不同水分活度降低劑對(duì)半干豬肉干水分活度的影響

凌 逍 馬世廣 汪學(xué)榮

西南大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院食品科學(xué)系 重慶 402460

豬肉干含有豐富的蛋白質(zhì)及脂肪、碳水化合物、鈣、鐵、磷等營(yíng)養(yǎng)成分，具有補(bǔ)虛強(qiáng)身，滋陰潤(rùn)燥、豐肌澤膚的作用，是如今市場(chǎng)上最為暢銷的豬肉制品之一[1]。傳統(tǒng)豬肉制品在加工過程中存在著感官品質(zhì)較難控制的缺點(diǎn)，如色澤發(fā)黑，口感粗糙；還因糖分含量不好控制，在后期儲(chǔ)藏過程中易出現(xiàn)蔗糖返砂等[2]，為了克服這些問題，一些肉干加工企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，如改進(jìn)烘干工藝來適當(dāng)提高肉干水分含量到20%左右，這樣的豬肉干被稱為半干豬肉干[3]，因?yàn)檫@類新型加工符合半干食品加工的工藝要求。

但是，半干豬肉干的加工增加了這類產(chǎn)品的水分含量，水分活度隨之升高，易于微生物生長(zhǎng)繁殖，大大影響了安全性、儲(chǔ)藏性。水分活度反映了供微生物生長(zhǎng)所需的自由水的情況[4]，大部分細(xì)菌在水分活度小于0.9時(shí)無法繁殖，因此低Aw有利于控制食品中病原菌的生長(zhǎng)，在不考慮復(fù)水性、交叉污染等情況下，低Aw食品一般可以被認(rèn)為是安全食品[5]。

當(dāng)在食品加工工藝不變的情況下，可以通過添加一些水分活度降低劑來對(duì)食品進(jìn)行改進(jìn)，從而使其能在較高水分含量時(shí)，也具有較低的水分活度，達(dá)到改善食品口感的同時(shí)，也能控制微生物的生長(zhǎng)繁殖和一些化學(xué)變化，以延長(zhǎng)保質(zhì)期[6]。Aw降低劑是一類具有極性集團(tuán)，親水性強(qiáng)的物質(zhì)。目前對(duì)Aw降低劑種類的研究主要有鹽類、糖類、醇類、有機(jī)酸等。使用單一Aw降低劑可能會(huì)出現(xiàn)用量超標(biāo)、降低范圍狹窄等問題，所以目前對(duì)復(fù)合Aw降低劑的使用已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)[1]。

本實(shí)驗(yàn)選取不同鈉鹽、醇類、糖醇類物質(zhì)，研究其對(duì)半干豬肉干水分活度的影響，通過單因素實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)的鈉鹽、醇類、糖醇類Aw降低劑，再通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化該復(fù)合Aw降低劑的最佳配比，以期為半干豬肉干的加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷鮮里脊肉(市售)；

鹵水為自制；

氯化鈉(用于校準(zhǔn)水分活度儀)為分析純；

食鹽、乙二胺四乙酸二鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉、丙三醇、丙二醇、聚乙二醇、赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇均為食品級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

GZX-9420 MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

HD-3A型智能水分活度測(cè)量?jī)x，無錫市華科儀器儀表有限公司；

BCS-3-SN電子計(jì)數(shù)秤，廈門佰倫斯電子科技有限公司。

1.3 測(cè)試指標(biāo)

水分活度，按GB5009.238-2016《食品水分活度的測(cè)定》[7]。

1.4 方法

將豬瘦肉按纖維縱向切割成200～250g肉塊。將肉塊置于鍋中煮制5min，去除血水，便于切條。肉塊冷卻后，按肉塊纖維縱向切成長(zhǎng)8～10cm，寬3～5cm，厚3～6mm的條狀；然后將肉條放入鹵水中，100℃下鹵制30min。接著將鹵制后豬肉盡量切碎，磨細(xì)至顆粒小于2mm，并分成若干個(gè)樣品，每個(gè)樣品質(zhì)量為10g，將水分活度降低劑按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加入豬肉碎中，混合腌漬40min。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果將豬肉在干燥溫度為105℃條件下烘干至含水量為20%左右，干燥時(shí)間是通過預(yù)實(shí)驗(yàn)來確定的。取出置于干燥室靜置30min后，測(cè)定樣品的水分活度。

