草魚低溫循環(huán)腌制過程中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究

謝思蕓，鐘瑞敏，肖仔君，溫紫凝，溫慧敏，廖彩虎

（韶關(guān)學(xué)院英東食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

草魚低溫循環(huán)腌制過程中的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究

謝思蕓，鐘瑞敏，肖仔君，溫紫凝，溫慧敏，廖彩虎*

（韶關(guān)學(xué)院英東食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

通過測定草魚腌制過程中的NaCl含量、水分含量、持水力、傳質(zhì)系數(shù)及質(zhì)構(gòu)等相關(guān)指標(biāo)來研究草魚低溫循環(huán)腌制過程的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，低溫循環(huán)腌制的腌制速度明顯大于靜置低溫腌制速度，且隨著循環(huán)流量增加，腌制速度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)循環(huán)流量達(dá)到一定程度，腌制速度將趨于平衡。臨界循環(huán)流量為1 100 mL/min，此參數(shù)可為其工業(yè)應(yīng)用提供參考。綜合評(píng)價(jià)，循環(huán)腌制的含水量、持水力與質(zhì)構(gòu)指標(biāo)均優(yōu)于靜置腌制，以中速（1 100 mL/min）效果最佳，傳質(zhì)系數(shù)為1.61×10-9m2/s。

草魚；循環(huán)腌制；傳質(zhì)系數(shù)；傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)

Abstract：Some critical indexes including NaCl content，moisture content，water holding capacity，mass transfer coefficient and texture during the process of grass carp circulation were detected to evaluate the mass transfer dynamics in low temperature.The experimental results showed that using soused with circulant cold water was more effective to enhance curing speed than soused with static water.With the help of cycling flow，curing speed was faster and faster until the cycling flow reached to a certain extent.Critical flow was 1 100 mL/min，which could be used in industry as reference.In a word，cycle pickled in some physical indexes such as moisture content，the water holding capacity and texture was better than stable pickled，with medium speed（1 100 mL/min）and transfer coefficient 1.61×10-9m2/s was effective.

Key words：grasscarp；cycle pickled；massconductivity coefficient；masstransfer kinetics

中國是世界水產(chǎn)品加工與貿(mào)易大國，除了冷鮮與冷凍等初加工產(chǎn)品，腌制品是其主要的深加工產(chǎn)品。草魚是我國的四大家魚之一，在淡水養(yǎng)殖業(yè)中占了非常重要的地位，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年草魚的養(yǎng)殖量達(dá)到422萬噸，居中國淡水養(yǎng)殖業(yè)第二位[1]。

傳統(tǒng)的干腌方式主要是通過大量食鹽直接與魚肉接觸，通過人工多次揉搓，以達(dá)到食鹽滲入魚肉組織的目的，但是，通過干腌方法制成的腌魚制品多存在含鹽量高、魚肉質(zhì)地硬和貯藏過程脂肪容易哈敗變質(zhì)等問題[2]。常規(guī)鹽水腌制雖然可以提高魚肉腌制的均勻性，但是其腌制時(shí)間長，魚肉易腐敗，無法保證腌魚制品的食品安全是其最大的問題。劉然等[3]以草魚為研究對(duì)象，探討濕腌、干腌、醋腌與真空滾揉腌制這4種方法對(duì)草魚的腌制速率與理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明濕腌的方法對(duì)蛋白影響最??；榮建華等[4]以咸蛋為研究對(duì)象，測定鹽水腌制咸蛋過程中的時(shí)間、溫度與鹽水濃度的變化，通過方程擬合來探討咸蛋鹽水腌制的動(dòng)力學(xué)變化，建立溫度，鹽濃度與時(shí)間等腌制條件對(duì)蛋品含鹽量及蛋黃指數(shù)的擬合方程。目前，對(duì)于魚肉腌制過程中的傳質(zhì)系數(shù)與動(dòng)力學(xué)研究較少，特別是輔助動(dòng)力設(shè)施方面的研究比較少，使腌肉制品工業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域缺乏相關(guān)參數(shù)。

