吳慧琳 李苗云 趙莉君 趙改名 朱瑤迪

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

肉制品食用品質(zhì)常用肉色、大理石花紋、滴水損失、嫩度、風(fēng)味等進(jìn)行評(píng)定[1]。其中肉色是決定消費(fèi)者是否選擇的首要前提[2]。肉色的深淺取決于肌肉中肌紅蛋白(約70%～80%)和血紅蛋白(約20%～30%)含量，肌紅蛋白含量越高，肉色越深[3]，肉色反映肌肉生理、生化和微生物學(xué)變化。嫩度是人的感覺(jué)器官對(duì)肌肉蛋白質(zhì)的主觀評(píng)判，提高肉制品嫩度可增加消費(fèi)者接受度。研究[4]發(fā)現(xiàn)低溫長(zhǎng)時(shí)燉煮，可改善肉品嫩度，提高肉制品食用品質(zhì)。肌肉中水分含量在加熱及加工貯藏過(guò)程的遷移變化會(huì)影響肉制品口感和食用安全，Kondjoyan等[5]發(fā)現(xiàn)肉制品水分的變化與加熱相關(guān)，在38～54 ℃時(shí)，肌球蛋白降解，60 ℃蛋白質(zhì)構(gòu)象加速改變，不同溫度下肌肉組織發(fā)生不同程度收縮，蛋白質(zhì)收縮，水分?jǐn)D出；加熱導(dǎo)致肉制品水分變化與蛋白質(zhì)變性分不開(kāi)，蛋白質(zhì)降解程度越大，水分保持能力越低。

酸肉是中國(guó)西南地區(qū)少數(shù)民族傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品，其主要由生鮮豬肉、輔料(米粉或辣椒、小米)及香辛料等材料在自然條件下，借助有益微生物的發(fā)酵作用，使肉類發(fā)生復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)形成發(fā)酵肉制品。酸肉的研究大多集中在發(fā)酵酸肉工藝的優(yōu)化、發(fā)酵酸肉中優(yōu)勢(shì)益生菌的篩選及鑒定、酸肉發(fā)酵過(guò)程中品質(zhì)變化研究[6-8]，對(duì)酸肉發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)變化[9-10]、烹飪及發(fā)酵過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味成分的研究[11-12]也越來(lái)越多。對(duì)發(fā)酵酸肉相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及工藝技術(shù)的研究未見(jiàn)報(bào)道。

食品貯藏、加工過(guò)程中大多數(shù)非微量成分發(fā)生物理、化學(xué)及微生物變化，加熱過(guò)程中品質(zhì)動(dòng)力學(xué)變化均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程[13]。恒定溫度下，不同加熱時(shí)間樣品水分含量、色澤、剪切力變化可用零級(jí)或一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合。加熱方式、溫度及時(shí)間的不同，導(dǎo)致肉品發(fā)生不同程度變性，影響肉品質(zhì)構(gòu)及營(yíng)養(yǎng)特性[14]，加熱成熟過(guò)程豬肉制品品質(zhì)變化表現(xiàn)為：部分致病微生物死亡、顏色褐變、肉腥味的去除與焦糊味的產(chǎn)生、質(zhì)構(gòu)嫩度的形成等[15]，這些變化對(duì)食品品質(zhì)的影響均可通過(guò)動(dòng)力學(xué)變化進(jìn)行分析。隨加熱的進(jìn)行肉制品亞鐵血紅素減少，自動(dòng)氧化能力增加形成氧合肌紅蛋白，色澤改變[16]，繼續(xù)加熱氧合肌紅蛋白氧化成高鐵肌紅蛋白，色澤呈褐色[17]。60～70 ℃的加熱溫度范圍，肌肉呈白色，溫度高于75 ℃肌紅蛋白受熱變性，血紅素被氧化，肌肉呈灰褐色。研究[18]表明，溫度每上升10 ℃，自動(dòng)氧化反應(yīng)的系數(shù)Q10平均值為4.09，降低溫度可減緩氧合肌紅蛋白氧化速率。短時(shí)低溫加熱對(duì)肉類蛋白質(zhì)影響不顯著，而長(zhǎng)時(shí)高溫加熱則會(huì)導(dǎo)致肉品出現(xiàn)汁液流失，影響產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)、口感及安全性；水浴加熱穩(wěn)定性好，溫度可控制[19]40，研究食物加熱過(guò)程品質(zhì)變化，選擇水浴加熱最適宜。羅嫚[19] 44研究發(fā)現(xiàn)豬肉于73 ℃水浴加熱時(shí)比75，77 ℃時(shí)的水分保持效率高，可能是73 ℃時(shí)蛋白未完全變性，細(xì)胞間水分溶出較少。吳亮亮等[20]研究灘羊肉加熱時(shí)間對(duì)剪切力的影響，結(jié)果表明80 ℃水浴加熱<1 h時(shí)，剪切力顯著增加；加熱至2 h時(shí)，隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)，肌動(dòng)球蛋白、肌間膠原蛋白脫水收縮，形成松散的彈性聚合物，嫩度增加[21]，剪切力減小。加熱導(dǎo)致食品內(nèi)外發(fā)生物理、化學(xué)及微生物變化，肉制品加熱過(guò)程中影響其微觀結(jié)構(gòu)及組織變化的因素較多，存在的爭(zhēng)議較大，這不僅與肉的種類有關(guān)，還與外界因素有關(guān)[22-23]。

