王 強(qiáng)

(重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程系，重慶 400067)

近年來，動物脂肪的開發(fā)和利用已成為動物性食品綜合利用方面新的增長點之一，被譽(yù)為是我國畜牧業(yè)發(fā)展過程中潛在的“價值洼地”。脂肪不僅賦予產(chǎn)品特殊風(fēng)味、優(yōu)良質(zhì)地以及良好的感官特性[1]，而且也是人體能量、必需脂肪酸和脂溶性維生素的主要來源，其在人群營養(yǎng)膳食中的地位不言而喻。然而，氧化是動物脂肪在實際應(yīng)用過程中不可避免要發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，它直接制約著動物體脂的開發(fā)和利用。經(jīng)過酶促和非酶促氧化后的動物脂肪不僅會導(dǎo)致產(chǎn)品酸價等指標(biāo)升高，產(chǎn)生的揮發(fā)性小分子物質(zhì)還會使火腿等高脂肉制品發(fā)生酸敗而失去原有風(fēng)味，這些后果直接影響著香腸或重組肉等高脂肉制品的質(zhì)量與品質(zhì)[2]。

中式香腸的氧化程度受多方面因素的決定，如原料肉的組成、溫度、氧氣、pH值；其中溫度決定了氧化反應(yīng)中自由基產(chǎn)物的種類和生成速率[3]。國內(nèi)外的最新研究發(fā)現(xiàn)，香腸等高脂肉制品的異味和變質(zhì)更多是由于氧化影響因素(如溫度等)所引起的，并非由微生物活動主導(dǎo)[4]，并且有研究顯示高脂肉制品在貯藏過程中的品質(zhì)變化與其生化反應(yīng)的速率常數(shù)和活化能等動力學(xué)特性有關(guān)[5-6]。目前，國內(nèi)外的學(xué)者逐漸開始對肉制品的氧化和腐敗動力學(xué)模型展開一些研究工作[6-8]，但有關(guān)香腸中動物脂肪在貯藏過程中品質(zhì)變化的動力學(xué)特性研究尚未見報道。本實驗通過對動物脂肪在貯藏過程中過氧化值(POV)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARs)的研究，建立香腸中POV、TVB-N和TBARs隨貯藏溫度和時間變化的動力學(xué)模型，為預(yù)測和控制香腸制品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮豬背膘、皮下脂肪等原輔料 市售。

2-硫代巴比妥酸(生化試劑)、三氯乙酸(TCA) 美國Sigma-Aldrich公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純；所用水為雙蒸水；所用溶液均自行配制。

LHS-250SC電熱恒溫培養(yǎng)箱、DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；FA2004A型分析天平 上海精天科貿(mào)有限公司；DZ600/2S真空封口機(jī) 上海人民包裝有限公司；UV-2450紫外-可見分光光度計 日本島津公司。

1.2 方法

1.2.1 香腸制作的工藝流程[9]

1.2.2 貯藏條件及指標(biāo)測定

中式香腸制成，立即裝于無菌塑料食品包裝袋中，并迅速用包裝機(jī)熱封口。將各組樣品分別于設(shè)定溫度(278、288、298、308、318K)中貯藏。定期對中式香腸的過氧化值(POV)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARs)進(jìn)行檢測。每次檢測隨機(jī)抽樣3袋，取平均值。

1.2.2.1 POV測定

樣品處理按GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》規(guī)定的方法操作[10]，POV按GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》規(guī)定的方法測定[11]。

1.2.2.2 TVB-N含量測定

樣品搗碎攪勻，稱取10g，置于錐形瓶中，加50mL水，浸漬30min后過濾，取濾液按GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》微量擴(kuò)散法測定TVB-N含量[10]。結(jié)果以每100g樣品中所含氮的毫克數(shù)表示。

1.2.2.3 TBARs測定

參照Racanicci等[12]方法進(jìn)行：由7.5%三氯乙酸、0.1%乙二胺四乙酸、0.1%丙烷混合配制成TCA溶液，并稱取15g TCA結(jié)晶體加入到5g脂肪樣品中均勻混合，并在漩渦振蕩器上振蕩1min，然后在13500r/min離心45s，取出后過濾。在5g TCA結(jié)晶體中加入5mL 0.02mol/L的TBA溶液，手搖使之均勻混合，在90℃水浴鍋中靜置40min，使之充分反應(yīng)。分別在532nm和600nm波長處測定吸光度。TBARs表示為 “mg丙二醛/kg脂肪”。

