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《食品安全導刊》刊號:CN11-5478/R 國際:ISSN1674-0270

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肉制品中亞硝酸鹽的概述、檢測方法及其替代物的研究進展

2019-04-28 15:27:40 來源: 食品安全導刊

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□ 裴倩如 汪強 唐文屹 黃宇 趙嵩 馬鞍山市食品藥品檢驗中心

摘 要:亞硝酸鹽是廣泛應用于肉制品生產過程中的重要食品添加劑之一,其在產品的色澤、風味及延長貨架期等方面發揮著不可或缺的作用。同時,亞硝酸鹽又具有一定的急性毒性和慢性毒性,尤其是慢性毒性,隨著經濟社會的不斷發展,引起了廣大消費者對它的警惕。因此,探求若干種適用性較強的新型添加劑用以取代亞硝酸鹽勢在必行。本文通過概述亞硝酸鹽的性質、功效、潛在風險及國內外關于亞硝酸鹽有效替代物的最新科研成果,以期為肉類食品添加劑的推陳出新提供理論依據。

關鍵詞:亞硝酸鹽 亞硝酸鹽替代物 進展

1 前言

近年來,隨著經濟社會快速發展帶來的普通群眾生活條件的穩步提升,消費者對于食品質量的關注度激增,尤其是對食品安全性的要求愈加嚴苛。在肉制品中,亞硝酸鹽作為添加劑廣泛應用于食品加工領域,究其原因是亞硝酸鹽可使腌臘肉制品保持獨特的色澤、質構、防腐性能及口味。并且,它還能削弱存在于腌臘肉制品中的脂質氧化反應,具有有效控制腌臘肉制品中濕度的功效[1]。然而,普通消費者對于食品中存在的安全隱患愈加焦慮,科學飲食、綠色食品等一系列的新穎觀念逐步走進大眾視野,并漸漸深入人心。隨之而來的是,亞硝酸鹽在消化吸收過程中所產生的能夠加大致癌風險的亞硝胺類物質引起了廣大學者和消費者的熱議,人們迫切需要找到合適的亞硝酸鹽替代物。但是,國內外眾多科學研究學者尚未探尋到功能性與安全性兼優的添加劑足以徹底取代亞硝酸鹽在腌臘肉制品中的應用。目前,針對低硝肉制品的生產技術,相關方面的專家提出了采用功能相近的添加劑代替部分亞硝酸鹽的方法,甚至可以研發一種多組分系統生產無亞硝酸鹽腌制肉[2]。本文通過概述亞硝酸鹽的性質、功效、檢驗方法、潛在風險及國內外關于亞硝酸鹽有效替代物的最新科研成果,希望能為肉類食品添加劑的推陳出新提供理論依據。

2 亞硝酸鹽的性質和作用

亞硝酸鈉從外觀和形狀方面呈現出黃、白兩種單色的小顆粒狀態或粉末形態,學術界所提到的亞硝酸鹽并不是單指某一種化學物質,而是廣泛存在于自然界中的具有一定化學共性的無機化合物的統稱,其中廣為人知的就是鈉鹽。同時,亞硝酸鈉也是一種常見的工業用鹽,有時它可能會被人們誤認為食用鹽而引起或輕或重的食物中毒事件。硝酸鈉在一定條件或環境下會發生還原反應產生亞硝酸鈉,在人體內,這一還原過程由相關的還原性細菌完成。反之,如果亞硝酸鈉的堿性水溶液在普通環境中放置一段時間,會與空氣發生化學氧化反應從而生成硝酸鈉。

亞硝酸鈉的加入使腌臘肉制品的外觀泛起一種鮮艷的紅色,達到很好的視覺效果并具有一定程度的抑菌防腐作用,同時還能改善肉制品的特征性風味和口感,從而延緩肉制品中脂肪的酸敗過程。因此,亞硝酸鈉順理成章地成為腌臘肉制品中一種多功能且較為常用的添加劑。

2.1 發色功能

肉類制品的外觀需要保持一種獨特的鮮紅色澤,而亞硝酸鹽的發色功能是呈現這種色澤的主要原因。這主要歸因于肉類制品腌制過程產生的乳酸改變了環境的酸堿平衡,生產過程中加入的亞硝酸鹽在這種特殊環境下會發生簡單的化學反應從而產生一定含量的亞硝酸,而亞硝酸性質不穩定,極易分解產生一氧化氮。與此同時,肉類制品中含有豐富的肌紅蛋白和血紅蛋白,其與一氧化氮相遇后生成鮮紅色的亞硝基肌紅蛋白和亞硝基血紅蛋白,這兩種蛋白在遇熱時又能生成亞硝基血紅染色物,這種物質就是使肉制品呈現鮮艷紅色的重要因素[3]。

