高飛，武運，蔡華珍，胡瑩，戴泓宇，王妍凌，呂澤

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學食品科學與藥學學院，新疆烏魯木齊 830052）（2.滁州學院生物與食品工程學院，安徽滁州 239000）

醬鹵肉制品在我國已經(jīng)有幾千年的發(fā)展歷史，深受大眾喜愛，其工廠化生產(chǎn)普遍采用夾層鍋進行較長時間高溫（99～100 ℃）鹵煮，這種方法易造成鹵煮環(huán)境惡劣、鹵煮溫度分布不均勻，香氣外溢，水分和營養(yǎng)流失較多，并產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)[1-3]，因此，綠色低溫加工取代高溫加工是食品加工的發(fā)展方向。真空低溫煮制是一種良好的低溫加工方式，可以減少煮制食品營養(yǎng)成分和水分的流失[4,5]，提高食品品質(zhì)，壓力降低有利于食品物料分子熱運動，利于低溫下鹵汁的對流，促進物料中成分交換與滲入，從而達到均勻鹵制的效果。彭子寧等[6]使用真空低溫烹煮醬牛肉，發(fā)現(xiàn)在工藝為4 ℃長時間腌制后，低溫63 ℃煮制8 h 得到的醬牛肉感官評分很高，嫩度和質(zhì)構(gòu)特性最佳；閆寒等[7]使用真空低溫烹飪牛肉，發(fā)現(xiàn)在56 ℃下煮制175 min、油煎30 s 后牛肉的剪切力和烹飪損失均小于傳統(tǒng)油煎牛肉，且色澤更優(yōu)；顧思遠[8]發(fā)現(xiàn)低溫慢煮鹵牛肉提升了鹵牛肉內(nèi)水分含量，減少了蛋白質(zhì)的流失；Alejandra 等[9]利用真空浸漬無須鱘魚片發(fā)現(xiàn)顏色無明顯變化，且加速了鹽和水分的擴散；Fran?ois 等[10]利用真空腌制增加了火雞肉的鹽分含量，減少了水分損失?？梢姷蜏卣婵罩笾茖θ庵破妨己闷焚|(zhì)的保持有其獨特優(yōu)勢。

超聲波技術(shù)在肉類工業(yè)中的應用一直是國內(nèi)外研究熱點，有著巨大的發(fā)展?jié)摿涂臻g，利用超聲波改善肉品品質(zhì)，提高加工效率，包括改善肉的嫩度、促進腌制等[11]，取得了很大進展。Zou 等[12]利用超聲波輔助煮制鹵牛肉，發(fā)現(xiàn)增大超聲波功率可以有效促進食鹽的傳質(zhì)，在800 W 煮制80 min 時即可達到傳統(tǒng)煮制100 min 時的食鹽含量，并且提高了鹵牛肉保水能力；趙旭彤[13]研究牛肉腌制中NaCl 的擴散過程，建立傳質(zhì)動力學模型，得到超聲波處理食鹽的傳質(zhì)擴散有積極作用。此外，有學者表明，超聲真空預處理樣品的水分和溶質(zhì)擴散率最高[14]，黃月等[15]利用真空和超聲波交替處理雞翅80 min，雞翅含鹽量與常規(guī)鹽水浸泡雞翅12 h 相比，極大縮短了滲鹽時間，且處理后的雞翅色澤良好、肉質(zhì)鮮嫩。超聲波與真空聯(lián)合煮制鹵牛肉的傳質(zhì)研究尚未見報道。

與高溫加熱相比，真空低溫蒸煮需要時間較長[16]，難以有效地應用于工廠實際生產(chǎn)，超聲波與真空聯(lián)合煮制鹵牛肉可提高煮制效率，提高產(chǎn)品品質(zhì)。本研究以牛前腱子肉為研究對象，采用超聲波協(xié)同真空鹵煮牛肉，通過測定鹵煮過程中鹵牛肉的食鹽含量、水分含量和質(zhì)量變化量等，獲得鹵煮過程中鹵牛肉的傳質(zhì)動力學數(shù)據(jù)，為醬鹵肉制品的綠色加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料

1.1.1 實驗材料與試劑

牛前腱子肉，安徽徽食食品有限公司提供；食鹽、香辛料（陳皮、八角、砂仁等），購于本地大潤發(fā)超市；鉻酸鉀、氫氧化鈉、酚酞、硝酸銀、φ=95%乙醇、無水乙醇，均購于亞泰化工有限公司；0.1 mol/L 磷酸鹽緩沖液（pH 值7.3）、φ=2.5%戊二醛（電鏡專用），上海麥克林生化科技有限公司；鹽酸，南京化學試劑有限公司。以上試劑無特殊說明均為分析純。