研究擬對(duì)發(fā)酵酸肉加熱過(guò)程中成熟及過(guò)熱因子變化進(jìn)行探討，通過(guò)動(dòng)力學(xué)方程分析加熱溫度、加熱時(shí)間對(duì)發(fā)酵酸肉色澤、剪切力及水分變化的影響，以期為提高后期發(fā)酵酸肉熱加工過(guò)程中工藝條件的確定及品質(zhì)問(wèn)題的控制研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

五花肉、辣椒粉：河南鄭州丹尼斯拜特超市；

精純鹽：河南省衛(wèi)群多品種鹽有限公司；

京宮白酒：北京京宮城酒業(yè)技術(shù)發(fā)展公司。

1.1.2 儀器及設(shè)備

電熱恒溫水槽：CU-240型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

色彩色差計(jì)：CR-5型，日本KONICA公司；

數(shù)顯肌肉嫩度儀：C-LM3B型，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院；

水分含量?jī)x：Turbo-smart型，美國(guó)CEM公司；

水分活度儀：4TE型，美國(guó)AQUALAB公司。

1.2 方法

1.2.1 發(fā)酵酸肉的制備

原料肉(五花肉)清洗瀝水→預(yù)煮、冷卻→切塊(3 cm×2 cm×1 cm)→混料(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，辣椒粉10%，食鹽5%，白酒2%)→裝壇→密封發(fā)酵[發(fā)酵溫度(20±3) ℃，時(shí)間90 d]→真空包裝→滅菌(121 ℃，15 min)→成熟酸肉成品

1.2.2 樣品處理 酸肉預(yù)處理：去除成熟酸肉表面輔料，剔除瘦肉中脂肪及肌筋、肌膜等，置于-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?。試?yàn)前將樣品置于-4 ℃解凍12 h，分別置于70，73，76，80 ℃恒溫水浴鍋加熱，從加熱開(kāi)始至第15 min第一次取樣，以后每10 min取樣一次，直至105 min，為防止內(nèi)部熱傳遞，取出的樣品迅速置于0 ℃冰水快速冷卻。測(cè)定樣品水分含量、水分活度、色澤、剪切力。

1.2.3 水分含量測(cè)定 加熱處理后樣品攪碎，利用Turbo-smart水分含量?jī)x測(cè)定樣品水分含量，各時(shí)間點(diǎn)平行測(cè)定3次取平均值。

1.2.4 水分活度測(cè)定 加熱處理后樣品攪碎，利用4TE水分活度儀進(jìn)行樣品水分活度的測(cè)定，各時(shí)間點(diǎn)平行測(cè)定3次取平均值。

1.2.5 色澤的測(cè)定 美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)對(duì)食品安全的規(guī)定，豬肉塊安全烹飪溫度為62.78 ℃，維持3 min。以水浴加熱至中心溫度62.78 ℃左右，加熱3 min的酸肉樣品為標(biāo)準(zhǔn)肉樣。加熱冷卻后發(fā)酵酸肉分別用保鮮膜包好、壓實(shí)、抹平，保證樣品表面無(wú)氣泡，色差儀進(jìn)行黑白板校準(zhǔn)，色差儀測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)肉樣色差值為L(zhǎng)*=27.89、a*=7.11、b*=3.87，色差儀測(cè)量酸肉亮度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*)3種反射顏色參數(shù)，注意不要漏光，每組測(cè)定5個(gè)平行。

