廖彩虎，李怡菲，羅丹嫻，謝思蕓，鐘瑞敏，余以剛

（1.韶關(guān)學(xué)院英東食品學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005；2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

真空預(yù)冷作為目前快速預(yù)冷方式之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于熟肉制品領(lǐng)域中[1-4]。較傳統(tǒng)預(yù)冷方式而言，真空預(yù)冷具有較多優(yōu)點(diǎn)，如能耗更低[5]、產(chǎn)品更衛(wèi)生[6-9]、降溫速率更快和食品品質(zhì)更理想[1]，特別是在降溫速率方面優(yōu)勢明顯[10]。真空預(yù)冷較傳統(tǒng)預(yù)冷方式而言主要是通過持續(xù)地降低壓強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)物料持續(xù)蒸發(fā)，而蒸發(fā)所引起的相變潛熱可以實(shí)現(xiàn)物料溫度的快速下降[11]。盡管前期研究表明，樣品的孔隙率和水分活度（aw）等指標(biāo)對于決定真空預(yù)冷過程中樣品的降溫速率快慢扮演著重要的角色[12-13]。然而，目前對孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如孔徑分布以及不同孔徑下的孔所占有的體積、比表面積等）對真空預(yù)冷過程中樣品溫度下降速率的影響則鮮見報(bào)道；同時(shí)水分遷移方面如自由水、結(jié)合水和束縛水等對真空預(yù)冷過程中樣品降溫速率的影響研究也鮮見報(bào)道。而上述指標(biāo)都能在某種程度上影響樣品中所產(chǎn)生的蒸汽遷移至真空箱外的速率，從而影響真空預(yù)冷過程中樣品的降溫速率。

熟肉制品如西式火腿是典型的熱誘導(dǎo)凝膠制品，其熟化過程中隨著溫度的上升會(huì)形成典型的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠賦予熟肉制品特有的孔徑分布、水分存在形式[14-15]。同時(shí)，西式火腿作為典型的低溫熟肉制品，快速預(yù)冷是維持其品質(zhì)和確保其微生物安全的關(guān)鍵，目前已有大量學(xué)者和專家就西式火腿真空預(yù)冷方面開展了相關(guān)研究。基于上述兩點(diǎn)，選用西式火腿這種典型的熱誘導(dǎo)凝膠制品作為研究對象則非常有意義。另外，鹽作為西式火腿加工過程中重要的原料對于西式火腿品質(zhì)的好壞扮演著極其重要的作用，特別是不同的鹽含量對于西式火腿而言能夠形成不同的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[14]。所以，選用以不同鹽水注射量所形成的不同凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為模型來開展真空預(yù)冷研究，對真空預(yù)冷的降溫機(jī)理探索尤為重要。

偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）是一種多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法。即在一個(gè)算法下，該分析方法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)回歸建模（多元線性回歸）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡化（主成分分析）以及兩組變量之間的相關(guān)性分析（典型相關(guān)分析），特別是對于多重相關(guān)性較好的自變量能夠通過建立其與變量的數(shù)學(xué)模型并獲得其解釋變量的重要性[16-17]。基于此，將不同鹽水注射量下的西式火腿熟化至72 ℃，并以此為模型開展真空預(yù)冷研究，通過測定72 ℃下（真空預(yù)冷前）樣品的孔徑結(jié)構(gòu)和水分存在形式參數(shù)。通過將上述指標(biāo)設(shè)為自變量X，同時(shí)將真空預(yù)冷過程中各降溫段的平均降溫速率設(shè)為變量Y來建立PLSR模型，通過載荷圖和變量重要性投影（variable importance in projection，VIP）圖來獲得影響真空預(yù)冷過程中樣品溫度下降速率快慢的關(guān)鍵指標(biāo)。以期為低溫熟肉制品的真空預(yù)冷生產(chǎn)實(shí)踐提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬后腿肉、食鹽、白砂糖 廣東省韶關(guān)市大學(xué)路萬家福超市。

三聚磷酸鈉（食品級） 河北利華生物科技有限公司；亞硝酸鈉（食品級） 武漢卡諾斯科技有限公司；戊二醛、乙醇、叔丁醇等試劑（均為分析純） 美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設(shè)備