1.1.2 主要儀器設備

M-20B 鹵素水分含量測量儀，杭州科博有限公司；CPA124S 電子天平，賽多利斯(上海)貿(mào)易有限公司；超聲波協(xié)同真空蒸煮鍋，自行設計制造；DK-98-II馬沸爐，天津市泰斯特儀器有限公司；HCP-A6 組織碎肉機，中山市小馬熊電器有限公司；JSM-6510LV 型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；SCIENTZ-10N真空冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

取冷凍的牛前腿腱子肉，于密封袋中自來水浸泡解凍，將解凍后的牛前腱子肉去掉表面的脂肪及筋膜，清水清凈表面血水，瀝干水分，切成長×寬×高約40 mm×40 mm×40 mm 大小、重約60 g 肉塊，各肉塊組織結(jié)構(gòu)、結(jié)締組織含量相似，稱量計重后，將肉塊置于含鹽量2.5%鹵湯（冷卻至室溫）里進行鹵制，肉液比1:4，按照試驗設計條件制備鹵牛肉樣品。

1.2.2 鹵煮試驗設計

取處理好的肉塊及鹵湯置于超聲波真空鹵煮鍋中，設定真空度分別為-0.054、-0.043、-0.031、-0.016 MPa，對應鹵煮溫度分別設定為80、85、90、95 ℃，升溫速率4.75 ℃/min，各真空度下分不同批次、不同鹵煮時間鹵煮，鹵煮取樣時間分別為：20、40、60、80、100、120 min，以鹵牛肉中食鹽含量、水分含量、鹵肉的質(zhì)量以及鹵湯的食鹽含量為指標，研究不同真空度鹵煮牛肉的傳質(zhì)規(guī)律。

取前面研究得出的最佳真空度及其對應的溫度，于鹵制開始時開啟超聲波并開始加熱，升溫速率4.75 ℃/min，超聲波頻率為40 kHz、處理時間為30 min，功率分別為400、600、800、1 000、1 200 W，取樣測定；取得出的最佳功率，超聲波頻率分別為22、28、40 kHz，處理時間30 min，升溫速率4.75 ℃/min，分批次鹵煮，取樣測定。所有鹵煮的取樣時間分別為：20、40、60、80、100、120 min，以鹵牛肉中食鹽含量、水分含量、鹵肉的質(zhì)量以及鹵湯的食鹽含量為指標，研究不同超聲功率協(xié)同真空和不同超聲頻率協(xié)同真空下的傳質(zhì)規(guī)律。所有實驗重復測定三次，取平均值。以無超聲常壓鹵煮為對照。

1.3 分析測定

1.3.1 指標測定

（1）食鹽含量的測定

采用GB 5009.44-2016《食品安全國家標準 食品中氯化物的測定》中銀量法測定。

（2）水分含量的測定

均勻取樣，組織搗碎機搗碎后，稱取約1.20 g 搗碎后的樣品，采用水分測定儀于（105±1）℃下測定。

（3）質(zhì)量變化的測定

參考文獻[17]方法，略作修改，初始牛肉塊重記為M0，煮制過程中質(zhì)量變化記為，各時間下牛肉的質(zhì)量記為Mt，通過下列公式計算質(zhì)量變化。

1.3.2 鹵牛肉中食鹽含量變化和水分含量變化計算公式

式中：

1.3.3 鹵牛肉中水相中的食鹽含量計算

鹵牛肉水相中的食鹽含量（ZNaCl）按如下公式計算[18]。

式中：

XNaCl、Xw——分別為鹵牛肉的食鹽含量和水分含量，%。

1.3.4 傳質(zhì)動力學模型

通過下列公式（5）[18]建立物質(zhì)傳質(zhì)動力學模型：

式中：

k1——描述傳質(zhì)開始階段發(fā)生的情況；

k2——與擴散機制動力學有關(guān)。

1.3.5 傳質(zhì)平衡方程

根據(jù)公式（6）[18]計算平衡時肉水相和滲透液中的食鹽含量。

式中：

1.3.6 有效擴散系數(shù)

通過下列公式（7）[18]計算傳質(zhì)過程中的有效擴散系數(shù)。

式中：

K——校正傳質(zhì)剛剛開始時候的任何熱力學機制或其他傳質(zhì)現(xiàn)象的效應。

1.3.7 微觀結(jié)構(gòu)

