肉制品中亚硝酸盐降解方法_机理及研究进展

1、OOD &MAC HINEY 食品与机械基金项目:国家十五科技攻关计划项目(2001BA535C作者简介:唐爱明(1974-,女,湖南农业大学食品科技学院研究生。E mail:tangaimi ng.收稿日期:2004-01-19第20卷第2期2004年4月Vol.20No.2April 2004肉制品中亚硝酸盐降解方法、机理及研究进展Degrada tion machan ism and research developmen t of nitrite in mea t produ cts唐爱明TANG Ai ming夏延斌XIA Yan bin(湖南农业大学食品科技学院,湖南长沙

2、410128(College o f Food Technology ,Hunan Agricultural University ,Changsha,H unan 410128,China摘要:指明了肉制品生产中亚硝酸盐的投放量和残留量标准。对肉制品中降解亚硝酸盐机理的历史、现状和发展情况进行了论述。关键词:肉制品;亚硝酸盐;残留量;影响因素;降解机理Abs tract:The s tandard for the dos age and residual level of nitri te in process ed meat producti on was introduced.The f

3、actors affecting the residual level of ni tri te were di scuss ed in detail.And the analysis to degrade the nitri te residual i n meat products with microorganis m was dis cussed.K eywords:Meat produc ts;Nitrite;Residual level;Influenti al fac tors;Degradation mechanis m亚硝酸钠作为国家食品卫生法允许使用的食品添加剂,在肉制品加

4、工中被广泛使用,其重要作用在于1:首先,与肌红蛋白反应生成亚硝基肌红蛋白,呈粉红色,赋予肉制品诱人的色泽,即发色作用;其次,可以抑制微生物的繁殖,尤其是抑制肉毒梭状芽孢杆菌的繁殖,此菌可以产生肉毒毒素,引起食物中毒,即防腐作用;再有,可以使肉制品具有弹性,口感良好,消除原料肉的异味,提高产品品质。硝酸钠也是通过微生物的作用,转化为亚硝酸钠而发挥同样的作用,但效果较亚硝酸钠为弱。但硝酸盐的使用由于其安全性而受到很大的限制,有的国家禁止使用,但至今国内外仍在继续使用。由于肉制品加工厂规模大小不一,从业人员素质良莠不齐,亚硝酸钠的使用很难保证符合国家标准,超标准使用,超标准残留,引起食物中毒也就在所

5、难免。2002年5月,中华人民共和国国家标准(GB7251-1994肉灌肠卫生标准中规定:肉制品中亚硝酸盐含量(以亚硝酸钠计 30mg/kg 。亚硝酸盐残留对人有极大的危害,它能与各种氨基化合物(主要来自蛋白质的分解产物反应,产生致癌的N 亚硝基化合物,如亚硝胺等,亚硝胺是一种很强的致癌物质,不仅可以诱发各种部位的癌症,而且不分剂量大小,一次给予大剂量或长期小剂量皆可诱发癌症。由此,降低肉制品中由于添加硝酸盐、亚硝酸盐而造成亚硝酸盐过量的残留,既具有理论意义,又具有实践指导作用。1 影响亚硝酸盐残留量的几种因素在生产过程中,亚硝酸钠的投放量是成品中的亚硝酸钠残留量的决定性因素,但是,在工作中我

6、们发现,即使在原材料里投放的亚硝酸钠低于国家规定的最大使用量0.15g/kg,成品中的亚硝酸钠残留量仍会出现超标的现象。其因素主要如下。1.1 原材料的肥瘦比例在一级腊肠(猪肉的肥瘦比例为3 7和特级腊肠(猪肉的肥瘦比例为2:8的原材料中,分别加入等量(0.1g/kg的亚硝酸钠,生产出来的成品经检验,亚硝酸钠的残留量均值为:18.2mg/kg 、16.5mg/kg,可见含瘦肉多的特级肠的亚硝酸钠残留量较少。这是因为亚硝酸钠可以与肌肉中的乳酸发生反应,产生出游离的亚硝酸,亚硝酸不稳定,会分解产生出 NO, NO 与肌红蛋白结合,形成对热稳定的亚硝基肌红蛋白(呈玫瑰红色,从而起到发色的作用。当原材

