在100 Hz功率、300个脉冲强度下对猪肉(胸和腰长肌)进行处理可以提高NaCl含量,但样品会变得更硬,更耐咀嚼。这种产品品质上的差异性可能与处理产品本身特性和脉冲电场处理强度和时间有关。
2.3 增强咸味感知的减盐技术
2.3.1 改变盐的物理状态
改变盐晶体的大小可能是降低某些食品中钠含量的可行方法,但在干腌肉制品中减盐的效果有待进一步研究。Rama等研究盐晶体大小对钠向舌头的输送速率和所产生的咸味的影响,发现盐晶体的大小会影响输送速度和感知到的咸味,较小的NaCl晶体可以使钠更快地进入唾液,影响最大感知咸度。Rios-Mera等使用微粉化的盐将牛肉汉堡的盐含量从1.5%减少到1.0%,而不会影响pH值、色泽、产量和产品感官特性。而Galvao等研究发现,使用微粉化盐(盐<840μm)不会增加火鸡火腿的咸味感。所以,修改盐晶体尺寸可能是降低某些食品中钠含量的一种可行方法,但是在干腌肉制品方面的减盐效果还需要进一步的研究。
通过改变盐的形状也是减少钠盐的一个研究途径,如片状盐具有较大的表面积和较低的堆积密度,与立方体盐相比,为盐晶体提供了更好的溶解性、可混合性和附着性。具有中空结构的盐晶体提高了味觉感受器对它的可获得性和溶解速率,它可以在较低的含盐量下获得相同的口味,可以用来减少过量的钠摄入量。Fulgoni等报道了一种SODA-LO?盐微球钠减少技术,SODA-LO?是常规NaCl晶体产生的产物,通过将标准盐晶体转变为自由流动的空心盐微球的技术,可以在某些应用中减少NaCl的含量,从而通过最大化表面积有效地传递盐的味道和功能,在肉类、鱼类等食物中应用可以使NaCl含量减少20%~25%。?ordevic等研究发现,在不同海鲜(三文鱼和金枪鱼)制作的寿司中,使用Soda-Lo的样品与含2%NaCl样品相比,盐含量降低25%,却有相似的咸度,且不影响其他感官特征,同时也不会增加寿司的苦味。但是其成本高,而且在商业上的应用有限,目前,在干腌肉制品方面没有发现相关研究文献。
2.3.2 利用静电相互作用增强咸味感知
有研究表明,甲壳素纳米纤维(chitin nanofibers,CNFs)能够在不改变盐含量的情况下增强食品的咸味感,推测与食品中游离Na+比例的改变有关。在pH<7时,CNFs分子链上的氨基发生质子化并带有正电荷,此时,将NaCl添加到CNFs溶液中时,NaCl溶解在溶液中形成Na+和Cl-,在静电相互作用下,CNFs表面的–NH3+会吸附Cl-形成斯特恩层,而任何未被吸附的剩余离子将随机分布在溶液中形成扩散层。原则上,大多数Na+分布在扩散层中,因而增加了溶液中游离Na+的比例,相当于增大了Na+和味蕾上的味觉感受器接触的可能而增强了人们对咸味的感知。Hsueh等根据此原理,将用超声处理制备的CNFs添加到腌制液中,使更多的游离Na+释放到鱼片中,增强了鱼片的咸味感知,开发了低盐罗非鱼片产品(图4)。研究同时发现,加入柠檬酸或苹果酸可诱导CNFs 分子链上氨基的质子化,进一步提高人们对鱼片的咸味感知而不会引起酸味。目前,这种新型、有效的减盐手段相关的研究文献还很少,对除CNFs外是否有其他的物质有类似的功能及其机制需要更深入的研究。
图4 甲壳素纳米纤维由于静电相互作用与氯离子结合,使更多钠离子进入到鱼片
3 存在的问题及展望
随着大营养和大健康理念的普及,适度低盐食品的研发越来越受到人们的关注。NaCl诱导的咸度感知主要来自Na+,然而降低食品中的钠含量会引发一系列的品质变化,并导致消费者对产品接受度的降低,所以食品尤其是干腌制品的减盐仍是当前食品行业的一个重要挑战。目前研究得到的减盐途径,在减少Na+的同时会在不同程度上对产品的感官特性、理化特性或安全特性等方面产生影响,如何在保证产品品质和安全性的同时实现减盐的目的仍将是该领域的研究重点。尤其在加工技术方面,上述真空腌制技术、UHP、US、PEF等的实际减盐效果受技术工艺参数、产品本身特性包括含水量、蛋白质、脂质组成等的影响,其相互影响机制也有待阐明,真正推广应用仍需进一步的深入研究。与单一减盐相比,复合型的减盐方法效果较好,所以可以多尝试进行一些复合型的减盐方法的相关研究。另外,考虑到NaCl作为一种非常有效的腌制材料本身价格廉价,减盐无疑会在一定程度上提高产品的价格,如何在保证低盐产品品质的同时控制产品的价格在合理的范围也是研究中要关注的问题之一。