乳酸菌发酵人参香肠理化特性及其工艺优化

李雪倩，赵嘉楠，武思佳，黄延军，庄 红

（吉林大学食品科学与工程学院，吉林长春 130062）

发酵香肠因其独特的质地、典型的发酵风味和丰富的营养成分等特点，已经逐步进入到规模化、高效化的生产模式，并且成为最受欢迎的发酵肉制品之一[1]。发酵剂中特定微生物组分的生长繁殖，使发酵香肠具有优良的理化特性。乳酸菌作为香肠发酵的主要微生物，可以利用香肠中的碳水化合物发酵产酸，从而使香肠的pH值快速下降，缩短成熟周期，并且较低的酸性环境可以使香肠中的蛋白质变性，从而使香肠的组织结构更加紧密[2-4]。此外，乳酸菌代谢产生的酸性环境能够抑制杂菌的增长，提高发酵香肠的安全性[5]。研究表明，乳酸菌复合发酵剂能更好地发挥各菌种优势，从而改善或提升产品品质[6]。

国外研究者曾将蓝莓汁、桑葚汁等具有天然果香味道的物质添加到发酵香肠中，在改善发酵香肠感官品质的同时，提高了发酵香肠的抗氧化性，延长了产品的贮藏时间[7-8]。人参作为吉林省特色农产品资源，具有“百草之王”的美称。人参含有多种生物活性物质，如人参皂苷、人参多糖、脂肪酸、黄酮类、维生素和矿物质等[9-10]，具有抗癌、抗衰老、抗氧化、降血糖和免疫调节等功效[11-13]。2012年我国卫生部批准将人参（人工种植）列入新食品资源，这使人参相关食品的研究得到了极大的促进[14]。此外，中国对发酵香肠的研究起步较晚，至今还面临着产品种类较少、口味单一化等问题。

因此，将质量比为1∶1的植物乳杆菌与鼠李糖乳杆菌复合乳酸菌作为发酵剂，在西式发酵香肠的基础上，将人参添加到发酵香肠中，考查人参添加量对发酵香肠理化特性的影响，探讨乳酸菌发酵人参香肠的最佳工艺条件，旨在为发酵香肠新品种的开发及后续乳酸菌发酵人参香肠的实际生产和加工提供必要的理论参数。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

人参粉（人工种植的生晒参），长春市南京同仁堂提供；植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌均为商业发酵剂，上海润盈生物科技有限公司提供；2-硫代巴比妥酸、ABTS自由基和DPPH自由基，上海源叶生物科技有限公司提供；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HPX-9272 MBE型数显电热培养箱，上海博讯实业有限公司产品；H2300R-2型高速冷冻离心机，湖南湘仪有限公司产品；Syergyht HT型酶标仪，美国Biotek公司产品；pHS-3C型pH计，上海晶磁仪器有限公司产品；CT3型质构仪，博勒飞公司产品；SC-10型色差计，深圳市三恩时科技有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 发酵香肠的制备工艺

将40%牛肉、30%鸡胸肉、10%鸭胸肉和20%牛脂肪分别绞碎后，加入2.5%食盐、0.5%蔗糖、0.5%葡萄糖、0.5%五香粉和0.007%亚硝酸钠，充分混匀后在4℃条件下腌制12 h；腌制结束后，加入0.06%的植物乳杆菌与鼠李糖乳杆菌复合发酵剂和人参粉，充分混匀后进行灌肠；将灌制好的香肠置于32℃的培养箱中发酵48 h；发酵结束后，在80℃条件下蒸煮20 min；蒸煮结束后，在50℃条件下干燥3～4 h；真空包装后4℃下贮藏。

1.3.2 人参添加量的优化

当人参添加量超过5%时，发酵香肠会呈现较重的人参味。因此，考查人参添加量为1%，2%，3%，4%，5%时，对发酵香肠理化性质的影响，并对乳酸菌发酵人参香肠进行工艺优化。

