CN115720993A - 一种山梨糖醇介导腌制里脊火腿品质改善的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种山梨糖醇介导腌制里脊火腿品质改善的方法,属于食品加工领域。所述方法是利用包含山梨糖醇的腌制料处理里脊肉后,接种细菌悬浮液,于恒温恒湿条件下发酵获得山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。本发明通过实验发现在整个生产加工过程中山梨糖醇组的盐含量、pH值和aw均低于对照组;对照组只有Lactobacillus是优势属,而山梨糖醇组中的优势属有Staphylococcus和Lactobacillus;里脊火腿的理化特性与细菌群落显著相关。因此,本发明山梨糖醇介导腌制里脊火腿,不仅有利于里脊火腿的减盐,延长其贮藏期,还能改善里脊火腿中的细菌群落分布及提高品质。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工领域,特别是涉及一种山梨糖醇介导腌制里脊火腿品质改善的方法。
背景技术
传统干腌发酵肉制品的制作方法通常是使用大量的一些食盐、香辛料以及糖等摩擦到肉制品的表面对其进行腌制,再借助内源酶和有益微生物的作用经过长时间的自然发酵(干燥、成熟),最终形成具有独特风味、色泽和质地以及有着较长保藏期的肉制品。食盐的添加对于干腌肉制品的质地和风味以及抑制腐败微生物生长至关重要。人们为了延长干腌肉制品的保质期,维持其口感,通常将干腌肉制品中加入大量的食盐来达到此目的。但是干腌肉制品中较高的盐分会使脂肪氧化物产生,可能会引起人体的氧化胁迫,并导致一些与氧化损伤相关的慢性疾病,过量的钠摄入还会增大骨质疏松、可能直接增加中风、冠心病、左心室肥厚、心肌梗死、肾脏疾病、高血压和心血管疾病的风险,这对人体的健康十分不利。
介导腌制是减少干腌肉制品中盐含量的一种新方法。其是指系统地搭建起以外源性的食品添加剂为介质,在不减少食盐的用量下,通过影响食盐渗透扩散途径和基质中水分迁移行为,从而实现肉制品的低钠腌制的加工策略。通过机械的手段如超高压、超声波、脉冲电场、滚揉、电刺激等能改变盐的渗透扩散称为物理介导,而在腌制环节通过添加某种化学物质来改变盐的渗透速率和水分迁移的行为称为外源性物质介导行为,这是一种化学介导。它们都不同于以往的传统腌制方法。
多羟基醇因其自身的结构可作为化学介导腌制中的腌制介质的应用。多羟基醇的分子结构中含有多个羟基,它们可以与肉制品中的蛋白质结合,然后增加肌肉蛋白中某些基团的极性,把肌原纤维中的部分自由水转化为束缚水,因此导致产品的水分分布发生变化,也降低了水分活度。有研究表明,多羟基醇类有抑菌作用,能有效抑制微生物的生长和繁殖的形式相结合。山梨糖醇是多羟基醇的一种,其含有6个羟基,能与水中的羟基以氢键的形式结合,增加保水能力,改善质地,降低水分活度(aw),延长肉制品的储藏期。此外,它还影响产品中的微生物和酶活性,影响蛋白质、脂肪降解及最终风味的形成,同时还具有抗菌活性。目前,多羟基醇类在减少干腌发酵肉制品中的盐含量的应用还鲜有报道。
适度的盐减少似乎会影响微生物的生长,并导致发酵肉制品的理化性质发生变化。例如,Gan等人(2021)报告称,在低盐腊肉加工过程中,pH值逐渐降低,乳酸杆菌成为优势菌属。Chen等人(2019b)的一项研究使用KCl和选定的氨基酸替代哈尔滨干腌香肠中的30%NaCl(w/w),并分析了香肠的质量和微生物多样性。结果表明,替代盐对香肠的物理性质没有负面影响,并且在低盐香肠发酵过程中微生物多样性降低,在发酵期间,葡萄球菌属和乳杆菌属是哈尔滨干香肠的主要菌属,在发酵结束时,葡萄球菌属成为哈尔滨干香肠的优势属且具有最高相对丰度。然而,目前,关于使用山梨糖醇能否降低盐含量及对干腌发酵肉制品的细菌群落的影响知之甚少。
发明内容
本发明的目的是提供一种山梨糖醇介导腌制里脊火腿品质改善的方法,以解决上述现有技术存在的问题,通过山梨糖醇介导腌制得到的里脊肉火腿,不仅有利于里脊火腿的减盐,延长其贮藏期,还能改善里脊火腿中的细菌群落分布及提高品质。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种山梨糖醇介导腌制的改善里脊火腿品质的方法,利用包含山梨糖醇的腌制料处理里脊肉后,接种细菌悬浮液,于恒温恒湿条件下发酵获得山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。
