西式火腿煮制過程中品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)研究

石 宇 鄧 力 謝 樂 余冰妍 廖小梅 蘇婕妤

(貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

西式火腿作為低溫肉制品火腿類主要代表，集西式低溫肉制加工特性與中式肉制品風(fēng)味于一體，具有廣闊的市場(chǎng)[1]9-10，其在國外尤其歐美等國家肉制品行業(yè)占主導(dǎo)地位，但在中國發(fā)展相對(duì)較晚，整體技術(shù)水平較低，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定。

目前，對(duì)西式火腿研究主要集中在配方、添加物對(duì)其品質(zhì)的影響[1]27-45[2-5]和加工過程中工藝優(yōu)化[6-8]，且加工工藝研究多集中在肉滾揉和腌制階段，煮制階段研究較少。馮憲超等[9]研究了射頻加熱和煮制加熱對(duì)西式火腿品質(zhì)和肌原纖維蛋白特性的影響，并未提出如何優(yōu)化傳統(tǒng)低溫煮制工藝。文獻(xiàn)[10-11]研究表明，煮制時(shí)間和溫度對(duì)肉樣剪切力有顯著影響，但目前對(duì)西式火腿低溫煮制時(shí)間和溫度并沒有科學(xué)的指導(dǎo)和理論的支持，工業(yè)加工主要停留在經(jīng)驗(yàn)階段，文獻(xiàn)資料[12-14]基本以煮制溫度為70～80 ℃下保持2～3 h為煮制終點(diǎn)。烹飪時(shí)間、溫度和烹飪方法是影響烹飪品質(zhì)最主要的因素[15]，不科學(xué)的加工工藝制得的西式火腿品質(zhì)不穩(wěn)定，重復(fù)性不高，無法指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)，為進(jìn)一步提高品質(zhì)降低成本，有必要對(duì)西式火腿煮制過程進(jìn)行工藝優(yōu)化。

Cox等[16]經(jīng)過大量感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)得出牛排烹飪過度比烹飪不足對(duì)顧客滿意度影響更大，Yeung等[17]在豇豆烹飪特性的研究中提出相同觀點(diǎn)，但對(duì)烹飪成熟與不足并未涉及科學(xué)合理的定位。隨后，鄧力提出了成熟值和過熱值概念[18]，為食品成熟與品質(zhì)控制提供了一種較為理想的評(píng)定方法，并指出過程傳遞—反應(yīng)動(dòng)力學(xué)—食品品質(zhì)變化是烹飪的核心原理[19]。就熱力學(xué)而言，食品是不穩(wěn)定的。而根據(jù)食品品質(zhì)建立動(dòng)力學(xué)模型，能很好地反映食品在加熱過程中發(fā)生的變化，已有研究[20]表明，零級(jí)或一級(jí)動(dòng)力學(xué)可用于描述食品品質(zhì)，測(cè)定得到動(dòng)力學(xué)參數(shù)也可以應(yīng)用于食品加工過程工藝分析、評(píng)價(jià)和優(yōu)化。目前已有肉類(豬肉、魚肉、雞肉)、蔬菜類(蒜薹、菠菜、竹筍)和水產(chǎn)類(蝦仁)等食品烹飪過程中品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)研究[21-25]。但針對(duì)西式火腿這種技術(shù)發(fā)展較晚的再制生食研究為空白，且因其組成成分和結(jié)構(gòu)的特殊性，煮制過程中西式火腿品質(zhì)變化是否符合動(dòng)力學(xué)規(guī)律未知，肉類加熱過程品質(zhì)變化動(dòng)力學(xué)參數(shù)無法直接引用。而西式火腿品質(zhì)，就消費(fèi)者而言，烹飪?nèi)馄奉伾珵闈M意度評(píng)定重要因素，肉的嫩度是要考慮的主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一[26]。就企業(yè)而言，保證產(chǎn)品質(zhì)量的條件下提高含水率可極大的提高產(chǎn)品產(chǎn)出率。

本試驗(yàn)擬以西式熏煮火腿為對(duì)象，測(cè)定其品質(zhì)因子(顏色、剪切力和水分含量)在不同溫度煮制不同時(shí)間的變化趨勢(shì)，得到相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為西式熏煮火腿工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