樣品預處理：參考Paika[19]的方法略作修改，取最佳真空鹵煮、超聲波協(xié)同真空鹵煮條件下不同批次的樣品，分別距表面2～3 mm 處向內(nèi)切取約8×4×2 mm大小的切片，浸泡于φ=2.5%戊二醛溶液中，4 ℃下固定24 h。使用0.1 mol/L 的磷酸鹽緩沖液（pH 值7.3）清洗3 次，每次10 min，在27 ℃環(huán)境中放置2 h 后用蒸餾水沖洗，再分別使用25%、50%、70%、96%（體積分數(shù)）乙醇溶液及無水乙醇梯度脫水2 次，乙醇溶液每次15 min，無水乙醇每次1 h。冷凍干燥，鍍金，置于掃描電鏡下觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)的變化。以無真空常壓煮制為對照。電鏡掃描：將凍干鹵牛肉塊用導電膠帶粘到樣品處理臺上，抽真空后鍍上金膜，于掃描電子顯微鏡上進行掃描。掃描條件：工作電壓20 kV，工作距離13 mm，放大倍數(shù)200 倍。

1.3.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用Excel 表格對所得數(shù)據(jù)進行平均值方差計算，運用SPSS 26 軟件一般線性模型進行方差分析，t檢驗和相關(guān)回歸分析，差異顯著性水平（p＜0.05），并用Origin-9.1 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同真空度鹵煮對鹵牛肉傳質(zhì)的影響

鹽分及水分等小分子物質(zhì)的擴散是鹵牛肉中傳質(zhì)的主要表現(xiàn)[20]。由圖1 可知，真空度大于-0.031 MPa各組的食鹽含量變化顯著高于對照組（p＜0.05），但是較小真空度（-0.016 MPa）下，真空鹵煮的食鹽含量變化在前40 min 內(nèi)與對照無差異（p＞0.05），40 min 后差異顯現(xiàn)；真空度增加到-0.043 MPa 時，食鹽含量變化最大，120 min 時達0.79%，此后增加真空度，差異不顯著（p＞0.05）。分析認為，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能源自：在真空密閉環(huán)境下，壓力降低，物料分子運動速率加快，增加了食鹽的滲透，同時真空下牛肉的組織結(jié)構(gòu)有膨脹增大趨勢，利于食鹽的滲透[21]；二是在溫度的協(xié)同下，活化食鹽分子數(shù)量增加，介質(zhì)間的流動性增加，從而增加傳質(zhì)[22]，當真空度增加到-0.043 MPa時，活化的食鹽分子數(shù)量達到最大。各真空度下，隨著煮制時間的延長，食鹽變化量均逐漸增加，在真空度小于-0.031 MPa 條件下，煮制40～60 min 食鹽含量變化無差異，大于真空-0.031 MPa 時差異顯著，說明在煮制前期，真空度增加有助于食鹽的滲透，當煮制到100 min 后各組無差異（p＞0.05）；從增幅來看，隨著時間的增加，各真空度下食鹽含量變化增幅整體呈先下降再上升趨勢，且隨著真空度的升高，增幅程度提高，在100 min 后逐漸趨于平緩。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是鹵煮前期在20 min 內(nèi)溫度即達到蛋白質(zhì)變性溫度，導致牛肉結(jié)構(gòu)收縮，增大了傳質(zhì)阻力，隨著鹵煮時間的增加，肌纖維蛋白完全變性，牛肉結(jié)構(gòu)變得松散，促進了鹵湯的滲入，從而增加了食鹽含量。

圖1 不同真空下鹵牛肉食鹽含量變化Fig.1 Changes in salt content of stewed beef in seasoning under different vacuums

水分變化方面，從圖2 可知，鹵煮過程中，真空度的改變對鹵牛肉中水分含量變化量有顯著影響。真空組的水分含量變化顯著小于對照組（p＜0.05），真空度小于-0.043 MPa 時，水分含量變化隨著真空度的增大而減小，在真空度達-0.043 MPa 后，水分含量變化最小，120 min 時為37.80%，隨后增加真空度差異不顯著（p＞0.05）。分析認為，真空度增加，溫度逐漸減小，煮制過程中鹵牛肉的肌原纖維結(jié)構(gòu)變性較小，從而保留更多水分；二是在加熱條件下，致肌原纖維蛋白和肌漿蛋白部分發(fā)生解離，蛋白質(zhì)親水基團增加，系水力提高，從而水分含量變化減小[23]。李艷紅等[24]研究真空低溫加熱處理牦牛肉發(fā)現(xiàn)，隨著溫度從55 ℃上升到85 ℃時，牦牛肉的水分含量逐漸降低，這與本試驗研究結(jié)果類似。鹵牛肉中水分含量與時間呈負相關(guān)，各真空度下，隨著鹵煮時間的增加，水分含量變化顯著增加（p＜0.05），20～40 min 時間段水分含量變化增加趨勢顯著，原因是溫度升高至蛋白質(zhì)變性溫度時，牛肉肌纖維結(jié)構(gòu)收縮，體積變小，將牛肉內(nèi)部水分擠出[25,26]，從而導致水分含量變化增大，40 min 后水分含量增加趨勢隨時間的增加逐漸趨于平穩(wěn)。

