香肠是一种深受消费者欢迎的肉类食品，其加工方式是将肉馅充入猪、羊和牛的肠衣中，经扭结挂杆，熟化而成。香肠肠衣与填充的肉馅直接接触，因此肠衣的质量和性质直接影响着香肠类制品的质量。肠衣作为香肠的外包装材料，满足了香肠赖以成型并在一定时间内保持品质稳定以及贮存及流通的需要[1]。随着香肠制品加工业的发展，不同材料与性质的肠衣品种也相继问世。肠衣根据来源分为天然肠衣和人造肠衣，根据是否具有可食性分为可食性肠衣和不可食性肠衣。为了解决天然肠衣供不应求的问题，利用可食性或不可食性材料加工制成的人造肠衣备受关注。人造肠衣虽然可机械化生产，微生物污染小，但其渗透性、弹性和抗张力性弱于天然肠衣[2]。可食性肠衣的加工原料是蛋白类、多糖和淀粉等可食性物质；而不可食性肠衣的加工原料主要是塑料和纤维素等[3]。传统香肠加工技术与人造肠衣制造技术的融合，形成了现代香肠加工技术。
天然肠衣是世界上最早用于香肠的外包装材料，它是以猪、羊和其他动物的小肠为加工原料，经过去脂、清洗、腌制、冲洗、脱除盐分和风干等多道工艺获得的管状且具有一定韧性的肠衣[4-5]。品质优良的猪肠衣质地薄韧，透明均匀；羊肠衣则以质地较厚为佳。其中A级猪肠衣，直径小且均匀，无孔，可用于精制乳化香肠。B级猪肠衣，有一些小孔，可用于制作粗糙的制品，如新鲜猪肉香肠。天然肠衣含有丰富的胶原蛋白与弹性蛋白，营养丰富，用于香肠加工具有安全性、可食性、透过性、弹性与保护香肠的优良风味等优点，这是人造肠衣难以比拟的[6]。随着肉类加工工业化的发展，天然肠衣由于成品的规格不统一不利于机械化操作，清洗中人力物力消耗较大等问题的存在，促进了人造肠衣的发展[7]。
胶原蛋白肠衣是一种可食用性的人造肠衣。制作原料胶原蛋白是细胞外基质的主要组成成分，广泛存在于牛、猪等动物的皮肤、骨骼和其他结缔组织中[8]。胶原蛋白具有一个或多个α-链形成的三螺旋结构，是制作肠衣的理想材料[9]。由于牛皮来源更充足，且脯氨酸和羟脯氨酸含量较高，同时羟脯氨酸的羟基能与水分子发生缔合作用构成氢键，可以起到稳定胶原蛋白三股螺旋和胶原纤维结构的作用，因此工业生产多采用牛皮作为原料[10-11]。
在工业生产时，首先是将牛皮的真皮层和其余部分分离，然后脱钙和研磨，然后加酸引起胶原蛋白的膨胀，均质后通过湿挤压或干挤压法挤压成型，再通入氨气中和，最后进行干燥而制成的一种可食用薄膜[12-13]。湿挤压法（美国工艺）通常使用硫酸酸化，加工的胶原蛋白肠衣产品表观细腻，基质中的胶原纤维结构相对短小，弹性大，形成的网络结构更为紧密，香肠灌装和熟化过程中水分不易渗出流失，因而产品的出品率相对较高[14]。此外，与干挤法肠衣相比其口感更好，更多地用于高端香肠产品的生产。而干挤压法（德国工艺）通常使用盐酸酸化，加工的胶原蛋白肠衣具有更多的网状结构、更完整的胶原纤维，在机械性能方面较为突出。但是，其对应的香肠产品的肠衣残留感较强，食用品质较差，并且在外观上更为粗糙，多应用于低端的香肠产品。胶原蛋白肠衣和天然肠衣相比，大小均匀或没有小斑点，价格便宜，规格统一利于机械化生产[15]。
纤维素肠衣是以多层再生的纤维素分子交联成网状结构并具有一定强度和弹性的外包装材料。纤维素中含有大量的植物蛋白纤维，其主要原料是棉花、树木等[4]。纤维素肠衣有优异的加工性能。纤维素肠衣伸缩强度大和大小均匀，非常适应高速、自动化灌装，并易于控制份量；纤维素肠衣由于多层网状结构透，有着优异的透气透烟性能，是非常理想的烟熏肠衣；纤维素肠衣热稳定性好，蒸煮变形少，可实现剥皮机的快速剥皮。在肠衣内部预喷了剥皮涂层，内部肉馅不会粘连，香肠表面光滑品相好。使用纤维素肠衣进行香肠加工，其流程包括肉料准备，灌装，吊挂，蒸煮，包装[16]。大小口径肠衣的区别在于，小口径的纤维素肠衣在使用前不需要浸泡。由于纤维素肠衣不可消化，在食用之前必须剥皮。小直径香肠产品（如热狗），其肠衣可在工厂由剥皮机剥去。而大直径香肠产品（如意大利腊肠），其肠衣通常是由消费者剥去[17]。