2.2 防腐功能

亞硝酸鹽用作食品添加劑主要發揮其突出的發色作用,但不可忽視的是,亞硝酸鹽雖然不能作為防腐劑應用于食品工業,但是將其用作發色劑并按一定量添加于腌臘肉制品生產制造過程中也具有理想的防腐作用。腌臘肉制品中普遍存在肉毒梭狀芽孢桿菌,目前為止,亞硝酸鈉是針對肉類該細菌較為有效的物質。筆者根據國內外相關科學試驗結果作出合理性推理[4],亞硝酸鹽防腐的運行機制存在以下可能性:①一定程度上能改變某些細菌的基因表達過程,從而使細菌的部分生理活動發生不可預知的變化;②阻斷細菌的蛋白質代謝過程;③抑制細菌的能量代謝水平,但不只局限于肉毒梭狀芽孢桿菌這種常見細菌。經國內外權威專家科學試驗表明,亞硝酸鹽同時具備抑制多種常見腸道致病菌的功能,如常見的金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特式菌、產率莢膜梭狀芽胞桿菌等菌類[5]。

2.3 抗氧化作用

肉制品中含有大量的油脂,其在光照、加熱、重金屬、氧化劑等因素的作用下會發生一系列氧化反應而敗壞產品的品質,產生令人不悅的觀感。亞硝酸鹽可以抑制油脂的氧化過程,顯著延緩該反應的進程,保持產品的質構和風味。

2.4 改進風味和完善質構

在常見的腌臘類肉制品的生產制造過程中,亞硝酸鹽可以促進蛋白、脂肪、氨基酸等物質發生復雜的化學反應生成大量的風味物質,從而使產品形成特有的腌肉風味;亞硝酸鹽可與肉制品中其他鹽類物質協同作用,改變水分活度,增加滲透壓,從而起到抑制相關酶類、微生物的作用,延長貨架期;亞硝酸鹽具有還原性,可以延緩油脂的各種氧化進程,防止產品出現“過煮味”;亞硝酸鹽還具有一定的螯合作用,能夠使一定量的肌肉蛋白螯合,形成一定量的蛋白螯合物,使肉制品具有“Q彈口感”。

3 亞硝酸鹽的危害

3.1 急性毒性

人們生活中常見的亞硝酸鹽急性毒性多數是因為誤將其當做食用鹽食用所引發,而中毒的根本原因就在于亞硝酸鹽具有一定程度的氧化性,當人體攝入超過一定量的亞硝酸鹽后,人體血液中含有的低鐵血紅蛋白便會發生化學氧化反應——低鐵血紅蛋白具有攜氧運氧能力,被氧化后其攜氧運氧能力喪失,導致機體嚴重缺氧,輕者引起呼吸困難,重者可導致昏迷、抽搐、甚至窒息而死。

3.2 慢性毒性

亞硝酸鹽本身不具有慢性毒性,但它是一種不穩定的化學物質,在一般環境下能夠與多種胺類物質發生化學反應,生成致癌物亞硝胺。熏制食品和腌制肉制品中含有的大量亞硝胺類物質,與一些消化系統腫瘤的發病有直接關系[6]。因此,人體中蓄積一定量的亞硝酸鹽將增加致癌風險,更引人注意的是孕婦攝入后會存在胎兒致畸的風險。

4 亞硝酸鹽的檢測

我國頒布的最新標準GB 5009.33-2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》明確給出了檢驗食品中存在亞硝酸鹽含量的方法,主要是離子色譜法和分光光度法。

離子色譜法基本作用機理在于將待檢產品中含有的脂肪和蛋白質沉淀后,亞硝酸鹽被提取出來,提取液經過分離純化后用陰離子色譜柱分離,用保留時間和外標法分別對其進行定性和定量。分光光度法的原理是去除產品中的脂肪和蛋白質后提取出亞硝酸鹽,使亞硝酸鹽與顯色劑反應形成紅色溶液,再以外標法測得亞硝酸鹽含量。

離子色譜法是一種能夠高效測定多種離子的成熟方法,優點在于檢出限低、靈敏性高、準確度高及重復性好。但在實際檢測中,亞硝酸根離子容易受到氯離子、溴離子等多種陰離子的干擾,需要不斷調整檢驗條件以達到較好的分離效果。