1.2.6 剪切力測(cè)定 采用數(shù)顯肌肉嫩度儀測(cè)定酸肉嫩度。參照焦陽(yáng)陽(yáng)等[24]方法，稍做修改，將加熱冷卻至室溫的發(fā)酵酸肉切成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm肉樣，置于剪切刀口，測(cè)定剪切力值，各時(shí)間點(diǎn)平行測(cè)定3次取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 反應(yīng)級(jí)數(shù)確定及指標(biāo)變化熱力學(xué)模型預(yù)測(cè) 利用積分法進(jìn)行計(jì)算。

零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式為：

CA=CA0-kt，

(1)

一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公式為：

lnCA=lnCA0-kt，

(2)

式中：

CA——t時(shí)刻反應(yīng)物A的濃度；

4)注意作為修正標(biāo)記語(yǔ)的well，如果well處于話輪的中間，則為自己修正標(biāo)記語(yǔ)；而處于話輪開(kāi)始時(shí)，則為他人修正標(biāo)記語(yǔ)。

CA0——反應(yīng)物A的初始濃度；

t——反應(yīng)時(shí)間，min；

k——反應(yīng)速率常數(shù)。

1.3.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù) 計(jì)算Arrhenius模型和Z值模型，計(jì)算發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程中品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)：D值、Z值、反應(yīng)速率k及Ea值。發(fā)酵酸肉品質(zhì)變化屬于一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，根據(jù)式(2)求反應(yīng)速度常數(shù)k，式(3)求D值。

(3)

式中：

D——特定溫度下食品品質(zhì)變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需時(shí)間，min；

k——反應(yīng)速率常數(shù)。

(4)

式中：

Z——D值變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需的溫度，℃；

T1、T2——溫度，K；

D1、D2——在T1、T2溫度下食品品質(zhì)變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需時(shí)間，min。

Arrhenius模型中，Ea值的計(jì)算公式為：

(5)

式中：

R——理想氣體常數(shù)，8.314 J/(mol·K)；

T——溫度，K；

k0——指數(shù)前置因子；

Ea——活化能，kJ/mol。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 原始數(shù)據(jù)通過(guò)Excel進(jìn)行最小二乘法處理，發(fā)酵酸肉各品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行線性及非線性擬合，求相關(guān)系數(shù)R2。一級(jí)反應(yīng)擬合平均系數(shù)R2>零級(jí)反應(yīng)平均系數(shù)R2，通過(guò)(3)式計(jì)算各指標(biāo)不同溫度下D值，根據(jù)式(4)和式(5)進(jìn)行線性回歸，求相應(yīng)Z值、Ea值。

2 結(jié)果與分析

2.1 色澤的變化

由圖1可知，同一溫度隨加熱時(shí)間的增加，發(fā)酵酸肉的L*、a*、b*值均增加；不同溫度同一加熱時(shí)間下，隨溫度的升高L*值呈增大的現(xiàn)象。這是因?yàn)閯?dòng)物肌肉的紅色主要是由肌紅蛋白組成的，肌紅蛋白為暗紅色，加熱到65～80 ℃時(shí)肌紅蛋白變性生成變性珠蛋白高鐵血色原，呈正常熟肉灰白色，L*值增大[25]。

利用最小二乘法擬合酸肉加熱過(guò)程中色澤變化值。由表1可知，酸肉在加熱過(guò)程中L*、a*、b*一級(jí)反應(yīng)R2>零級(jí)反應(yīng)R2，說(shuō)明熱動(dòng)力學(xué)變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，根據(jù)式(3)計(jì)算D值，根據(jù)式(4)進(jìn)行線性回歸擬合分析，得動(dòng)力學(xué)參數(shù)Z值如圖2所示，L*的Z值為63.751 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.967 0；a*變化的Z值為35.500 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.769 3，b*變化的Z值為32.459 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.932 7。結(jié)合式(5)對(duì)lnK-T-1進(jìn)行線性回歸，得動(dòng)力學(xué)模型Ea圖形為圖3，得酸肉加熱過(guò)程中L*變化的Ea值為4.016 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.968 6，a*變化的Ea值為4.029 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.777 8，b*變化的Ea值為4.031 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.938。