优选的是,所述方法具体包括以下步骤:
(1)将腌制料均匀的揉搓在里脊肉的表面,低温腌制;按照所述里脊肉的质量计,所述腌制料包括以下组分:3%NaCl、3%山梨糖醇、0.3%五香粉、0.3%白胡椒粉、0.3%花椒粉、0.5%白糖以及0.5%葡萄糖,其余为里脊肉;
(2)按照107CFU/g的接种量将细菌悬浮液接种至低温腌制完成的里脊肉中,真空滚揉均匀后,将所述里脊肉塞入肠衣中,并悬挂在恒温恒湿条件下,分阶段发酵培养,获得所述山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。
优选的是,步骤(1)中,低温腌制条件为:4℃下腌制24h。
优选的是,步骤(1)中,所述细菌悬浮液是将细菌L.plantarum SJ-4和S.simulansQB7活化后,用质量分数为0.85%的生理盐水洗涤,重悬,然后按照L.plantarum SJ-4重悬液和S.simulans QB7重悬液的体积比1:1混合而成。另外本发明并不限于用上述两株菌,还可以用同属其他菌株替代。
优选的是,用MRS肉汤培养基来活化L.plantarum SJ-4;用MSA肉汤培养基来活化S.simulans QB7。
优选的是,所述L.plantarum SJ-4重悬液和S.simulans QB7重悬液的浓度分别为109CFU/mL。
优选的是,所述分阶段发酵培养为:发酵开始的第1-2天,在28℃和90%RH下进行发酵,之后调整为在15℃和80%RH下成熟,成熟20天至结束,在第22天时获得所述山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。
本发明还提供一种里脊火腿,由所述的方法制备。
优选的是,所述里脊火腿经山梨糖醇介导腌制,使得所述里脊火腿中的盐含量降低且贮藏期延长。
本发明公开了以下技术效果:
本发明通过实验揭示了山梨醇介导腌制对里脊火腿理化特性和细菌群落组成的影响。结果表明,山梨糖醇介导腌制不会对里脊火腿理化特性产生负面影响。山梨醇介导腌制使里脊火腿中的盐含量和aw显著降低(P<0.05),这有助于里脊火腿的减盐,还能延长其贮藏期。此外,在整个生产过程中,对照组中的Lactobacillus逐渐占据主导地位,山梨糖醇组的Lactobacillus和Staphylococcus分布均匀,说明山梨糖醇介导腌制能促进Staphylococcus的生长或抑制Lactobacillus的过度生长,从而使得里脊火腿中的优势微生物分布均匀,改善了里脊火腿的品质。因此,本发明为食品工业中低盐发酵肉制品的潜在发展提供了一个初步的视角,并取得了令人满意的结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为不同组的里脊火腿发酵和成熟过程中pH(A)、盐含量(B)、Aw(C)和WHC(D)的变化;图例中的“C”代表对照组,“S”代表山梨糖醇组;不同小写字母(a-h)表示不同发酵和成熟时间的不同组之间存在显著差异(P<0.05);
图2为不同组的里脊火腿发酵和成熟过程中植物乳杆菌(A)、葡萄球菌(B)和总需氧菌(C)数量的变化;图例中的“C”代表对照组,“S”为山梨糖醇组;不同小写字母(a-d)表示不同发酵和成熟时间的不同组之间存在显著差异(P<0.05)。
图3为里脊火腿发酵和成熟过程中的门级细菌分类组成(TOP15);
图4为里脊火腿发酵和成熟过程中的门级热图;红色表示物种的相对丰度较高,蓝色表示物种相对丰度较低;
图5为里脊火腿发酵和成熟过程中Top50物种进化树和ASV丰度图;
图6为里脊火腿发酵和成熟过程中属级细菌分类组成(TOP15);
图7为里脊火腿发酵和成熟过程中属级热图;红色表示物种的相对丰度较高,蓝色表示物种相对丰度较低;
图8为里脊火腿的Circos图;
上述图3-图8中,S0:山梨糖醇组发酵0天;S2:山梨糖醇组发酵2天;S10:山梨糖醇组成熟10天;S20:山梨糖醇组成熟20天;C0:对照组发酵0天;C2:对照组发酵2天;C10:对照组成熟10天;C20:对照组成熟20天;
图9为里脊火腿的细菌群落关键属的LEfSe分析直方图;直方图显示了对不同组之间不同丰度的特征计算的LDA分数,分数越高,条带越长,影响力越大,越重要;
图10为里脊火腿的细菌群落关键属的LEfSe分析支系图;支系图中显示黄色的点是任何组中不重要的细菌;其他颜色的点是标有相同颜色的组中的重要细菌;阴影颜色覆盖最高分类单元差异显著时对应丰度最高的组;