1.3.3 发酵香肠的工艺优化

（1）单因素试验。选取人参添加量为2%，以pH值和感官评分为指标，通过单因素试验探究发酵温度、发酵时间、干燥温度和干燥时间对发酵香肠品质的影响。

①发酵温度对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。设定发酵时间为48 h，干燥温度为50℃，干燥时间为3 h，分别在发酵温度为22，27，32，37，42℃的条件下，研究发酵温度对香肠pH值及感官评分的影响。②发酵时间对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。设定发酵温度为32℃，干燥温度为50℃，干燥时间为3 h，分别在发酵时间为12，24，36，48，60 h的条件下，研究发酵时间对香肠pH值及感官评分的影响。③干燥温度对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。设定发酵温度为32℃，发酵时间为48 h，干燥时间为3 h，分别在干燥温度为40，45，50，55，60℃的条件下，研究干燥温度对香肠pH值及感官评分的影响。④干燥时间对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。设定发酵温度为32℃，发酵时间为48 h，干燥温度为50℃，分别在干燥时间为1，2，3，4，5 h的条件下，研究干燥时间对香肠pH值及感官评分的影响。

（2）正交试验。根据单因素试验的结果，对发酵温度、发酵时间、干燥温度和干燥时间进行四因素三水平的正交试验。按照表1水平进行分组，确定乳酸菌发酵人参香肠的最佳工艺条件。

正交试验设计因素见表1。

表1 正交试验设计因素

1.3.4 发酵香肠理化指标的测定

（1）pH值的测定。取2 g发酵香肠样品，用剪刀剪碎后，加入18 mL蒸馏水，混合均匀，静置1 h后，取上清液用pH计测定，每组样品测定3次。

（2）DPPH自由基清除率的测定。DPPH自由基清除率的测定参考Elfahri K R等人[15]的方法，并加以改进。将2 g剪碎的发酵香肠样品放入10 mL蒸馏水中，高速搅拌器均质后，在30℃的摇床中提取1 h。将均质物经0.45μm注射过滤器过滤，取过滤液于-20℃下保存，待进一步分析。用95%甲醇配制100μmol/L的DPPH溶液。取250μL样品提取液，加入1 000μL DPPH溶液，室温下于黑暗中反应30 min后，于波长517 nm处测定吸光度。计算公式为：

式中：AⅠ——250μL蒸馏水+1 000μL DPPH溶液；

AⅡ——250μL样品提取液+1 000μL DPPH溶液；

AⅢ——250μL样品提取液+1 000μL 95%甲醇溶液。

（3）ABTS自由基清除率的测定。ABTS自由基清除率的测定参考Robert Re等人[16]的方法，并加以改进。使用前配制7 mmol/L的ABTS溶液和2.45 mmol/L的过硫酸钾溶液，将上述2种溶液按体积比1∶1混合后室温避光静置12～16 h，制备ABTS自由基储备液。用0.2 mol/L PBS（pH值7.4）将储备液稀释一定倍数，制得波长734 nm处的吸光度为0.7±0.02的ABTS工作液。取50μL样品，加入2 mL ABTS工作液，室温反应6 min后，于波长734 nm处测吸光度，以蒸馏水代替样品做空白。计算公式为：

（4）TBARS值的测定。TBARS值的测定参照马龙彪[17]的方法，并加以改进。取已剪碎的发酵香肠样品4 g，置于50 mL离心管中，加入20 mL质量分数为7.5%的三氯乙酸（含0.1%EDTA），利用摇床振荡30 min，双层滤纸过滤。取上清液5 mL，置于10 mL离心管中，加入0.02 mol/L TBA溶液5 mL，90℃恒温水浴锅中加热40 min后取出冷却，以转速1 600 r/min离心5 min；提取上述液体8 mL，加入三氯甲烷5 mL，旋涡振荡2 min后静置15～20 min后，提取上清液于波长532 nm和600 nm处读取吸光度。计算公式为：

（5）质构的测定。使用CT-3型质构仪，测定参数：测定模式TPA，探头TA39，目标50 mm，出发点负载10 g，测试速度5 mm/s，返回速度5 mm/s，循坏次数为2次。

测定指标：弹性、硬度、咀嚼性、内聚性和胶着性。

取一定长度的发酵香肠样品，将其切成长度为1 cm的圆柱形小块进行测定，每组样品测定5次。

（6）色差的测定。色差计用标准白板校正后，对发酵香肠切片进行测定，规格参数主要包括L*、a*和b*值。

1.3.5 感官评价

选取20位食品专业学生，依次评价乳酸菌发酵人参香肠的外观、色泽、质地、切片性、香气和滋味。

发酵香肠感官评分见表2。

表2 发酵香肠感官评分

1.3.6 数据处理

数据以均值±标准差表示，采用SPSSStatistics 25对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 人参添加量对发酵香肠理化性质的影响