7、料的瘦肉比例较大时,不但能产生大量的乳酸,而且能提供足够的肌红蛋白与 NO 发生反应,也就是说这一种原材料可以更加充分地与亚硝酸钠产生发色反应,那么相应地,成品(特级肠中的亚硝酸钠的残留量也就减少。1.2 原材料的新鲜程度生产原材料新鲜,则肉制品中亚硝酸钠的残留量就低,生产原材料不新鲜,则成品中的亚硝酸钠的残留量就高。实验证明:分别用新鲜的猪肉和冷冻超过1年以上的猪肉制成腊肠(一级肠,在生产过程中亚硝酸钠的添加量为0.1g/kg,经过检测,成品中的亚硝酸钠的残留量均值分别为16.5mg/kg 和30.4mg/kg,显然,与国家标准( 20mg/kg作比较,后者超标。造成这一结果的主要原因是由于

8、不新鲜的猪肉碱性较大,因而亚硝酸钠无法与猪肉充分完成发色过程,导致亚硝酸钠的残留量超标。另外,不新鲜肉中含有大量微生物,它们的还原作用也是导致亚硝酸钠残留量超标的原因之一。1.3 腌制时间和温度原材料的腌制时间和腌制温度不合理,也可导致亚硝酸钠残留量的超标。湖南常见温度1030!,在亚硝酸钠添加量和原材料新鲜的条件下,腌制的温度越高,时间(0 30h越长,原料中亚硝酸钠的残留量越低。1.4 加工程序在加工过程中,原材料搅拌不均匀,也会造成同批产品不同检样中亚硝酸钠的残留量的不同,在熟肉制品加工中,不同的加工程序,成品中亚硝酸钠的残留量也不相同。举例(在亚硝酸钠投放剂量相同的情况下:A工序:生肉

9、+(卤水+NaNO2腌制冲洗生肉加工煮熟B工序:(卤水+NaNO2+生肉+水煮熟经检验证明,A工序的熟肉制品的亚硝酸钠的残留量明显低于B工序生产出来的熟肉,B工序生产出来的熟肉很容易超标。另外,肉汤的反复使用也会造成亚硝酸钠残留量超标。2 降解肉制品中亚硝酸盐的研究现状2.1 主要采用的方法(化学方法2.1.1 酸性化学环境法 在肉制品中加入硝酸盐,它会与肌红蛋白反应,生成鲜艳的、亮红色的亚硝基肌红蛋白(Mb NO,使肉类制品呈鲜红色,这是因为硝酸盐在细菌作用下,还原成亚硝酸盐,因肉中的乳酸作用,亚硝酸盐再生成亚硝酸,亚硝酸在常温下不稳定,分解出的亚硝基(NO与肌红蛋白反应,生成亚硝基肌红蛋白

10、。主要反应为:NaNO2+C H3C HOHCOOHHNO2+CH3CHOHCOONa(1 Mb+NOMb NO(2亚硝基肌红蛋白受热变性,生成鲜红色的亚硝基血色原,不易褐变。在促进发色的同时,降低了肉制品中亚硝酸盐的残留量。2.1.2 加入碱性氨基酸法 为了降低亚硝酸根的残留,减少形成亚硝胺的可能性,在亚硝酸和三甲胺的混合物水溶液中加入氨基酸,在氨基酸呈中性和酸性时,则完全可以阻止二甲基亚硝胺的生成,并有良好的护色效果。用0.5%1%赖氨酸和精氨酸等量的混合物与10mg/kg的亚硝酸钠,用于灌肠制品,产品色调很好。氨基酸类物质能大大降低亚硝酸盐的危险性并有助于护色。2.1.3 抗坏血酸法 抗