图11为Pearson相关矩阵由理化指标和属水平微生物的相对丰度计算得出;正相关用红色标记,负相关用蓝色标记;每个圆的大小和颜色强度与相关系数成比例;右边的条表示相关系数和相应的颜色。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式,该详细说明不应认为是对本发明的限制,而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式,并非用于限制本发明。另外,对于本发明中的数值范围,应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明,否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料,但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入,用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时,以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下,可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化,这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。
实施例1
1、材料
猪里脊肉购于贵阳市花溪区惠民生鲜超市的台农里脊肉。陆生猪的饮用料主要成分是玉米、高粱和大豆,在饲喂了约250公斤的日粮,放养365天以上后,陆生猪被宰杀,里脊肉由台农兴旺集团有限公司(中国贵阳)出售。食品级氯化钠、五香粉、花椒粉、白胡椒粉、葡萄糖、白糖均购于贵阳花溪沃尔玛超市,食品级山梨糖醇购自山东天力制药有限公司,肠衣购自宇沐集团。本发明中选择的其他化学品和试剂为分析级或更高等级,并购于阿拉丁。
培养基:MRS肉汤培养基、MSA肉汤培养基(5g牛肉膏粉、10g蛋白胨、10gD-甘露醇、75g氯化钠、0.025g酚红、1000mL纯水,调节pH为7.2-7.5)、MRS琼脂培养基、MSA琼脂培养基、PCA培养基,均购自于上海博微生物科技有限公司。
2、方法
2.1菌株的活化与制备
L.plantarum SJ-4(菌株保藏号:CICC No.11119s,该菌株在专利“一种高载乳酸菌肉用直投式发酵剂及其制备方法和应用”已公开),S.simulans QB7(菌株保藏号:CICCNo.11117s,该菌株在文献“Isolation and characterization of coagulase negativestaphylococci with high proteolytic activity from dry fermented sausages as apotential starter culture”已公开),它们均由本实验室筛选自贵州各地的发酵肉制品,并由中国工业微生物菌种保藏管理中心保存。使用MRS肉汤培养基来活化SJ-4,MSA液体培养基来活化QB7。菌株活化四代后,用0.85%的生理盐水洗涤三次,然后重悬至并调整到浓度为109CFU/mL,以供后续发酵里脊火腿的制备。
2.2发酵里脊火腿的工艺流程
猪里脊被平均切成约100克的正方体小块(n=24)。腌制料的配方以原料肉的质量计(W/W),添加3%NaCl、3%食品级山梨糖醇(对照组不添加)、0.3%五香粉、0.3%白胡椒粉、0.3%花椒粉、0.5%白糖、0.5%葡萄糖,将其均匀揉搓在里脊肉的表面,并放置在4℃下腌制24h,使调味品混合物均匀分布到肉中。将活化好的SJ-4和QB7细菌悬浮液以1:1的比例接种到肉中(107CFU/g),真空滚揉30min之后,将里脊肉塞入直径为45mm的胶原蛋白肠衣中,并立即悬挂在恒温恒湿的发酵柜中。前2天里脊火腿在28℃和90%RH下进行发酵,之后将发酵柜设置为15℃和80%RH用于里脊火腿的成熟,成熟20天至结束,在加工22天时获得里脊火腿产品。分别在发酵0天,2天(发酵结束),成熟10天(成熟中期)和20天(成熟末期)取样。在以上每个时间点收集样品(各自有三个平行组),以比较里脊火腿不同发酵时间和成熟时间的理化特性和细菌群落的动态变化。
2.3理化特性的测量