塑料肠衣是以合成聚合物，如聚偏氯乙烯（polyvinylidene chloride，PVDC）、聚酯、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯或这些材料的混合物制成的外包装材料[18]。塑料肠衣以它们良好的相对强度和均匀性，适合制作大直径香肠。塑料薄膜因为不透气，具有抗氧化保护的优点，这有助于提高产品的保质期。塑料肠衣的优势还在于方便储存及运输，对产品保护性能好，可将其用作产品外包装[19]。这些肠衣的性能要取决于聚合物类型、厚度、使用的添加剂以及后续处理。如最常见的PVDC膜，它以优良的耐油和阻隔性能被广泛应用于肠衣的加工，不能进行烟熏处理。由于塑料肠衣的不可食用性也使得此类香肠在食用或烹饪前需要将肠衣剥去[20]，有些塑料肠衣中的辅助剂还具有一定的毒性[1]。塑料肠衣废弃后无法生物降解，给环境带来一定的污染[21]。
共挤是一种加工方法，它省略了预制肠衣和储备肠衣的中间阶段。传统的香肠生产过程是向肠衣里充填满肉陷，而共挤法则是在香肠肉馅表面挤涂液体/半液体的材料，然后再将其凝胶化形成肠衣。共挤香肠技术自20世纪80年代问世以来，由于肠衣稳定性、高投资成本和生产过程的复杂性等问题的存在，直到21世纪初才开始应用于香肠生产[22]。
共挤肠衣主要是以胶原蛋白为原料，当胶原蛋白与肉馅从共挤头挤出时，在共挤头出口处胶原蛋白直接均匀包裹于共同挤出的肉馅表面，同步成型于产品，然后盐析脱水固化，再经过分切、干燥、烟熏、蒸煮，冷却而成。胶原蛋白是由纤维组成，纤维是由缠绕紧密的原纤维组成，能够形成原纤维的胶原类型为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ和Ⅵ型，其中Ⅰ型胶原最丰富，存在于牛皮中，常用于制作胶原蛋白肠衣[23]。当前，牛皮中胶原蛋白也是共挤肠衣的主要原料来源。牛皮根据着生区域被分为臀部、腹部和颈部，并且它们的结构和性质有着明显的不同。臀部牛皮有紧密的纤维结构，皮肤相对紧致坚硬，比腹部的厚，但与颈部的薄。可见牛皮的腹部最薄，因具有开放的结构而相对脆弱。而颈部最厚，但也有比较开放的结构而脆弱。因此，在生产胶凝剂时，只好将牛皮的腹部或腹部与臀部共同使用[24]。
鸡胶原蛋白作为一种常见的禽类副产品，如果用于加工共挤肠衣，则具有更大的潜力。研究证明，鸡肉胶原蛋白可以替代牛胶原蛋白的原因是它们都含有Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白。但是鸡肉胶原蛋白交联较少，因为其生长周期不如牛的生长周期长[25]。分别从鸡骨和鸡皮中提取胶原蛋白通过共挤技术制备肠衣，发现鸡皮呈细纤维和膨胀力较低的纤维状微结构，鸡骨中因为大而牢固的碎片无法从其中提取胶原蛋白，说明得出鸡骨胶原蛋白不适合制作肠衣。鸡皮胶原蛋白则产生了更多缠绕的长胶原纤维和更高黏度的凝胶，这为肠衣挤压和随后的交联提供了所需的性能[26]。由于牛和鸡两种不同胶原蛋白之间的分子相互作用和网络形成的差异，通过添加NaCl（0.05 mol/kg）或用1.25%的大豆分离蛋白部分替代胶原蛋白对牛、鸡胶原挤压肠衣进行改性。在初始凝胶中加入NaCl可以形成具有高拉伸强度和弹性的牛、鸡胶原膜；NaCl和大豆蛋白对鸡胶原蛋白的改性使其产生了功能性鸡胶原膜[27]。此外，共挤肠衣也可以由海藻酸盐或海藻酸-胶原混合材料制成。如纤维素或马铃薯淀粉等添加剂，也可以添加到肠衣中以改善某些功能[28]。
胶原蛋白凝胶（通常是3%的蛋白质）被放入挤压模中，从挤出机喷嘴出来被挤压在香肠肉馅表面时，挤出喷嘴头上下两个旋转锥反向旋转，引起的胶原纤维定向排列提高了肠衣的机械强度，减少了烹饪过程中肠衣开裂的可能性[29]。海藻酸盐可在多价金属阳离子的存在下形成凝胶，共挤肠衣时不需要提供定向排列。而由海藻酸-胶原蛋白制成的混合肠衣，则需要反向旋转挤压来排列胶原纤维[30]。
