肉制品中减少亚硝酸盐添加量的方法及存在的问题.pdf

418史智佳，臧明伍，王宇，乔晓玲*(中国肉类食品综合研究中心，北京 100068)摘要:亚硝酸盐在一定条件下会与蛋白质分解产物反应，生成具有致癌作用的亚硝基化合物。尽管至今还没有发现可以完全替代亚硝酸盐的物质，但在降低其使用量方面已取得了很大进步。主要从着色剂、天然抑菌剂和天然替代物三个方面，概述了国内外在降低亚硝酸盐添加量方面取得的研究成果及存在的问题。关键词:肉制品，亚硝酸盐，着色剂，天然抑菌剂，天然替代物Methods and problems of reducing nitrite addition in meat productsSHI Zhijia，ZANG Mingwu，WANG Yu，QIAO Xiaoling*(China Meat Research Centre，Beijing 100068，China)Abstract:Nitrite can react with amines to form nitrosamines under certain circumstances，compounds that had beenshown in variety of animal studies to be carcinogenic.Although no materials were found for substitute the nitritecompletely until now，the work for reducing nitrite addition made progress greatly.Research results and problems ofreducing nitrite addition by color agents，natural antimicrobials and natural substitute of nitrite at home and abroadwere summarized.Key words:meat products;nitrite;color agent;natural antimicrobial;natural substitute中图分类号:TS251.1文献标识码:A文 章 编 号:10020306(2011)08041805收稿日期:20100727*通讯联系人作者简介:史智佳(1982)，男，工程师，研究方向:肉品科学及加工检测技术。基金项目:公益性行业(农业)科研专项经费项目(200903012)。在肉制品加工过程中添加亚硝酸盐具有重要作用，它可以抑制多种类型的有害微生物(特别是肉毒梭状芽孢杆菌)的生长繁殖，使肉制品产生诱人的鲜红色，有助于腌肉独特风味的形成并抑制蒸煮味的产生。此外，它还具有一定的抗氧化作用。但是亚硝酸盐在酸性环境下可以生成亚硝酸，亚硝酸可与多种氨基化合物作用生成具有致癌性的亚硝基化合物(如亚硝胺)，因此如何降低亚硝酸盐添加量的研究一直备受关注。由于发色和抑菌是亚硝酸盐最主要的两个作用，因此目前在尚无单一物质可以替代亚硝酸盐的情况下，相关研究主要是围绕其发色和抑菌作用展开，研发替代体系。同时，寻找亚硝酸盐的天然替代物也是研究热点之一。本文主要围绕亚硝酸盐的发色作用、抑菌作用和天然替代物三个方面，概述了目前降低亚硝酸盐添加量方面的研究现状。1肉制品着色剂着色剂可以分为无硝着色剂和低硝着色剂两大类。无硝着色剂包括天然色素和人工合成的一些色素，它们不含硝酸盐或亚硝酸盐;低硝着色剂含有一定量的硝酸盐或亚硝酸盐。在肉制品加工中，可以添加单一物质，也可以对各类着色剂进行复配。着色剂的使用可以减少硝酸盐/亚硝酸盐的添加量，进而降低亚硝酸盐残留量。1.1无硝着色剂1.1.1组氨酸血红蛋白有研究表明，一些氨基酸和肽能对肌红蛋白产生发色效果，其发色效果随氨基酸与肽的种类和 pH 的不同而异。