煮制過程中鹵煮雞肉色澤變化的動力學(xué)模型構(gòu)建

柳艷霞,劉純,李苗云,趙改名*,于家歡,閆曉戈

1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州,450002)2(河南省肉制品加工與質(zhì)量安全控制重點實驗室,河南 鄭州,450002)3(河南省肉品加工與安全國際聯(lián)合實驗室,河南 鄭州,450002)

醬鹵肉制品是中華傳統(tǒng)熟肉制品,色澤是肉制品的重要品質(zhì)指標,也是影響消費者的可接受性和選擇購買的關(guān)鍵因素[1]。肉色與脂肪氧化、蛋白變性、pH都有直接的關(guān)系,但主要取決于肌肉中肌紅蛋白和血紅蛋白的含量和化學(xué)狀態(tài)。加熱會改變?nèi)獾鞍踪|(zhì)的結(jié)構(gòu)與理化特性,進而對肉的品質(zhì)產(chǎn)生影響。其中對肉色影響較大的是肌紅蛋白[2],在熟制過程中會發(fā)生變性,從而使肉色澤發(fā)生改變。熟制結(jié)束時,肉色由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樽睾稚Ｒ虼巳粘Ｅ腼冞^程中,人們通常通過觀察肉品色澤變化,判斷熟制是否完成[3]。

如果可以預(yù)測加熱中肉顏色的變化,就可以更好地對醬鹵肉制品的加工過程進行控制,從而獲得品質(zhì)更佳的肉制品。動力學(xué)模型可以對熱加工過程中品質(zhì)發(fā)生的變化提供更深入的理解,并有助于控制和優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量[5]。對于不同的食品在熱處理期間的品質(zhì)變化主要遵循零級、一級或二級動力學(xué)反應(yīng)[6],而研究者們常用基于阿倫尼烏斯公式構(gòu)建的動力學(xué)模型,來描述溫度與反應(yīng)速率常數(shù)之間的關(guān)系,且可以對不同加工條件下的食品品質(zhì)進行預(yù)測[7]。如KONG等[8]建立了鮭魚在熱處理中的品質(zhì)變化動力學(xué)模型,對鮭魚在不同條件熱處理中的剪切力及色澤進行了預(yù)測;KONDJOYAN等[9]建立了烹飪過程中牛肉品質(zhì)的預(yù)測模型,這都證明了動力學(xué)模型在食品加工過程中品質(zhì)變化預(yù)測中的應(yīng)用是可行的。另有研究建立了魚肉[10]、牛肉[11]、雞肉[12]加熱過程中色澤變化的動力學(xué)模型。但是,傳統(tǒng)的加熱方法會使肉內(nèi)部受熱不均勻,進而導(dǎo)致內(nèi)部色澤變化的差異[12]。而有關(guān)熟制肉類不同部位的色澤變化研究卻未見報道。

因此,本文探究了不同煮制條件對雞肉不同部位色澤變化的影響,并構(gòu)建了雞肉色澤預(yù)測的動力學(xué)模型,以期為控制煮制條件而提高鹵煮雞肉的感官品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

雞腿[(250±20) g,品種為羅斯308肉雞(42日齡)],河南大用實業(yè)有限公司;肉桂、良姜、白芷、陳皮、草果、食鹽等,鄭州丹尼斯大賣場(豐產(chǎn)店);K2HPO4、KH2PO4、KNO3(分析純),天津市瑞金特化學(xué)品有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

CU-240型電熱恒溫水槽,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;CR-5型色彩色差計,日本KONICA公司;ALLEGRA-64A冷凍離心機,南京歐捷儀器設(shè)備有限公司;UV-2600紫外可見分光光度計,島津企業(yè)管理(中國)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

用含香辛料及食鹽的水鹵煮雞腿(100 kg雞肉中添加肉桂、良姜、白芷各90 g,陳皮、草果各30 g,砂仁、豆蔻各15 g,丁香3 g,KNO311 g,食鹽2.5 kg),將100 kg雞腿肉分為40組,每組10個雞腿,約2.5 kg,使用電爐分別加熱水溫至75、80、85、90、95 ℃,并分別維持10、20、30、40、50、60、90、120 min。煮制期間用電子溫度計監(jiān)控溫度的實時變化,嚴格控制煮制溫度,從達到指定溫度時開始計時。煮后將雞腿晾干,于室溫下冷卻30 min后去皮,分別取表層(皮下部位)、中心、里層(臨近骨頭部位)的3個部位肉樣待用,每組樣品各取雞腿3個部位平行測定5次,增加樣品量來盡可能減少誤差。