圖2 不同真空下鹵牛肉水分含量變化Fig.2 The moisture content of stewed beef in seasoning under different vacuum

質(zhì)量變化與水分含量變化的趨勢基本相同，質(zhì)量變化的主要原因是牛肉中水分的流失[27]。質(zhì)量變化可以一定程度上反映鹵牛肉的品質(zhì)，質(zhì)量變化越大，蒸煮損失越大，鹵牛肉的出品率越低，口感也會隨之變化。從圖3 可以看出，真空組的質(zhì)量變化顯著低于對照組，隨著真空度的升高質(zhì)量變化逐漸減小，在真空度達-0.043 MPa 后，質(zhì)量變化達到最小，120 min 時為41.28%，隨后增加真空度差異不顯著（p＞0.05），各真空度下隨鹵煮時間的增加，質(zhì)量變化逐漸增加。陳美玉[28]發(fā)現(xiàn)，真空低溫加熱牛肉，牛肉的蒸煮損失率隨溫度的升高（4 5～8 5）℃和時間的延長（0～120）min 顯著增加，85 ℃下最大蒸煮損失達30.2%，120 min 最大蒸煮損失率達28.6%，與本文研究結(jié)果類似。綜合來看，-0.043 MPa 真空度下的鹵牛肉的傳質(zhì)效果最好。

圖3 不同真空下鹵牛肉質(zhì)量變化Fig.3 Weight change of stewed beef in seasoning under different vacuum

2.2 不同超聲功率協(xié)同真空鹵煮對鹵牛肉的傳質(zhì)的影響

功率超聲在肉品加工中能加速傳質(zhì)和增強肉制品的保水性[29]。由圖4 可知，不同功率超聲波處理各組的食鹽含量變化顯著大于對照組（p＜0.05）；超聲波功率越高，食鹽含量變化越大，在功率400～1 000 W 時，各組間同一時間段下食鹽含量變化逐漸增大且差異顯著（p＜0.05），120 min 時由0.77%上升至1.01%，根據(jù)賈娜等[30]研究發(fā)現(xiàn)，超聲波功率增加（100、400、500 W），牛肉中NaCl 含量從2.85%升至3.98%，與本試驗研究結(jié)果相似，原因是機械效應增強，使牛肉肌纖維斷裂，從而減少了傳質(zhì)的阻力，促進了食鹽的傳質(zhì)；在超聲功率為1 000 W 時達到最大，120 min 時值為1.01%，繼續(xù)增加功率，食鹽含量變化不顯著（p＞0.05），可能是在功率1 000 W 時超聲波的機械效應達到飽和所致[31]；與真空度-0.043 MPa 鹵煮結(jié)果相比，功率400 W 時，食鹽含量變化與其無顯著差異，增大功率食鹽含量變化大于真空鹵煮，說明超聲功率較低時與真空的協(xié)同傳質(zhì)作用較低；各功率下，隨著鹵煮時間的增加，食鹽含量變化均逐漸增加，20～60 min增加趨勢有所下降，隨后逐漸上升，100 min 后趨于平緩，這是由于鹵煮前期，隨時間的增加溫度逐漸升高，使肌纖維產(chǎn)生熱收縮，導致食鹽滲透速率下降；隨著鹵煮時間延長，且在超聲功率和真空的協(xié)同下，鹵牛肉的肌纖維斷裂，間隙變大，物料食鹽分子活化數(shù)目增加，增大了食鹽的滲透性[22,32]。

圖4 不同功率協(xié)同真空下鹵牛肉食鹽含量變化Fig.4 The salt content of stewed beef in seasoning under different power and vacuum