2.3.1pH值
称取1g搅碎肉样用去离子水稀释10倍并使用XHF-D均质器(宁波新芝生物科技有限公司,中国浙江)2800r/min均质1min,使其均质完全,使用PHS-3C数字pH计进行测定酸碱度。
2.3.2盐含量
称取1g搅碎肉样用去离子水稀释10倍并使用XHF-D均质器(宁波新芝生物科技有限公司,中国浙江)2800r/min均质1min,使其均质完全,再使用ATAGO ES-421型数字盐度计进行测定,实际NaCl含量以g/100g肉表示。
2.3.3水分活度
先使用饱和氯化钠和饱和氯化镁溶液校准水分活度(aw)仪器。之后称取5g肉末,在小型培养皿中均匀铺开,并使用aw测量仪(华科HD-4B,中国无锡)进行测量。
2.3.4蒸煮损失
将腌制后的里脊切成一定大小的肉样,并称取2-3g肉样为M1,然后放入蒸煮袋中密封置于80℃水浴锅中水浴加热20分钟,当肉样中心温度达到75℃取出,再用流水冲洗冷却至室温,用吸水纸吸干表面水分,称重M2。用以下公式计算:
2.3.5色差
使用NH350安捷伦便捷式电脑色差仪进行测定。将腌制的块状里脊切成片状,测量其亮度L*值、红度a*值、黄度b*值。
2.4细菌计数
在超净工作台中将里脊火腿从肠衣里取出后,去掉表面的香辛料部分,从里脊火腿中心取样(10g)加入到无菌均质袋中,再加入90mL无菌生理盐水(0.85% NaCl),密封后均质(12.0/s,5min)。吸取均质后的液体进行稀释涂布,分别在MRS,MSA和PCA培养基上测定乳酸菌,葡萄菌和总需氧菌数。并放置37℃培养36h后分别在MRS和PCA平板上计数乳酸菌和总需氧菌数,37℃培养48h后在MSA平板上计数葡萄球菌。
2.5总DNA提取和PCR扩增
根据制造商的说明,使用DNA提取试剂盒(D6356-F-96-SH)提取样品的基因组DNA,然后使用琼脂糖凝胶电泳和NanoDrop2000对DNA进行定量,根据测序区域的选择,使用带有条形码的特异性引物和Takara的Tks-Gflex DNA聚合酶进行PCR,以确保扩增效率和准确性。通过分析16S rRNA基因的V3-V4高变区来鉴定细菌多样性,使用引物343F和798R,正向引物:5'-TACGGRAGGCAGCAG-3'和反向引物:5'-AGGGTATCTAATCCT-3'进行扩增。采用两步循环PCR方法进行扩增(扩增方法参考文献:Nossa,C.W.(2010).Design of 16S rRNA geneprimers for 454pyrosequencing of the human foregut microbiome.World JournalOf Gastroenterology,16(33),4135-4144.https://doi.org/10.3748/wjg.v16.i33.4135.)。最后,根据PCR产物浓度混合等分样品,并使用IlluminaNovaseq6000、PE250平台(欧易生物科技公司,中国上海)通过高通量测序分析纯化的混合样品中的16S rRNA。
2.6生物信息学分析
原始测序数据采用FASTQ格式。然后使用cutadapt软件对成对的末端读数进行预处理,以检测并切断适配器。修剪后,使用DADA2(默认参数为QIME2(2020.11))过滤低质量序列、去噪、合并并检测和切断嵌合体读取。最后,软件输出代表性读数和ASV丰度表。
利用QIIME计算了样本的α多样性,包括丰富度指数(ACE和Chao1)、多样性指数(Shannon和Simpson)和Coverage指数。通过R软件绘制可视化样本间优势属的堆叠直方图、Circos图和聚类热图。
2.7数据分析
使用单向方差分析(ANOVA)进行统计分析,然后进行Duncan多范围检验,当P<0.05时,差异被认为是显著的。所有数据均使用SPSS 17软件(美国伊利诺伊州芝加哥SPSS)和GraphPad Prism 8(美国加利福尼亚州GraphPadSoftware Inc.)进行分析,结果表示为平均值±标准差。使用origin软件2021(美国马萨诸塞州OriginLab公司)进行了理化性质和微生物之间的Pearson相关系数分析。
3、结果与分析
3.1发酵里脊火腿的生产过程中理化性质的变化