11、坏血酸可以促进亚硝酸盐还原成NO,并与肌红蛋白反应产生粉红色,缩短原料肉的腌制时间,使产品发色均匀。这种作用不仅发生在加工时,在贮藏中亦如此。未反应的肌红蛋白和被反应的肌红蛋白仍能借抗坏血酸的还原性,完成显色过程。用120mg/kg和550mg/kg的抗坏血酸钠和异抗坏血酸钠可以降低亚硝酸盐水平。2.1.4 低温高盐法 低温和高食盐含量(即3.5%可以减少残留的亚硝酸盐,从而减少形成亚硝胺的机会。由于食盐的存在,离子浓度增高,可降低pH值。此外,高食盐溶液中蛋白质多易与亚硝酸盐反应,因此使残留的亚硝酸盐浓度下降。2.2 新的研究方法(生物方法2.2.1 乳酸链球菌的作用 研究表明,在不影响肉制

12、品色泽和防腐效果的情况下,加入一定量的乳酸链球菌素(Nisin,可使亚硝酸盐的含量由原来的150mg/kg降到40mg/kg,又能有效地延长香肠的货架期。若添加0.2g/kg Nisin,亚硝酸盐的添加量减少到0.04g/k g,香肠中的菌落总数可降低到3200个/g,抑菌效果明显。若在西式火腿切片中添加0.042g/kg Nisin和21g/kg乳酸钠,再加亚硝酸盐0.008g/kg, 4!下贮存,货架期则延长到70d,比对照组提高5倍。较好地解决了西式火腿切片货架期短的问题。2.2.2 乳酸菌发酵913 乳酸菌微生物用于肉制品加工中,有多方面的作用:#改善肉制品的色泽和风味。在肉制品加工中

13、加入乳酸菌,与其他不加乳酸菌的肉制品进行比较,它具有颜色鲜艳度更加好,红色色素更加稳定的特点。同时,乳酸菌不仅具有一般微生物所产生的有关酶系,而且还可产生一些特殊的酶系,如分解有机酸的酶系、分解脂肪酸的酶系、分解亚硝胺的酶系、控制内毒素的酶系等。减少亚硝胺的生成,降低亚硝酸盐残留。在肉制品中加入产乳酸的细菌如乳杆菌属的嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、链球菌属中的乳酸链球菌等,使其产生乳酸,降低p H值,促进亚硝酸盐的还原作用,而使亚硝酸盐分解,则可大大降低亚硝酸盐残留量,从而进一步减少残留的NO2-与胺反应生成致癌物质%亚硝胺。2001年,大连大学张庆芳、迟乃玉、沈阳农大郑燕、王淑琴等对乳酸菌降解

14、亚硝酸盐机理进行了研究2。他们选用乳链球菌(Strep tococcus las tic、赖氏乳杆菌(Lactobacillus leich mannii、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarun、乳脂链球菌(Strep tococcus cremoris、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei、嗜热乳链球菌(Strep tococcus thermop Hilus、干酪乳杆菌鼠李糖亚种(Lactobacillus caseisubsp rhamnosus、干酪乳杆菌鼠李糖亚种突变株(Lactobacillus caseisubsp rhamnosus,对亚硝酸盐

15、进行降解,从降解率中分析乳酸菌降解亚硝酸盐的机理为:乳酸菌对亚硝酸盐的降解分为酶降解和酸降解两个阶段。在发酵的前期,培养物的p H值>4.5时,乳酸菌对亚硝酸盐的降解以酶降解为主。杨洁彬等3认为:乳酸菌经亚硝酸盐的诱导,能产生亚硝酸盐还原酶,对亚硝酸盐进行了酶降解;发酵后期,由于乳酸菌本身产生酸,使培养液p H值降低,p H<4.0后,亚硝酸盐降解主要以酸降解为主。由于乳酸杆菌产酸能力强于球菌,乳酸杆菌降解亚硝酸盐能力大于乳酸球菌,而在发酵前期(p H值>4.5,杆菌与球菌降解亚硝酸盐并无差别。2002年5月,湖南农大何煜波等利用乳杆菌属中的清酒乳杆菌、双发酵乳杆菌、嗜酸乳杆

16、菌等混合菌种用于香肠发酵,在菌种接种量为107cfu/g,发酵温度为36!,发酵时间为2024h,经过发酵,产品pH值很快降低,抑制了腐败菌的生长,且产生乳酸菌特有的发酵香味,产品中亚硝酸盐的残留量和挥发性盐基氮的含量均比对照组有所降低。其机理为:多菌种发酵产生了大量的乳酸,亚硝酸钠在乳酸存在的情况下产生出游离亚硝酸,接着分解生成 NO, NO与肌红蛋白结合,形成对热稳定的亚硝基肌红蛋白(呈玫瑰红色。因此,肉类加工研究 2004年第2期经多菌种发酵,有利于降低NO2-的残留,提高产品质量和安全性4。2.2.3 其它菌发酵 微球菌和凝固酶阴性葡萄球菌中的许多菌株能还原亚硝酸盐。在需氧条件下,葡萄