因此，本文選用鹽水循環(huán)腌制方法，在傳統(tǒng)的鹽水腌制的基礎(chǔ)上，增加循環(huán)水泵，通過選用不同循環(huán)流量來監(jiān)控腌制過程魚肉的NaCl含量、水分含量、持水力和質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)，探討鹽水腌制魚肉過程中的動(dòng)力學(xué)變化，為后續(xù)腌魚制品加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 原輔材料

草魚購自廣東省韶關(guān)第一市場，重量（2 000±75）g，草魚當(dāng)天宰殺，沿草魚脊骨分割成2份，取不帶脊骨的一邊，與脊骨垂直方向，將魚肉分割為2 cm寬，每塊魚肉重量為（50±2）g，覆蓋一層保鮮膜，于 4℃冰箱中冷藏備用。

1.2 儀器設(shè)備

TMS-Pro FTC質(zhì)構(gòu)儀：美國FTC公司；DL-2020低溫恒溫槽：上海百典儀器設(shè)備有限公司；電子分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）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；DHG-9076電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：金壇市大地自動(dòng)化儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

利用4℃，6%的低溫鹽水作為腌制介質(zhì)，選用不同循環(huán)流量（0、600、900、1 100、2 750 mL/min）的腌制方式來對(duì)魚肉進(jìn)行腌制。為了確保試驗(yàn)過程中的溫度一致，無循環(huán)腌制（0 mL/min）是采用冰箱（1±4）℃來控制溫度，而上述循環(huán)流量則采用低溫液循環(huán)泵來控制溫度。為了減少溫度帶來的影響，魚肉和鹽水均提前采用冷卻至4℃。每組試驗(yàn)樣品共48塊魚肉，以NaCl含量達(dá)到2%為試驗(yàn)終點(diǎn)，每40 min取樣測定NaCl含量、水分含量、持水力和質(zhì)構(gòu)，并通過方程（2）來擬合以獲得傳質(zhì)系數(shù)。每組試驗(yàn)平行3次，數(shù)據(jù)結(jié)果用平均值±方差表示。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 NaCl含量的測定[5]

NaCl含量測定，參考國標(biāo)GB/T 12457-2008《食品中氯化鈉的測定》，硝酸銀滴定法。

式中：X1為 NaCl含量，（g/100 g）；c1為硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，（mol/L）；V1為硝酸銀滴定量，mL；V0為空白滴定量，mL；K1為稀釋倍數(shù)；m 為取樣量，g；0.058 44 為1.00 mL硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液（AgNO3濃度=1 mol/L）相當(dāng)?shù)腘aCl的質(zhì)量數(shù)值，g。

1.4.2 傳質(zhì)系數(shù)的測定

參考Graiver等[6]方法，采用如下公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：C0，M為初始魚肉中 NaCl濃度，%；Ct，M為最終魚肉中NaCl濃度，%；Ceq為靜置腌制時(shí)魚肉的最終NaCl濃度，%；D 為傳質(zhì)系數(shù)，（m2/s）；n為整數(shù)；L 為魚肉的厚度，m；t為時(shí)間，min。

1.4.3 水分含量的測定[7]

參考國標(biāo)GB/T 9695.15-2008《肉與肉制品水分含量測定》直接干燥法測定。

樣品中的水分含量按公式（3）計(jì)算：

式中：X2為樣品中的水分含量，（g/100g）；m2為干燥前試樣、稱量瓶、玻璃瓶和砂的質(zhì)量，g；m3為干燥后試樣、稱量瓶、玻璃瓶和砂的質(zhì)量，g；m1為稱量瓶、玻璃棒和砂的質(zhì)量，g。

1.4.4 持水力的測定

參考程琳麗等[8]方法，并做一定的修改，準(zhǔn)確稱取10.00 g魚塊，測定含水量后，10 000 r/min，4℃條件下離心15 min，倒掉上層液體，稱量離心后的重量，按如下公式計(jì)算：

式中：m為離心前樣品重量，g；x為離心前樣品水分含量，%；m1為離心后樣品的重量，g。

1.4.5 質(zhì)構(gòu)的測定

參考林婉玲等[9]方法，樣品選用TMS-Pro美國FTC質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行質(zhì)構(gòu)TPA測定。測試時(shí)取魚肉中段無骨部位，切成2.0 cm×1.5 cm×1.5 cm的小塊，選用直徑75 mm圓盤擠壓探頭，力量感應(yīng)元為500 N，回升高度30 mm，形變30%，測試前速度30 mm/min，測試速度45 mm/min，測試后速度45 mm/min，起始力0.75 N。取含鹽量為2%的樣品進(jìn)行測定，平行測定6次，以新鮮魚塊為空白對(duì)照。

