螺旋輸送轉速對肉料絞切加工品質的影響

涂德浴,童寶宏,,許正華,孫 軍,陳志勇

(1.安徽工業(yè)大學機械工程學院,安徽馬鞍山 243032;2.安徽華菱西廚裝備股份有限公司博士后科研工作站,安徽馬鞍山 243131；3.合肥工業(yè)大學機械工程博士后流動站,安徽合肥 230009)

螺旋輸送轉速對肉料絞切加工品質的影響

涂德浴1,童寶宏1,2,許正華2,孫 軍3,陳志勇1

(1.安徽工業(yè)大學機械工程學院,安徽馬鞍山 243032;2.安徽華菱西廚裝備股份有限公司博士后科研工作站,安徽馬鞍山 243131；3.合肥工業(yè)大學機械工程博士后流動站,安徽合肥 230009)

為了考察絞切加工過程中絞肉機螺旋輸送轉速對肉糜品質的影響情況,以肉糜的pH、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)、持水能力和色澤等指標為評價依據(jù),對不同螺旋輸送轉速下的豬肉和牛肉肉料絞切加工品質進行了實驗研究。研究結果表明,轉速對肉糜pH和TVB-N值的影響不明顯,肉糜的pH總體變化比較穩(wěn)定,TVB-N值則呈緩慢上升趨勢。螺旋輸送轉速不會對絞切加工的肉糜持水能力和色澤產(chǎn)生明顯影響,對于同一類肉糜,不同轉速下得到的樣本水分質量損失隨貯藏時間的變化趨勢十分接近。綜合分析表明,對于實驗樣機,轉速為140 r/min時獲取的豬肉糜加工品質最為理想,而對于牛肉的最佳驅動轉速是160 r/min。

螺旋轉速,豬肉,牛肉,肉糜,絞切

絞肉機產(chǎn)品的綜合工作性能與設備自身工作效能和加工后肉制品的質量密切相關。作者前期研究已經(jīng)系統(tǒng)分析了相關產(chǎn)品設計因素對絞肉機工作品質的影響情況,指出產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)存在的問題及相應的解決方案[1],并通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),螺旋軸的結構設計和轉速工況設計對螺旋軸的輸送性能影響明顯,可以通過改善螺旋軸表面速度分布的均勻性來提高絞肉加工的質量[2]。如何提升肉料的加工品質一直是廣大研究者關注的熱點。現(xiàn)有的這些研究從宰前處理和宰后處理等方面對影響肉制品質量的因素進行了充分探討,為進一步提升肉制品的加工品質提供了極大幫助。然而,有關絞肉加工工藝對肉品質量影響的相關研究報道不多見。

用于評價冷鮮肉品質的生化指標很多,主要有揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)、菌落總數(shù)和尸胺含量等,肉制品的pH和保水性也可用作評價鮮肉品質的重要參考[11-12]。

螺旋輸送理論的相關研究成果[13-14]為開展絞肉機螺旋輸送機構優(yōu)化設計提供了重要理論基礎。適當提高螺旋輸送轉速可以明顯提高絞肉機的絞切加工效率,但是否會對肉糜的品質產(chǎn)生影響并沒有得到深入研究。本文結合前期開發(fā)的實驗平臺[15],分別對不同轉速下絞切加工得到的豬肉和牛肉肉糜品質狀況進行研究,仔細考察了肉糜的pH、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)、色澤和保水性等指標的變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

根據(jù)實驗絞肉機的主要使用功能范圍,這里重點選擇豬肉和牛肉的絞切加工肉糜為研究對象。由于實驗周期及持續(xù)時間比較長,為了盡可能確保實驗肉料來源的統(tǒng)一性,本實驗中選用的肉料分別為同一超市銷售的帶皮后腿豬肉和帶筋牛肉。實驗準備階段,將肉料洗凈瀝干,然后進行去皮切塊處理。肉塊寬度約為40 mm,大小與絞肉機喂料口徑相當;肉料長度約為80 mm,厚度約為20 mm。