组氨酸分子结构中含有咪唑基，而咪唑基可以和血红蛋白结合生成一种稳定的配位化合物。据此，杨锡洪等人首先研究了组氨酸与血红蛋白的配位反应，结果表明，组氨酸是亚硝酸钠理想的替代物，并进一步将组氨酸血红蛋白配合物进行糖基化，使得无硝血红蛋白色素的热稳定性得到提高。灌肠实验表明，制备的无硝色 素 可 以 赋 予 肉 制 品 理 想 的 红 色，且 色 泽稳定1。1.1.2蛋黄粉肉在腌渍时添加一定量蛋黄粉能使肉制品色泽鲜艳，其机理被认为是蛋黄粉中的硫化氢(H2S)具有和亚硝酸盐相似的功能，易于与肌红蛋白结合产生发色效果。但是要求使用的蛋黄粉是冻干产品或喷雾干燥等瞬间干燥的粉末，这样的419蛋黄粉中含有大量 H2S2。因此，在肉制品生产加工中可以利用蛋黄粉部分代替亚硝酸盐起到发色作用。1.1.3红曲色素红曲色素是红曲霉的次级代谢产物，对蛋白质具有良好的着色性能，同时具有较强的抑菌作用，而且性质稳定，是我国香肠、火腿等肉制品加工中的主要着色剂，应用广泛。目前，科研工作者已就其制备工艺、热稳定性、抑菌作用和呈色作用及其在肉制品中的应用开展了很多研究工作。1.1.4植物色素高粱红是由黑紫色或红棕色高粱种子的外壳用热水或酸性含水乙醇浸提而得，或用温热碱性水溶液提取后再中和，然后浓缩、干燥而得。李传欣和王建筑研究报道称采用高粱红色素国内 7 号作肉制品着色剂，耐光耐热，色泽好，稳定性高，可有效延长制品的货架期3。高粱红随着温度的升高，颜色逐渐加深，并开始发黑，因此高粱红仅能用于低温类的肉制品中。辣椒红色素是从成熟的红辣椒中提取的一种天然红色素，属类胡萝卜素类色素，具有着色力强、稳定性好、原料易得等优点。它的成品多为暗红色膏状物，可调出由红到橙等不同色调。红枣色素是一种理想的天然色素资源，其色泽鲜艳、含量丰富、安全无毒，具有特定的药理功能，其在食品领域的应用具有广阔前景。但目前关于枣红色素在肉制品呈色方面的研究尚未见报道。此外，荞麦红色素和花生衣红色素等都具有很好的着色性能。1.2低硝着色剂1.2.1亚硝基血红蛋白亚硝基血红蛋白是由血红蛋白在一定条件下与亚硝基进行合成反应产生的，国内外研究报道较多。在肉制品加工过程中使用亚硝基血红蛋白具有两个方面的作用:一方面其色调与亚硝基肌红蛋白基本一致;另一方面是其在一定的条件下可以分解，缓慢地释放 NO4。两方面的协同作用可使肉制品获得良好的色泽，而且显著降低亚硝酸钠的残留量，是当前取代亚硝酸钠发色的最有效方法。马美湖等人研究发现，将亚硝基血红蛋白添加到香肠等肉制品中，其色泽、风味、稳定性、保存性与对照组无显著差别，可显著降低肉制品中亚硝酸盐的残留量5。亚硝基血红蛋白稳定性较差，目前多采用微胶囊包埋的方法加以保护，但稳定性和分散性等加工性能不够理想1。杨锡洪采用糖基化方法对亚硝基血红蛋白进行化学修饰，使其对热、氧、光照和金属离子的稳定性显著提高，粒径远小于微胶囊包埋法(1020m)，在 0.1m 附近，并与溶解性实验结果共同表明其分散性良好1。1.2.2二亚硝基亚铁血红素二亚硝基亚铁血红素(DNHF)是在加热时由肌肉色素、肌红蛋白和亚硝酸盐形成，它是腌肉制品的发色物质2。DNHF 可以从红细胞中的血红蛋白中制备，它形成与肌红蛋白相同的亚铁(血红素)基团，经过两个步骤可获得大量的高纯度色素。对维也纳熏香肠进行的实验结果表明，当DNHF 添加量为 9.25mg/kg、TBHQ 为 7.5mg/kg、聚磷酸钠为 0.3%对肉进行腌制时，肉品品质及货架期等同于添加 50mg/kg 亚硝酸钠添加量的肉品6。这种色素也适用于其它肉类食品的生产加工。1.3着色剂间的复配在 1.1 和 1.2 中所述着色剂均有较好的着色性能，但无硝色素的单一物质一般很难起到与亚硝发色相近的效果，因此通常以几种复配的形式用于肉制品加工。如孔保华将微胶囊糖化亚硝基血红蛋白、红曲红色素和异抗坏血酸钠复配制备了一种肉制品着色剂，具有良好发色作用，可以使肉制品呈现良好的色泽，同时色泽稳定性良好7。