KM-50真空預(yù)冷機(jī) 東莞科美斯制冷設(shè)備有限公司；205 pH計(jì)、176T4溫度計(jì)、TM101壓強(qiáng)計(jì) 德國德圖集團(tuán)；ME4001E電子天平 梅特勒托利多（上海）儀器有限公司；FGM 54/108鹽水注射機(jī) 丹麥Fomaco食品機(jī)械公司；RGR-1700真空滾揉機(jī) 中國嘉興瑞邦機(jī)械有限公司；VF 608 PLUS真空定量灌裝機(jī) 德國阿爾伯特漢特曼控股有限公司；HH-S 163S數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；3H-2000 TD1全自動(dòng)真密度分析儀北京貝德士儀器科技有限公司；MesoMR23-040V-I核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；HD-4水分活度儀 無錫市華科儀器儀表有限公司；GL21M高速冷凍離心機(jī) 鹽城市凱特實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；Autopore IV 9500壓汞儀 美國麥克公司。

1.3 方法

1.3.1 不同鹽水注射量西式火腿的制備

參考Desmond[18]、趙改名[19]等的方法。將購買后的新鮮豬（長白豬）后腿肉存放于（4±1）℃的貯藏室內(nèi)，待冷卻排酸至pH 5.7～5.9時(shí)備用。去除可見脂肪和結(jié)締組織后，用多針頭鹽水注射器將鹽水溶液（11.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同）氯化鈉、2.3%三聚磷酸鈉、1.5%蔗糖、84.5%水和150 mg/L的亞硝酸鹽）按樣品質(zhì)量的10%、20%、30%和40%分別注入至樣品中以獲得不同鹽水注射量樣品。隨后采用嫩肉機(jī)將經(jīng)過鹽水注射后的樣品進(jìn)行切割，將鹽水注射過程中未注射進(jìn)入樣品中的鹽水連同樣品一起置于真空滾揉機(jī)進(jìn)行滾揉。操作參數(shù)如下：真空度為（35 000±5 000）Pa，轉(zhuǎn)速為6 r/min，溫度為（4±1）℃，總滾揉時(shí)間為12 h，交替工作和休息時(shí)間為30 min。應(yīng)用真空定量灌裝機(jī)將滾揉后的樣品灌入至直徑為4 cm纖維腸衣中填充成圓柱形，真空度維持（在10 000±1 000）Pa。每個(gè)樣品的長度維持（10±1）cm。

1.3.2 西式火腿真空預(yù)冷處理的操作

將176T4溫度計(jì)迅速地插入到樣品的幾何中心，并一同放入真空箱中。開啟真空預(yù)冷機(jī)，調(diào)節(jié)電磁閥開度，使得壓強(qiáng)從100 000 Pa降至650 Pa。當(dāng)壓強(qiáng)降至650 Pa后，調(diào)節(jié)電磁閥的開度，使真空箱的終壓的變動(dòng)控制在650～750 Pa之間。冷凝器的溫度控制在（-10±5）℃之間。真空預(yù)冷時(shí)，為了獲得真空預(yù)冷過程中相關(guān)指標(biāo)的參數(shù)，當(dāng)樣品的中心溫度從72 ℃分別降至設(shè)定的溫度（分別為54.4、26.6、10、7.2、4 ℃）時(shí)，停止真空預(yù)冷，將樣品取出。其中每階段的平均降溫速率按公式（1）計(jì)算。

