烟熏对肉制品风味及安全性影响研究进展

郭 杨，腾安国，王稳航*

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457）

近年来，现代食品保藏技术蓬勃发展，新型保藏技术得到广泛应用，如微生物防腐法[1]、辐照法[2]及高流体静压法[3]等。与此同时，烟熏作为最古老的食物保藏技术之一，也在不断进行改良和发展，其应用性逐渐得到提高，并以崭新的面孔进入人们的视野。对烟熏防腐作用的机理进行更深入了解，并将其过程进行优化与提升，有利于肉类等易腐食品的防腐保鲜。同时，作为一项食品加工技术，烟熏可以通过增加熏烟与肉制品接触的时间为食品增强特定的感官特性[4]，改善其风味和色泽，提升消费者的喜爱度。但是，烟熏过程中会产生一些对人体健康有害的化合物，如多环芳烃[5]、杂环芳香胺和β-咔啉生物碱[6]。为此，人们开发出一些更为科学的调控方法，如液态烟熏[7]和水蒸气渗透烟熏[8]。

本文主要对烟熏的历史、熏制原理、熏烟的成分和烟熏的影响因素进行总结，重点针对烟熏的功能性（抗氧化性、抗菌性等）和安全性（对有害物质进行调控）进行介绍，并对近年来开发的烟熏方式（液态烟熏和水蒸气渗透烟熏）进行分析，为食品工业尤其是肉类食品工业提供一些参考。

1 烟熏的发展

烟熏的使用最早可以追溯到人类文明的开始。远古时期，为了保存过剩的肉类，人类开始寻找肉类贮藏方法，使得以腌制、发酵、干燥和烟熏为基础的经验性肉类保鲜技术得到发展。已有报道称，发现古埃及人食用腌制和晒干肉类的证据[9]。与此同时，人类可能为了保护肉不被犬类叼走，因此将肉挂在火上[10]，意外发现熏烟可以延长肉类的保质期，具有防腐作用[11]。

2 烟熏熏制原理

传统的木材熏制过程包括：1）利用木材、锯木屑等发烟物料发烟，产生大量熏烟（产生烟气的过程可分为2 个阶段：第一阶段是木材的高温分解；第二阶段是木材分解后得到环状或多环状化合物产物，又进一步分解[12]）；2）用湿润的肉制品将熏烟中的可溶性成分吸附到表面；3）熏烟和肉成分间发生反应。

3 熏烟的化学成分

熏烟成分由燃料的类型、烟熏条件（如温度、时间和相对湿度）和烟熏处理所决定。近年来，在熏烟中已经发现1 100 种化合物[4]。Maga[13]研究发现，熏烟由超过400 种挥发性成分组成，包括75 种酚、131 种羰基化合物、48 种酸、22 种醇、22 种酯、46 种呋喃类化合物、16 种内酯和大约50 种其他化合物[14]。这些化合物直接影响到食品的风味、货架期和营养价值。肉类加工过程中熏烟的不同组分和功能如表1所示。

表 1 熏烟中不同组分的作用Table 1 Roles of different smoke components in smoking

4 烟熏的影响因素

4.1 烟熏材料

烟熏主要由木材炭化发展而来，可以使用的木材种类十分广泛，包括山毛榉木、橡木、山胡桃木、枫木和果木等。除木材之外，稻壳[17]、椰子壳[18]和山核桃壳[19]也可以制备熏烟。不同的烟熏材料之间成分含量差别很大，因此熏烟成分差别也很大，多选择树脂含量少、防腐物质含量多的材料，以硬木（橡木、枫木和山胡桃木）为主，而软木（松木和云杉）中树脂含量较多，无法充分燃烧，不仅会产生多环芳烃，而且产生的熏烟也会更黑更重[20]。