2肉制品天然抑菌剂天然抑菌剂依据来源不同可分为三大类:植物源性天然抑菌剂是指从自然界天然植物中分离提取得到的一类具有抑菌作用的物质;微生物源性天然抑菌剂是指微生物在代谢过程中产生一些具有抑菌作用的生物素;动物源性天然抑菌剂是指与动物相关的物质中提取得到的抑菌物质。2.1植物源性天然抑菌物质植物富含多种次级代谢产物，如单宁、萜烯酯、生物碱和黄酮等，它们均具有一定的抗菌活性。吴传茂和吴周和研究了丁香提取液的抑菌作用，结果显示，丁香提取液对汉逊氏酵母、青霉、黑曲霉、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌有很强的抑菌作用8。戴向荣研究了肉桂油对黄曲霉的抑制作用和抑制机理9。杨风琴等人研究证实复方大黄提取物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌三种致病菌抑菌作用显著10。黄宾和张志胜等人研究了茶多酚、溶菌酶、丁香和桂皮对冷却猪肉中常见腐败菌和致病菌的抑制效果，结果表明，茶多酚对冷却肉中常见腐败菌和致病菌都具有很强的抑菌作用;溶菌酶主要对革兰氏阳性菌有较强的抑制作用，但对革兰氏阴性菌作用弱或无作用;丁香和桂皮提取液具有广谱抑菌活性11。2.2微生物源性天然抑菌物质生物素是由微生物代谢产生的抗菌物质，主要是有机酸、多肽或前体多肽，分子量小，结构高度紧密。这类物质主要包括乳酸菌素、双歧杆菌素、溶菌酶、那他霉素、泰乐菌素、聚赖氨酸等。聚赖氨酸(Polylysin，PL)是一种天然的微生物代谢产物，石磊等人对其抑菌特性研究结果显示，PL 对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黄曲霉、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、保加利亚乳杆菌六种供试菌种均有一定的抑制作用，其对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、保加利亚乳杆菌抑菌效果好于黄曲霉12。Nisin 是由乳酸链球菌分泌的一种多肽，它能抑制大部分革兰氏阳性菌的生长，如肉毒芽孢杆菌、耐热腐败菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、生孢梭菌等，而对酵母菌和霉菌无效。由链霉菌产生的泰乐菌素是一种大环内酯化合物，抑菌作用与 Nisin 类似。由链霉菌产生的几丁质酶对真菌具有强烈的抑制作用，且具有一定广谱性13。2.3动物源性天然抑菌物质目前，动物源性天然抑菌剂主要包括乳铁蛋白、壳聚糖、鱼精蛋白、蜂胶和由动物蛋白水解产生的抗420菌多肽等。付丽等人研究表明乳铁蛋白对微球菌和金黄色葡萄球菌(G+)有明显的抑制效果，对阴性菌的抑制效果不明显，这可能由于它们细胞壁的结构不同14。鱼精蛋白具有广谱抑菌活性，能抑制枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣型芽孢杆菌、凝固芽孢杆菌、胚芽乳杆菌、干酪乳杆菌、粪链球菌等的生长。壳聚糖对假单胞菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、热死环丝菌和乳酸菌均有抑制作用，且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌作用较强。蜂胶由于含有多酚类物质，因此具有抑制和杀灭细菌的作用，其对金黄色葡萄球菌、肉毒杆菌、志贺氏菌、枯草杆菌等细菌有很强的抑菌性。抗菌肽是生物体内经诱导产生的具有生物活性的小分子多肽，多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌性等特点，目前已在动植物及原核细胞中发现 600 多种抗菌肽。2.4天然抑菌剂间的复配尽管目前可供选择的天然抑菌剂种类很多，但是尚未发现哪一种天然抑菌物质的抗菌谱可以与亚硝酸盐相媲美，因此通常需要多种抗菌物质共同作用。