式中：T1和T2分別為該降溫段預(yù)冷前、后的溫度/℃；t1和t2分別為該降溫段預(yù)冷前、后的時(shí)間/min。

1.3.3 水分存在形式的測定

將預(yù)冷至設(shè)定溫度的樣品取出后，再參考Geng Shaote[20]、魏益民[21]等的方法進(jìn)行測試。采用低場核磁共振設(shè)備來測定自旋-自旋弛豫T2時(shí)間。該設(shè)備裝備0.5 T永磁體，對應(yīng)的質(zhì)子共振頻率為21.718 MHz，測試溫度為32 ℃。將樣品放入直徑60 mm的石英管中，應(yīng)用60 mm直徑的射頻線圈（90°和180°脈沖時(shí)間分別是5.4、11.6 μs，回聲時(shí)間為0.2 ms）收集CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）衰減信號。CPMG參數(shù)設(shè)置：等待時(shí)間4 000 ms；增幅RG1為20 db；信號增幅（DRG 1）為3；回波數(shù)量18 000 次；掃描頻率4 kHz；前置放大增幅為1。通過4 次掃描重復(fù)獲得8 000 個(gè)回波數(shù)據(jù)。兩次掃描之間的充盈時(shí)間為4 s，每次測定重復(fù)3次。使用MultiExp Inv軟件進(jìn)行CPMG衰減曲線的分布式多指數(shù)擬合（1 000 000 次）。使用SRIT軟件對弛豫數(shù)據(jù)進(jìn)行多指數(shù)擬合分析獲得改進(jìn)的擬合。從峰位置計(jì)算每個(gè)過程的峰頂時(shí)間，并通過積累積分確定每個(gè)相應(yīng)弛豫時(shí)間的弛豫峰面積。

1.3.4 孔隙率及其他孔隙參數(shù)的測定

測試方法及相關(guān)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算參考Kassama等[22]的方法。應(yīng)用手術(shù)刀從樣品的中心切取10 mm×10 mm×5 mm的樣品。先用體積分?jǐn)?shù)2.5%的戊二醛溶液固定2 h，在體積分?jǐn)?shù)50%、70%、80%、90%乙醇溶液中分別依次浸泡15 min進(jìn)行梯隊(duì)脫水，100%叔丁醇中置換3 次，然后在-80 ℃環(huán)境下速凍15 h，隨后采用冷凍干燥機(jī)干燥24 h。25 ℃下利用壓汞儀可以測量孔隙率和及其他孔隙參數(shù)，該設(shè)備能夠測到的孔徑范圍為5～360 000 nm。樣品處理過程如下：稱量樣品質(zhì)量后將樣品放入膨脹計(jì)中，再裝入孔隙儀的低壓端口。膨脹計(jì)用硅高真空潤滑脂密封。當(dāng)孔隙儀低壓端口中的樣品被抽離殘余空氣后，汞的侵入也隨即發(fā)生。然后，將膨脹計(jì)組件轉(zhuǎn)移到高壓端口。用于這些實(shí)驗(yàn)的膨脹計(jì)的球部分體積為15 mL，總毛細(xì)桿體積為1.131 mL，最大可測體積為1.057 mL。估算的孔隙體積為最大可測體積的25%～90%。假設(shè)孔隙為圓柱形，用Washburn方程（式（2））計(jì)算孔徑。

式中：D為孔徑/m；P為壓入樣品汞的壓力/Pa；γ為汞的表面張力（0.485 N/m）；φ為固液接觸角（130°）。

按式（3）計(jì)算樣品的孔隙表面積A。利用壓力-體積壓汞滲透數(shù)據(jù)，按式（4）計(jì)算累計(jì)孔隙表面積（total pore area，TPA）（∑ΔA）。

式中：υ表示孔隙體積，對應(yīng)浸入每克樣品中汞的體積/（mL/g）。假設(shè)γ和φ不隨壓汞的壓力而改變。

孔隙體積分布函數(shù)是表征孔徑分布的方法之一，通?？梢愿鶕?jù)方程（5）進(jìn)行計(jì)算。

式中：D(υ)是孔隙體積大小分布函數(shù)；r為孔隙半徑/nm，與P呈對應(yīng)的關(guān)系；υt為總孔隙體積/（mL/g）。

用孔隙儀測定體積密度ρb/（kg/m3）和骨架密度ρs/（kg/m3），通過AutoPore IV軟件按式（6）計(jì)算基于壓汞法測定的孔隙率（porosity determined by mercury porosimetry，P-M）。

累計(jì)孔隙體積（total intrusion volume，TIV）分布百分比主要用于分析該孔徑下對應(yīng)TIV（ΣΔυ）與總孔隙體積υt之間的比值，按公式（7）計(jì)算。

式中：ΣΔυ由式（5）積分得到。

其中，基于體積的孔徑中值（median pore diameter based on volume，MPDV）、基于面積的孔徑中值（median pore diameter based on area，MPDA）、平均孔徑（average pore diameter based on volume，APDV）、孔曲率（tortuosity，TO）和滲透率（permeability，PE）均為AutoPore IV軟件計(jì)算得出。