1.5 數(shù)據(jù)處理

測定和分析結(jié)果采用SPSS 13.0 for Windows、O－riginPro 8.0和Excel 2003進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同腌制方法對(duì)魚肉腌制過程中NaCl含量的影響

圖1是不同腌制方式下魚肉的NaCl含量曲線圖。

從圖1中可知，靜置鹽水腌制魚肉NaCl含量達(dá)到2%需要520 min，而循環(huán)鹽水腌制組所需的腌制時(shí)間分別為：360 min（循環(huán)流量 600 mL/min）、320 min（循環(huán)流量 900 mL/min）、280 min（循環(huán)流量 1 100 mL/min）和280 min（循環(huán)流量2 750 mL/min），循環(huán)鹽水腌制組的速率明顯比靜置鹽水腌制族的速率快；同時(shí)，不同循環(huán)流量的循環(huán)水腌制方式之間也存在顯著性差異（P＜0.05）。在0 mL/min到1 100 mL/min的循環(huán)流量范圍內(nèi)，隨著循環(huán)流量的增大，腌制時(shí)間明顯縮短，說明增加循環(huán)流量有利于增加腌制速度。而當(dāng)循環(huán)流量繼續(xù)從1 100 mL/min增大至2 750 mL/min時(shí)，腌制的速率增加并不明顯，而是幾乎相同，說明此階段增加循環(huán)流量并未增加腌制速度。綜上所述，增加循環(huán)流量有利于增加腌制速度，然而當(dāng)循環(huán)流量達(dá)到1 100 mL/min時(shí)再增加并未帶來腌制速度的明顯增加，故可認(rèn)為1 100 mL/min是草魚在此條件下腌制的臨界流量。

圖1 不同腌制方式NaCl含量Fig.1 NaCl content of different salted way

2.2 不同腌制方法對(duì)魚肉腌制過程中傳質(zhì)系數(shù)的影響

表1是經(jīng)過擬合運(yùn)算所獲得的不同腌制方式下魚肉的傳質(zhì)系數(shù)。

表1 不同腌制方法傳質(zhì)系數(shù)Table 1 Mass transfer coefficient of different salted way

從表1中可知，靜置鹽水腌制的傳質(zhì)系數(shù)最低，為9.12×10-10m2/s，循環(huán)鹽水腌制組的傳質(zhì)系數(shù)分別為：1.33×10-9m2/s（循環(huán)流量 600 mL/min）、1.53×10-9m2/s（循環(huán)流量 900 mL/min）、1.61×10-9m2/s（循環(huán)流量1 100mL/min）和1.62×10-9m2/s（循環(huán)流量2750mL/min），循環(huán)鹽水腌制組的傳質(zhì)系數(shù)均高于靜置鹽水腌制組，且隨著循環(huán)流量的增加，傳質(zhì)系數(shù)增大，同樣的，當(dāng)循環(huán)流量繼續(xù)增大至2 750 mL/min時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)與循環(huán)流量1 100 mL/min的基本沒有差異。