(1)在整个加工过程中,对照组和山梨糖醇组的pH分别从5.28和5.26下降到了4.95和4.31(图1A)。所有组在发酵期间,里脊火腿的pH值迅速下降。在成熟期,对照组的pH缓慢上升,山梨糖醇组的pH平缓下降,直至成熟结束。里脊火腿的PH快速下降,这是由于添加植物乳杆菌在肉制品中产酸,正是因为这种快速酸化有效抑制了食品中腐败微生物的生长,对提高发酵肉制品的质量和安全性十分重要。在本发明中,发酵期和成熟中期对照组和山梨糖醇组之间的pH值差异不显著(P>0.05),但在成熟末期,山梨糖醇组的pH值显著低于对照组(P<0.05),这可能是由于山梨糖醇添加在肉制品中经过长时间的氧化作用,一部分转化为了山梨酸,从而导致较低的pH。
(2)如图1B所示,在里脊火腿的生产加工过程中盐含量一直处于上升的趋势,在成熟末期对照组和山梨糖醇组的盐含量达到了6.34g/100g和5.32g/100g,盐含量的上升是由于肉制品中盐分的扩散和水分含量在逐渐下降的缘故,溶液减少则溶质增加。无论是在发酵期还是成熟期,山梨糖醇组的盐含量都显著低于对照组(P<0.05),这表明山梨糖醇影响了食盐在肉制品中渗透扩散的途径和水分迁移行为。这可能是由于山梨糖醇由于其过大的分子量和高粘度而残留在细胞表面,因此扩散速度比盐慢。而随之而来的是更高的细胞外渗透压,这在产品表面形成了山梨糖醇的高粘度屏障(“屏障效应”),形成了阻碍氯化钠扩散的溶质膜,从而降低了盐含量。另一个可能的理由是,山梨糖醇的羟基以氢键的形式与基质中的水的羟基结合,这种相互作用加速了山梨糖醇扩散速率,同时减缓了水的自由扩散。与NaCl相互作用的水分子数量减少,因此进入细胞的Na+含量也减少,这导致整个基质的盐含量降低。
(3)如图1C所示,在整个生产加工过程中的aw均呈现下降的趋势,里脊火腿在成熟期结束时,对照组和山梨糖醇组的aw分别从初始的0.965和0.935降到0.764和0.729(P<0.05)。在整个发酵和成熟期山梨糖醇组的aw显著低于对照组(P<0.05),这可能是因为山梨糖醇是一种保湿剂,其分子结构中含有多个羟基,它们可以与肉制品中的蛋白质结合,然后增加肌肉蛋白中某些基团的极性,把肌原纤维中的部分自由水转化为束缚水,降低肉制品中自由水含量。因此导致产品的水分分布发生变化,降低了aw。
(4)如图1D所示,在发酵0天、发酵2天和成熟10天时,山梨糖醇组的蒸煮损失显著低于对照组(P<0.05),这是因为山梨糖醇是一种保湿剂,具有增加肉制品中持水力(WHC)的作用。然而,在成熟末期对照组与山梨糖醇组之间的蒸煮损失率没有显著差异(P>0.05),这可能是因为肉制品在成熟期间,水分逐渐蒸发导致产品在成熟末期时含水量太低,所以持水力差异不大。
(5)肉制品的颜色主要取决于蛋白质组成(肌红蛋白的含量)、蛋白质变性、水分含量、pH值、脂肪含量等。如表1所示,随着生产发酵和成熟的进行,所有组的L*值逐渐降低,而a*和b*值增加(P<0.05)。L*值降低可能归因于肉制品的失水,L*值易受水分含量的影响,含水率越低,其L*值就越低。发酵和成熟过程中,山梨糖醇组的L*值一直高于对照组(P<0.05),这是因为山梨糖醇含有六个羟基,其羟基与肉制品中水的羟基以氢键的形式结合,提高其WHC。
表1发酵和成熟过程中不同组的里脊火腿颜色变化
注:C:对照组,S:山梨糖醇组。表示为平均值±平均标准误差(S.E.M)。不同小写字母(a-f)表示不同发酵和成熟时间的不同组之间存在显著差异(P<0.05)。
(6)所有组的a*值在成熟过程中逐渐增加,这可能与细菌作用下亚硝基肌红蛋白的形成有关,主要是肉制品中的NO2 3-还原成NO2-,NO2-分解成NO与肌红蛋白结合,形成亚硝基肌红蛋白,使肉制品呈明亮的鲜红色。此外,成熟过程中对照组的a*值一直高于山梨糖醇组(P<0.05),这可能与乳酸菌和pH值有关,对照组中的乳酸菌数量显著高于山梨糖醇组(P<0.05),有研究表明一些乳酸菌能够促进锌原卟啉IX(ZnPP)的形成,这种物质可用于改善发酵腌肉制品的红度,且pH>4.75的酸存在下形成的ZnPP的量显着增加,所以山梨糖醇组的pH过低可能对a*值有影响。
b*值增加可能是由于脂质氧化的产物与磷脂头基团中的胺或蛋白质中的胺发生反应而产生的黄色色素。成熟过程中对照组的b*值高于山梨糖醇组(P<0.05)可能是由于山梨糖醇能够延缓脂质氧化,减少脂质氧化的相关产物。
3.2细菌群落计数