對于豬肉肉料,處理后仍然含有一定量脂肪成份層,不同部位的肉塊脂肪層含量不一。為盡可能確保肉料絞切加工過程中負荷均勻,需要對肉塊進行混合均勻化處理,以避免加工測試過程中因脂肪層肉塊過度集中引起的轉速負載突變現(xiàn)象。

HF-22型絞肉機 安徽華菱西廚裝備股份有限公司;SR-90L型開關磁阻調速電機 南京瑞鵬科技有限公司;Testo205肉類pH測量儀 德國Testo公司;STD-XG型揮發(fā)性鹽基氮速測儀 廈門斯坦道科學儀器股份有限公司;BL410S型分析天平 美國西特;FYL-YS-100L型恒溫干燥箱 北京福意電器有限公司;JZ-300型色差計 深圳市金準儀器設備有限公司。

1.2 實驗樣本的采集

實驗樣本的采集工作主要是在課題組前期開發(fā)的絞肉機螺旋輸送性能測試實驗平臺上進行的,如圖1所示。以HF-22型絞肉機為考察對象,實驗時選用的刀盤孔徑為5 mm。該絞肉機采用了一體式的驅動和減速系統(tǒng)設計方案,為方便螺旋送料機構的安裝固定,在不拆除原有減速機構和電機的情況下,采用調速電機進行調速驅動。

采集實驗樣本時,通過調速器調整電機的輸出轉速,使螺旋輸送機構在設定的轉速工況下工作。每種轉速驅動工況下取樣一次,考慮到絞切加工后肉糜理化性能參數(shù)的測量需求,稱取1份約(500±0.5)g肉糜作為測試原料。樣品采集后,存放約2 h后開始相關參數(shù)的第一次測定。

為了表述簡潔,這里用符號“Z80”標識螺旋輸送轉速為80 r/min時絞切加工得到的豬肉肉糜樣品,余類推。根據(jù)實驗絞肉機螺旋軸的實際工作轉速范圍及對測試結果的綜合比較分析,這里選擇具有代表性的樣品數(shù)據(jù)進行重點研究。選擇的豬肉肉糜樣品對應的輸送轉速分別為80、100、120、140、160 r/min,選擇的牛肉肉糜樣品對應的輸送轉速分別為0、120、140、160、180 r/min。

圖1 豬肉絞切加工測試實驗臺Fig.1 Experiment rig of the grinding of pork注:1. 絞肉機,2. 支座,3. 電子稱,4. 轉速轉矩測量儀,5. 電機調速器,6. 開關磁阻調速電機,7. 轉速轉矩傳感器,8. 肉料。

1.3 參數(shù)的測定

1.3.1 pH的測定 參照文獻[16]提供的方法,利用便攜式肉類pH測量儀測取肉料樣本的pH,每次在樣本的不同部位進行測量,總計測取6處,取其平均值為該樣本的pH。

1.3.2 TVB-N的測定 依據(jù)分光光度法測量原理[16],采用揮發(fā)性鹽基氮速測儀對樣本的TVB-N值進行檢測。每個樣本測取3個試樣,取其平均值為該樣本的TVB-N值。

1.3.3 持水能力的測定 肉的持水能力是肉品工業(yè)及消費者用于評估食用價值的重要參數(shù)之一,也稱保水性或持水力。水是畜肉中含量最多的組成成分,肌肉中含水率可達到75%[12]。肉糜持水能力與肉糜內在組織結構的破壞程度密切相關。對肉中水分變化機理的研究是肉品科學研究熱點之一,目前多是通過考察加壓系水力、滴水損失、蒸煮損失等參量來分析肉的持水能力[5,12]。但這些方法在實施后都會對肉料樣品造成破壞,無法考察同一樣品持水能力隨貯藏時間的變化情況。這里采用的是連續(xù)精確測量自然失重量的實驗分析方法,通過連續(xù)測取肉糜樣品在特定存放空間內的自然蒸發(fā)失重情況,來考察不同絞切加工工況下肉糜的持水能力。利用分析天平稱取(20±0.1)g肉糜,并將盛放在燒杯內肉糜樣品敞口存放在恒溫干燥箱內,存放溫度設為5 ℃。測量時間間隔為(24±0.5)h,連續(xù)測量7 d。貯藏過程中肉糜樣品的質量損失(Δm,g)以本次測量質量(m2,g)與1 d前測量質量(m1,g)的差值來表示,即