試驗(yàn)首先通過預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定出在105℃下，控制無添加半干豬肉干的水分含量在20%左右的烘干時(shí)間和對(duì)應(yīng)的Aw值。然后研究不同鈉鹽、醇類、糖醇類物質(zhì)對(duì)半干豬肉干水分活度的影響，篩選最優(yōu)的鈉鹽、醇類、糖醇類Aw降低劑，接著分別進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)找出因素水平，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行三因素三水平單指標(biāo)正交試驗(yàn)，設(shè)計(jì)優(yōu)化復(fù)合Aw降低劑的最佳配比，最后進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

正交試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 25數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈉鹽對(duì)半干豬肉干Aw的影響

根據(jù)表1可知。不同加熱時(shí)間下，添加了不同鈉鹽的半干豬肉干Aw值大小順序基本相一致，比較得出降低半干豬肉干Aw的能力大小順序?yàn)橐叶匪囊宜岫c>檸檬酸鈉>三聚磷酸鈉。

表1 不同鈉鹽對(duì)半干豬肉干Aw的影響

當(dāng)加熱時(shí)間在2h時(shí)，在乙二胺四乙酸二鈉添加下半干豬肉干水分活度降至0.772，能夠限制大多數(shù)酵母菌和霉菌的生長(zhǎng)。相比之下其他添加因素只能限制部分霉菌的生長(zhǎng)[8]。因此，最優(yōu)鈉鹽類Aw降低劑為乙二胺四乙酸二鈉。

2.2 不同醇類物質(zhì)對(duì)半干豬肉干Aw的影響

根據(jù)表2可知，不同加熱時(shí)間下，添加了不同醇類的半干豬肉干Aw值大小順序基本相一致，比較得出降低半干豬肉干Aw的能力大小順序?yàn)楸?丙二醇>聚乙二醇。在丙三醇添加下半干豬肉干水分活度降至0.684，在大多數(shù)酵母菌和霉菌生存范圍之下，且對(duì)干性霉菌也有限制[8]，對(duì)延長(zhǎng)肉干保質(zhì)期有明顯作用。楊文鴿[9](2015)等研究得出丙三醇能明顯降低縊蟶制品的水分活度。因此，最優(yōu)醇類Aw降低劑為丙三醇。

表2 不同醇類對(duì)半干豬肉干Aw的影響

2.3 不同糖醇類物質(zhì)對(duì)半干豬肉干Aw的影響

根據(jù)表3可知。不同加熱時(shí)間下，添加了不同糖醇類的半干豬肉干Aw值大小順序基本相一致，比較得出降低半干豬肉干Aw的能力大小順序?yàn)樯嚼嫣谴?木糖醇>赤蘚糖醇。

表3 不同糖醇類對(duì)半干豬肉干Aw的影響

該結(jié)果和楊禎禎[10](2018)等在研究不同糖醇對(duì)魷魚絲貯藏品質(zhì)的影響的研究結(jié)果相似。在山梨糖醇添加下半干豬肉干水分活度降至0.712，對(duì)延長(zhǎng)肉干保質(zhì)期有最大作用，且山梨糖醇常與丙三醇配合使用[11]，對(duì)食品Aw值的降低效果更好，因此，最優(yōu)糖醇類Aw降低劑為山梨糖醇。

2.4 各類最佳水分活度降低劑對(duì)半干豬肉干Aw的影響

由圖1可知，在添加乙二胺四乙酸二鈉的樣品中，添加量為0.05、0.10、0.15g/100g的處理組與對(duì)照組之間均存在顯著差異(p<0.05)。差異不顯著組存在的原因可能與肉品的混合不均勻有關(guān)。乙二胺四乙酸二鈉是常用作一種親水處理劑，能束縛了一部分的自由水，從而降低了豬肉干的水分活度[12]，研究表明鹽類物質(zhì)的降低Aw機(jī)理是能增強(qiáng)肉質(zhì)體系的離子強(qiáng)度，促進(jìn)肌原纖維蛋白的溶解，增強(qiáng)了肉品的凝膠吸水能力[13]。空白組豬肉干的水分活度為0.820，在添加量為0.15g/100g之前，肉品Aw值和添加量呈負(fù)相關(guān)，在添加量為0.15g/100g之后，水分活度呈反彈趨勢(shì)，而后趨于穩(wěn)定，這可能是由于高濃度的鈉鹽改變了肉質(zhì)內(nèi)的滲透壓環(huán)境，從而使得肉質(zhì)的水分含量增加的緣故[14]。當(dāng)添加量在0.15g/100g時(shí)，水分活度由對(duì)照組的0.820降至0.674的最低值，因此確定乙二胺四乙酸四鈉的最優(yōu)添加量為0.15g/100g。