1.3.5 水分活度的測定

采用GB 5009.238—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品水分活度的測定》中水分活度儀擴(kuò)散法測定水分活度[23]。

1.3.6 持水力的測定

持水力（water holding capacity，WHC）測定參考McDonald等[24]的方法。平行測定3 次，再采用公式（8）進(jìn)行計(jì)算。

式中：ms為離心后樣品中水分的質(zhì)量/g；mw為離心前樣品中水分的質(zhì)量/g。

1.3.7 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定

水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（water content，WC）的測定參考McDonald等[24]的方法，設(shè)置3 個(gè)平行，按照式（9）計(jì)算WC。

式中：m1為干燥前樣品的質(zhì)量/g；m2為干燥后樣品的質(zhì)量/g。

1.3.8 氣體吸附法測定孔隙率

全自動(dòng)真密度分析儀通過使用氦氣沖洗樣品測定其真實(shí)密度和體積。參考McDonald等[25]的方法。在測定樣品前，系統(tǒng)校正使用標(biāo)準(zhǔn)鋁柱（質(zhì)量25.653 2 g、密度2.7 g/cm3），確保樣品中的孔隙體積被氦氣充分填充。樣品取真空預(yù)冷前和真空預(yù)冷后西式火腿的中心部分，尺寸為2.5 cm×2.5 cm×5.0 cm，通過排水法測出樣品的外觀體積為V1（mL），再使用全自動(dòng)真密度分析儀測定樣品的骨架體積V2（mL），設(shè)置參數(shù)：氦氣輸入壓力為0.3 MPa，重復(fù)性精度為0.1%，沖洗次數(shù)為5 次。每組樣平行測定3 次?；跉怏w吸附法測定的孔隙率（porosity determined by helium pycnometry，P-H），按式（10）計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

測定和分析結(jié)果分別采用SPSS 19.0、SIMCA 14.1、Origin Lab 9.1、NIUMAG核磁共振影像系統(tǒng)Ver 1.0軟件進(jìn)行處理。采用SPSS 19.0軟件中的Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。采用SPSS 19.0軟件分析各變量間的線性相關(guān)性。采用SIMCA 14.1軟件進(jìn)行PLSR、VIP的分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度段降溫速率的變化

由表1可知，不論何種鹽水注射量的樣品，后階段的降溫速率均低于前階段的降溫速率，該結(jié)論與之前的研究結(jié)論[3]相似。除了72～54.4 ℃降溫段外，30%鹽水注射量樣品在其他降溫段的平均降溫速率較其他鹽水注射量樣品要低，且差異性顯著（P＜0.05）。同樣，除72～54.4 ℃降溫段外，其他溫度段10%鹽水注射量樣品的平均降溫速率要分別高于20%、40%和30%鹽水注射量樣品，且差異顯著（P＜0.05）。整體降溫過程（72～4 ℃）中，10%鹽水注射量樣品的平均降溫速率（0.94 ℃/min）分別高于20%（0.76 ℃/min）、40%（0.68 ℃/min）和30%（0.56 ℃/min）鹽水注射量樣品的平均降溫速率，且差異性顯著（P＜0.05），該結(jié)論與McDonald等[26]的結(jié)論較為相似。

表1 真空預(yù)冷對不同鹽水注射量西式火腿降溫速率的影響Table 1 Effect of vacuum precooling on cooling rate of pork ham injected with different levels of brine solution