從圖5 可以得知，超聲波協(xié)同真空鹵煮下，改變功率能增加鹵牛肉中的水分含量。超聲波協(xié)同真空組水分含量變化顯著小于對照組（p＜0.05），隨著功率的增加，水分含量變化顯著降低（p＜0.05），功率400～1 000 W 時，各功率組間同一時間段下水分含量變化呈顯著減少的趨勢，120 min 時由42.00%降低至39.27%，鄒云鶴[32]研究發(fā)現(xiàn)，超聲波功率增加（0～1 000 W）可以降低醬鹵牛肉的蒸煮損失，120 min 時由40.03%減少至39.24%，差異不顯著，這與本試驗結(jié)果略有不同，可能是處理方法不同造成。與真空-0.043 MPa 鹵煮結(jié)果相比，超聲功率400 W 時，水分含量變化顯著大于真空鹵煮，當功率大于600 W 水分含量變化顯著小于真空鹵煮，說明超聲功率增加，可以減少牛肉水分損失。各超聲功率下，隨著鹵煮時間的延長，水分含量變化均顯著增加（p＜0.05），40 min 前，水分含量變化趨勢顯著變大，這是因為短時間內(nèi)溫度升高，蛋白質(zhì)變性，空間結(jié)構(gòu)變小，導致牛肉內(nèi)部水分流失較大[26,30]，隨著加熱時間的延長，水分含量變化增加的趨勢逐漸趨于平穩(wěn)。

圖5 不同功率協(xié)同真空下鹵牛肉水分含量變化Fig.5 The moisture content of stewed beef in seasoning under different power and vacuum

圖6中質(zhì)量變化的趨勢與水分含量變化趨勢基本一致，超聲協(xié)同真空鹵煮質(zhì)量變化顯著小于對照組（p＜0.05），超聲功率增加，質(zhì)量變化逐漸減小，功率升到1 000 W，煮制時間120 min 時，質(zhì)量變化從42.00%減小到39.27%，繼續(xù)增加功率質(zhì)量變化無顯著變化（p＞0.05）。賈娜等[30]發(fā)現(xiàn)，增大超聲功率（100、400、500 W）可以增加牛肉的保水性，蒸煮損失由48.51%減少到45.55%，與本試驗研究結(jié)果相似，Turantas 等[33]也認為，增加超聲功率能增加牛肉的保水性，主要是超聲波空化作用的影響，而超聲波功率超過1 000 W 時，可能是此時產(chǎn)生的空化作用達到最大，因此質(zhì)量變化不顯著。各功率下，隨著煮制時間的延長，質(zhì)量變化均逐漸增大。超聲波功率1 000 W 時，鹵牛肉中食鹽含量變化最大、水分含量變化和質(zhì)量變化最小。

圖6 不同功率協(xié)同真空下鹵牛肉質(zhì)量變化Fig.6 Weight change of stewed beef in seasoning under different power and vacuum

2.3 不同超聲頻率協(xié)同真空鹵煮對鹵牛肉的傳質(zhì)影響

與真空-0.043 MPa 鹵煮結(jié)果相比，改變超聲頻率顯著增加了食鹽含量變化。由圖7 可知，與對照組相比，不同超聲頻率真空鹵煮下的食鹽含量變化顯著大于對照組（p＜0.05）。各頻率組間前20 min 食鹽含量變化無顯著差異，20 min 后差異顯現(xiàn)，其中，40 kHz食鹽含量變化顯著小于其余兩組，22、28 kHz 組食鹽含量變化隨頻率增加顯著增加，22、28、40 kHz 時最大變化量分別為1.04%、1.17%、0.97%。根據(jù)賈娜[30]的認為，是由于低頻率超聲波產(chǎn)生的機械效應和空化作用更強，對肌纖維結(jié)構(gòu)進行更加有效的破壞，使肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)松弛，促進傳質(zhì)，在28 kHz 頻率食鹽含量變化最大，可能是因為在此頻率下超聲機械效應達到了最大效果所致[31]。隨著煮制時間的增加，各頻率下，食鹽含量變化逐漸增加，鹵煮20～60 min 時，食鹽含量變化趨勢逐漸減小，60 min 后逐漸增大并在100 min 逐漸趨于平穩(wěn)。這可能是因為鹵煮前期牛肉受熱，牛肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導致食鹽滲透阻力增大，隨著時間的增加，肌肉蛋白完全變性，肌肉在熱作用下變得更加松弛，鹵湯滲透增加，從而食鹽含量增加。

圖7 不同頻率協(xié)同真空下鹵牛肉食鹽含量變化Fig.7 Changes in salt content of stewed beef in seasoning under different frequencies in a coordinated vacuum

從圖8 可看出，超聲頻率對水分變化有顯著的影響，當頻率上升到28 kHz，120 min 時水分含量變化最小為34.70%，顯著低于22 kHz、120 min 時的水分含量變化35.60%（p＜0.05），頻率為40 kHz 時各時間段的水分含量變化均大于低頻率組（22、28 kHz）。這是由于一定的低頻率下超聲波的空穴作用更強，在負壓下的協(xié)同作用下肌纖維結(jié)構(gòu)膨脹松弛，從而提高了鹵牛肉的水分含量，這一結(jié)果與邵建航[31]使用不同超聲頻率（0、25、33、40、59 kHz）處理牛肉，在33 kHz時牛肉的蒸煮損失最低為20.64%，持水性顯著提高相類似；各頻率下，隨著鹵煮時間的增加，水分含量變化量逐漸增大，前40 min 水分含量變化的變化趨勢較大，隨著鹵煮時間的延長逐漸減小，在100 min 后水分含量變化無顯著差異（p＞0.05）。