圖1 各類最佳Aw降低劑對(duì)半干豬肉干Aw的影響Figure 1 Effect of various optimal water activity-lowering agents on water activity of semi-dried pork

添加丙三醇的樣品中，5個(gè)處理組與對(duì)照組之間均存在顯著差異(p<0.05)，丙三醇降低Aw的主要機(jī)理是與制品中的脂肪和蛋白質(zhì)結(jié)合后增加了基團(tuán)的極性，把部分自由水轉(zhuǎn)為束縛水從而降低了水分活度。肉品Aw值隨丙三醇添加量上下波動(dòng)，這可能是由于液態(tài)的丙三醇，在豬肉干加工過程中，因環(huán)境溫度上升，而有揮發(fā)損失，或者是因其黏性大而無法避免，在容器中殘留，從而造成一定的誤差。但Aw曲線的總體趨勢(shì)為先下降后上升，該結(jié)果與龔麗[15](2006)等研究結(jié)果相似，曲線上升可能是因?yàn)楦邼舛鹊拇碱愇镔|(zhì)，反而會(huì)減弱了脂肪和蛋白質(zhì)結(jié)合水分子的能力[16]，也可能與液態(tài)的丙三醇其游離羥基分布狀態(tài)有關(guān)，從而影響了肌肉組織中水分子締合狀態(tài)，因此在合理添加量范圍內(nèi)，肉品間水分活度差別不大[17]。也有研究表明不同添加量的丙三醇對(duì)食品水分活度的調(diào)節(jié)能力，易受到食品原料組成的影響[18]。

添加山梨糖醇的樣品中，除了2.5g/100g添加量之外，其他4個(gè)處理組與對(duì)照組之間均存在顯著差異(p<0.05)，受溫度與肉品混合程度的影響較小。山梨糖醇具有顯著的吸濕性，從而降低自由水分的活動(dòng)性而降低水分活度[19]。史春娟[20](2014)等研究得出，其降低機(jī)理可能是隨著山梨糖醇添加量增加，豬肉中的非蛋白氮含量、蛋白降解指數(shù)和氨基態(tài)氮含量逐漸升高，從而增加了肌肉組織對(duì)水的結(jié)合能力。山梨糖醇樣品的Aw曲線先隨藥品添加量增多而降低，且在0～0.5g/100g之間下降趨勢(shì)大，而在添加量為1g/100g時(shí)，水分活度降至最低的0.691，之后則與添加量增加呈正相關(guān)，這與陳宇飛，楊柳[21](2014)研究的山梨糖醇添加量對(duì)豬肉糜脯品質(zhì)的影響相似。Aw曲線上升，可能是因?yàn)樵?～0.5g/100g時(shí)的水分活度值降低幅度最大，因此山梨糖醇的最優(yōu)添加量為0.5g/100g。

2.5 水分活度降低劑最佳配比的確定

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以最優(yōu)鈉鹽類添加量、最優(yōu)醇類添加量、最優(yōu)糖醇類添加量為影響因子，以水分活度為指標(biāo)，采用L9(34)正交表進(jìn)行3因素3水平單指標(biāo)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化復(fù)合水分活度降低劑的最佳配比。正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 因數(shù)水平表

由表6的方差分析結(jié)果可知：A和C因素對(duì)豬肉干水分活度的影響有顯著性差異，C比A更為顯著，而B因素對(duì)豬肉干水分活度的影響無顯著性差異。本實(shí)驗(yàn)要求水分活度取最小值，因此根據(jù)各因素k值可知，A因素中k1>k3>k2,A因素應(yīng)取2水平，C因素中k2>k3>k1，C因素應(yīng)取1水平。B因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著，雖然B因素中2水平的Aw降低效果比1水平好，但羅海波[16](2005)等發(fā)現(xiàn)隨著丙三醇添加量增多，處理蝦干會(huì)有微弱的澀味，且遵循減少生產(chǎn)成本的原則，所以B因素應(yīng)取1水平。