表1 不同加熱溫度發(fā)酵酸肉L*、a*及b*值的變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.2 剪切力的變化

由圖4可知，同一溫度條件下，0～75 min加熱時(shí)間內(nèi)隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，剪切力增加，加熱時(shí)間大于75 min時(shí)，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)剪切力逐漸減小，這與肉在低溫長(zhǎng)時(shí)加熱導(dǎo)致剪切力降低，嫩度增加的結(jié)論一致[26]。魏心如等[27]研究雞胸肉發(fā)現(xiàn)，75，80 ℃下兩種水浴溫度下，溫度越高，雞胸肉剪切力增加；70 ℃時(shí)剪切力變異系數(shù)最小、重復(fù)性最好。陳洪生等[28]研究牛肉發(fā)現(xiàn)隨加熱時(shí)間延長(zhǎng)，水分從肌纖維內(nèi)部流出，形成較硬的質(zhì)體，導(dǎo)致剪切力增加。發(fā)酵肉制品中肌原纖維、肌漿蛋白的降解受肌肉組織中內(nèi)源酶和發(fā)酵產(chǎn)生的微生物蛋白酶影響，降解產(chǎn)生多肽、小肽、氨基酸等化合物[29]，硬度與肌原纖維蛋白質(zhì)溶解性呈顯著負(fù)相關(guān)，發(fā)酵成熟的酸肉肌原纖維蛋白溶解，導(dǎo)致發(fā)酵酸肉硬度較未發(fā)酵肉硬度低；發(fā)酵成熟的酸肉在加熱過(guò)程中蛋白變性或酸凝膠化加劇，硬度增大，剪切力值增加，因此發(fā)酵酸肉加熱過(guò)程中剪切力的變化與豬里脊肉在加熱過(guò)程中剪切力的變化相反[30]。加熱使膠原蛋白交聯(lián)程度提高，膠原蛋白明膠程度增加，肌肉組織形成凝膠，肉剪切力減小，影響肉嫩度[31]。同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的加熱使肌肉結(jié)締組織溶解，發(fā)酵酸肉剪切力降低，嫩度增加。

圖1 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程色澤的變化

圖2 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程色澤Z值

圖3 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程色澤Arrhenius圖

由表2可知，酸肉在加熱過(guò)程中剪切力的一級(jí)反應(yīng)R2>零級(jí)反應(yīng)R2，說(shuō)明熱力學(xué)變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，根據(jù)式(3) 計(jì)算D值。結(jié)合式(4)進(jìn)行線性回歸擬合分析，得動(dòng)力學(xué)參數(shù)Z值如圖5所示，剪切力Z值為102.070 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.796 2。結(jié)合式(5)對(duì)lnK-T-1進(jìn)行線性回歸，動(dòng)力學(xué)模型Ea圖形為圖6，酸肉加熱過(guò)程中L*變化的Ea為4.047 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.787 3。

圖4 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程剪切力的變化

表2 不同加熱溫度發(fā)酵酸肉剪切力的變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.3 水分活度的變化

由圖7可知，同一溫度下隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，酸肉水分活度逐漸增大。肉制品在加熱及風(fēng)干過(guò)程中，游離水、不易流動(dòng)水依次通過(guò)水分通道向外擴(kuò)散至表面散失[32]，水分散失，水分活度降低，導(dǎo)致其與結(jié)論相反的原因可能是酸肉在蒸煮袋中進(jìn)行水浴加熱，內(nèi)部水分在加熱過(guò)程中流失，水分無(wú)法擴(kuò)散至環(huán)境，肌纖維吸收部分游離水，水分活度增加，而加熱溫度越高，水分散失越快，肌纖維吸收水分越多。這與姜秀麗等[33]研究烘干時(shí)間對(duì)牛肉干水分的變化，發(fā)現(xiàn)烘干時(shí)間越長(zhǎng)，牛肉干肌纖維縱向收縮，導(dǎo)致水分大量損失，并迅速擴(kuò)散至空氣中，水分活度下降的影響結(jié)果相反，是因?yàn)榕Ｈ飧珊娓蛇^(guò)程水分蒸發(fā)導(dǎo)致水分活度降低。