Giatrakou 和 Savvaidis 将 EDTA、溶菌酶、迷迭香和牛至油加入鸡肉后真空包装于 4 保藏，结果显示，复合物对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌具有很好的抑制作用，但对酵母菌的抑制效果略差15。在冷藏条件下，添加 5001000IU/g 的 Nisin 和 0.6%0.9%的牛至油可以有效抑制搅碎羊肉中的沙门氏菌的生长16。Nattress、Yost 和 Baker 研究了 Nisin 和溶菌酶复配比例为 13 的复合物对 Carnobacterium sp845 和 Brochothrix thermosphata B2 的抗菌作用，结果显示在大于 20d 的储藏期内，与对照组相比，复合物可使微生物生长降低 3 个对数值17。Kanatt、Ramesh和 Sharma 研究了壳聚糖和薄荷的复合物对肉和肉制品的抑菌作用和抗氧化作用，结果显示，0.05%的添加量可在 03、28d 储藏期内有效抑制鼠伤寒沙门氏菌，假单胞菌、大肠杆菌、腊状芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的生长。添加有复合物的萨拉米在冷藏期间的细菌总数平均比对照组少 1.5 个对数值18。2.5抗菌运载系统天然抑菌剂在实际使用过程中，往往会存在与食品特性不相适应的问题。已有研究结果表明，抗菌运载系统可以通过诸如乳液、脂质体、微乳液、水凝胶颗粒和其他载体来克服这一问题。Gaysinsky 等人将精油组成成分(香荆芥酚和丁香酚)溶于非离子表面活性剂胶束(Surfynol 465 和 485W)，研究其对大肠杆菌 O157H7(H1730、F4546、932 和 E0019)和单增李斯特菌(Scott A、101、108 和 310)的抑制作用。结果显示，表面活性剂提高了精油在水相中的溶解性，加强了抗菌物质与微生物间的交互作用，使香荆芥酚和丁香酚的抑菌作用得到加强19。动态光反射研究显示表面活性剂植物酚复合物颗粒直径在 3 7nm，核 磁 共 振 谱 图 胶 束 结 构 成“撑 架 状(bracketlike)”，植物苯酚位于胶束栅栏层里面，直接与相邻的表面活性剂单体接触。植物酚包埋于表面活性剂，提高了疏水抗菌剂在水中的溶解性，进而加大了抗菌剂的有效浓度20。3亚硝酸盐的天然替代物亚硝酸盐的天然替代物并非不含亚硝酸盐，而是含量极低，但其硝酸盐含量相对较高。硝酸盐在微生物作用下可以转换为亚硝酸盐。由于是非人工化学合成的，所以符合绿色消费趋势，更容易为消费者接受。3.1海盐海盐由海水蒸发直接制得，未经提炼精制。与食盐相比，海盐保留了海水中的更多的微量元素，更加有益于健康和食品良好风味的产生。目前，国外有一些食品企业将海盐与其他物质复配用于生产有机肉制品，可以产生与添加亚硝酸盐相近的腌制效果。有限分析结果表明，海盐中硝酸盐含量很低，Herrador 报 道 称 地 中 海 海 盐 的 亚 硝 酸 盐 含 量 为1.2ppm，硝酸盐含量为 1.1ppm21。因此在肉制品生产中使用海盐，可以达到降硝保质的作用。3.2粗糖粗糖(raw sugar)是指未经精炼的蔗汁和/或蔗汁提取物，含有一定量的糖浆。如 Turbinado 糖，它是蔗汁蒸发浓缩后，通过离心的方法除去上层的糖浆得到的，在国外应用较多。此外 Museovado 糖和Demerara 糖在国外也被用于有机肉制品的生产。粗糖可以代替或部分代替亚硝酸盐，其原因可能与蔗汁含有一定量的硝酸盐有关。国外一般将粗糖与其它几种物质复配来制备腌制液。而在国内，糖类物质一般先用来熬制糖色，进而单独或与其它物质复配制备着色剂2224。3.3天然植物性成分天然植物性成分是指一些蔬菜汁(粉)或者香辛料，尤以蔬菜汁(粉)使用最多，其原因是硝酸盐含量相对较高，而硝酸盐在一定条件下可以转化成亚硝酸盐。