圖8 不同頻率協(xié)同真空下鹵牛肉水分含量變化Fig.8 The moisture content of stewed beef in seasoning under different frequencies in a coordinated vacuum

由圖9 可知，對照組的質(zhì)量變化量最大，120 min時為45.90%，隨著超聲頻率（22、28、40 kHz）的增加，同一時間段下質(zhì)量變化先減小后增加，在120 min時質(zhì)量變化分別為39.45%、38.03%、40.45%。其中超聲波頻率增加到28 kHz 時質(zhì)量變化最小，120 min時為38.03%，40 kHz 頻率處理組質(zhì)量變化顯著大于22 kHz（p＜0.05）。低頻率處理質(zhì)量變化變小，主要是因為在低頻率下，超聲的空穴效應導致牛肉肌纖維蛋白結(jié)構(gòu)松弛，增加了牛肉的持水性和鹵湯的滲透[31]，從而減少了鹵牛肉在鹵煮過程中質(zhì)量的損失，增加了出品率；各頻率下，隨著鹵煮時間的增加，質(zhì)量變化均逐漸增加，100 min 后各頻率下質(zhì)量變化增加但無顯著差異。

圖9 不同頻率協(xié)同真空下鹵牛肉質(zhì)量變化Fig.9 The weight change of stewed beef in seasoning under different frequencies in a coordinated vacuum

2.4 傳質(zhì)動力學

鹵牛肉在不同真空鹵煮、不同功率協(xié)同真空鹵煮和不同頻率協(xié)同真空鹵煮食鹽含量變化與鹵煮時間的平方根（t0.5）的線性關(guān)系如圖10～12 所示。k2值反映了鹵牛肉中食鹽含量變化（、水分含量變化和質(zhì)量變化的增加幅度，k2值越大，傳質(zhì)擴散效率越快[18]。從表1 可知，k2值與真空度的大小有關(guān)，和計算的k2值隨著真空度的增加而呈現(xiàn)增加趨勢，計算的k2值隨著真空度的增加逐漸降低。從表2 中可以看出，超聲功率協(xié)同真空鹵煮下，計算的k2值隨著超聲波功率的增大逐漸增加，和計算的k2值先增加后減小。頻率影響方面，鹵煮計算的k2值（表3）隨著頻率的增大先增加后減小，、計算的k2隨著頻率的增大先減小后增加。根據(jù)楊登玲等[34]研究發(fā)現(xiàn)，加熱傳質(zhì)下k1、k2值與加熱方式有關(guān)。綜合表1、2、3來看，不同真空鹵煮、不同超聲功率協(xié)同真空鹵煮和不同超聲頻率協(xié)同真空鹵煮下的、和與t0.5都有很好的相關(guān)性且在p=0.05 水平上顯著。因此，此模型可以用來擬合鹵牛肉中物質(zhì)傳質(zhì)過程和時間的關(guān)系。

圖10 不同真空鹵煮下鹵牛肉食鹽含量變化與時間的平方根回歸曲線Fig.10 The square root regression curve of salt content change and time of stewed beef in seasoning under different vacuum stewed cooking

圖11 不同功率協(xié)同真空下鹵牛肉食鹽含量變化與時間的平方根回歸曲線Fig.11 The square root regression curve of salt content change and time of stewed beef in seasoning under different power and vacuum

圖12 不同頻率協(xié)同真空下鹵牛肉食鹽含量變化與時間的平方根回歸曲線Fig.12 The square root regression curve of salt content change and time of stewed beef in seasoning under different frequency and vacuum

表1 不同真空度下鹵牛肉、、 的動力學參數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 1 Kinetic parameter values (k1 and k2) and regression coefficients of stewed beef in seasoning ,, under different vacuum degrees (p＜0.05)

表1 不同真空度下鹵牛肉、、 的動力學參數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 1 Kinetic parameter values (k1 and k2) and regression coefficients of stewed beef in seasoning ,, under different vacuum degrees (p＜0.05)

表2 不同超聲功率協(xié)同真空下鹵牛肉、、 的動力學參數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 2 Kinetic parameter values (k1 and k2) and regression coefficients of ,, of stewed beef in seasoning under vacuum with different ultrasonic power