发酵期间,对照组和山梨糖醇组的LAB、葡萄球菌和TACs(总需氧菌)数量呈指数增长(P<0.05),其最高水平在发酵结束时达到。此外,由于对肉类基质良好的适应性,LAB和葡萄球菌的数量迅速增加(图2A和B),但与发酵阶段相比,LAB、葡萄球菌和TACs的数量在成熟阶段显著降低(P<0.05)。这是因为发酵期给予了微生物生长的最适温湿度,在这期间微生物会迅速消耗里脊火腿中的氮源和碳源达到快速生长,然而,成熟阶段的温湿度并不是微生物生长的最适温湿度,并且里脊火腿中的氮源、碳源和水分已经消耗了许多,因此成熟期的细菌总数显著低于发酵期(P<0.05)。
从发酵结束到成熟结束,对照组的LAB数量显著高于山梨糖醇组(P<0.05),而葡萄球菌数量显著低于山梨糖醇组(P<0.05),这可能是因为山梨糖醇的加入抑制了LAB的生长,促进了葡萄球菌的生长。TACs在接种了发酵剂肉制品中仍表现出较高的数量,这表明其他微生物在接种发酵剂的样品中也生长良好。在发酵成熟期,对照组的TACs显著高于山梨醇组(P<0.05)(图2C),说明山梨糖醇介导腌制可以抑制TACs的生长。
3.3.里脊火腿发酵和成熟过程中细菌群落的Alpha多样性
在发酵火腿的所有24个样品中收集到1,777,040个高质量和有效的序列,其中对照组和山梨糖醇组分别获得891,256个和885,784个有效读数。表2显示了细菌的α多样性指数、ASV丰富度和样本覆盖率。从表中可以看出,所有样品都有良好的覆盖率(>99.9%),说明测序深度已经基本覆盖到里脊火腿样品中所有的物种。ASVs,ACE和Chao1指数一般用来反映菌群的丰富度,而Shannon和Simpson指数一般反映群落的物种多样性。这些值在发酵和成熟阶段呈下降趋势,表明随着发酵和成熟的进行,微生物的丰度和多样性逐渐降低。在成熟结束时,山梨糖醇组的Simpson指数显著高于对照组(P<0.05),这意味着山梨糖醇的微生物多样性高于对照组。这一结果表明,山梨糖醇介导腌制可以增加微生物群落的多样性。此外,各组间在成熟末期观察到的ASVs、ACE和Chao1指数没有显著差异(P>0.05)。由于样品不是自然发酵而是接种发酵剂进行发酵,所以一个子集的细菌成为里脊火腿样品的主导,这是可信的。
表2里脊火腿样本中Alpha多样性指数
注:表示为平均值±标准差。同一列中的不同小写字母(a-d)表示显著差异(P<0.05)。C0:对照组发酵0天;C2:对照组发酵2天;C10:对照组成熟10天;C20:对照组成熟20天;S0:山梨糖醇组发酵0天;S2:山梨糖醇组发酵2天;S10:山梨糖醇组成熟10天;S20:山梨糖醇组成熟20天。
3.4里脊火腿在发酵和成熟过程中的细菌群落组成
(1)如图3-图5所示,为在门水平上细菌群落的相对丰度和关联热图以及它们的物种系统发育树和ASV丰度图。如图5所示,无论处于哪个阶段,里脊火腿中的大多数细菌群落都属于三个门:厚壁菌门、拟杆菌门和变形杆菌门。然而,在发酵和成熟过程中,门分布的百分比以及里脊火腿中细菌群落的相对丰度发生了变化。细菌群落多样性在发酵0天的样品中最丰富。C0组中观察到厚壁菌、拟杆菌和变形杆菌,分别占整个序列的39.39%、36.62%和19.22%;S0组中,厚壁菌门、拟杆菌门和变形杆菌门分别占整个序列的42.75%、16.20%和21.64%(图3)。随着发酵和成熟时间的增加,所有组中厚壁菌门的相对丰度都增加,并且显著高于其他门(P<0.05)。例如,在对照组和山梨糖醇组中,其从发酵初期的39.39%和42.75%增加到成熟末期的98.94%和98.58%(图3)。另一方面,拟杆菌和变形杆菌的相对丰度逐渐降低(图4)。这表明,从发酵到成熟结束,厚壁菌门在里脊火腿样品中占主导地位。厚壁菌门占优势的一个原因是,它们可以产生芽孢,能够抵抗脱水和极端环境。另一个原因是厚壁菌门同时包含植物乳杆菌属和葡萄球菌属,这与后面属级细菌群落相对丰度的结果一致。
(2)如图6-图8所示,为属级的细菌群落的相对丰度、关联性热图和Circos图。显然Lactobacillus、Staphylococcus、Muribaculaceae、Ralstonia、Prevotellaceae_UCG-001、Bacteroides和Lachnospiraceae_NK4A136_group在所有组的发酵0天呈现出较高相对丰度,其中C0组和S0组中Lactobacillus的相对丰度最高分别为15.66%和30.08%,但在发酵结束和成熟阶段时Muribaculaceae、Ralstonia、Prevotellaceae_UCG-001、Bacteroides、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Sphingomonas、Prevotella、Alloprevotella、Alistipes、Faecalibacterium、Acinetobacter、Clostridia_UCG-014和Escherichia-Shigella这些菌属的相对丰度迅速下降(图6)。