表5 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

表6 方差分析表

綜上所述，最優(yōu)的復(fù)合水分活度降低劑配比應(yīng)改為A2B1C1，即乙二胺四乙酸二鈉添加量取0.1g/100g,丙三醇添加量取1g/100g,山梨糖醇添加量取1g/100g。

由表5可知：R(C)>R(A)>R(B)，所以影響豬肉干水分活度的主次順序?yàn)镃>A>B，即山梨糖醇添加量為最重要的影響因素，其次是乙二胺四乙酸二鈉添加量，最后是丙三醇添加量，與方差分析結(jié)果一致。

2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按照上述最佳配比的復(fù)合水分活度降低劑進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，其結(jié)果見表7。由驗(yàn)證結(jié)果可知，按最佳配比的復(fù)合水分活度降低劑，處理過的豬肉干得到的水分活度均低于其它各正交試驗(yàn)值，三份樣品的平均提取率為0.633，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.880%。說明該工藝穩(wěn)定、可靠，達(dá)到了優(yōu)化的目的。

表7 驗(yàn)證結(jié)果

3 結(jié)論與討論

乙二胺四乙酸二鈉、丙三醇和山梨糖醇可有效降低半干豬肉干的水分活度，三種物質(zhì)的最佳添加量分別為0.1、1、1g/100g，在此條件下半干豬肉干的水分活度為0.633，降低效果明顯。

半干豬肉干制品屬于中等水分食品，這類食品的保質(zhì)期常由于酵母菌和霉菌引起的腐敗而受到限制。大多數(shù)酵母菌的水分活度生存范圍在0.94～0.88，而耐高滲酵母則在0.6左右，大多數(shù)霉菌的水分活度生存范圍則在0.94～0.73，干性霉菌則可在0.65的環(huán)境生存[8]。在本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化條件下，對(duì)半干豬肉干保質(zhì)期影響最大的絕大多數(shù)霉菌、酵母菌能夠利用的有效水分量變得極低，難以進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，大大延緩半干豬肉干的腐敗速度，因此保質(zhì)期得以有效延長(zhǎng)。

此外，各類Aw降低劑的降低機(jī)理也不同，乙二胺四乙酸二鈉是通過增強(qiáng)體系的離子強(qiáng)度，增強(qiáng)凝膠吸水能力，從而降低Aw；丙三醇是與脂肪和蛋白質(zhì)結(jié)合，增強(qiáng)了基團(tuán)的極性，把部分自由水轉(zhuǎn)為束縛水，從而降低Aw；山梨糖醇則是本身具有吸濕性，降低自由水的活動(dòng)性而降低Aw。所以，該復(fù)合Aw降低劑比單一Aw降低劑更具有優(yōu)勢(shì)。

在后續(xù)的產(chǎn)品封裝、儲(chǔ)存、出售中，半干豬肉干的Aw值還與Aw降低劑與豬肉干混合是否均勻、環(huán)境溫度、濕度和食品包裝等有關(guān)。本試驗(yàn)中難以控制各組別中Aw降低劑與肉樣的混合程度完全一致，因此混合度的差異會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的誤差，也同樣會(huì)影響最終產(chǎn)品的保質(zhì)期；而因測(cè)量Aw過程中不可避免的使肉樣在稱量皿之間的轉(zhuǎn)移、存放等操作中與外界環(huán)境之間有了直接接觸的機(jī)會(huì)，因此環(huán)境的溫度、空氣濕度，都可能引起豬肉干Aw的變化，如在食品組成變化不大時(shí)，溫度升高到一定范圍，水分活度會(huì)隨之增加，使得最終產(chǎn)品的Aw值與理論值存在差異，使產(chǎn)品的實(shí)際保質(zhì)期縮短；最終成品包裝的密封性良好，可以有效阻擋空氣中的水分進(jìn)入并吸附于豬肉干上，從而避免水分活度上升，產(chǎn)品保質(zhì)期縮短；且在半干豬肉干的實(shí)際生產(chǎn)加工過程中往往因設(shè)備、加熱功率等不同，使得加工處理中溫度變化控制不能完全一致也會(huì)造成最終產(chǎn)品Aw與理論Aw的差別。除此之外，成品的封裝過程過慢、復(fù)水性、豬肉原料種類或部位不同、其他添加劑的加入等其他因素也會(huì)不同程度的提高最終成品的Aw，增加腐敗風(fēng)險(xiǎn)。