2.1.1 pH值

人参添加量对pH值的影响见表3。

表3 人参添加量对pH值的影响

发酵结束时，随着人参添加量的增加，pH值随之降低，且低于空白组。干燥结束时，人参处理组香肠的pH值均有不同程度的回升，是因为较低的pH值会影响乳酸菌的代谢，导致产酸速率减慢[18]。同时，加热过程中蛋白质降解速率加快，导致部分碱性氨基酸游离出来，进而使香肠的pH值回升。贮存期间，各组pH值继续回升，这可能与生物胺等碱性物质的形成有关。相关研究表明，发酵香肠的pH值降低至4.8～5.0时有利于抑制有害微生物的生长，同时能够改善风味和色泽[19]。但是，当pH值降低至4.8以下时，就会导致发酵香肠的酸味过重。因此，当人参添加量为1%～3%时，更易于被消费者接受。

2.1.2 DPPH自由基清除率

人参添加量对DPPH自由基清除率的影响见图1。

图1 人参添加量对DPPH自由基清除率的影响

在加工过程中，随着人参添加量的增加，DPPH自由基清除率呈先上升后下降的趋势，当人参添加量为1%和2%时，DPPH自由基清除率相对较高。贮存期间，空白组的DPPH自由基清除率均显著低于人参处理组（p＜0.05），当人参添加量为1%和2%时，DPPH自由基清除率相对稳定。

2.1.3 ABTS自由基清除率

人参添加量对ABTS自由基清除率的影响见图2。

图2 人参添加量对ABTS自由基清除率的影响

发酵结束时，各组的ABTS自由基清除率均呈上升趋势，其中人参添加量为4%和5%的香肠ABTS自由基清除率显著高于空白组（p＜0.05）。干燥结束时，各组的ABTS自由基清除率均有所下降。贮存期间，各组对ABTS自由基清除率的变化趋于稳定，人参添加量为1%，2%，3%，5%组别的香肠ABTS自由基清除率显著高于空白组（p＜0.05）。

2.1.4 TBARS含量

人参添加量对TBARS值的影响见图3。

图3 人参添加量对TBARS值的影响

TBARS是不饱和脂肪酸氧化分解产生的衍生物，其含量反映了脂肪氧化最终生成物的量。TBARS值从发酵结束至贮存10 d时，随着人参添加量的增加，TBARS值随之上升，且均高于空白组。贮存期间，人参处理组的TBARS值趋于稳定，而空白组的TBARS值一直呈上升趋势。贮存30 d时，空白组的TBARS值显著高于人参处理组（p＜0.05），此结果说明添加人参能够有效抑制发酵香肠贮存后期的脂肪氧化，延长贮存期。此外，人参添加量越低，对香肠脂肪氧化抑制作用越明显。

2.1.5 质构

人参添加量对质构的影响见表4。

表4 人参添加量对质构的影响

贮存期间，添加人参会使香肠的硬度、胶着性和咀嚼性下降，且均低于空白组。较高的硬度和咀嚼性不利于消费者食用，降低消费者的购买欲，人参的添加缓解了这种不良感官体验。当人参添加量为1%，2%，3%时，对发酵香肠弹性和内聚性无明显影响，而人参添加量为4%和5%时，香肠的弹性显著低于空白组（p＜0.05），但对内聚性无明显影响。弹性是评价香肠质地和口感的重要指标，当人参添加量为4%和5%时，香肠弹性却显著低于自然发酵香肠。综上所述，当人参添加量为1%～3%时，香肠具有良好的质构特性。

2.1.6 色差

人参添加量对色差的影响见表5。

表5 人参添加量对色差的影响

贮存0 d时，各组的L*值无显著性差异。贮存期间，各组的L*值略有下降，且在贮存30 d时，空白组的L*值显著低于人参处理组（p＜0.05），表明添加人参能够保持香肠在贮存期间的明亮度。单纯的a*值或b*值无法准确反映香肠的色泽，一般采用a*/b*值进一步评价。贮存0 d时，各组之间无显著性差异。贮存10 d时，空白组的a*/b*值显著高于人参处理组（p＜0.05）。贮存20 d时，人参添加量为4%和5%组别的a*/b*值显著低于空白组（p＜0.05）。综上所述，当人参添加量为1%～3%时，香肠在加工及贮存期间具有良好的色泽。

综合考虑，通过对发酵香肠的pH值、DPPH和ABTS自由基清除率、TBARS含量、质构和色差的测定，选取人参添加量为2%，此时发酵香肠具有良好的降酸能力和优良的品质特性。