不同种类的蔬菜、同一种蔬菜的不同品种和同一种蔬菜的不同部位的硝酸盐的含量有着巨大差距。沈明珠等人研究结果表明鲜菜中亚硝酸盐含量通常很少，一般在 1.0mg/kg 以下，其中韭菜最高，为14.39mg/kg。而硝酸盐的累积量生姜和菠菜较高，萝卜次之，番茄最低，其含量分别为 2650、2350、2127、15mg/kg;不同部位间硝酸盐累积量是根 茎 叶(叶柄 叶片)果实。在同种蔬菜不同的品种中，硝酸盐累积变化范围为 1.420.8 倍，差异较大的有葛首、菠菜和大白菜25。由此可见，蔬菜汁(粉)是肉制品加工中硝酸盐的良好天然来源。其中芹菜汁(粉)由于其色素含量相对较低，且香味柔和不易在肉制品中凸显而倍受青睐。此外，菠菜也是常用的一种硝酸盐的天然来源。殷露琴、卢义伯和赵立庆就主要以芹菜粉、菠菜粉和硝酸盐还原菌为原材料，研究开发了一种酱牛肉用绿色复合腌制剂，在肉制品发色、氧化稳定性、风味抗微生物等方面具有良好的性能26。3.4硝酸盐还原菌硝酸盐还原菌是肉制品添加亚硝酸盐天然替代物(如蔬菜粉)获取腌肉特有品质的关键所在。硝酸421盐还原菌商业化应用已经很多年，主要用于风干香肠，对其长期贮存和独特风味的形成具有重要作用。在发 酵 肉 制 品 中，凝 固 酶 阴 性 球 菌 如 Kocuria(formerly Micrococcus)varians、Staphylococcus xylosus、Staphylococcus carnosus 等，在 1520 便可以将硝酸盐还原成亚硝酸盐，30 时转化效率更高27。当前，为了缩短亚硝酸盐形成所需时间，一般硝酸盐还原菌作用温度的推荐值是 3842。除了作用温度，作用时间可以显著影响硝酸盐还原率，而替代物添加量直接影响还原产生的亚硝酸盐的绝对量。Sindelar等人研究了添加不同量芹菜粉在 38 下，经过不同保温时间后亚硝酸盐残留量的变化，以及两因素变化对终产品质量的影响，结果发现添加 0.2%和 0.4%的芹菜粉，经过 30min 保温时间后亚硝酸盐残留量分别为 5.6ppm 和 7.7ppm，而经过 120min 保温时间后分别为 24.5ppm 和 46.0ppm2829。4存在的问题4.1肉制品的品质保证当前，亚硝酸盐替代物(体系)尚无法兼备亚硝酸盐的全部功能，其使用在肉制品中会影响品质。如目前研究开发的一些无硝着色剂，尽管能够使肉制品获得良好的色泽，但在长期的储藏过程中的肉制品色泽的稳定性较差;无硝替代体系腌制的肉制品没有腌肉特有的风味;亚硝酸盐替代物(体系)没有防止肉制品过熟味产生的功能等。4.2肉制品的安全保证尽管蔬菜汁(粉)自身亚硝酸盐含量极低，但是硝酸盐含量却很高。硝酸盐在硝酸盐还原菌的作用下生成亚硝酸盐。因此在肉制品加工过程中，需要通过控制硝酸盐还原菌的作用进而控制硝酸盐的转化率:转换率过低无法保障肉制品品质和微生物安全;过高容易造成亚硝酸盐残留量超标，这给实际应用带来了很大问题。4.3微生物安全保证天然抑菌剂抑菌作用显著，可以有效控制肉和肉制品中腐败菌和致病菌的生长，但是有关其对肉毒梭状芽孢杆菌的抑制作用的研究报道并不多。因此，仅仅根据现有研究结果就判定天然抑菌剂可以完全有效地保障肉制品微生物安全尚且为时过早。在今后的科研工作中，还应该加强微生物安全评价方面的工作。4.4抗菌运载系统研究较少当前，越来越多的天然抑菌剂被发现和研究，但是在抗菌运载系统方面的研究报道却不多。由于天然抑菌剂的种类和性质不同，各类食品特性也有所差别，天然抑菌剂在使用过程中常会出现其性质与食品特性不匹配的问题。为克服这一问题，在今后工作中我们应加强抗菌运载系统(delivery systems)的研究开发工作。5今后的研究方向鉴于目前尚未发现可以单独完全替代亚硝酸盐的物质，因此在今后一段时间内应以功能物质的复配研究为重点。复配研究包括相同功能物质间和不同功能物质间，以期达到发色和抑菌双重效果。