4.2 熏烟附着温度

熏烟在不同的温度条件下附着到食品上，将会直接影响食品的风味品质。根据温度的不同可以将烟熏分为冷熏、温熏和热熏。冷熏的温度为10～25 ℃，相对湿度为70%～80%，烟房外的温度为±5 ℃，熏制时间最长可达14 d[21]。冷水鱼、干香肠和熏肉通常是冷熏制成的。冷熏法生产的食品水分含量一般在40%左右，可贮藏1 个月以上[22]。温熏的温度一般为23～40 ℃，相对湿度为75%～85%，熏制时间4～48 h[21]。鲑鱼、鲭鱼和其他鱼类产品通常采用温熏方式。温熏制品的味道、香味及口感都很好，水分含量一般在50%以上，食盐含量为2.5%～3.0%，长时间保藏必须冷冻或罐藏，常温保藏只能存放4～5 d。热熏的温度范围为40～60 ℃，但温度上升至高达90～100 ℃时也能持续进行[23]。熏制温度取决于所需产品的口味，相对湿度从60%到85%不等，熏制时间最长为4 h[21]。热熏前原料必须先进行风干，以除去表面的水分，方便进行热熏。热熏产品的颜色和味道均较好，但水分含量略高，保藏性能较差，必须立即食用或冷冻保藏。

4.3 烟熏水分含量

在烟熏过程中，水分含量与产品的口感及风味密切相关[24]。在烟熏过程中，材料的不同也会导致水分含量的不同。木材过于潮湿时，会导致肉制品表面的水分含量上升，而肉制品表面如果过于潮湿，熏烟中的水溶性成分会与肉制品表面的冷凝物混合，产生浑浊的条纹。肉的表面如果过于干燥，熏烟就不能很好地黏附和渗透进肉制品，使得烟熏不均匀[21]。

4.4 烟熏相对湿度

在烟熏熏制过程中，相对湿度对烟熏效果会产生一定的影响。相对湿度控制在6%～10%时，烟熏色泽最好[25]。如果相对湿度过高，会阻碍肉制品的干燥和熏烟的沉积；如果相对湿度过低，产品将发生表面硬化，形成一层较厚的外层，不能产生均匀的烟熏味道。在整个烟熏过程中，通过监测相对湿度，可以控制熏肉的水分活度（water activity，aw）[21]。平衡相对湿度法是一种测定aw的方法，即将对aw的测量转化为对密封环境相对湿度的测定。而aw如果能被控制，就能有效抑制食品中微生物的生长。aw为0.98或更大值时，大多数细菌可以生长繁殖；随着aw的降低，细菌的生存能力会降低，一般认为aw在0.50以下的食物中微生物不能生长[26]。

5 烟熏的功能性

5.1 烟熏食品色泽和风味的形成

烟熏食品表面的色泽形成是烟熏过程中产生的物理化学反应共同作用的结果，最重要的是熏烟着色化合物的附着[27]。烟熏色泽形成所涉及的化学变化主要是美拉德反应，其能起到呈色作用。根据木材的种类、产品类型及工艺的时间或温度不同，熏烟呈现出的颜色为轻度金黄色到棕褐色。使用山毛榉木、枫木、白蜡木、梧桐木或椴木有利于呈现金黄色，而用赤杨木和栎木做燃料时，可以呈现深黄色或棕色[6]。在许多肉制品中主要着红色，尤其在家禽胴体和鱼的腹部部分。沉积在肉制品上的熏烟成分（酚类和苯酚类化合物）为肉制品提供了一种强烈的烟熏风味。不同化合物产生的主要风味如表2所示。

表 2 不同烟熏成分产生的风味Table 2 Flavors derived from different smoke compounds

5.2 抗菌活性

肉类食品腐败的最主要原因是微生物大量繁殖。微生物的存在会使食品出现黏液、变色、霉变以及产生异味[30]。当表面的细菌数达到107CFU/cm2时，肉制品会有异味产生；而当表面细菌数达到108CFU/cm2时，肉制品表面产生黏液[31]。