2.2 水分存在形式的變化

低場核磁共振技術(shù)作為一種快速、無損的分析檢測技術(shù)能夠有效地檢測肉品中水分的不同狀態(tài)[27]。不同鹽水注射量西式火腿溫度下降過程中各溫度點(diǎn)的弛豫時(shí)間和弛豫面積的變化如圖1、2所示。其中強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、束縛水、弱自由水、強(qiáng)自由水的弛豫時(shí)間分別用T21、T22、T23、T24、T25表示，對應(yīng)的弛豫面積分別用A21、A22、A23、A24、A25表示。如圖1、2所示，除了10%的鹽水注射量樣品具有強(qiáng)自由水弛豫時(shí)間T25和弛豫面積A25之外，其他鹽水注射量樣品并未出現(xiàn)強(qiáng)自由水T25和A25。另外，從圖1A中還可以看出，T25整體呈波動(dòng)變化，差異不顯著（P＞0.05），而弱自由水弛豫時(shí)間T24在真空預(yù)冷過程中有輕微的增加。除此之外，從圖2A中還可以看出強(qiáng)、弱自由水弛豫面積A25和A24在真空預(yù)冷過程中均呈下降趨勢，且差異較為明顯。由此表明真空預(yù)冷過程中，盡管10%的鹽水注射量樣品的強(qiáng)弱自由水自由度沒有發(fā)生明顯變化，但其所對應(yīng)的含量則呈現(xiàn)下降的趨勢。其次，從圖1B～D中還可以看出，20%、30%和40%鹽水注射量樣品的T24均呈現(xiàn)下降的趨勢，且差異性顯著（P＜0.05），說明20%、30%和40%鹽水注射量樣品真空預(yù)冷過程中的弱自由水的自由度均呈下降趨勢。

圖1 真空預(yù)冷對不同鹽水注射量西式火腿T2弛豫時(shí)間的影響Fig. 1 Effect of vacuum precooling on T2 relaxation time of pork ham injected with different levels of brine solution

圖2 真空預(yù)冷對不同鹽水注射量西式火腿T2弛豫面積的影響Fig. 2 Effect of vacuum precooling on T2 relaxation peak area of pork ham injected with different levels of brine solution

另外，值得注意的是，真空預(yù)冷過程中10%、20%、30%和40%鹽水注射量樣品的束縛水弛豫時(shí)間T23均未呈現(xiàn)顯著變化（P＞0.05），但其對應(yīng)的峰面積A23則呈現(xiàn)顯著下降的趨勢（P＜0.05）。說明真空預(yù)冷過程中并沒有改變不同鹽水注射量樣品的束縛水的自由度，但卻改變了其含量。與預(yù)期相反的是，真空預(yù)冷過程中不同鹽水注射量樣品的強(qiáng)、弱結(jié)合水弛豫時(shí)間T21、T22呈上升趨勢，而其所對應(yīng)的峰面積A21、A22則總體呈下降趨勢（30%鹽水注射量樣品除外）。綜上所述，幾乎所有不同鹽水注射量樣品的所有水分形式所對應(yīng)的弛豫面積均呈下降的趨勢，其原因可能是真空預(yù)冷過程中水分損失所導(dǎo)致；但其對應(yīng)的弛豫時(shí)間T21、T22和T23并沒有呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，而僅T24有下降趨勢（10%鹽水注射量樣品除外），其原因可能與真空預(yù)冷過程中水分損失并不明顯（接近10%（預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果）的水分損失）有關(guān)。該結(jié)論與McDonald等[25]研究結(jié)論較一致。

2.3 孔隙率（氣體吸附法）的變化

由圖3可知，不同鹽水注射量樣品的P-H在真空預(yù)冷過程中均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢（P＜0.05）。同時(shí)，不同鹽水注射量樣品在真空預(yù)冷降溫過程中，10%鹽水注射量樣品的P-H始終大于20%、30%和40%鹽水注射量樣品，表現(xiàn)為樣品鹽水注射量越低，在真空預(yù)冷過程中P-H越大。McDonald等[25]應(yīng)用真空預(yù)冷技術(shù)對真空及非真空滾揉的熟牛肉進(jìn)行真空預(yù)冷發(fā)現(xiàn)，真空預(yù)冷較風(fēng)冷而言能夠明顯增加樣品的P-H。

圖3 真空預(yù)冷對不同鹽水注射量西式火腿P-H的影響Fig. 3 Effect of vacuum precooling on porosity (determined by helium pycnometry) of pork ham injected with different levels of brine solution