1.2.2 感官評定

邀請20名食品專業(yè)學(xué)生,男女各10名,接受培訓(xùn)后嚴格按照感官評分標準對鹵煮雞肉色澤、香氣、嫩度、口感等方面進行評分,感官評定標準見表1。

表1 鹵煮雞肉感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standards for stewed chicken

結(jié)果取平均值,保留一位小數(shù)。感官評分總體得分按公式(1)計算:

總體得分=色澤×40%+香氣×20%+嫩度×20%+口感×20%

(1)

1.2.3 色差測定

用色差計分別對去皮后雞腿表面肉樣、中心肉樣及里層部位肉樣進行色差測定,記錄下L*(亮度值)、a*(紅綠值)、b*(黃藍值),每個部位肉樣重復(fù)測定10次。

1.2.4 肌紅蛋白測定

參照LIU等[13]的方法,并稍加修改。取煮制后不同部位的肉樣各5 g于燒杯中,加入20 mL PBS(0.04 mol/L,pH 6.8)攪拌后用高速勻漿機0 ℃下均質(zhì)1 min。PBS可以有效的降低樣品處理和暴露時間對肌紅蛋白的影響[14]。然后于12 000 r/min、4 ℃離心分離30 min,用濾紙過濾,取上清液,使用同種緩沖液定容至25 mL,即為肌紅蛋白粗提液。分別測定其在525、545、565和572 nm處的吸光值。肌紅蛋白總量(mmol/L)、脫氧肌紅蛋白(deoxymyoglobin, DMb)、氧合肌紅蛋白(oxymyoglobin, OMb)、高鐵肌紅蛋白(metmyoglobin, MMb)的計算如公式(2)～公式(5)所示:

肌紅蛋白總量=-0.166A572+0.086A565+0.088A545+0.099A525

(2)

DMb/%=(0.036 9R1+1.140R2-0.941R3+0.015)×100

(3)

OMb/%=(0.882R1-1.267R2+0.809R3-0.361)×100

(4)

MMb/%=(-2.541R1+0.777R2+0.800R3+1.098)×100

(5)

式中:R1、R2和R3分別代表吸光比值A(chǔ)572/A525、A565/A525、A545/A525。

1.2.5 預(yù)測模型構(gòu)建方法

零級反應(yīng)動力學(xué)的計算如公式(6)所示:

C=C0-kt

(6)

一級反應(yīng)動力學(xué)的計算如公式(7)所示:

lnC=lnC0-kt

(7)

進行反應(yīng)級數(shù)的確定以及色澤變化熱力學(xué)模型預(yù)測[15];接下來,阿侖尼烏斯模型中Ea值的計算如公式(8)所示:

(8)

計算雞肉鹵煮過程中色澤變化的動力學(xué)參數(shù)[16]:反應(yīng)速率k和Ea值;最后,根據(jù)公式(7)與公式(8)構(gòu)建色澤動力學(xué)預(yù)測模型[17],如公式(9)所示:

(9)

式中:C,t時刻下的測量值;C0,初始值;t,煮制時間,min;T,煮制溫度,K;k,反應(yīng)速率常數(shù);k0,方程指前因子;Ea,活化能,kJ/mol;R,氣體常數(shù),8.314 J/(mol·K)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel軟件計算公式。采用Origin 2018軟件進行圖形的繪制和模型的擬合。采用SPSS 23軟件單因素方差分析法進行顯著性分析