熏烟的潜在应用可能是通过抑制微生物的生长来延长食品的保质期，但是熏烟对细菌、酵母菌和霉菌生长的抑制效果具有较大差别[32]。其中，受到熏烟抑制作用表现最明显的是细菌，而霉菌和酵母菌表现出一定程度的耐受性。例如，在内部温度67 ℃条件下熏制30 min的法兰克福香肠中，依旧存在大量的霉菌和酵母菌[33]。微生物在传统烟熏方式中所表现出来的不同耐受性同样也存在于其他烟熏方式中。例如，当烟熏液达到8‰时，对霉菌和酵母菌的生长可以起到抑制作用，而抑制细菌生长的烟熏液只需5‰[34]。

不同的木材在热分解时会产生不同含量的酚、羰基化合物和有机酸，其中主要为酚类化合物，特别是甲氧基酚，其主要负责烟熏食品中的抗菌活性[35]。酚类化合物可以改变微生物细胞膜的渗透性，从而导致微生物细胞内液体泄漏，抑制微生物的生长[36]。Sikorski等[33]研究表明，在原料碎牛肉中加入每毫升含有约1.4～4.0 mg的酚和20～70 mg羰基化合物的液态烟熏剂，3 d后在4 ℃条件下可将大肠杆菌O157∶H7的可变细胞数减少100 倍。

周本谦[31]对红木、黑胡桃木、桦木、山核桃木、白杨木、白橡木、樱桃木和栗子木等20 种不同类型的木材中抽取的烟熏液进行金黄色葡萄球菌和嗜水气单胞菌的肉汤培养抑菌实验评估，发现来自道格拉斯冷杉的木材熏烟对大部分细菌菌株的生长均有抑制作用。Asita等[37]发现，白红树、桃花心木的液态烟熏剂可抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长，而红树和鸡骨常山属木材能够抑制金黄色葡萄球菌的生长，但不能抑制大肠杆菌的生长，这表明不仅烟熏的抗菌性能受到木材类型的影响，而且致病微生物对烟熏的成分有不同程度的敏感性。

5.3 抗氧化活性

肉和肉制品中含有丰富的蛋白质和脂肪，不饱和游离脂肪酸氧化导致食物酸败变质[38]，脂肪氧化后会产生脂质自由基、氢过氧化物和活性醛类等物质，这些物质可以在蛋白质氧化中作为促进因子和前体物质，对蛋白质氧化起到促进作用。然而，无论是脂质氧化还是蛋白质氧化均会导致食品的功能性质下降及营养价值损失[39]。木材烟熏或液体烟熏剂可以提高肉类产品的抗氧化性[40]，主要的抗氧化成分也是酚类化合物，它们作为氢供体，供给氧化自由基1 个电子将其稳定，从而抑制游离基的形成，有效抑制氧化反应的发生。甲氧基苯酚是熏烟中发挥防腐及抗氧化功能的重要组成部分，并且在模拟实验中已经证明，抑制脂质氧化的高抗氧化活性与木材熏烟中某些特定的甲氧基苯酚有密切联系[41]。

6 烟熏过程中产生的有害物质

传统烟熏方法虽然操作简单，但容易产生有毒有害物质，对环境造成污染，食品也会受到有害物质的污染。烟熏肉制品的污染物主要来自于多环芳烃，如苯并（a）芘、二苯并（a,h）蒽等是烟熏肉制品中致癌性多环芳烃发生和作用的标志物。另外，最近研究也发现，烟熏肉制品中存在甲醛、N-亚硝基化合物和β-咔啉生物碱等污染物。

6.1 多环芳烃

在熏制肉类产品中，多环芳烃主要由木材的不完全燃烧或热分解产生[10]。其中，苯并（a）芘是多环芳烃中最具有代表性且所占比例和毒性均最大的一种，它通常被用来作为多环芳香类化合物总体污染的标志。苯并（a）芘是一种毒性较强的致癌物，可诱发皮肤、肺和消化道癌症。不仅如此，苯并（a）芘还是一种间接致癌物，可以在体内代谢活化后与大分子化合物形成致癌物。除了致癌性，苯并（a）芘还有强致畸、致突变和内分泌干扰性，在熏制过程中，苯并（a）芘等多环芳烃类化合物通常黏附在产品表面。Wretling等[42]研究表明，部分使用传统烟熏方法熏制出的熏肉产品中苯并（a）芘的最高含量达36.9 μg/kg，远远超过欧盟委员会规定的最高水平（5 μg/kg）。