2.4 孔隙結(jié)構(gòu)（壓汞法）參數(shù)的變化

不同鹽水注射量樣品（真空預(yù)冷前）的壓汞參數(shù)詳見圖4A和表2。從圖4A1和4A2及表2中可以看出，TIV、TPA均隨鹽水注射量的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢。其中，10%鹽水注射量樣品明顯高于20%鹽水注射量樣品，而兩者又明顯遠(yuǎn)高于30%和40%鹽水注射量樣品。圖4A3表示不同鹽水注射量樣品的孔徑分布。其中，10%和20%鹽水注射量樣品（主要集中在400～5 nm）較30%和40%鹽水注射量樣品（主要集中在30～5 nm）而言具有更廣范圍的孔徑分布。然而，無論是10%、20%、30%鹽水注射量樣品，還是40%鹽水注射量樣品，其孔徑分布都主要集中在10 nm以下。圖4A4描述了不同鹽水注射量樣品的TIV分布百分比。較20%鹽水注射量樣品而言，10%鹽水注射量樣品在大孔徑的數(shù)量及其相應(yīng)的孔體積上占優(yōu)勢。30%和40%鹽水注射量樣品與10%和20%鹽水注射量樣品在TIV分布百分比存在著明顯的差異。除此之外，較40%鹽水注射量樣品而言，30%鹽水注射量樣品在100 000～100 nm孔徑分布階段的TIV分布百分比更小，而在100～5 nm孔徑分布階段的TIV分布百分比更大，由此可以說明在總孔隙體積相差不大的情況下，30%的鹽水注射量樣品較40%的鹽水注射量樣品而言在較小孔徑數(shù)量及其對應(yīng)的孔隙體積上占更大比例，而在較大孔徑數(shù)量及其相對應(yīng)的孔隙體積上占更小比例，這似乎能夠很好地解釋為什么30%鹽水注射量樣品真空預(yù)冷速率低于40%鹽水注射量樣品的預(yù)冷速率。由此說明在判斷樣品真空預(yù)冷速率時(shí)，當(dāng)TIV和TPA相差較大時(shí)，P-M有最重要的影響；然而當(dāng)TIV和TPA相差不明顯時(shí)，P-M所起的作用有限，孔徑分布可能影響更明顯。該結(jié)論與Wang Dexi等[28]研究的結(jié)論高度一致，即在孔徑一定范圍內(nèi)（較大孔隙率），冷卻速率不受影響，因?yàn)檎羝\(yùn)動(dòng)速率較大。而當(dāng)孔徑較小時(shí)，由于水蒸氣的移動(dòng)速率較小，影響了冷卻速率。需要說明的是，壓汞法較氣體吸附法在測定孔隙率方面提供了更多的參數(shù)，表2中樣品P-M與圖3中樣品P-H相差較大，其原因是樣品測定前處理方式不一致，壓汞法測定時(shí)樣品必須經(jīng)過脫水、干燥處理，而氣體吸附法樣品則不需要經(jīng)過任何處理。

表2 不同鹽水注射量的西式火腿孔隙結(jié)構(gòu)（壓汞法）參數(shù)Table 2 Pore structure parameters (determined by mercury pycnometry) of pork ham injected with different levels of brine solution

圖4 真空預(yù)冷對不同鹽水注射量西式火腿孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)（壓汞法）的影響Fig. 4 Effect of vacuum precooling on pore structure parameters(determined by mercury pycnometry) of cooked pork ham injected with different levels of brine solution

圖4B反映了不同鹽水注射量樣品真空預(yù)冷后所對應(yīng)的TIV、TPA、孔徑分布圖和TIV分布百分比。對于同一種鹽水注射量樣品，真空預(yù)冷前后樣品所對應(yīng)的變化曲線相似。不同的是，真空預(yù)冷后不同鹽水注射量樣品的TIV和TPA較真空預(yù)冷前均呈現(xiàn)明顯的增加，如圖4A1、B1以及圖4A2、B2所示。同時(shí)，在孔徑分布圖上（圖4A3、B3），真空預(yù)冷后的樣品較預(yù)冷前的樣品而言明顯增加了孔徑分布的范圍。10%和20%鹽水注射量樣品從真空預(yù)冷前的400～5 nm變成了1 200～5 nm，而30%和40%鹽水注射量樣品從真空預(yù)冷前的30～5 nm變成了100～5 nm。表2中MPDV、MPDA、APDV的結(jié)果都較好地闡述了該變化趨勢。但必須承認(rèn)的是，上述樣品真空預(yù)冷后仍然以小孔徑為主，特別是毛細(xì)管孔徑仍然占主要分布。另外，與真空預(yù)冷前樣品相比，不同鹽水注射量樣品真空預(yù)冷后TIV分布百分比增長在100 000～100 nm孔徑分布階段更加平緩，而100～5 nm孔徑分布階段增長更加快速（圖4A4、B4），且TIV也增加（表2），出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是真空預(yù)冷后樣品在小孔徑孔隙體積上增加的量較大孔徑孔隙體積上增加的量更多，表明真空預(yù)冷能夠有效地增加小孔隙的直徑。上述結(jié)論與McDonald等[25]有關(guān)真空預(yù)冷后孔隙率和孔徑分布增加等結(jié)論一致。