分光光度法的優點在于實驗室可操作性高及實驗結果靈敏度高。但該方法檢測過程中涉及到的相關藥品,尤其是染色劑,均具有較強的毒性和致癌性。此外,由于該方法基于顯色反應建立,食品中存在的色素類物質對檢測結果有較大的干擾,例如泡菜類提取液等有底色的產品,需要考慮對國標方法進行改進,如用活性炭脫色,但脫色需要考慮有無使待測物亞硝酸鹽損失的可能性,故此類產品的檢驗比較適合選擇離子色譜法。此外分光光度法還與樣品的pH和檢驗時間及溫度有關,有出現假陰性的可能。

5 亞硝酸鹽的替代物

5.1 發色劑類替代物

5.1.1 紅曲色素

紅曲色素是紅曲霉代謝產生的物質,具有耐受光、熱及氧化還原的特性,性質穩定,且具有較好的蛋白質染色能力,可讓腌臘肉制品具有良好的色澤和獨特的風味,不失為一種優良的天然食品添加劑。由于其天然呈紅色,可以考慮使用紅曲色素來使肉制品產生優良的顏色。

杜鵑[7]等發現,采用控制變量法研究花生蛋白灌腸的制作方法。將每千克產品添加0.2克紅曲色素和0.06克亞硝酸鹽,對比每千克產品添加0.15克亞硝酸鹽生產的產品,其化學成分和口感等方面均基本相同。齊曉輝[8]進一步研究發現,在制作花生蛋白灌腸過程中降低亞硝酸鈉含量至25ppm,并將紅曲色素的含量提高至400ppm,結果表明,在光照情況下腌肉色澤穩定性依然非常理想。此外,紅曲色素能夠通過微生物發酵獲得,性質極其穩定,耐儲藏,且染色效果優良。據此可以推斷,在花生蛋白灌腸的生產制造過程中,紅曲色素完全可以投入生產線使用,并可部分替代亞硝酸鹽。

5.1.2 番茄紅素

番茄紅素是一種天然植物色素,廣泛存在于番茄、辣椒等果蔬中,具有安全性高、著色自然、抗氧化、降血脂、延緩衰老等優點。Calvo等[9]在干發酵香腸的生產方法實驗中發現,將干番茄皮渣添加于干發酵香腸的生產原料中,生產出的干發酵香腸品質、觀感和綜合可行性效果明顯。經過比對分析,干番茄皮渣中高含量的番茄紅素發揮了決定性作用。雖然經過一段時間的生產成熟期后,干發酵香腸中的番茄紅素出現微量降低的情況,以每百克干發酵香腸為單位,番茄紅素含量最低為0.26mg,最高可達0.58mg。但是,這種負面影響甚微,而正面影響效果顯著。這充分說明在干發酵香腸的生產工藝中,番茄皮渣作為亞硝酸鹽的替代品具有極高的可行性和可操作性。與此同時,由于番茄紅素也是天然色素,使用后不僅不會蓄積在人體造成毒副作用,安全性優良,還能發揮出它的抗氧化、延緩衰老的保健作用,對人體有益。

5.2 防腐劑類替代物

5.2.1 乳酸鏈球菌素

乳酸鏈球菌素是自然界中多肽類物質的一類,是乳酸鏈球菌代謝產物的一種,其在阻止革蘭氏陽性菌的滋生方面具有顯著效果,尤其是對于有芽孢的革蘭氏陽性菌具有更加強烈的抑制作用。乳酸鏈球菌素能夠在可食用產品的加工過程中普遍存在的關鍵因素在于它本身具有三大優良性質:其一,人類的胃腸道器官可以直接降解多肽類物質,降解后又可以作為營養物質被人體消化利用且不會對人體造成傷害;第二,它可以使細菌芽孢對熱源更加敏感,具有縮減產品熱殺菌時間的功效,從而極大程度的保留了食品的色香味等感官品質和營養成分;第三,相較其他同類物質,其對于熱源化學穩定性較好,且具有耐酸、耐低溫等特點,因此不需要嚴格的保存環境,可以長效保存,使用成本低。徐海祥[10]經實驗發現,在腌臘肉產品的生產過程中,放棄完全添加亞硝酸鹽,改為每千克產品添加40毫克亞硝酸鹽協同乳酸鏈球菌素能夠顯著減少產品中存在的亞硝酸鹽含量,同時細菌的生長和繁殖得到顯著抑制,產品的貨架市場得到明顯增加。但是,乳酸鏈球菌素作為一種食品添加劑的應用具有一定的局限性,這是由于它的抗菌譜相對較窄,抑制菌種類型較少,因此不能夠完全替代亞硝酸鹽。