这说明与腐败有关的几种微生物,包括Acinetobacter、Clostridia_UCG-014、Escherichia-Shigella,在接种发酵剂的里脊火腿中被抑制。上述与腐败有关的细菌通常被认为是导致产生不良代谢物和异味化合物的肉类变质因素。因此,控制腐败菌群可能是改善肉制品品质的有效途径。在这项研究中,Lactobacillus的数量高于Staphylococcus,并且Lactobacillus的大量生长可以抑制其他病原微生物的增殖,这对低盐火腿的安全性有积极的影响。随着发酵和成熟的进行,其他微生物的数量减少,而Lactobacillus和Staphylococcus逐渐增加,成为所有组中最主要的细菌,这可能是由于在所有组中均接种发酵剂,这有助于增加Lactobacillus和葡萄球菌产生的抗菌代谢产物,以及它们与其他细菌对营养物质的竞争加剧,导致它们抑制其他细菌的生长。
在发酵和成熟阶段,对照组中的Lactobacillus显著高于山梨糖醇组(P<0.05),而山梨糖醇组中的Staphylococcus显著高于对照组(P<0.05);从热图还可以看出,对照组中Lactobacillus的相对丰度高于Staphylococcus,而山梨醇组则相反(图7)。Circos图显示,山梨糖醇介导腌制改变了里脊火腿中细菌属水平的相对丰度(图8)。特别是在成熟末期,Lactobacillus的比例在对照组和山梨糖醇组中分别达到95.26%和52.88%,Staphylococcus的比例在对照组和山梨糖醇组中分别达到3.45%和45.38%。这说明山梨糖醇具有抑制Lactobacillus的生长和促进Staphylococcus生长的作用,这可能是因为山梨糖醇具有抑菌作用,能够减少杂菌抑制部分微生物的生长,而Staphylococcus具有抗菌活性,能抵御山梨糖醇的抑菌作用。因此,山梨糖醇组中的Lactobacillus和Staphylococcus这两种优势微生物分布均匀。
在干腌发酵肉制品中微生物区系对其发酵的贡献很大,尤其是在成熟阶段,除了Lactobacillus是理想的微生物之外,Staphylococcus也是肉制品发酵中主要的细菌群,在肉制品的发酵和成熟过程中非常重要。这类细菌在蛋白水解酶和脂肪酶作用下能够增加产品风味,还可以防止因其抗氧化活性而形成的异味和酸败。本发明通过山梨糖醇介导腌制的里脊火腿中接种了L.plantarum SJ-4和S.simulans QB7,不仅增强了Lactobacillus和Staphylococcus这两种优势菌的竞争能力,提高了里脊火腿中有益菌的相对丰度,还抑制有害细菌(病原体和腐败菌)的生长,这有助于提高里脊火腿的品质。
3.7不同组间微生物群落的比较
如图9-图10所示,为发酵初期和成熟末期里脊火腿的LEfSe分析(LDA对数得分阈值≥4)。可以明确在任何分类学水平的处理过程中,不同处理之间群落组成的相似性和差异性。Bacteroidota是C0组区分其他组的优势细菌门,Firmicutes是C20组区分其他组的优势细菌门,Proteobacteria是S0组区分其他组的优势细菌门。Lactobacillus(LAB)是C20组区别于其他组的关键细菌属,该菌属在C20组中占主导地位。LAB是干腌肉制品成熟阶段一个主要菌群。传统的火腿,特别是那些通过自发发酵制成的火腿,很容易受到不需要的微生物的污染,而接种发酵剂增强了优势菌的竞争力,抑制了不需要的细菌的生长,由于LAB对肉类基质的良好适应性,所以其数量迅速增加,并主导了微生物区系。Lactobacillus和Staphylococcus被认为是参与肉制品中脂肪分解和蛋白质分解的主要细菌,这有利于肉制品中风味的形成,但是C20组中Lactobacillus的过度生长也抑制了对风味有很大贡献的Staphylococcus的生长。山梨糖醇介导腌制里脊火腿对其菌相有着显著的影响,这使得里脊火腿中的优势微生物(Lactobacillus和Staphylococcus)分布均匀,因此,山梨糖醇介导腌制改善了里脊火腿的品质。
3.8微生物与物理化学变化的相关性