17、球菌生长得快而多,将硝酸盐还原成亚硝酸盐,亚硝酸盐一般再由凝固酶阴性菌还原。许多霉菌能把硝酸盐还原成亚硝酸盐,促进肠表面颜色的生成。2.2.4 酶法处理 进一步的研究集中在用硝酸盐和亚硝酸盐还原酶等取代活的发酵剂培养物。从理论上讲,产生的结果同微生物是一样的。然而,以前的研究一般都未成功,因为这些酶大多数是胞内酶,并且很难从破碎的细胞内出来变成恢复&活性的制剂。这些胞内酶一般是在大颗粒结合系统的部分。它们在细胞内能有效地发挥作用,但在&定居的肉环境中(即食盐、低水分、腌制剂、p H值作用极差。此外,酶不能增殖,也不表现出其他的有益特性,如对抗病菌和产生辅加的风味、香气成分等。2

18、.2.5 添加亚硝处理的血浆 2001年,湖南农大马美湖等将合成制取的亚硝基血红蛋白(HbNO代替NaNO2或NaNO3应用于香肠等肉制品中进行试验,呈色效果良好,产品色泽鲜亮,稳定持久,风味独特,NO2-残留量为1.75(10-6,有效降低了肉制品中NO2-的残留量,达到了低硝的目的,有效地保证了肉制品的安全性。其试验原理为:根据血液中血红蛋白(Hb和肌肉中肌红蛋白(Mb分子结构相似,Hb和Mb对亚硝基NO-均具有较强的结合力,但Mb对NO-吸引力大于Hb的原理,采用NaNO2在一定条件下先同血液中Hb相结合,生成亚硝基血红蛋白(Hb NO,经喷雾干燥,制得HbNO 粉。然后添加到香肠中,H

19、bNO与香肠中的肌红蛋白(Mb接触,Hb NO中的NO-立即被Mb吸引而&抢过来,形成稳定的MbNO,从而使肉品呈现鲜亮的玫瑰红色,另外,部分残留的NO2-可与Mb和Hb结合,有效地降低了肉制品中NO2-残留量,也保持肉制品所具有的色泽、风味、防腐、抗菌等特性。当Hb NO粉添加到香肠中后发生的化学反应为:Hb NO+NO2-(残留+MbMbNO+Hb NO+Hb3 稳定性及降解机理3.1 在各种条件下的化学反应亚硝酸及其盐中N的氧化数为+,处于中间状态,因此,它既可以当氧化剂,又可当还原剂。3.1.1 在还原剂作用下,亚硝酸及其盐本身被还原到NO:2HNO2+2NaI+H2SO4=I

20、2+2NO+2H2O+Na2SO43.1.2 在氧化剂作用下,亚硝酸及其盐被氧化到硝酸根:2KMnO4+5NaNO2+3H2SO4=5NaNO3+2MnSO4+K2SO4+3H2O 3.1.3 亚硝酸及其盐无论在酸性或碱性介质中,其氧化性都大于还原性,亚硝酸盐的氧化性是主要的。在酸性溶液中:NO3-%HNO2%NO%N2O在碱性溶液中:NO3-%NO2%NO3.1.4 与蛋白质结合的反应(1发色机理:NaNO2+CH3CHOHCOOHHNO2+C H3C HOHCOONaMb+NOMbNOK(2致癌反应:在适宜的条件下,亚硝酸盐可与肉中的氨基酸发生反应,也可在人体的胃肠道内和蛋白质的消化产物二