6.2 甲醛

许多研究表明，熏肉制品表面也含有大量甲醛[43]。在缺氧状态下，烟熏的木材干馏会生成甲醇，再进一步氧化成甲醛，附着在产品表面。甲醛是一种可以诱发人类鼻咽癌和白血病的致癌物质，也是一种致突变物质。甲醛对视网膜、鼻黏膜、肺功能和免疫功能等均有较大影响，长期接触可引起头痛、腹痛、中枢神经系统损伤等中毒症状。此外，甲醛可以诱导靶组织中DNA-蛋白质交联致突变[44]，且部分老年痴呆症的患病也与甲醛的摄入有关。

6.3 N-亚硝基化合物

亚硝酸盐是一种常用的增色剂，可以和肉中肌红蛋白反应产生亚硝基肌红蛋白，使产品呈现可增进食欲的桃红色。亚硝酸盐可以抑制微生物（如肉毒梭状芽胞杆菌）的生长，还具有形成特征色泽和风味、抗氧化等重要作用，加硝腌制后的肉类再进行熏制会让产品得到适度的收缩，具有良好的质地。亚硝酸盐和胺类物质在一定条件下可以在体内合成N-亚硝基化合物，这是人类接触N-亚硝基化合物的主要方式[45]。利用抗坏血酸钠和异抗坏血酸钠等功能性添加剂可以显著降低肉制品中的N-亚硝基化合物含量，或在肉制品生产中利用红曲和VC作为发色剂替代硝酸盐及亚硝酸盐，以减少其使用量[46]。

同时，在烟熏程度高的肉制品中也检测到低含量（＜1 ng/g）的杂环芳族胺[6]，其主要由氨基酸和蛋白质的热解反应以及非酶促褐变产生。此外，在熏制肉品中还发现β-咔啉生物碱，它可能是L-色氨酸与甲醛或乙醛反应形成的，其含量随着温度和烟熏时间增加而增加，并且取决于熏烟中甲醛的积累量。Toldrá等[6]已在香肠中发现，1,2,3,4-4H-β-咔啉-3-羧酸含量为0.01～14.80 μg/g。

7 新型烟熏方式

传统烟熏作为一种沿用多年的肉制品加工方式，虽然操作简单，易于产品加工，但还是存在一些缺点。传统烟熏不仅会污染环境，操作不当还容易发生火灾；另外，产品易受到有毒、有害物质污染等。由于传统熏烟方式存在不可控的卫生和安全问题，因此，近年来人们十分关注对新型烟熏方式的研究，如液态烟熏法、水蒸气渗透烟熏等，其效果良好，在烟熏肉制品中正在广泛推广和应用。

7.1 液态烟熏法

液态烟熏法是目前预防多环芳烃污染的有效方法，它是在传统木材烟熏法的基础上发展而来的一种加工技术，利用烟熏液对产品进行熏制，替代传统的熏烟方法。使用天然植物为原材料，将木材放置在巨大的蒸馏器中，对其施加热量，通过控制其最低热解温度制成木材熏烟，木材闷烧后产生的气体在冷凝器中迅速冷却液化，再通过精炼槽并过滤，去除含有多环芳烃等有的毒和致癌杂质，提取出含有烟熏特殊色泽和气味的液体，从而制成液态烟熏剂。可以利用涂抹或喷涂等方式使液体附着在肉制品表面，使产品具有烟熏风味[47]。烟熏液主要是在水相中提取出来的，研究表明，油相中也含有大量挥发性的风味物质[48]。使用外部熏烟发生器的计算机化烟熏室以及排放和温度控制系统，使得液态烟熏克服了传统烟熏的缺点，并具备更多的优点，成为可以取代传统木炭烟熏的新型烟熏方式。