TO和PE能夠從微觀上反映孔隙結(jié)構(gòu)特征，由表2可知，相比于其他鹽水注射量樣品，特別是40%鹽水注射量樣品，30%的鹽水注射量樣品具有更高的TO和更低的PE，這從側(cè)面反映了30%鹽水注射量樣品所形成的孔隙結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，孔道曲折率更高，從而導(dǎo)致PE更低，該結(jié)論較好地解釋了30%鹽水注射量樣品在真空預(yù)冷過程中預(yù)冷速率最低的原因。值得注意的是，真空預(yù)冷后的30%鹽水注射量樣品的TO和PE仍然要低于其他真空預(yù)冷后鹽水注射量樣品的TO和PE。

2.5 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、持水力和水分活度變化

由表3可知，隨著鹽水注射量的增加，樣品WC呈上升的趨勢，而aw呈顯著下降趨勢，WHC呈顯著上升趨勢（P＜0.05）。水分活度是評價(jià)肉制品水分自由度的重要指標(biāo)。WHC可以指示蛋白質(zhì)與水結(jié)合的能力，通常用于客觀評價(jià)肉類和肉制品的質(zhì)量和產(chǎn)量[29-30]。WC的增加反而導(dǎo)致了aw的減小和WHC的上升，其原因是更高的鹽水注射量能夠使樣品形成更致密的三維網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，特別是形成了更多的毛細(xì)管孔徑特征的孔隙，從而使樣品具有更強(qiáng)的束縛水的能力。

表3 不同鹽水注射量西式火腿的WC、WHC和aw變化Table 3 Changes in WC, WHC and aw of cooked pork ham injected with different levels of brine solution

2.6 各溫度段平均降溫速率與水分特性參數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的線性回歸分析

由表4可知，所選擇的水分特性和孔隙構(gòu)參數(shù)等均與真空預(yù)冷過程中不同降溫段的平均降溫速率有一定的相關(guān)性。由此說明，以水分特性和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)作為因變量X，同時(shí)以不同降溫段的平均降溫速率作為自變量Y所建立偏最小二乘回歸模型的是合理的。

表4 不同鹽水注射量樣品真空預(yù)冷過程中各溫度段平均降溫速率與水分特性參數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)（72 ℃）之間的線性回歸分析Table 4 Correlation analysis between average cooling rates at various temperature stages and water mobility properties as well as pore structure parameters

2.7 偏最小二乘回歸分析結(jié)果

根據(jù)SIMCA軟件的Autofit自動(dòng)擬合功能選擇了t1和t2兩個(gè)主成分。t1的解釋能力最強(qiáng)，對自變量X和因變量Y的解釋能力分別達(dá)到61.6%和68.7%。主成分t1和t2對自變量X和因變量Y的解釋能力分別達(dá)到90.5%和91.6%，說明t1和t2很好地解釋了自變量X和因變量Y。圖5中顯示出整個(gè)降溫段72～4 ℃與26.6～10、10～7.2、7.2～4 ℃ 4 個(gè)降溫段相近，且與MPDA、P-M、TPA、TIV、APDV、PE、WHC、Atotal、A25、aw等指標(biāo)有強(qiáng)正相關(guān)性（位于圖的右側(cè)），與T23、T24、A23、WC、MPDV、TO等指標(biāo)有強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性（位于圖的左側(cè)）。與72～54.4 ℃最接近的是T25，說明樣品最初的降溫也是主要依賴于樣品表面水分的蒸發(fā)（非真空預(yù)冷條件下引發(fā)的）來完成降溫的。結(jié)合T23、A23對模型的貢獻(xiàn)，可以推測出真空預(yù)冷過程中樣品表面溫度的下降應(yīng)該先是由自由水分蒸發(fā)而引起的，后期的降溫主要是通過樣品中的束縛水轉(zhuǎn)變成自由水，再進(jìn)行蒸發(fā)而引起樣品溫度的持續(xù)下降。