2.2 发酵香肠的工艺优化

2.2.1 单因素试验结果分析

（1）发酵温度对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。

发酵温度对发酵香肠品质的影响见图4。

图4 发酵温度对发酵香肠品质的影响

随着发酵温度的提高，发酵香肠的pH值呈先下降后上升的趋势，而感官评分呈先上升后下降的趋势。发酵温度为22℃和27℃时，可以将pH值分别降低至5.57±0.04和5.32±0.03。发酵温度为32℃时，pH值达到4.89±0.02，符合发酵香肠的最适pH值范围，且感官评分最高。发酵温度为37℃和42℃时，pH值较低，感官评分也随之降低。当发酵温度低于乳酸菌的最适发酵温度时，会导致乳酸菌生长缓慢，乳酸生成量降低，蛋白质和脂肪降解减少，致使产品风味变差，而发酵温度过高又会导致酸味过重，从而影响香肠口感[20]。因此，选取发酵温度为27，32，37℃为正交试验变量，进行正交试验。

（2）发酵时间对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。

发酵时间对发酵香肠品质的影响见图5。

图5 发酵时间对发酵香肠品质的影响

随着发酵时间的延长，发酵香肠的pH值呈下降趋势，感官评分呈先上升后下降的趋势。发酵时间为36 h时，pH值下降至5.31±0.12。发酵时间为48 h时，pH值下降至5.02±0.04，此时感官评分最高，同时有利于抑制杂菌的生长。发酵时间延长至60 h时，pH值下降至4.71±0.12，影响消费者的感官体验。因此，选取发酵时间为36，48，60 h为正交试验变量，进行正交试验。

（3）干燥温度对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。

干燥温度对发酵香肠品质的影响见图6。

图6 干燥温度对发酵香肠品质的影响

随着干燥温度的提高，发酵香肠的pH值呈下降趋势，而感官评分呈先上升后下降的趋势。干燥温度为45℃时，pH值已经下降到4.91±0.02。因此，选取干燥温度为40，45，50℃为正交试验变量，进行正交试验。

（4）干燥时间对乳酸菌发酵人参香肠品质的影响。

干燥时间对发酵香肠品质的影响见图7。

图7 干燥时间对发酵香肠品质的影响

随着干燥时间的延长，发酵香肠的pH值呈下降趋势，感官评分呈先上升后下降的趋势。干燥时间为3 h时，pH值在5.07±0.03，此时感官评分最高。干燥时间为4 h时，pH值在4.88±0.09，此时感官评分有所下降。因此，选取干燥时间2，3，4 h为正交试验变量，进行正交试验。

2.2.2 正交试验结果分析

正交试验结果见表6，方差分析见表7。

表6 正交试验结果

表7 方差分析

由表6可知，RA＞RB＞RC＞RD，即影响发酵香肠感官评分的主次因素依次为发酵温度（A）＞发酵时间（B）＞干燥温度（C）＞干燥时间（D）。由方差分析结果可知，发酵温度、发酵时间和干燥温度对发酵香肠的感官评分影响极显著（p＜0.01），干燥时间对发酵香肠的感官评分影响显著（p＜0.05），且显著性程度依次为A＞B＞C＞D。依据分析结果，选择各因素平均值（k值）最大的水平作为最优的水平，得出最优的组合为A2B2C3D1，即发酵温度为32℃，发酵时间48 h，干燥温度为50℃，干燥时间为2 h，此时制得的发酵香肠感官评分最高，为90.8分。

3 结论

随着人参添加量的增加，发酵香肠pH值下降速率增加，硬度、胶着性与咀嚼性下降，DPPH自由基清除率呈先下降后上升的趋势，同时发酵香肠的TBARS值、蛋白巯基含量和黄度值增加。其中，添加2%人参粉制备的发酵香肠具有良好的降酸能力和优良的品质特性，贮存30 d时TBARS值（0.30 mg/100 g）显著低于空白组（0.39 mg/100 g），且DPPH自由基清除能力（69.50%）显著高于空白组（55.50%）。在人参添加量为2%的条件下，得到乳酸菌发酵人参香肠的最佳工艺条件为发酵温度32℃，发酵时间48 h，干燥温度50℃，干燥时间2 h，在此条件下发酵香肠的感官评分为90.8分。研究将人参应用到发酵香肠的加工过程中，为人参深精加工、发酵香肠新品种的开发及后续乳酸菌发酵人参香肠的实际生产和加工提供必要的理论参数。此外，人参影响香肠脂肪氧化的原因及机制还有待进一步研究。