当肠衣被挤压出后，需要后续处理使其稳定在产品表面。针对胶原蛋白肠衣，首先是进行脱水，先将胶原蛋白涂层的产品浸泡于20%～30%的食盐溶液中去除肠衣中的部分水分（也使胶原蛋白分子更紧密地结合在一起）；再浸泡或喷洒饱和食盐溶液中使肠衣脱水和硬化，这也使胶原蛋白肠衣吻合了香肠肉馅的形状；最后通过空气干燥以及与烟冷凝物或其他交联剂进一步的稳定[31]。对于海藻酸盐肠衣，先将水状胶涂层的产品浸泡在10%～15%氯化钙溶液中以迅速形成肠衣。海藻酸-胶原蛋白混合肠衣首先用氯化钙溶液凝胶，然后用空气干燥和液体烟交联。脱水后的肠衣有了足够的强度，既可以进行卷曲也可以连接[32]。
在香肠生产中肠衣的选择至关重要，因为它不仅影响香肠的完整性、大小和形状，而且还能将流动的生肉糊转化为所需的半固态香肠产品。理想的胶原蛋白肠衣应该在香肠加工过程中提供足够的强度，同时在消费过程中保持足够的柔韧性。由于香肠加工要求的不同，一种肠衣不可能适合所有类型的香肠，但是每一种肠衣都必须具备一些基本的功能特点。其中最重要的两个特性是阻隔性能（即对水蒸气、烟雾和其他气体的渗透性）和机械强度[28,33]。
渗透性是指渗透性物质溶解的程度以及它在薄膜扩散的速率。渗透层的迁移基本上是由浓度梯度驱动的，而材料的极性也是重要影响因素。一般来说，蛋白膜对极性物质如水蒸气的渗透性高，而对非极性物质如氧气、芳香族化合物和油类的渗透性低。如共挤胶原蛋白肠衣在较低相对湿度时具有良好的氧屏障，但随着相对湿度的增加，透气性也迅速增加[34]。水分含量及其变化对香肠的感官品质和贮藏稳定性影响重大。香肠含水量受肠衣渗透特性的影响。在干燥的发酵产品，高透水性是必需的，因此共挤以及人造胶原蛋白肠衣经常被使用。肠衣的类型和厚度，以及环境温度和湿度都会影响透氧率。减少包装中的氧气有助于延缓变质反应，延长香肠的保质期。共挤压过程中，香肠使用袋内加热技术，先真空包装55℃加热，在真空包装下进一步加热至中心温度达到74℃，微生物污染大大减小，产品保质期有效延长。就透气性而言，共挤胶原蛋白肠衣很容易透烟气。烟气中的成分可以改善产品风味，有助于剥离，并通过降低微生物的生长延长产品的保质期。烟熏成分也会使香肠的外层呈现出褐色或金黄色。烟雾成分的穿透是有限的，穿透深度在2 mm～6 mm之间[35]。此外，烟熏程度还与空气湿度和香肠表面的干燥程度有关。如果相对湿度太高，一些成分会被洗掉，导致香肠颜色不均匀。如果湿度太低，表面将不能吸收足够的烟气，表面颜色和味道均较淡。肠衣的机械强度是仅次于渗透率的一个重要的性能。共挤肠衣的胶原纤维通过分子间交联而连接起来，抗拉强度大。在共挤香肠加工过程中，肠衣足以坚固来容纳肉馅，但也能随加热膨胀而开裂[17]。
共挤工艺从投料到成品是一个连续的操作过程，能够实现大批量生产。共挤香肠加工工艺中的灌装、成型、干燥、定型、烟熏、蒸煮、冷却是一体化的自动化操作，缩短了生产流程，提高了生产效率；其中没有手工操作，降低了生产环节的污染几率，为保证香肠产品质量提供了工艺和环境保证。共挤成型的肠衣是可食用的，常用于在袋内烹饪加工，这也有效防止了烹饪后机械处理中微生物污染的风险[36]。虽然初始设备成本可能很高，但产量的增加和劳动力成本的降低在经济上是有利的。共挤香肠加工工艺采用牛、鸡胶原蛋白做成型香肠，缓解了肉类加工企业对天然猪肠衣以及胶原蛋白肠衣的依赖，可以保证大型肉制品企业的大批量生产供应[37]。
在肉制品加工中，香肠产品占据着较大的比重。随着消费者对香肠需求量和对产品多样化的需求不断增加，促进了肠衣制造的发展。本文分别概述了可食用和不可食用肠衣的原料来源和加工特点，介绍了它们的优缺点；重点讲解了共挤肠衣的加工和应用，作为传统肠衣的替代品，尤其是促进了畜禽副产品的加工利用。这为延长肉品加工产业链，生产高质量香肠提供了可行性的路径。
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