西式火腿：主配料均購于貴陽花溪合力超市，參考文獻(xiàn)[13]制作，主要經(jīng)歷原料修整切塊、腌制、斬拌、灌制等過程。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電熱恒溫水浴鍋：DK-92-Ⅱ型，天津市泰斯特儀器有限公司；

便攜式色差儀：HOPG2132型，深圳漢譜光彩科技有限公司；

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

水分測(cè)定儀：MB90型，奧豪斯儀器(常州)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原材料處理 西式火腿制作過程保證低溫，以防影響肉品質(zhì)。將西式火腿最終樣品放置于-18 ℃冰箱中冷凍儲(chǔ)存，煮制前統(tǒng)一置于-4 ℃冰箱解凍8 h。煮制條件分別為70，73，76，80 ℃恒溫水??；樣品顏色、水分含量、剪切力測(cè)定均從加熱開始的第15 min取樣，每隔10 min 取樣1次，直至105 min截止；樣品取出置于0 ℃冰水快速降溫以阻止西式火腿內(nèi)部傳熱形成的品質(zhì)變化。

1.2.2 顏色測(cè)定 參照Rubio等[27]的方法，樣品從冰水取出擦干，恢復(fù)至室溫后切片，使用便攜式色差儀選取3處表面顏色均勻無黑點(diǎn)部位進(jìn)行顏色測(cè)定。L*表示亮度值；a*在此處表示紅度值，選用標(biāo)準(zhǔn)白板為背景減少試驗(yàn)誤差。

1.2.3 剪切力測(cè)定 采用數(shù)顯式肌肉嫩度儀進(jìn)行西式火腿肉片嫩度測(cè)定。取顏色測(cè)定后西式火腿切片，取表面均勻平整的火腿片切割成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm 長方體狀，放置于載樣處，測(cè)量并記錄顯示的剪切力值[28]，各個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)定3次取均值。

1.2.4 水分含量測(cè)定 樣品的水分含量選用鹵素快速水分測(cè)定儀測(cè)定，各個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)定3次求均值，該指標(biāo)測(cè)定試驗(yàn)均采用同一儀器、相同質(zhì)量樣品以減小誤差。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 反應(yīng)級(jí)數(shù)確定 反應(yīng)級(jí)數(shù)是推測(cè)反應(yīng)機(jī)理的必要依據(jù)，主要確定方法有多種。本研究采用食品領(lǐng)域常用的積分法進(jìn)行計(jì)算。其中零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)積分式為：

CA=CA0-kt，

(1)

式中：

CA——反應(yīng)物A的濃度，具體單位根據(jù)實(shí)際測(cè)量物質(zhì)確定；

t——反應(yīng)時(shí)間，min；

k——反應(yīng)速度常數(shù)，具體單位根據(jù)實(shí)際測(cè)量物質(zhì)確定。

一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)積分式為：

lnCA=lnCA0-kt。

(2)

1.3.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算 Arrhenius模型和z值模型為食品熱處理領(lǐng)域兩種常見模型。本文采用這兩個(gè)模型計(jì)算西式火腿煮制過程中品質(zhì)變化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)：D值、z值、反應(yīng)速率k及反應(yīng)活化能Ea值。西式火腿煮制過程中品質(zhì)變化屬于一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)時(shí)，通過式(2)求出反應(yīng)速度常數(shù)k，并通過式(3)求出D值。

(3)

式中：

D——在特定溫度下，食品品質(zhì)變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需要的時(shí)間，min。

z值的計(jì)算公式為：

(4)

式中：

z——D值變化一個(gè)對(duì)數(shù)周期所需要的溫度，℃。

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 測(cè)定結(jié)果的分析主要采用Excel軟件，方法為最小二乘法，對(duì)西式火腿各品質(zhì)指標(biāo)的變化進(jìn)行線性和非線性擬合，分別得到相關(guān)系數(shù)R2，各指標(biāo)變化對(duì)一級(jí)反應(yīng)擬合的平均系數(shù)大于相對(duì)應(yīng)的零級(jí)反應(yīng)R2時(shí)，根據(jù)式(3)計(jì)算出各指標(biāo)不同溫度下的D值。根據(jù)式(4)、(5)進(jìn)行線性回歸分析求出相應(yīng)z值和Ea值。

