雞肉濕腌過程中的傳質動力學研究

瞿丞，賀稚非,2，王兆明，劉超，李洪軍,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400715)

腌制是一種常見的肉制品加工與保藏方式，主要是指用食鹽或以食鹽為主，并添加香辛料等腌制輔料處理肉制品的過程[1]。常見的腌制方法包括干腌法、濕腌法、混合腌制法和鹽水注射法等。腌制不僅可以賦予肉制品獨特的風味，還能在一定程度上抑制微生物的生長，延長肉制品的保質期[2]。肉制品腌制過程的傳質主要包括NaCl擴散、水分滲透以及少量蛋白質和脂肪的溶解變化[3]。

風雞是經過選料、腌制和風干等加工工藝制作而成的傳統腌臘肉制品，具有獨特的風味，深受廣大消費者喜愛，但目前風雞的加工主要采用傳統的手工作坊式生產，存在生產規模小、生產不規范化、產品品質參差不齊和產品具有季節性等問題，限制了風雞的發展與推廣。因此，研究風雞腌制過程的滲透與擴散規律，建立傳質動力學模型，對于優化風雞的腌制工藝和改善風雞的品質具有重要意義。

目前關于食品腌制過程中的傳質動力學研究主要集中在肉制品方面，DU等[4]研究了鹽水鴨腌制過程中的傳質動力學特性；WANG等[5]對伊拉兔背部最長肌在不同鹽濃度下的傳質動力學特性進行了研究；何翠等[6]研究了反復凍融處理對兔肉的傳質動力學影響。郭麗媛等[7]研究了不同鹽濃度腌制豬肉過程中的傳質動力學特性。雞肉是我國第二大生產和消費肉制品，僅次于豬肉，但關于雞肉腌制過程中傳質動力學的研究卻相對較少。LENG等[8]研究了不同壓力條件下雞肉濕腌的傳質動力學特性；張晨曦等[9]研究了木瓜蛋白酶對雞肉腌制過程中傳質速率的影響；而關于食鹽濃度對雞肉傳質特性的影響卻很少見到。此外，大部分研究使用的腌制液均為鹽水溶液[5-9]，雜質較少；而在實際的加工生產中，腌制液中通常含有較多的風味物質。此外，DU等[4]研究表明，腌制液中的懸浮物質等可能會影響傳質過程。因此，為了模擬實際的生產過程，本試驗采用不同食鹽質量分數的香辛料熬煮液對雞肉進行腌制，通過測定雞肉腌制過程中的質量、水分和鹽分變化來研究其傳質動力學特性，并建立模型預測風雞濕腌過程中的滲透擴散規律，優化風雞腌制工藝參數，擬為風雞的生產加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞胸肉購于湖南湘佳牧業股份有限公司，雞肉品種為三黃雞，平均重量為(203.78±5.78)g，平均厚度(從其最厚處測)為(21.25±1.41)mm，平均水分含量72.18%±0.014%，平均鹽分含量0.081%±0.029%。香辛料和食鹽，重慶市北碚區天生麗街永輝超市；硝酸銀(分析純)，成都市科隆化學品有限公司。

1.2 儀器與設備

DGG-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；HH-4型數顯恒溫水浴鍋，常州普天儀器制造有限公司；C-LM3B型數顯式肌肉嫩度儀，北京天翔飛域儀器設備有限公司；LD3100-1型電子天平，沈陽龍騰電子有限公司；BSA323S型電子分析天平，賽多利斯科學儀器有限公司；YW-2型無限壓縮儀，武漢智巖科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

1.3.1.1 香辛料的熬煮

丁香0.25%、畢卜0.75%、砂仁0.44%、八角1.25%、肉蔻0.44%、桂皮1%、白芷0.25%、花椒1.25%、干辣椒1.25%、小茴香0.44%，稱好的香辛料用紗布包扎，放入水中煮沸120 min，中途不斷加水恒定容積，并配制成食鹽質量分數為3%、6%、9%、12%、15%的腌制液，冷卻后待用。

1.3.1.2 腌制與取樣

將冷凍的雞胸肉在4 ℃解凍24 h，洗凈后剔除多于的脂肪、結締組織和肌膜，使其表面平整，并稱重編號，將雞胸肉分為5組，按照1∶1.5(g∶mL)的肉液比加入食鹽質量分數為3%、6%、9%、12%、15%的腌制液中，置于4 ℃下腌制72 h。分別在1、2、4、8、12、24、36、48、60、72 h進行取樣，每個取樣點處測定的指標均做3次平行。