表2 不同超聲功率協(xié)同真空下鹵牛肉、、 的動力學參數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 2 Kinetic parameter values (k1 and k2) and regression coefficients of ,, of stewed beef in seasoning under vacuum with different ultrasonic power

表3 不同超聲頻率協(xié)同真空下鹵牛肉ΔMwt、ΔMClt、ΔM0 t 的動力學參數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 3 Kinetic parameter values (k1 and k2) and regression coefficients of stewed beef in seasoning ΔMwt,ΔMClt,ΔM0 t under vacuum with different ultrasonic frequencies

表4 無超聲無真空下鹵牛肉、、 的動力學數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 4 Kinetic values (k1 and k2) and regression coefficients of stewed beef in seasoning ,, under no ultrasoundand no vacuum

表4 無超聲無真空下鹵牛肉、、 的動力學數(shù)值（k1和k2）及其回歸系數(shù)（p＜0.05）Table 4 Kinetic values (k1 and k2) and regression coefficients of stewed beef in seasoning ,, under no ultrasoundand no vacuum

2.5 有效擴散系數(shù)（De）的計算

鹵煮過程下肉制品的傳質(zhì)與阻力的大小有關(guān)，而阻力主要與鹵牛肉中的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。此模型中真空度和超聲波是主要的傳質(zhì)動力，當達到鹵煮平衡狀態(tài)時，鹵湯中的食鹽含量與鹵牛肉水相中的食鹽含量相等，本試驗過程中通過公式（6）計算得出平衡點為0.021 58。通過公式（7）得出傳質(zhì)驅(qū)動力與t0.5/l之間的線性曲線關(guān)系（圖13、圖14、圖15），算出De 值，得到超聲波協(xié)同真空的傳質(zhì)動力學模型。

圖13 不同真空下的傳質(zhì)驅(qū)動力（1-）與t0.5/l 的回歸曲線Fig.13 Regression curve of mass transfer driving force (1-)and t0.5/l under different vacuum

圖14 不同功率協(xié)同真空下的傳質(zhì)驅(qū)動力（1-）與t0.5/l 的回歸曲線Fig.14 Regression curve of mass transfer driving force (1-)and t0.5/l under different powers in cooperative vacuum

圖15 不同頻率協(xié)同真空下的傳質(zhì)驅(qū)動力（1-）與t/l 的回歸曲線Fig.15 Regression curve of mass transfer driving force (1-)and t0.5/l under different frequencies in a coordinated vacuum

從表5 中可以看出，對照組的有效擴散系數(shù)顯著低于各真空鹵煮與各超聲波協(xié)同真空鹵煮有效擴散系數(shù)。3 種鹵煮條件下，有效擴散系數(shù)De 值隨著真空度的升高、功率的增大而逐漸增大，在真空度為-0.043 MPa 時為6.60×10-5m2/s，功率為1 000 W 時有效擴散系數(shù)De 值為1.17×10-4m2/s，不同頻率協(xié)同真空鹵煮時也隨著頻率增大有增大趨勢，在頻率28 kHz 時最大為1.42×10-4m2/s；對于不同鹵煮條件下，相同鹵煮時間下的鹵牛肉，有效擴散系數(shù)的大小分別為：不同超聲頻率協(xié)同真空鹵煮＞不同超聲功率協(xié)同真空鹵煮＞不同真空鹵煮＞對照組。此外，真空鹵煮與超聲波協(xié)同真空鹵煮的傳質(zhì)驅(qū)動力與時間的平方根除以肉塊厚度（t0.5/l）均有很好的線性關(guān)系（R2≥0.95）。因此，超聲波協(xié)同真空鹵煮牛肉可以提高鹵煮過程的傳質(zhì)效率，且在超聲波頻率28 kHz、功率1 000 W、真空度-0.043 MPa 條件下擴散系數(shù)最高。

表5 真空煮制和超聲波協(xié)同真空煮制鹵牛肉得到的理論動力學參數(shù)值Table 5 Theoretical kinetic parameter values obtained by vacuum cooking and ultrasonic cooking of stewed beef in seasoning

2.6 微觀結(jié)構(gòu)