通过研究优化复配方案，构建亚硝酸盐替代体系，进而探索其在肉制品生产中的应用。其次，还应该加强天然物质在替代亚硝酸盐的应用研究。一方面加强硝酸盐还原系统研究，达到还原作用可控;另一方面加强安全评价研究，规范天然替代物使用量，在保证品质的前提下尽可能的降低亚硝酸盐残留量。最后，由于一些天然抑菌剂的自身性质与肉制品特性匹配性较差，我们还应该加强抗菌运载系统的研究，提高抑菌剂的抗菌效果，减少用量。相信随着科研工作的不断深入，一定能够开发出理想的亚硝酸盐替代体系，在使肉制品色、香、味俱佳的同时保障安全。参考文献 1杨锡洪.以血红蛋白制备腌制色素替代亚硝酸盐发色的研究 D.无锡:江南大学，2005.2李雷刚，张丽萍.发色剂在肉制品加工中的应用现状 J.肉类工业，2009(2):3942.3李传欣，王建筑.高粱红色素在肉制品中的应用研究 J.肉类研究，2000(1):3132.4SHAHIDI P，PEGG R B.Nitrite free meat curing systems:update and review J.Food Chemistry，1992，43:185190.5马美湖，唐进明，陈长龙，等.亚硝基血红蛋白(HbNO)的合成制取及其应用于香肠中降低 NO2残留量的研究J.食品科学，2001，22(7):6770.6蔡健，王薇.肉类及肉制品中无硝腌制剂的研究 J.食品工业科技，2004(8):142143.7东北农业大学.肉制品着色剂及其制备方法 P.中国CN101606686.20091223.8吴传茂，吴周和.丁香提取液的抑菌作用研究 J.湖北工学院学报，2000，15(1):4345.9戴向荣.肉桂油抑制黄曲霉作用研究 D.合肥:安徽农业大学，2007.10杨风琴，黄文华，米家鹏，等.复方大黄提取物体外的抑菌作用研究 J.宁夏医学杂志，2007，29(12):10611063.11黄宾，张志胜，靳慈杰，等.几种天然保鲜剂抑菌能力的研究 J.食品工业，2008(5):6163.12石磊.聚赖氨酸抑菌特性及其在畜产品保藏中的应用研究 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485nm，显色温度100，显色时间 30min，且其样品液在 2h 内显色稳定。3.2以葡萄糖作标准品，糖浓度在 080g/mL 范围内线性关系良好，其回归方程为 y=0.0044x0.005，R2=0.9988。3.3交联反应最佳工艺为:以 50g 土豆淀粉计，氢氧化钠用量为 0.75g，环氧氯丙烷用量为 1.00mL，反应时间为 6h，反应温度为 50。各因素对实验指标影响的重要性依次为环氧氯丙烷用量、氢氧化钠用量、温度及反应时间。3.4原土豆淀粉经交联后其消化性降低 13.7%34.5%，且交联度与消化性呈负相关性，即交联度越高(沉降积越小)，消化性能越低。参考文献 1许安邦.食品分析 M.北京:中国轻工业出版社，1994:371372.2郭勇，郑穗平.酶学M.上海:华南理工大学出版社，2003:4547.3李雪华，尤盛京.食品专用变性淀粉J.广西科学，2000(1):5456.4余促建.现代有机分析 M.天津:天津科学技术出版社，1986:132137.5刘利民.交联 氧化复合变性淀粉的研制 J.淀粉与淀粉糖，1996(2):1416.6张力田.变性淀粉 M.广州:华南理工大学出版社，1991:9799.7张钟，华平，王立权.羧甲基淀粉作酸奶稳定剂的应用效果研究 J.饮料工业，2004(4):39.8王显伦，文向前，张文.淀粉及变性淀粉对面条品质影响研究 J.郑州粮食学院学报，2000(9):4446.9Whistler R L，Bemiller J N，Paschall E F.Starch chemistryand technologyM.2nd edition，New York:Academic Press，1984:402406.