Δm=m1-m2

式(1)

則質量損失率(λ,%)可表示為

式(2)

式中:Δm-質量損失,g;m1-1d前測量質量,g;m2-本次測量質量,g;λ -質量損失率,%。

每個工況下測取3個樣本,每次取其平均值為該樣本的測量結果值。

1.3.4 肉糜色澤的觀察與檢測 肉糜色澤的變化與其新鮮度狀況密切相關,也是評價肉料品質的一項重要指標,通常采用色差儀進行檢測分析。本實驗研究中,由于豬肉肉糜中含有的脂肪層不可忽略,肉糜色澤的均勻性難以保證。因此,這里采用圖像目測法,通過對拍攝的豬肉糜照片資料進行色澤觀測分析,考察貯藏過程中肉糜顏色的變化情況。對于牛肉肉糜,其顏色均勻性較好,采用色差計分別對其明亮度L*、紅色度a*和黃色度b*參數(shù)進行檢測分析,測試過程中每個樣品至少測量三個位點,分別取L*、a*和b*的平均值。

2 結果與分析

2.1 肉糜pH的變化

肉糜的pH實驗測試結果如圖2所示。從商場購買的實驗用冷鮮肉料已經(jīng)處于成熟階段,蛋白質等大分子物質發(fā)生分解,微生物生長同時代謝酸性物質,肉料腐敗過程中的蛋白質在細菌酶的作用下被分解為氨和胺類堿性物質[4],絞切加工后肉糜的pH會隨著貯藏時間的延長而逐漸升高,如圖2所示。對比本次實驗研究結果數(shù)據(jù),由于貯藏溫度較低,絞切加工后肉糜的pH總體比較穩(wěn)定。由圖2還可以看出,轉速對肉糜pH影響并不明顯,并且具有一定的隨機性特征。如圖2a所示,對于豬肉肉糜,肉糜的pH最大值為5.96,出現(xiàn)在第7d。加工轉速為80r/min;最小值為5.45,出現(xiàn)在加工當天,加工轉速為100r/min。

圖2 肉糜pH隨貯藏時間的變化Fig.2 pH of ground meat at different storage

而對于牛肉肉糜,如圖2b所示,肉糜的pH最大值為5.99,出現(xiàn)在7 d后,加工轉速為180 r/min;最小值為5.55,出現(xiàn)在加工當天,加工轉速為160 r/min。比較可以發(fā)現(xiàn),豬肉肉糜的pH基本上呈緩慢上升趨勢,最大變化值為0.31。牛肉肉糜的pH在貯藏前4 d時間內變化很小,基本上小于0.15;4 d后上升趨勢明顯,但其pH最大變化均沒有超過0.42。

2.2 肉糜TVB-N值的變化

肉品中揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的含量與腐敗程度之間有明確的對應關系,通常是隨著腐敗的進行而明顯增加,因此TVB-N含量是衡量肉品新鮮度的重要指標[18-19]。參照國標GB2707-2005《鮮(凍)畜肉衛(wèi)生標準》,在對肉料鮮度評價時按照TVB-N值劃分為3 個等級:一級鮮度(TVB-N≤15 mg/100 g),二級鮮度(TVB-N≤25 mg/100 g),變質肉(TVB-N>25 mg/100 g)[12]。圖3所示為不同轉速工況下絞切加工得到的豬肉肉糜和牛肉肉糜TVB-N值隨貯藏時間的變化情況。