出現(xiàn)以上結(jié)果可能的原因是魚肉腌制的速度與傳質(zhì)系數(shù)呈正比，即傳質(zhì)系數(shù)越大，腌制速度越快，這與表1的結(jié)果一致，傳質(zhì)系數(shù)的大小主要與腌制過程中的傳質(zhì)阻力有關(guān)，針對(duì)魚肉這類固體樣品，影響傳質(zhì)過程主要有2個(gè)方面，一方面是外部阻力，即鹽水與魚肉表面接觸的阻力，主要與鹽水濃度、腌制溫度與輔助動(dòng)力設(shè)施有關(guān)，另一方面是內(nèi)部阻力，即鹽水滲入魚肉內(nèi)部的阻力，主要與魚肉的厚度、致密程度等性質(zhì)有關(guān)。本試驗(yàn)選用4℃，6%的鹽水腌制，循環(huán)鹽水腌制組由于循環(huán)泵提供動(dòng)力，能有效減少外部阻力，所以腌制速度比靜置腌制速度快，在循環(huán)流量600 mL/min至1 100 mL/min范圍內(nèi)，隨著循環(huán)鹽水循環(huán)流量的加大，傳質(zhì)系數(shù)增大，到達(dá)試驗(yàn)終點(diǎn)時(shí)間縮短，而繼續(xù)增加循環(huán)流量至2 750 mL/min時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)基本不變，原因是此時(shí)外部阻力已不是影響腌制速度的主要原因，加大循環(huán)流量影響不大，由于高循環(huán)流量的循環(huán)，容易導(dǎo)致魚肉魚肉蛋白質(zhì)的損失，而且當(dāng)循環(huán)流量達(dá)到1 100 mL/min時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)基本與高循環(huán)流量的傳質(zhì)系數(shù)差別不大，因此認(rèn)為循環(huán)流量為1 100 mL/min為循環(huán)鹽水腌制的臨界循環(huán)流量。

2.3 不同腌制方法對(duì)魚肉腌制過程中的水分含量影響

圖2是不同腌制方式測得的水分含量曲線。

圖2 不同腌制方法的水分含量Fig.2 The moisture contents of different salted way

由圖2可知，隨著腌制時(shí)間延長，循環(huán)鹽水腌制與靜置鹽水腌制均不同程度的提高了魚肉的含水量，呈現(xiàn)曲線上升的趨勢(shì)，在腌制終點(diǎn)，靜置鹽水腌制組含水量達(dá)76.32%，循環(huán)鹽水腌制組的含水量分別為：76.68%（循環(huán)流量 600 mL/min）、77.1%（循環(huán)流量900 mL/min）、77.66%（循環(huán)流量 1 100 mL/min）和80.12%（循環(huán)流量2 750 mL/min），隨著循環(huán)流量增大，含水量增加，循環(huán)鹽水腌制組的含水量稍大于靜置鹽水腌制組，可能是因?yàn)樵诘望}濃度下，肌原纖維蛋白發(fā)生鹽溶現(xiàn)象，使組織溶脹而導(dǎo)致含水量增加，而出現(xiàn)含水量呈曲線上升可能是由于腌制過程，鹽溶鹽析現(xiàn)象共存，產(chǎn)生的綜合表現(xiàn)結(jié)果。

2.4 不同腌制方法對(duì)魚肉腌制過程中的持水力影響

圖3是不同腌制方式得到的持水力曲線。

圖3 不同腌制方法的持水力Fig.3 The hydraulic of different salted way

持水力代表腌魚肉的束縛能力，主要與魚肉中的肌原纖維蛋白的性質(zhì)有關(guān)，由圖3可知，隨著腌制時(shí)間延長，循環(huán)鹽水腌制與靜置鹽水腌制的持水力均不同程度的下降，與含水量相反，呈現(xiàn)曲線下降的趨勢(shì)，在腌制終點(diǎn)，靜置鹽水腌制組的持水力為63%，循環(huán)鹽水腌制組的持水力分別為：62%（循環(huán)流量600 mL/min）、57%（循環(huán)流量 900 mL/min）、56%（循環(huán)流量1 100 mL/min）和54%（循環(huán)流量2 750 mL/min），隨著循環(huán)流量增大，持水力逐漸下降，循環(huán)鹽水腌制組的含水量稍小于靜置鹽水腌制組，可能是由于外加動(dòng)力對(duì)魚肉沖刷導(dǎo)致表面部分肌原纖維蛋白流失，導(dǎo)致持水力下降，而出現(xiàn)持水力呈曲線下降可能是由于腌制過程鹽溶與鹽析現(xiàn)象共存，影響肌原纖維蛋白的性質(zhì)，進(jìn)而影響其鎖水能力，導(dǎo)致持水力下降。