1.2.3 中式香腸氧化預(yù)測模型

1.2.3.1 中式香腸氧化動力學(xué)模型

一般認(rèn)為，如果食品的某種品質(zhì)的變化是由化學(xué)反應(yīng)引起的，其反應(yīng)產(chǎn)物濃度隨時間變化而降低或升高。一級動力學(xué)模型是目前評價肉制品品質(zhì)變化動力學(xué)特性研究中最常用的模型[13]。

式中：t為食品貯藏時間/d；At為食品貯藏第t天時的品質(zhì)指標(biāo)值；k為食品品質(zhì)變化速率常數(shù)；n為動力學(xué)模型的級數(shù)，其中當(dāng)n=1時為一級動力學(xué)模型方程。將各個評價指標(biāo)的貯藏時間t和評價指標(biāo)分別代入動力學(xué)模型方程式(2)中，作At-t圖并進(jìn)行一級動力學(xué)模型擬合，得動物脂肪的動力學(xué)模型方程。

1.2.3.2 Arrhenius方程

反應(yīng)速率常數(shù)(k)是溫度的函數(shù)，采用阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程可以描述溫度對速度常數(shù)的影響。

式中：k0為頻率因子；Ea為活化能/(J/mol)；R為通用氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol·K)；T為絕對溫度/K。

式(3)說明溫度常數(shù)是絕對溫度的指數(shù)函數(shù)。將各個評價指標(biāo)的溫度T和動力學(xué)模型所得k值分別代入Arrhenius方程，作k-T圖并進(jìn)行Arrhenius方程擬合[14]。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2 結(jié)果與分析

香腸中動物源脂肪中含有較多的不飽和脂肪酸，其氧化過程是影響香腸中脂肪品質(zhì)和貯存期的主要因素。有研究[15-16]表明，測定過氧化值和硫代巴比妥酸反應(yīng)物可反映脂肪氧化過程中自由基的釋放量，可有效反映肉制品中脂肪的氧化程度。同時，肉制品中TVB-N水平與鮮度感官評價之間有著相當(dāng)高的相關(guān)性，被廣泛用于評價肉制品的新鮮程度[17]。因此，本研究選擇POV、TVB-N和TBARs作為中式香腸氧化狀況的評價指標(biāo)。

2.1 香腸氧化動力學(xué)模型分析

化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型在食品保鮮和預(yù)測貨架期等研究中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[18-19]。在食品加工和保存過程中，大多數(shù)與食品有關(guān)的品質(zhì)變化都遵循零級或一級反應(yīng)模式，由于一級動力學(xué)的決定系數(shù)高于零級，因此一級反應(yīng)動力學(xué)模型被廣泛用于研究[20]。本研究通過一級動力學(xué)指數(shù)方程(相關(guān)參數(shù)見表1)對貯藏過程中中式香腸的POV、TVB-N和TBARs評價指標(biāo)的變化進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn)，中式香腸在貯藏初期POV、TVB-N和TBARs參數(shù)值較低，隨時間的變化，不同溫度下香腸脂肪氧化反應(yīng)動力學(xué)模型的差異較大(圖1～3)。低溫時(278、288、298K)，POV、TVB-N和TBARs在貯藏過程中隨貯藏時間的延長指標(biāo)變化不顯著(P＞0.05)；但是高溫(308、318K)條件下評價指標(biāo)的變化隨貯藏時間呈現(xiàn)逐級增大的趨勢，且后期提高的趨勢顯著高于前期(P＜0.05)，這與Zhang等[16]的研究結(jié)論一致。由此可以看出，隨著貯藏溫度的升高，香腸中脂肪氧化程度與溫度正相關(guān)，且高溫下生化反應(yīng)速率常數(shù)增大(P＜0.05)。

表1 中式香腸不同貯藏溫度下一級反應(yīng)動力學(xué)模型的相關(guān)參數(shù)Table 1 Frst-order kinetic parameters for the POV, TVB-N and TBARS of sausages under different storage temperatures

圖 1 一級動力學(xué)模型下貯藏時間對中式香腸POV的影響Fig.1 Effect of storage time on the POV of sausages, followed a fi rstorder kinetic model