1.3.2 分析測定

1.3.2.1 水分含量測定

參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[10]。

1.3.2.2 NaCl含量測定

參照GB 5009.44—2016《食品中氯化物的測定》[11]。

1.3.2.3 質量測定

用吸水紙將雞肉表面的水吸干，然后用電子天平進行稱重。

1.3.2.4 剪切力測定

參照農業部行業標準NY/T 1180—2006《肉嫩度的測定剪切力測定法》[12]并略作修改。將雞肉修整成6 cm×6 cm×2 cm的小塊，放入80 ℃的恒溫水浴鍋中加熱，待肉樣中心溫度達到70 ℃時取出，冷卻至室溫后沿著平行于肌纖維方向切割成1 cm×1 cm×3 cm的小塊，并用肌肉嫩度儀測定其剪切力。

1.3.2.5 保水性測定

蒸煮損失的測定參照農業部行業標準NY/T 2793—2015《肉的食用品質客觀評價方法》[13]并略作修改。將雞肉沿平行于肌纖維方向切成2 cm×2 cm×3 cm的肉塊，并稱重編號，置于72 ℃的恒溫水浴鍋中至肉塊中心溫度達到70 ℃，取出冷卻至室溫后稱重計算蒸煮損失。

(1)

壓榨損失的測定參照張東等[14]的方法，稱取1 g左右絞碎的肉樣，用上、下各18片定性濾紙包裹，然后在無限壓縮儀上加壓20 kg，并保持5 min，稱重計算壓榨損失。

(2)

1.4 計算

1.4.1 雞肉質量、水分和NaCl變化量計算

(3)

(4)

(5)

1.4.2 雞肉水相中NaCl含量計算

根據公式(6)[15-16]可以計算出雞肉水相中NaCl含量。

(6)

式中：ZNaCl，雞肉水相中的NaCl含量，%；Xw和XNaCl分別為雞肉的水分含量和NaCl含量，%。

1.4.3 物質傳質動力學模型

公式(7)[3,15]是一個關于物質傳質動力學模型，可以計算出總質量變化量、水分變化量和NaCl變化量與腌制時間t的平方根之間的關系。

(7)

1.4.4 腌制平衡方程

(8)

1.4.5 有效擴散系數(De)

公式(9)[17]是菲克第二定律關于一個半無限平板的公式，結合雞肉腌制過程中ZNaCl和yNaCl，可以計算出雞肉腌制過程中的有效擴散系數De。

(10)

1.5 統計分析

運用SPSS17.0統計分析軟件對所測定的數據進行單因素方差分析、Duncan’s差異顯著性檢驗、t-檢驗和線性回歸分析，顯著性水平為P<0.05，并用Origin 9.0軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 食鹽濃度對雞肉濕腌過程中質量變化量、水分變化量和NaCl變化量的影響

圖1 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉質量變化Fig.1 Total weight changes of chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

圖2 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉水分含量變化Fig.2 Changes of water in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

圖3 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉NaCl含量變化Fig.3 Changes of NaCl content in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

圖4是水分變化量與NaCl變化量之和與質量變化量的回歸曲線，結果顯示,水分變化量與NaCl變化量之和與質量變化量呈現了良好的線性關系，相關系數R2為0.983；說明在腌制過程中，水分滲透和NaCl擴散是引起雞肉質量變化的最主要因素，而脂肪和蛋白質等營養物質的溶解滲透不會對雞肉質量產生較大影響。這與郭麗媛等[7]研究結果類似。

圖4 水分和NaCl變化量之和與質量變化量的回歸曲線Fig.4 Regression curve of the sum of the changes of water and NaCl concent and the total weight change

2.2 食鹽濃度對雞肉濕腌過程中剪切力與保水性的影響

嫩度是肉的主要食用品質之一，而剪切力是對肉的嫩度進行客觀評定最常用的指標。由圖5可知，雞肉剪切力隨著腌制的進行整體呈現下降的趨勢。這可能是由于食鹽增加了蛋白質的溶解度，使蛋白質發生變性，改變了肌原纖維蛋白的高級結構[21]。有研究表明[22-24]，肉的嫩度與蛋白質含量相關，蛋白質含量的增加使蛋白質基質密度增大，使肌纖維結構更為平滑，引起肉的嫩度下降。在食鹽質量分數為15%的腌制液中，雞肉在腌制后期(60～72 h)的剪切力有所上升，這可能與蛋白質的聚集變性有關[25]。

圖5 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉剪切力變化Fig.5 Changes of shear force in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