圖5 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程剪切力Z值

圖6 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程剪切力Arrhenius圖

利用最小二乘法擬合酸肉加熱過(guò)程中水分活度的變化值。由表3可知，酸肉在加熱過(guò)程中水分活度的一級(jí)反應(yīng)R2>零級(jí)反應(yīng)R2，說(shuō)明其在加熱過(guò)程中熱動(dòng)力學(xué)變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可根據(jù)式(3)計(jì)算D值。結(jié)合式(4) 進(jìn)行線性回歸擬合分析，動(dòng)力學(xué)參數(shù)Z值如圖8所示，水分活度的Z值為55.118 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.796 2。結(jié)合式(5)對(duì)lnK-T-1進(jìn)行線性回歸，得動(dòng)力學(xué)模型Ea圖形如圖9，酸肉加熱過(guò)程中L*變化的Ea值為3.643 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.868 3。

圖7 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程水分活度的變化

表3 不同加熱溫度發(fā)酵酸肉水分活度的變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.4 水分含量的變化

由圖10可知，同一溫度下，隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，水分含量逐漸增加，與水分活度值變化一致，與剪切力的結(jié)果相反。Serra等[34]研究發(fā)現(xiàn)干腌火腿在腌制、風(fēng)干等加工過(guò)程中水分和水分活度的降低，硬度增大，硬度與剪切力正相關(guān)；賈艷華等[35]研究含水率對(duì)軟烤扇貝質(zhì)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)硬度隨含水率的下降而增大，硬度與水分含量呈負(fù)相關(guān)、與剪切力呈正相關(guān)。二者結(jié)論均與試驗(yàn)結(jié)果一致。

利用最小二乘法對(duì)酸肉加熱過(guò)程中水分含量的變化值進(jìn)行擬合。由表4可知，酸肉在加熱過(guò)程中水分含量的一級(jí)反應(yīng)R2>零級(jí)反應(yīng)R2，說(shuō)明加熱過(guò)程熱動(dòng)力學(xué)變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，根據(jù)式(3)計(jì)算D值。結(jié)合式(4) 進(jìn)行線性回歸擬合分析，得到動(dòng)力學(xué)參數(shù)Z值如圖11所示，水分含量的Z值為-2.366 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.860 4。結(jié)合式(5)對(duì)lnK-T-1進(jìn)行線性回歸，得動(dòng)力學(xué)模型Ea圖形如圖12，酸肉加熱過(guò)程中L*變化的Ea值為4.034 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.868 3。

圖8 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程水分活度Z值

圖9 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程水分活度Arrhenius圖

圖10 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程水分含量的變化

表4 不同加熱溫度發(fā)酵酸肉水分含量的變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

圖11 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程水分含量Z值

圖12 發(fā)酵酸肉煮制過(guò)程水分含量Arrhenius圖

3 結(jié)論

發(fā)酵酸肉成熟品質(zhì)因子(色澤、剪切力)及表征過(guò)熱品質(zhì)因子(水分活度、水分含量)在加熱過(guò)程中熱力學(xué)變化均遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。亮度值的Z值為63.751 ℃，Ea值為4.016 kJ/mol；紅度值的Z值為35.500 ℃，Ea值為4.029 kJ/mol，黃度值的Z值為32.459 ℃，Ea值為4.031 kJ/mol；剪切力的Z值為102.070 ℃，Ea為4.047 kJ/mol；水分活度的Z值為55.118 ℃，Ea值為3.643 kJ/mol；水分含量的Z值為-2.366 ℃，Ea值為4.034 kJ/mol。成熟品質(zhì)因子(紅度值、黃度值)的Z值小于過(guò)熱品質(zhì)因子中水分活度Z值，而成熟品質(zhì)因子亮度值、剪切力的Z值大于過(guò)熱品質(zhì)因子水分活度、水分含量的Z值，說(shuō)明發(fā)酵酸肉加熱過(guò)程中其成熟及過(guò)熱因子均存在優(yōu)化空間，可以通過(guò)優(yōu)化加工工藝條件改善品質(zhì)指標(biāo)。

試驗(yàn)對(duì)發(fā)酵酸肉加熱過(guò)程中色澤及剪切力、水分的變化進(jìn)行測(cè)定，后期預(yù)從蛋白質(zhì)對(duì)肌肉內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究，深入探索肌原纖維蛋白和結(jié)締組織蛋白在加熱條件下的變化機(jī)制及其對(duì)肉質(zhì)變化的具體影響過(guò)程。