7.1.1 产品风味均匀，品质稳定

与传统烟熏相比，使用液态烟熏剂更容易控制施加熏烟的浓度，将其使用量和用法更加标准化，并且液态烟熏剂的成分比木材熏烟更加稳定，在最终产品中可以获得理想的重现性[47]，易于生产出色香味均匀一致的高质量产品。

7.1.2 去除有害物质，控制污染

在传统烟熏方法用热解性的气体对产品进行熏制的过程中，多环芳烃会以焦油的形式产生，同时排放到空气和水中，对环境和肉制品均造成污染。如果操作或发烟材料不当，也会对产品造成其他污染。而在液态烟熏剂的制造过程中，经过滤分馏和提纯等步骤可以去除聚集在焦油液滴中的多环芳烃，解决了传统烟熏的排放问题，可以显著降低对肉制品的污染[49]。使用液态烟熏法代替传统烟熏不会产生木屑或对熏烟室清理造成不便，节省了清洁所需的时间和劳动力，液态烟熏剂可循环使用，比传统的烟熏过程更环保、高效，因而使用液态烟熏剂可以提高产品的卫生安全水平，降低对环境的污染[50]。

7.1.3 在商业生产中使用便利

液态烟熏法的工艺简单、操作简便、劳动强度低、生产周期较短且效率高[51]。使用液态烟熏剂的技术是对加工设备的革新，使熏制过程机械化、连续化，用现代化的设备来替代传统烟熏设备，具有良好的发展前途。

7.1.4 应用广泛

液态烟熏剂通常应用在肉制品中，包括鱼类和家禽等，但同时也可以赋予非肉类产品独特的烟熏风味，如奶酪、豆腐等。由于液态烟熏剂的味道浓郁，因此最适合在腌料酱汁中使用，或者是加工过的肉类产品，如热狗、香肠和培根等[52]。

7.2 水蒸气渗透烟熏

使用水蒸气渗透袋进行烟熏也是一种新型的烟熏方式。水蒸气渗透烟熏是一种最适合替代传统方法的方式，因为它不会对产品原有的理化性质和感官特性产生影响，最大限度减少产品处理加工的步骤，并且减少废弃盐水的量。最近，Rizo等[53]提出一种制备烟熏鲑鱼的新工艺，通过使用具有烟熏风味的盐及真空包装进行组合，对盐腌过程进行调控，可以加速NaCl的吸收和脱水。与传统的烟熏鲑鱼相比，水蒸气渗透烟熏的总处理时间减少，但是物理化学参数不会受到影响。在另一项研究中，Rizo等[54]利用水蒸气渗透袋改进原有的熏制盐腌法，在既定的温度和湿度条件下，在水蒸气渗透袋中同时进行熏制盐腌，控制产品脱水，通过这种方法获得的烟熏鲑鱼不仅具有与传统烟熏鲑鱼相似的物理化学特性和感官可接受性，而且在冷藏条件下具有良好的卫生质量。根据不同鱼类的特定特征调整加工参数，获得不同的鱼类烟熏产品，有利于这种新型的烟熏方式在烟熏鱼制品中的推广使用[55]。另外，Rizo等[56]对采用新型烟熏方式制得的烟熏制品的理化性质和微生物变化进行检测，结果表明，使用水蒸气渗透袋制得的烟熏制品可在4 ℃条件下真空包装贮藏超过40 d。

8 结 语

烟熏是一种传统的食品加工技术，主要应用于食品尤其是肉制品色泽和风味的提升，同时具备较强的抗菌活性及抗氧化性，能够对肉制品起到防腐保鲜作用。传统烟熏过程中产生的熏烟成分多达几百种，其中主要包括酚类、有机酸和羰基化合物等，对烟熏肉制品的感官特性和货架期的延长起到积极作用。然而，同时产生的烃类化合物中可能存在多环芳烃等有害物质，利用现代科学技术改良传统烟熏方式，可以对传统烟熏过程中的有害物质进行调控，提高烟熏肉制品的风味特性，提升烟熏肉制品的功能性和安全性，使烟熏仍能在肉制品生产中发挥重要作用，并使其科学性得到不断拓展和开发。