由圖3可以看出,隨著貯藏時間的延續(xù),各轉速下加工得到的兩類肉糜TVB-N值總體呈上升趨勢。對于豬肉肉糜,由圖3a可以發(fā)現(xiàn),在絞切加工后貯藏2 d時間里,除了Z120樣品TVB-N值(大小為15.6 mg/100 g)略微超出一級鮮度范圍外,其它結果均符合一級鮮度要求。貯藏5 d時間后,除了Z140樣品TVB-N值仍符合一級鮮度標準外,其它樣品均只符合二級鮮度標準。其中,Z120樣品在貯藏6 d后已經(jīng)屬于變質肉。牛肉肉糜的TVB-N值保持較好,如圖3b所示,貯藏5 d時間里,所有肉糜樣本測試結果均符合一級鮮度要求。

圖3 肉糜TVB-N隨貯藏時間的變化Fig.3 TVB-N of ground meat at different storage

由圖3還可以看出,轉速對兩類肉糜TVB-N值的影響沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。總體來看,豬肉肉糜的Z140樣品TVB-N值的變化相對比較穩(wěn)定,該樣品在貯藏7 d后才變成二級鮮度肉;牛肉肉糜的Z160樣品TVB-N值總體偏小,其保鮮能力稍好于其它幾種情況。這說明,從絞切加工后豬肉肉糜和牛肉肉糜新鮮度的保持情況來看,實驗樣機相應的最佳螺旋輸送轉速為分別140 r/min和160 r/min。

2.3 肉糜持水能力的變化

各肉糜樣本的水分質量損失如圖4所示。

圖4 肉糜水分質量損失Fig.4 Mass loss of water of ground meat at different storage

由圖4可以看出,對于同一類肉糜,不同轉速下得到的樣本水分質量損失隨貯藏時間的變化趨勢十分接近,螺旋軸輸送轉速不會對肉糜持水能力產(chǎn)生明顯影響。在貯藏第1 d后,兩類肉糜水分損失均達到最大,而在貯藏2 d后,肉糜的水分損失及損失率變化情況則相對比較平穩(wěn)。

對于豬肉肉糜,如圖4a所示,最大質量損失為0.863 g,對應最大損失率約為4.29%。貯藏2 d后,測試結果變化比較平穩(wěn),質量損失約為0.55 g左右,損失率約為3.0%左右。通過比較還可以發(fā)現(xiàn),Z140樣品的水分損失情況變化最為平穩(wěn),貯藏2 d后的水分質量損失最大值為0.592 g,最小值為0.520 g,相應的損失率數(shù)值分別為2.81%和3.06%。

對于牛肉肉糜,如圖4b所示,在貯藏第1 d后,肉糜水分損失最大,最大質量損失為0.863 g,最大損失率約為4.29%。貯藏2 d后,肉糜的水分質量損失穩(wěn)定在0.32 g左右,損失率約為1.53%。此時,Z160樣品的水分損失情況變化最為平穩(wěn),貯藏2 d后的水分質量損失最大值為0.202 g,最小值為0.148 g,相應的損失率數(shù)值分別為1.01%和0.748%。

2.4 肉糜色澤的變化

為考察轉速對豬肉肉糜色澤的影響,這里通過圖像目測法對各轉速下肉糜色澤在貯藏過程中的變化情況進行考察。溫度越低,豬肉色澤變化越不明顯,為增強觀察效果,這里重點對貯藏溫度為15 ℃時的情形進行分析。觀測結果發(fā)現(xiàn),轉速對豬肉肉糜色澤變化影響不明顯,研究結論與前面TVB-N等參數(shù)的測量分析情況基本相對應。豬肉糜在貯藏2 d后多能保持較好的色澤度。在貯藏3 d后,肉糜的光澤開始變暗,濕潤度降低;到第4 d,局部肉糜的顏色開始變成淺綠,肉糜已初步發(fā)生變質。在貯藏5 d后,肉糜變質現(xiàn)象明顯,片狀區(qū)域的肉糜整體呈現(xiàn)淺綠色,圖5所示分別反映了貯藏1、3和5 d后豬肉肉糜色澤的變化情況,相應螺旋輸送轉速為80 r/min。

圖5 豬肉糜色澤的變化(15 ℃)Fig.5 Changing of color of ground meat(15 ℃)注：a、b、c分別表示貯藏1、3、5 d后色澤變化情況。