2.5 不同腌制方法的質(zhì)構(gòu)特性差異

表2是不同腌制方法的TPA結(jié)果。

表2 不同腌制方法的TPA結(jié)果Table 2 TPA results of different salted way

從表2可知，循環(huán)鹽水腌制組與靜置鹽水腌制組均較空白組均出現(xiàn)硬度降低，彈性降低與膠粘性增大的現(xiàn)象，循環(huán)鹽水腌制組的硬度、彈性均高于靜置鹽水腌制組，膠粘性均低于靜置鹽水腌制組，且在600 mL/min～1 100 mL/min的范圍內(nèi)，隨著循環(huán)流量增大，硬度與彈性均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)循環(huán)流量達(dá)到2 750 mL/min時(shí)，硬度、彈性均下降，在同一范圍內(nèi)，膠粘性出現(xiàn)相反的結(jié)果。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是由于腌制過程，魚肉均出現(xiàn)不同程度的吸水，含水量增加，組織溶脹現(xiàn)象導(dǎo)致魚肉組織硬度與彈性下降，而膠粘性上升則是由于腌制時(shí)間長，蛋白質(zhì)溶出導(dǎo)致黏度增加。

3 結(jié)論

采用循環(huán)鹽水腌制方式對(duì)魚肉進(jìn)行腌制不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速腌制的目的，同時(shí)在后續(xù)檢測的相關(guān)指標(biāo)結(jié)果均優(yōu)于靜置鹽水腌制，說明通過增加循環(huán)，提高腌制過程中的傳質(zhì)系數(shù)，是比較適用于魚肉腌制的一種方式，其中，循環(huán)流量是加快魚肉腌制的主要參數(shù)，循環(huán)流量為1 100 mL/min為循環(huán)鹽水腌制的臨界循環(huán)流量，此時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)為：1.61×10-9m2/s，可以為后續(xù)工業(yè)腌魚提供主要參數(shù)。但是，本試驗(yàn)缺乏對(duì)魚肉微觀結(jié)構(gòu)的檢測，無法在微觀上說明肌原纖維蛋白在腌制過程中的具體變化，因此，后續(xù)的試驗(yàn)將著重研究在獲得較好的腌制速率的前提下，研究討論肌原纖維蛋白腌制過程的微觀結(jié)構(gòu)變化，探討其與腌制過程的微觀聯(lián)系是后續(xù)試驗(yàn)的重點(diǎn)。

[1]劉大松.草魚肉在微凍和冰鮮保藏中品質(zhì)變化及其機(jī)理[D].無錫:江南大學(xué),2012

[2]章銀良,夏文水.腌魚產(chǎn)品加工技術(shù)與理論研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,23(3):116-120

[3]劉然,呂飛,丁玉庭.不同腌制方式對(duì)草魚腌制速率與理化性質(zhì)的影響[J].食品工業(yè),2012,33(12):67-71

[4]榮建華,張正茂,馮磊,等.咸蛋鹽水腌制動(dòng)力學(xué)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2007,23(2):263-266

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 12457-2008食品中氯化鈉的測定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

[6]Graiver N,Pinotti A,Califano A,et al..Diffusion of sodium chloride in pork tissue[J].Journal of Food Engineering,2006,77:910-918

[7]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 9695.15-2008肉與肉制品水分含量測定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

[8]程琳麗,李來好,馬海霞.谷氨酸胺轉(zhuǎn)氨酶對(duì)魚肉保水性的影響[J].食品工業(yè)科技,2014,35(9):128-131

[9]林婉玲,關(guān)熔,曾慶孝,等.影響脆肉鯇魚背肌質(zhì)構(gòu)特性的因素[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,37(4):134-137

Research on Grass Carp Mass Transfer Kinetics in the Process of Low Temperature Circulation Curing

XIE Si-yun，ZHONG Rui-min，XIAO Zi-jun，WEN Zi-ning，WEN Hui-min，LIAO Cai-hu*
（School of Food Science and Technology，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

2017-01-24

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.001

廣東省公益研究與能力建設(shè)項(xiàng)目（2015A02009193）；廣東省公益研究與能力建設(shè)項(xiàng)目（2017A020208077）；韶關(guān)學(xué)院校級(jí)課題（314-140691）

謝思蕓（1987—），女（漢），實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生，研究方向：農(nóng)副產(chǎn)品深加工。

*通信作者：廖彩虎（1984—），男（漢），講師，碩士研究生，研究方向：農(nóng)副產(chǎn)品深加工。