圖 2 一級動力學(xué)模型下貯藏時間對中式香腸TVB-N含量的影響Fig.2 Effect of storage time on the TVB-N of sausage, followed a fi rstorder kinetic model

圖 3 一級動力學(xué)模型下貯藏時間對中式香腸TBARs的影響Fig.3 Effect of storage time on TBARs of sausages, followed a fi rstorder kinetic model

溫度對反應(yīng)速率的影響集中反映在對速率常數(shù)的影響上，其具體表現(xiàn)為Ea[14,16]。中式香腸的POV、TVB-N和TBARs變化的速率常數(shù)k是溫度T的函數(shù)，對278、288、298、308、318K貯藏條件下得到的中式香腸的POV、TVB-N和TBARs變化的速率常數(shù)k與貯藏溫度T的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行Arrhenius方程擬合，結(jié)果見圖4。說明Arrhenius方程能較好的反映中式POV、TVB-N和TBARs評價指標(biāo)隨溫度的增加而反應(yīng)速率增大的趨勢。

圖 4 中式香腸POV、TVB-N、TBARs變化的Arrhenius擬合方程Fig.4 Arrhenius plot for the formation of POV, TVB-N and TBARs in sausages

回歸分析得到的反映中式香腸貯藏過程中品質(zhì)變化的指標(biāo)的Arrhenius方程、活化能Ea和相關(guān)系數(shù)(R2)，見表2。由擬合的Arrhenius曲線計算出活化能(Ea)。結(jié)果表明，中式香腸POV、TVB-N和TBARs變化的Ea分別為37.68、41.34、51.38kJ/mol。不同評價指標(biāo)的Arrhenius方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.96，R2較大說明總體線性關(guān)系較好，表明Arrhenius方程具有很高的擬和精度。

表2 中式香腸品質(zhì)評價指標(biāo)的Arrhenius方程Table 2 Arrhenius equation for the POV, TVB-N and TBARs of Chinese sausage

2.2 模型擬合度的評價

為進(jìn)一步評價一級動力學(xué)模型的擬合效果，對29個樣品的POV、TVB-N、TBARs指標(biāo)按照模擬環(huán)境下進(jìn)行驗證，以相關(guān)系數(shù)(R2)作為擬合度的評價參數(shù)，R2越接近于1，說明擬合度越好，模型預(yù)測的精度也越高。由圖5可知，POV、TVB-N、TBARs三者的一級動力學(xué)模型的預(yù)測值與實驗值接近，相關(guān)系數(shù)(R2)均大于0.96，其中，POV和TVB-N實驗值與模型預(yù)測值最接近，TBARs值的相關(guān)性略低于前二者，推測這與TBARs值更易受溫度影響的原因有關(guān)[21]。因此，本研究建立的貯藏期動力學(xué)預(yù)測模型可應(yīng)用于香腸在貯藏過程中動物源脂肪氧化狀況的預(yù)判。

圖 5 一級動力學(xué)模型實驗值和預(yù)測值的分布圖Fig.5 Good agreement between actual and predicted values from fi rstorder kinetic models

3 結(jié) 論

3.1 不同貯藏溫度下中式香腸的POV、TVB-N、TBARs等評價指標(biāo)隨貯藏時間的延長而不斷增加；隨著溫度的升高，POV、TVB-N、TBARs變化幅度增大，香腸中脂肪氧化程度與溫度正相關(guān)，且高溫下生化反應(yīng)速率常數(shù)顯著增大(P＜0.05)，指標(biāo)變化符合一級動力學(xué)模型。

3.2 中式香腸POV、TVB-N、TBARs變化的Ea分別為37.68、41.34、51.38kJ/mol；同時得到Arrhenius方程和一級化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.96，說明得到的方程具有較高的擬合精度，本研究建立的貯藏期動力學(xué)預(yù)測模型可應(yīng)用于香腸中動物源脂肪氧化狀況的預(yù)判。

3.3 在溫度條件穩(wěn)定的狀態(tài)下，通過建立的相關(guān)動力學(xué)模型，可以為中式香腸的貯藏運(yùn)輸過程中溫度、品質(zhì)變化的預(yù)測以及評估提供理論依據(jù)；結(jié)論也對下一步研究變溫條件下香腸品質(zhì)動力學(xué)提供參考。

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