蒸煮損失和壓榨損失都與肉制品的保水性有關，蒸煮損失主要反映肉制品在高溫加工過程中的持水力，而壓榨損失主要反映肉制品在遭受機械外力時所具有的持水力。由圖6和圖7可知，在食鹽質量分數為3%～12%的腌制液中，雞肉的蒸煮損失和壓榨損失隨著腌制時間的增加整體呈現下降趨勢，表明雞肉的保水性增強。這可能是由于腌制過程中NaCl增強了雞肉水相中的離子強度，使雞肉中的肌球蛋白和肌動蛋白從非溶解狀態轉變為溶解狀態[1]。

圖6 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉蒸煮損失變化Fig.6 Changes of cooking loss in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

此外，腌制過程會引起肌原纖維的溶脹，促進了保水性的增強。這與張晨曦等[9]的研究結果相似。而在食鹽質量分數為15%的腌制液中，雞肉的蒸煮損失和壓榨損失在腌制的后期(60～72 h)會有顯著上升，這可能是由于隨著腌制時間的延長，肌肉中高濃度的NaCl造成了蛋白質的聚集和變性，蛋白質之間的疏水相互作用增強[25]，降低了肌肉的持水力。

圖7 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉壓榨損失變化Fig.7 Changes of compression loss in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

2.3 運用預測模型來描述雞肉質量、水分和NaCl的變化

圖8 雞肉質量變化與腌制時間平方根的回歸曲線Fig.8 Regression curve of total weight changes in chicken and square root time of curing time

圖9 雞肉水分含量變化與腌制時間平方根的回歸曲線Fig.9 Regression curve of the changes of water in chicken and square root time of curing time

圖10 雞肉NaCl含量變化與腌制時間平方根的回歸曲線Fig.10 Regression curve of the changes of NaCl concent in chicken and square root time of curing time

表1 雞肉總質量、水分和NaCl變化的動力學參數值及其相關系數Table 1 Kinetic parameters for changes in total weight,and water and NaCl contents and fitting correlationcoefficients

2.4 表觀擴散系數(De)的計算

圖11 不同食鹽濃度腌制液腌制過程中雞肉ZNaCl變化Fig.11 Changes of ZNaCl in chicken during wet- curing in different salt concentration marinade

圖12是不同食鹽質量分數腌制液的傳質驅動力與t0.5/l的回歸曲線；表2是腌制過程中傳質驅動力的動力學參數。

圖12 傳質驅動力與t0.5/l的回歸曲線Fig.12 Driving force (1-YNaCl) versus t0.5/l

表2 不同食鹽質量分數腌制液腌制過程中的理論動力學參數值Table 2 Kinetic parameters of different salt concentrationmarinade during chicken curing

食鹽質量分數/%KDe/(10-10m2·s-1)R23-0.007 953.714 8550.900 456-0.082 733.858 5610.914 469-0.107 526.579 4100.930 5112-0.083 047.169 4720.919 3215-0.124 187.497 4420.940 68

由表2可知，表觀擴散系數De隨著食鹽質量分數的增加而增加，這與現有的大部分研究類似[3-9]。有研究表明傳質驅動力的產生主要依靠腌制液和肉制品之間的食鹽濃度差，且食鹽濃度差越大，傳質驅動力越大[26]；這可能是由于食鹽質量分數的增加引起腌制液的滲透壓增大，產生較大的傳質驅動力，使De增大。此外，5種食鹽濃度的腌制液均具有較高的R2，說明幾個方程的擬合度較高。

3 結論

不同食鹽質量分數的香辛料腌制液對雞肉腌制過程中的傳質(質量變化量、水分變化量和NaCl變化量)和傳質動力學參數(k1、k2、De、K)影響顯著。在低食鹽質量分數的腌制液中，蛋白質溶解度的增加和肌肉的溶脹現象，使雞肉的質量變化量和水分變化量隨食鹽質量分數的增加而增大；在高食鹽質量分數的腌制液中，蛋白質的變性、肌肉收縮和滲透壓增大，導致雞肉的質量變化量和水分變化量隨食鹽質量分數的增加而減小。腌制液的滲透壓與食鹽質量分數成正比，較高的滲透壓能提供較強的傳質驅動力。對于食用品質而言，雞肉的剪切力、蒸煮損失和壓榨損失隨著腌制時間的延長整體呈現下降趨勢。5種食鹽濃度的傳質預測模型均有較高的線性關系，可以用于預測雞肉濕腌過程中質量、水分和鹽含量的變化。腌制液食鹽質量分數為9%時，雞肉的產量最高，水分含量、傳質驅動力和表觀擴散系數De也較大，且腌制平衡時雞肉中NaCl含量也較為合適。此外，在腌制36～48 h后，ZNaCl基本達到平衡，雞肉的食用品質也高。綜合考慮風雞腌制工藝較為合適的食鹽添加量為9%，腌制時間為36～48 h。