2 結(jié)果與分析

2.1 顏色變化

烹飪?nèi)忸惍a(chǎn)品的顏色不僅可以反映食品成熟程度，而且可以提供食品質(zhì)量屬性的可靠信息，是消費(fèi)者對(duì)食品的第一印象，極大影響消費(fèi)者滿意度。由圖1可知，隨煮制時(shí)間的延長，西式火腿L*、a*增加。L*值隨煮制時(shí)間延長而增加主要是煮制過程汁液在肉表面的累積造成光反射的增強(qiáng)，而a*的變化與傳統(tǒng)豬里脊肉油浴過程變化趨勢(shì)相反，主要原因是西式火腿作為一種再制生食，為了增加銷量，提高感官品質(zhì)，在加工過程中會(huì)添加發(fā)色劑、護(hù)色劑等。

采用最小二乘法擬合西式火腿顏色變化。由表1可知，西式火腿在煮制過程中L*和a*的變化對(duì)一級(jí)反應(yīng)擬合的平均系數(shù)均大于相對(duì)應(yīng)的零級(jí)反應(yīng)，表明其變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并根據(jù)式(3)求出對(duì)應(yīng)D值。對(duì)其lgD-T進(jìn)行線性回歸，結(jié)合式(4)求得動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)z值如圖2，得出西式火腿煮制過程中L*變化的z值為49.69 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.894 6；a*變化的z值為 41.85 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.951 0。并對(duì)其lnk-T-1進(jìn)行線性回歸，結(jié)合式(5)求得動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Ea如圖3，得出西式火腿煮制過程中L*變化的Ea值為46.73 kJ/mol，a*變化的Ea值為55.27 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.947 5。

2.2 水分含量變化

水分作為肉制品重要組成部分，其存在形式和狀態(tài)直接影響肉制品嫩度[11]。煮制作為一種特殊烹飪方式有利于肉制品水分含量提高，達(dá)到更高產(chǎn)品產(chǎn)出率，是工業(yè)生產(chǎn)考慮的重要因素之一。但水分含量過高會(huì)導(dǎo)致微生物增長加劇，不利于后期儲(chǔ)存，因此在西式火腿煮制過程中，水分含量作為表征過熱的品質(zhì)因子。由圖4可知，隨煮制時(shí)間的延長，西式火腿水分含量增加，且73，76，80 ℃ 最終水分含量基本相同，70 ℃最終水分含量較高。

采用最小二乘法擬合西式火腿水分含量變化。由表2 可知，西式火腿在煮制過程中水分含量的變化對(duì)一級(jí)反應(yīng)擬合的平均系數(shù)均大于相對(duì)應(yīng)的零級(jí)反應(yīng)，表明該變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并根據(jù)式(3)求出其D值。對(duì)其lgD-T進(jìn)行線性回歸，結(jié)合式(4)求得動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)z值如圖5，得出西式火腿煮制過程中中水分含量的變化的z值為44.45 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.966 3。并對(duì)其lnk-T-1進(jìn)行線性回歸，結(jié)合式(5)求得動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Ea如圖6，得出西式火腿煮制過程中水分含量變化Ea值為52.22 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.968 8。

圖1 西式火腿煮制過程顏色變化Figure 1 Changes of color during the cooking process of western-style ham

表1 不同溫度煮制西式火腿L*和a*變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Kinetic parameters of L* and a* changes of western-style ham cooked at different temperatures

表2 不同溫度煮制西式火腿水分含量變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 2 Kinetic parameters of moisture content changes of western-style ham cooked at different temperatures