圖6所示為牛肉肉糜色澤相關的明亮度L*、紅色度a*和黃色度b*的測試結果。

圖6 牛肉糜色澤的變化(10 ℃)Fig.6 Changing of color of ground meat(10 ℃)

由圖6可以看出,轉速的差異性對牛肉肉糜色澤度影響也不明顯,但經(jīng)過絞切加工以后,牛肉肉糜的亮度值均明顯高于未加工的原料牛肉,而紅色度a*明顯偏低于原料肉,黃色度b*沒有明顯發(fā)生變化。同時,還可以看出,隨著貯藏時間的延長,牛肉肉糜的亮度L*、紅色度a*和黃色度b*總體上呈緩慢下降的趨勢。由圖6b和圖6c還可以發(fā)現(xiàn),部分肉糜樣本的紅色度a*和黃色度b*在貯藏期間呈現(xiàn)先升高后緩慢降低的趨勢。這主要是由于開始時牛肉處于有氧狀態(tài)下肌紅蛋白和氧氣發(fā)生反應暫時生成不穩(wěn)定的鮮紅色氧合肌紅蛋白,然后隨著氧氣的消耗,同時生成CO2等其他產(chǎn)物,形成低氧分壓環(huán)境,氧合肌紅蛋白變成高鐵肌紅蛋白,導致牛肉的色澤逐漸變暗[6]。

紅色度a*值的變化能較好的反映牛肉的色澤穩(wěn)定性[5],通過對比可以發(fā)現(xiàn),Z160樣品的紅色度a*值變化最為平穩(wěn),其最大值為12.07,最小為8.13。據(jù)此,可以推斷轉速為160 r/min時絞切加工得到的牛肉肉糜色澤保持能力要優(yōu)于其它幾種結果。

綜合前面各肉糜樣品理化性能參數(shù)等的實驗結果分析可以看出,螺旋輸送轉速對肉糜的加工品質的影響并不明顯,并且,這種影響往往呈現(xiàn)一定的不確定性。但是,通過比較可以發(fā)現(xiàn),在肉料的絞切加工過程中,必然存在一個最佳的驅動轉速工況。對于實驗樣機,轉速為140 r/min時獲取的豬肉肉糜加工品質最為理想,而對于牛肉的最佳驅動轉速是160 r/min。

3 結論

研究結果表明,轉速對肉糜pH和TVB-N值的影響并不明顯。并且,肉糜的pH和TVB-N值均呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。

研究表明,螺旋軸輸送轉速不會對肉糜持水能力產(chǎn)生明顯影響,對于同一類肉糜,不同轉速下得到的樣本水分質量損失隨貯藏時間的變化趨勢十分接近。在貯藏第1 d后,兩類肉糜水分損失均達到最大,而在貯藏2 d后,肉糜的水分損失及損失率變化情況則相對比較平穩(wěn)。轉速對肉糜色澤變化影響不明顯,研究結論與前面理化性能參數(shù)的測量分析情況基本相對應。

綜合分析表明,在肉料的絞切加工過程中必然存在一個最佳的驅動轉速工況。對于實驗樣機,轉速為140 r/min時獲取的豬肉糜加工品質最為理想,而對于牛肉的最佳驅動轉速是160 r/min。

[1]童寶宏,許正華,宋斌,等.影響絞肉機工作品質的產(chǎn)品設計因素分析[J]. 食品與機械,2012,28(1):112-114.

[2]童寶宏,許正華,宋斌,等.絞肉機螺旋軸輸送性能的數(shù)值模擬研究[J]. 食品與機械,2012,28(6):174-176.

[3]趙慧,甄少波,任發(fā)政,等.待宰時間和致暈方式對生豬應激及豬肉品質的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2013,29(4):272-277.

[4]袁先群,賀稚非,李洪軍,等. 不同貯藏溫度托盤包裝冷鮮豬肉的品質變化[J]. 食品科學,2012,33(6):264-268.

[5]余小領,李學斌,趙良,等. 常規(guī)冷凍凍藏對豬肉保水性和組織結構的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2008,24(12):264-268.