另外，圖5中10%、20%鹽水注射量樣品（位于圖的右側(cè)），具有更高的孔隙率、更大的孔徑以及更高的弛豫時(shí)間和弛豫面積。而左側(cè)的30%和40%鹽水注射量樣品則呈現(xiàn)出與10%、20%相反的指標(biāo)特性。同時(shí)，觀察30%和40%樣品不難發(fā)現(xiàn)，TO和PE（與TO反向?qū)ΨQ）與30%鄰得很近，說明TO和PE等指標(biāo)在影響降溫速率方面也扮演著極其重要的角色。

圖5 真空預(yù)冷過程中不同鹽水注射量樣品PLSR載荷圖Fig. 5 Correlation loading plot of PLSR of cooked pork ham injected with different levels of brine solution

2.8 VIP值分析結(jié)果

VIP值是用來判斷每一個(gè)自變量對模型的貢獻(xiàn)，即X在解釋Y時(shí)的重要性。根據(jù)VIP值評估的每一個(gè)自變量對因變量的解釋作用依次為A23＞T23＞W(wǎng)HC＞APDV＞TIV＞PE＞TO＞P-M＞TPA＞Atotal＞P-H＞W(wǎng)C＞aw＞A25＞A24＞T24＞T25＞MPDV＞A22＞T21＞MPDA＞A21＞T22（圖6）。根據(jù)VIP＞1即認(rèn)為X在解釋因變量時(shí)具有重要作用的原則，A23、T23、WHC、APDV、TIV、PE、TO、P-M、TPA、Atotal、P-H、WC、aw、A25、A24在解釋因變量集合Y時(shí)具有重要作用。其中A23、T23在解釋因變量集合Y時(shí)具有最重要的作用。因此，從水分特性的角度可以看出，束縛水較自由水和結(jié)合水而言，對降溫速率的評價(jià)具有更重要的作用。另外，從孔隙結(jié)構(gòu)的角度上分析，APDV、TIV、PE、TO等孔隙結(jié)構(gòu)指標(biāo)要比單純的P-M指標(biāo)扮演著更重要的作用。

圖6 不同指標(biāo)的VIP值Fig. 6 VIP values of different indicators

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)在分析真空預(yù)冷對不同鹽水注射量樣品水分特性和孔隙結(jié)構(gòu)特性變化的同時(shí)，利用PLS模型探討了真空預(yù)冷的降溫機(jī)理。不同鹽水注射量樣品的A21、A22、A23、A24、A25、Atotal在真空預(yù)冷過程中均呈下降的趨勢，但T21、T22和T23沒有呈現(xiàn)下降趨勢。盡管真空預(yù)冷后的樣品較預(yù)冷前的樣品而言都明顯增加了孔徑分布的范圍，但不同鹽水注射量樣品仍然是以毛細(xì)管孔徑（＜10 nm）分布為主。主成分t1相對主成分t2而言，其所對應(yīng)的更明顯宏觀孔隙結(jié)構(gòu)包括孔隙率、孔徑以及自由度（弛豫時(shí)間及弛豫面積）等，仍然是決定真空預(yù)冷過程中樣品降溫速率的關(guān)鍵。根據(jù)VIP＞1即認(rèn)為X在解釋因變量時(shí)具有重要作用的原則發(fā)現(xiàn)，A23、T23、WHC、APDV、TIV、PE、TO、P-M、TPA、Atotal、P-H、WC、aw、A25、A24在解釋因變量集合Y時(shí)具有重要作用。其中A23在解釋因變量集合Y時(shí)具有最重要的作用。從水分特性的角度可以看出，束縛水較自由水和結(jié)合水而言在真空預(yù)冷過程中降溫速率的評價(jià)上具有更重要的影響。另外，從孔隙結(jié)構(gòu)的角度上分析，APDV、TIV、PE、TO等孔隙結(jié)構(gòu)指標(biāo)要比單純P-M指標(biāo)扮演著更重要的作用。