如圖16 是鹵牛肉的微觀結(jié)構(gòu)變化圖。各鹵煮條件下，鹵煮初期，真空（-0.043 MPa）鹵煮微觀結(jié)構(gòu)與對照組無顯著差異，纖維結(jié)構(gòu)排列緊密而規(guī)則，超聲（頻率28 kHz、功率1 000 W）協(xié)同真空鹵煮肌纖維細胞膜出現(xiàn)損傷，排列較為緊密而規(guī)則，這些變化會導致食鹽滲透的阻力增大，牛肉中的水分被擠出，從而減少水分；隨著鹵煮時間的增加，3 種鹵煮方式下的肌纖維結(jié)構(gòu)均逐漸變得松散而不規(guī)則，出現(xiàn)不規(guī)則孔洞，纖維間隙增大。其中真空鹵煮和超聲波協(xié)同真空鹵煮下肌纖維直徑膨脹變大，不規(guī)則孔洞增多，超聲波協(xié)同真空組的肌原纖維結(jié)構(gòu)在200 倍下可以清晰的看到，肌原纖維束斷裂分離，肌纖維結(jié)構(gòu)紊亂。研究表明，鹵煮時間的延長會導致蛋白質(zhì)變性，結(jié)締組織降解和可溶性膠原蛋白流失，肌原纖維內(nèi)部的蛋白出現(xiàn)坍塌或聚集，形成不規(guī)則的孔洞，造成纖維細胞之間的間隙變大，連接松散[35,36]，而肌纖維直徑膨脹，間隙增大會使鹵牛肉容納更多的水分，且減小鹵湯滲入牛肉內(nèi)部的阻力[32]，從而提高鹵牛肉的食鹽含量，增大傳質(zhì)效果。因此可知，超聲波協(xié)同真空鹵煮下傳質(zhì)效果較好。

圖16 不同條件下鹵牛肉微觀結(jié)構(gòu)（×200）Fig.16 Microstructure of stewed beef in seasoning under different conditions (×200)

3 結(jié)論

本研究以牛腱子肉為研究對象，通過不同真空鹵煮、不同超聲功率協(xié)同真空鹵煮、不同超聲頻率協(xié)同真空鹵煮3 種鹵煮方式鹵制牛肉，測定鹵煮過程中鹵牛肉的食鹽、水分和質(zhì)量變化，研究超聲波協(xié)同真空鹵煮牛肉的傳質(zhì)規(guī)律。結(jié)果表明：（1）超聲波協(xié)同真空鹵煮和真空鹵煮具有顯著促進傳質(zhì)的效應。鹵牛肉中的食鹽含量變化（）隨著真空度、超聲波功率和頻率的增加而增大，水分含量變化（）和質(zhì)量變化（）隨著真空度、超聲波功率和頻率的增加而減小，同時間下，在真空度-0.043 MPa、超聲功率1 000 W、頻率28 kHz 時，鹵牛肉的最大，和最小，120 min 時分別為1.17%、34.70%、38.03%。（2）3 種鹵煮方式下鹵牛肉的、和與時間的平方根（t0.5）均有較好的線性關(guān)系，鹵牛肉的k1和k2值隨著真空度和超聲功率的增加而增大，隨著超聲頻率的增加先增加后減?。挥行U散系數(shù)De 值隨超聲功率、超聲頻率和真空度增加而增加，真空鹵煮下，真空度-0.043 MPa 時有效擴散系數(shù)最大，為6.60×10-5m2/s，不同功率協(xié)同真空鹵煮下，功率為1 000 W 時有效擴散系數(shù)最大，為1.17×10-4m2/s，不同超聲頻率協(xié)同真空鹵煮時，超聲波頻率28 kHz 條件下鹵牛肉的傳質(zhì)有效擴散系數(shù)最大，為1.42×10-4m2/s，其De 值大小順序為不同超聲頻率協(xié)同真空鹵煮＞不同超聲功率協(xié)同真空鹵煮＞不同真空鹵煮＞對照組，此外，3 種鹵煮方式的傳質(zhì)驅(qū)動力與t0.5/l具有很好的線性相關(guān)性，可以較好的應用于鹵牛肉鹵煮工藝中。（3）鹵煮初期，真空（-0.043 MPa）鹵煮微觀結(jié)構(gòu)與對照組無顯著差異，纖維結(jié)構(gòu)排列緊密而規(guī)則，超聲（頻率28 kHz、功率1 000 W）協(xié)同真空鹵煮肌纖維細胞膜出現(xiàn)損傷，排列較為緊密而規(guī)則；隨著鹵煮時間的增加，3 種鹵煮方式下的肌纖維結(jié)構(gòu)均逐漸變得松散而不規(guī)則，出現(xiàn)不規(guī)則孔洞，纖維間隙增大，超聲波協(xié)同真空肌原纖維束斷裂分離，肌纖維結(jié)構(gòu)更加紊亂，真空鹵煮肌原纖維損壞較小。因此，超聲協(xié)同真空鹵煮對鹵牛肉中的傳質(zhì)有顯著影響，能促進傳質(zhì)進程，超聲波協(xié)同真空鹵煮最佳傳質(zhì)條件為真空度-0.043 MPa，超聲頻率28 kHz，超聲功率1 000 W，超聲時間30 min。