微生物的生长与发酵肉制品中的物理化学变化高度相关。在本发明中,通过Pearson的相关性分析评估了里脊火腿中微生物之间(属水平上排名前5的相对丰度)、理化特性之间以及微生物与理化特性的关系(图11)。在里脊火腿的发酵初期,以Lactobacillus、Staphylococcus、Muribaculaceae、Ralstonia和Prevotellaceae_UCG-001为主,但在成熟期,对照组中加工初期占主导地位的微生物被Lactobacillus取代,山梨糖醇组中加工初期占主导地位的微生物被Lactobacillus和Staphylococcus所取代,因此Lactobacillus、Staphylococcus与其他微生物菌属呈现显著负相关(P<0.05)。这一结果印证了山梨糖醇介导腌制可以促进Staphylococcus的生长,使Lactobacillus和Staphylococcus成为优势菌的结论。pH与Lactobacillus呈负相关(P<0.05),这一结果表明,优势Lactobacillus可导致里脊火腿的pH值降低,Lactobacillus通过产生有机酸直接使肉类酸化或是一些Lactobacillus表现出脂肪酶活性,导致游离脂肪酸的释放,从而使肉类酸化,抑制了其他不需要的菌属和腐败菌的生长。a*值与Lactobacillus呈现正相关,说明乳酸菌可能促进锌原卟啉IX(ZnPP)的形成,这种物质可用于改善发酵腌制肉制品的红度。盐含量与Lactobacillus呈正相关,与其他菌属呈现负相关,aw与Lactobacillus和Staphylococcus呈现负相关,与其他菌属呈现正相关,这说明盐含量的增加和aw的降低能显著抑制不需要的微生物生长,有利于里脊火腿中优势菌的生长。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种改善山梨糖醇介导腌制里脊火腿品质的方法,其特征在于,利用包含山梨糖醇的腌制料处理里脊肉后,接种细菌悬浮液,于恒温恒湿条件下发酵获得山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:
(1)将腌制料均匀的揉搓在里脊肉的表面,低温腌制;按照所述里脊肉的质量计,所述腌制料包括以下组分:3%NaCl、3%山梨糖醇、0.3%五香粉、0.3%白胡椒粉、0.3%花椒粉、0.5%白糖以及0.5%葡萄糖,其余为里脊肉;
(2)按照107CFU/g的接种量将细菌悬浮液接种至低温腌制完成的里脊肉中,真空滚揉均匀后,将所述里脊肉塞入肠衣中,并悬挂在恒温恒湿条件下,分阶段发酵培养,获得所述山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,低温腌制条件为:4℃下腌制24h。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述细菌悬浮液是将细菌L.plantarum SJ-4和S.simulans QB7活化后,用质量分数为0.85%的生理盐水洗涤,重悬,然后按照L.plantarum SJ-4重悬液和S.simulans QB7重悬液的体积比1:1混合而成。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,用MRS肉汤培养基来活化L.plantarum SJ-4;用MSA肉汤培养基来活化S.simulans QB7。
6.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述L.plantarum SJ-4重悬液和S.simulansQB7重悬液的浓度分别为109CFU/mL。
7.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述分阶段发酵培养为:发酵开始的第1-2天,在28℃和90%RH下进行发酵,之后调整为在15℃和80%RH下成熟,成熟20天至结束,在第22天时获得所述山梨糖醇介导腌制的里脊火腿。
8.一种里脊火腿,其特征在于,由权利要求1-7任一项所述的方法制备。
9.如权利要求8所述的里脊火腿,其特征在于,所述里脊火腿经山梨糖醇介导腌制,使得所述里脊火腿中的盐含量降低且贮藏期延长。
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