2.3 剪切力變化

長時(shí)間燉煮有助于溶解肌肉結(jié)締組織，從而改善肉品嫩度[29]。剪切力作為一種客觀測(cè)量肉類柔軟度的方法，能更精確地反映食品品質(zhì)變化[30]。因此，將剪切力作為西式火腿煮制過程中表征成熟的品質(zhì)因子。由圖7可知，西式火腿煮制過程中，隨煮制時(shí)間的延長剪切力不斷增加，且煮制一定時(shí)間后，70，73 ℃剪切力明顯低于76，80 ℃，與肉低溫長時(shí)烹飪能更有效改善其嫩度結(jié)論一致。

圖2 西式火腿L*和a*變化的z值Figure 2 Curves of z values of changes of L* and a* in western-style ham

圖3 西式火腿L*和a*變化的Arrhenius圖Figure 3 Arrhenius diagram of changes of L* and a* in western-style ham

圖4 西式火腿煮制過程水分含量的變化Figure 4 Changes of moisture content during the cooking process of western-style ham

圖5 西式火腿水分含量變化的z值Figure 5 Curves of z values of changes of water content in western-style ham

圖6 西式火腿水分含量變化的Arrhenius圖Figure 6 Arrhenius diagram of changes of moisture content in western-style ham

圖7 西式火腿煮制過程剪切力的變化Figure 7 Changes of shear force during the cooking process of western-style ham

豬里脊肉在烹飪過程中，剪切力變化趨勢(shì)與此基本一致，但西式火腿煮制過程剪切力值明顯低于豬里脊肉油浴過程中剪切力，主要原因是西式火腿屬于再制生食，其組成成分與原生肉結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別[23]。

采用最小二乘法擬合西式火腿剪切力變化。由表3可知，西式火腿在煮制過程中剪切力的變化對(duì)一級(jí)反應(yīng)擬合的平均系數(shù)均大于相對(duì)應(yīng)的零級(jí)反應(yīng)，表明該變化屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，同理，可求出其對(duì)應(yīng)D值。對(duì)其lgD-T進(jìn)行線性回歸，結(jié)合式(4)求得動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)z值如圖8，得出西式火腿煮制過程中剪切力變化的z值為34.81 ℃，相關(guān)系數(shù)為0.953 7。并對(duì)其lnk-T-1進(jìn)行線性回歸，結(jié)合式(5)求得動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Ea如圖9，得出西式火腿煮制過程中剪切力變化Ea值為66.69 kJ/mol，相關(guān)系數(shù)為0.955 8。

表3 不同溫度煮制西式火腿剪切力變化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 3 Kinetic parameters of shear force changes of western-style ham cooked at different temperatures

圖8 西式火腿剪切力變化的z值Figure 8 Curves of z values of changes of shear force in western-style ham

圖9 西式火腿剪切力變化的Arrhenius圖Figure 9 Arrhenius diagram of changes of shear force in western-style ham

3 結(jié)論

西式火腿煮制過程中亮度值、紅度值、水分含量和剪切力的變化均屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。試驗(yàn)結(jié)果表明，煮制過程中，表征西式火腿成熟的品質(zhì)因子(顏色、剪切力)和表征過熱的品質(zhì)因子(水分含量)的變化均遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。且亮度值和紅度值的z值分別為49.69，41.85 ℃，Ea值分別為46.73，55.27 kJ/mol；剪切力的z值為34.81 ℃，Ea值為66.69 kJ/mol；水分含量的Ea值為52.22 kJ/mol，z值為44.45 ℃，大于剪切力和紅度值的z值。成熟品質(zhì)因子的z值小于過熱品質(zhì)因子z值，符合烹飪操作優(yōu)化的要求，證明在西式火腿煮制過程中存在優(yōu)化空間，可通過調(diào)整加工工藝改善西式火腿品質(zhì)。

動(dòng)力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定，可以更好地預(yù)測(cè)食品加熱過程中品質(zhì)變化，有利于企業(yè)更科學(xué)的設(shè)計(jì)熱源供應(yīng)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)。本研究對(duì)西式火腿煮制過程中亮度、紅度、水分含量和剪切力4個(gè)指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，為推進(jìn)西式火腿產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后續(xù)將在此基礎(chǔ)上針對(duì)西式火腿煮制條件不統(tǒng)一和品質(zhì)不穩(wěn)定等問題進(jìn)行工藝優(yōu)化。