21、级胺(叔胺和四级胺(季胺反应,生成亚硝基化合物(NOC,尤其是生成N 亚硝胺和亚硝酰胺这类致癌物,因此,亚硝酸盐也被称为内生性致癌物。3.2 微生物发酵的作用3.2.1 酶降解 微生物经亚硝酸盐的诱导,能产生亚硝酸盐还原酶,在发酵初期,发酵液p H为6.54.5时,微生物对亚硝酸盐的降解以酶降解为主。3.2.2 酸降解 在发酵后期,由于微生物本身产生酸,使发酵液p H降低,当p H<4.0后,亚硝酸盐的降解主要以酸降解为主。3.2.3 直接参与代谢 在生态系统氮的循环过程中,亚硝化单胞菌(Nitrosomonas等化能自养细菌能将亚硝酸盐直接氧化为硝酸盐,脱氮假单胞菌(P.denitr

22、i ficans等通过硝化呼吸反应,将亚硝酸盐脱氮生成为N2O或N2。4 研究展望要更进一步深入了解和分析肉制品中亚硝酸盐降解机理,来降低肉制品中亚硝酸盐残留量,应当从生物和化学的角度,以及微生物降解的具体过程,对各项指标做定量的分析和研究,才能得出更有价值和意义的结果。为此,可从以下几个方面进行研究:(1菌种选育 充分发挥微生物的潜在能力,对微生物进行选种和育种改良,通过调节培养条件,或改变基因即利用突变体,从技术上对菌种加以改良。目前对降解亚硝酸盐的菌种多为乳酸菌,因此,可从乳酸菌中选取不同的菌种,进行定向诱导,从而选育出降解亚硝酸盐效果理想,并能稳定遗传的菌种。(2多菌种发酵 运用不同菌

23、种间性能互补的特点,可选用毛霉、乳酸菌、酵母菌等混合菌种5,对肉制品发酵,通过试验办法,借助对比试验、随机试验、回归正交试验,对混合菌种发酵结果与肉制品质量特性进行亚硝酸盐降解率的定量分析,以便寻求到符合设计目标值并且稳定性高的最佳参数组合。(3酶降解6 采用固定化酶和固定化微生物技术,即从具有亚硝酸盐还原酶的微生物细胞中,提出酶再行固定化,此为固定化酶法;将具有亚硝酸盐还原酶活性的微生物,直接固定化,此为固定化微生物方法。两法均可用于肉制品生产中,从而降低肉制品中亚硝酸盐的残留量7。(4工艺条件优化 在接种有益微生物前,采用杀菌处理工序,最大限度减少杂菌污染,减少内源性亚硝酸盐的产生,同时在

24、保证肉制品最佳发色的情况下,减少外源性亚硝酸盐的添加量,从而减少亚硝酸盐残留,确保生产的肉制品理化指标和微生物指标均在食品卫生法规定的范围之内。(5PCR技术的应用 从分子生物学的角度,通过检测DNA中特定的基因序列8,14,15,16,进行定位分析,深入了解亚硝酸盐降解机理。(下转第44页第20卷第2期唐爱明等:肉制品中亚硝酸盐降解方法、机理及研究进展垢,则需用1%的酸液清洗20min,再用清水清洗后排出所有液体。4 工艺控制整个生产过程根据工艺要求,由PLC 自动控制。工艺简图如图1 。图1 无菌罐控制工艺简图5 总结此系统为罐及阀组的有机结合,属于工艺设备。虽然机加工量不大,但涉及机械、

25、食品、化工、微生物等多个学科,只有的综合运用它们,才能实现系统预设技术指标。当前无菌罐设备运行不好,作为国内无菌罐设备企业,他们往往首先关注硬件,即配件及其加工、控制元件等问题。作为设计及研究者,我觉的这些不是根本问题,关键是软件,即工艺过程是否合理,控制是否恰当等问题。参考文献1 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册(第二版M .北京:化学工业出版社,1996.2 高福成.现代食品工程高新技术M .北京:中国轻工业出版社,1997.3 许仲麟.空气洁净技术M.上海:同济大学出版社,1996.4 陆元章.现代机械设备设计手册(第2卷M .北京:机械工业出版社,1996.(上接第37页参考文献1 张元生,等编译.微生物在肉类加工中的应用M.北京:中国商业出版社,1991.2 张庆芳,等.乳酸菌降解亚硝酸盐机理的研究J.食品与发酵工业