5.2.2鹽類物質

近年來,乳酸鹽、次磷酸鹽等具備防腐作用的試劑在食品工業中的使用較為普遍。乳酸鹽作為防腐劑應用在肉類產品的加工過程中,不僅可以抑菌,還可以提高產品的口感和色澤。乳酸鈉、乳酸鈣等作為協同防腐功用試劑在應用中取得了良好效果。Callaghan[11]通過實驗發現,在pH5.5、30℃的特定試驗環境下,將2%的乳酸鉀注入其中,可以有效阻礙C型肉毒梭菌的繁殖。張玉斌等[12]發現,將3種類別相異的乳酸鉀加入牦牛肉糜中可明顯增強肉色穩定性。

山梨酸鉀同樣是被科學界廣泛接受的防腐類試劑,因其安全性高,對多類細菌的生長具有阻礙作用,使用山梨酸鉀處理肉制品后可以獲得良好的效果[13]。次磷酸鹽也有抑制肉制品中的優勢菌肉毒梭狀芽孢桿菌的作用,但這種抑制作用明顯不及亞硝酸鹽,通過調整pH達到合適的酸堿環境可以在一定程度上提高抑制次磷酸鹽的能力,因此可以替代部分亞硝酸鹽,但在防腐功能上仍然需要亞硝酸鹽的協同作用。

5.3 抗氧化劑替代物

5.3.1 茶多酚

茶多酚是一種具有天然抗氧化能力的化學物質,主要成分為兒茶素類化合物,多來源于茶葉,對于提升茶葉色香味具有不可或缺的作用。不僅如此,茶多酚具有明顯的保健功能——在抵抗癌變因子形成、抗血栓等方面可部分替代亞硝酸鹽。杜偉[14]等通過在火腿腸生產過程中將添加劑替代為若干量茶多酚的實驗中發現,火腿腸中的亞硝酸鹽殘留量較以往水平明顯降低,不僅如此,火腿腸中的油脂氧化酸敗過程具有顯著的抑制效果,相應的貨架期大大提高。鐘希瓊[15]通過體外仿造人體胃液環境,結合茶多酚可以抑制N-亞硝基化合物產生的機理,針對不同種類的茶葉對該機理開展了相關實驗研究。結果表明,綠茶、普洱茶、烏龍茶和紅茶這4種茶中,綠茶對于N-亞硝基化合物長生過程的抑制作用最高。

5.3.2 維生素C

維生素C又稱抗壞血酸,具有脂溶性特征,其含有的鈉鹽——抗壞血酸鈉具有良好的水溶性。鄒輝[16]發現抗壞血酸、抗壞血酸鈉等烯二醇類抗氧化劑有較好的分解亞硝酸鹽的能力。工業生產中,在腌肉制品中加入抗壞血酸等物質可將亞硝酸鹽還原為一氧化氮(NO)——可與肌紅蛋白反應產生鮮紅色,這個過程不僅有助于發色,還能縮短原料肉的腌制時間[17]。同時,由于維生素C擁有還原作用機理和除去自由基的能力,可以延緩肉制類產品中脂肪的氧化進程,進而延長產品貨架期。但是,維生素C及其鈉鹽的性質并不穩定,尤其是抗壞血酸鈉,其易隨水分流失、易受光照和熱源影響而分解,易受金屬離子影響,導致作用力不強。加之降解亞硝酸鈉的反應受環境中溫度、pH等因素影響較大,所以用維生素C降解亞硝酸鈉時需要控制的工藝關鍵點較多,故完全應用于工業生產具有局限性。

5.4 其他替代物

蔥、姜、蒜等香辛料中含有有機硫化物,研究表明[18],這類物質能夠有效阻斷亞硝酸鹽與胺類物質形成亞硝胺類化合物,有較好的防癌作用;芹菜、菠菜、蘿卜、生菜的蔬菜粉制品可以阻斷硝酸鹽轉化成亞硝酸鹽的過程,是亞硝酸鹽的天然替代物。劉萍等[19]發現在亞硝酸鹽還原酶的最適條件下,使用這種酶的特異性輔酶強化還原作用可以顯著降低肉類產品中亞硝酸鹽的含量。

6 結論和展望

由于消費者越來越重視食品安全問題,且亞硝酸鹽存在一定的致癌風險,亞硝酸鹽替代物的開發勢在必行。雖然亞硝酸鹽替代物的研究取得了一定進展,但上述替代物都只能在單一方面部分替代亞硝酸鹽的單一作用,亞硝酸鹽的完全替代物急需繼續尋找與研究。目前,只能將不同替代物復配使用,并結合新技術降低亞硝酸鹽的使用量,最大程度的保證產品品質,提高產品的安全性。但是,在新的化合物和新的技術投入食品工業生產之前,應對其開展全面的毒理學評價,避免食用風險。

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