[6]李飛燕,梁榮蓉,張一敏,等. 冷卻牛肉貯藏過程中的品質變化[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(3):182-186.

[7]閆文杰,崔建云,戴瑞彤,等. 高密度二氧化碳處理對冷卻豬肉品質及理化性質的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2010,26(7):346-350.

[8]李學斌,周光宏,余小領,等. 不同宰后時間切碎對肉糜質量的影響[J]. 食品科學,2009,30(2):123-126.

[9]皮鶴珍,芮漢明,張立彥. 胖大海膠對豬肉糜品質的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技,2012,28(6):634-638.

[10]盧裕銘,戚穗堅,陳海彬,等. 維生素E脂質體對豬肉制品品質的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技,2012,28(4):402-404.

[11]郇延軍,許偉,趙雅娟,等. 冷鮮肉品質評價指標的探討[J]. 食品科學,2012,33(21):107-110.

[12]余小領,李學斌,閆利萍,等.不同凍結和解凍速率對豬肉保水性和超微結構的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報,2007,23(8):261-265.

[13]Khayat R E,Huneault M A,Duquette R. A boundary element analysis of planar drop deformation in the screw channel of a mixing extruder[J]. Engineering Analysis with Boundary Elements,1998,21(1):155-168.

[14]Kwon H T,Joo W J,Kim J S. Kinematics and deformation characteristics as a mixing measure in the screw extrusion process[J]. Polymer Engineering and Science,1994,34(1):174-189.

[15]童寶宏,許正華,宋斌,等. 絞肉機螺旋輸送機構性能測試的實驗臺[P]. 中國專利:201220051908.1,2012-10-10.

[16]張坤,彭科懷,杜洪鳳. 分光光度法測定肉與肉制品中揮發(fā)性鹽基氮[J]. 預防醫(yī)學情報雜志,2009,25(1):78-80.

[17]Rees M P,Trout G R,Warner R D. The influence of the rate of pH decline on the rate of ageing for pork I:Interaction with method of suspension[J]. Meat Science,2003,65(4):791-804.

[18]Castro P,Padrón J C P,Cansino M J C,et al. Total volatile base nitrogen and its use to assess freshness in European sea bass stored in ice[J]. Food Control,2006,17(4):245-248.

Effect of rotate speed of screw conveyor on grinding quality for meat

TU De-yu1,TONG Bao-hong1,2,XU Zheng-hua2,SUN Jun3,CHEN Zhi-yong1

(1.School of Mechanical Engineering,Anhui University of Technology,Ma’anshan 243032,China;2.Post-doctoral Research Station of Anhui Hualing Kitchen Equipment Co.,Ltd.,Ma’anshan 243131,China;3.Mobile Post-DOCTORAL Station of Mechanical Engineering of Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)

Ground meat’s quality is not only determined by the physical properties of the meat,but also correlated closely to the operation condition of screw conveying system of meat grinder during grinding process. In order to examine the effect of screw conveyor’s rotate speed on grinding quality for meat,an experimental study was put forward under different operating speeds. Many biochemical parameters for quality evaluation of ground meat and corresponding test methods were introduced,such as pH,total volatile basic nitrogen(TVB-N),water-holding capacity and color. Results showed that conveyor’s rotate speed had no significant effect on pH and TVB-N of ground meat with the elongation of storage period. There was a relatively stable state with the changing of pH values of ground meat,while TVB-N values of ground meat collected from different rotating speeds had an upward trend with the elongation of storage period. It also showed that rotating speeds of screw shaft also had no significant effect on water-holding capacity and color of ground meat. There was a similar trend in the lost process of water of ground meat from different conveyor’s rotate speed. For tested meat grinder,optimum operating speed on pork and beef is 140 r/min and 160 r/min respectively.

screw rotate speed;pork;beef;meat;grinding

2015-03-27

涂德浴(1971-)，男，博士，副教授，主要從事機械設計及理論，食品機械等領域研究，E-mail:tudeyu@ahut.edu.cn。

國家火炬計劃項目(2011GH031230)。

TS251.1

A

1002-0306(2015)21-0275-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.048