2 結(jié)果與分析

2.1 鹵煮雞肉的感官評定結(jié)果

由圖1可知,隨著煮制溫度的升高,鹵煮雞肉的感官得分呈現(xiàn)上升的趨勢,溫度較低時,無法完全去除雞肉的腥味,而溫度較高時,可以加快肌紅蛋白變性,促使脂肪溶解,提升色澤品質(zhì),使雞肉擁有良好的風味并改善嫩度,從而獲得更高的感官得分。而隨著煮制時間的延長,感官得分呈先上升后下降的趨勢,過度煮制會導(dǎo)致肉的保水性下降,肌紅蛋白進一步變性,造成肉色加深,且肉質(zhì)變硬變干,從而降低鹵煮雞肉的感官得分。在85、90 ℃煮制90 min以上鹵煮雞肉的色澤得分較高,且差距較小,可能是在此煮制條件下,鹵煮雞肉內(nèi)部的蛋白質(zhì)達到穩(wěn)定狀態(tài),從而對色澤造成影響,使色澤得分也趨于穩(wěn)定。

a-75 ℃;b-80 ℃;c-85 ℃;d-90 ℃;e-95 ℃

2.2 鹵煮雞肉的色澤變化情況

由圖2可知,隨著煮制溫度的升高,鹵煮雞肉的3個部位的L*值逐漸升高,可能是由于肌肉失水,肉樣表面纖維結(jié)構(gòu)更加疏松、汁液溶出量增加,水分附著在肉的表面,從而使L*值出現(xiàn)了增加[18],且越里層肉的亮度值越低。a*值逐漸下降,是由于溫度升高會促使肌紅蛋白變性,進而造成a*值下降[3],越里層受熱程度越低,肌紅蛋白變性程度也越低,導(dǎo)致同一煮制條件下里層雞肉紅度值高于表面。而b*值隨溫度上升逐漸下降的原因可能是脂肪氧化裂解,部分蛋白質(zhì)降解溶出,導(dǎo)致黃度下降[18],同樣由于里層肉樣受熱程度低,脂肪氧化裂解程度相對較輕,于是里層黃度值較低。本研究結(jié)果與王琳可[18]的研究相似。

隨著煮制時間的延長,鹵煮雞肉各部位的L*與a*逐漸下降,b*逐漸升高,這可能是由于雞肉在煮制過程中,持續(xù)加熱使鹵煮雞肉成熟度增大,導(dǎo)致了雞肉a*和L*下降[19],這與RABELER等[12]在熱處理對雞胸肉色澤變化的影響研究發(fā)現(xiàn)一致。同時,各部位的b*值也在逐漸增大,推測是香辛料主要成分隨時間逐漸遷移至雞肉中,導(dǎo)致b*逐漸增大[20]。同一煮制條件下,越靠近里層,鹵煮雞肉的L*和b*越小,a*越大,推測是由于雞肉不同部位受熱順序不同導(dǎo)致。

2.3 鹵煮雞肉的肌紅蛋白存在形式變化

由圖3可得,同一煮制溫度下,隨著時間的延長,雞肉的OMb占比都在下降,MMb占比則整體呈先升高后下降的趨勢,這與SUMAN等[21]的發(fā)現(xiàn)溫度對肌紅蛋白狀態(tài)影響結(jié)果相似,可能是由于煮制過程中肌紅蛋白發(fā)生了變性,OMb中Fe2+會被逐漸氧化形成Fe3+進而轉(zhuǎn)變成MMb[19],造成了MMb含量增加。而由于雞肉各部位受熱程度不同,導(dǎo)致各部位的肌紅蛋白變性程度不同,因此造成了OMb含量占比不同,同紅度值a*變化趨勢相似,即:里層>中心>表面,繼續(xù)加熱會使肌紅蛋白變性趨于完全,即各部位OMb含量差距越來越小。

圖3 煮制條件對鹵煮雞肉肌紅蛋白存在形式的影響Fig.3 Effect of cooking conditions on the presence and form of myoglobin in braised chicken

提高煮制溫度可以加速肌紅蛋白變性,使各部位OMb含量占比更早進入穩(wěn)定狀態(tài),這與BA等[22]發(fā)現(xiàn)溫度對肌紅蛋白狀態(tài)影響結(jié)果相似[22]。里層肉樣因受熱較表面和中心慢,所以O(shè)Mb比例也相對較高;而肉中OMb比例則是肉色鮮紅的依據(jù)[23],隨著肉中OMb比例降低,肉類的色澤品質(zhì)也同時受到改變[24]。

2.4 相關(guān)性分析

由圖4相關(guān)性分析結(jié)果可知,a*值與OMb呈極顯著正相關(guān),與MMb呈極顯著負相關(guān),即鹵煮雞肉紅度值受肌紅蛋白變性的影響,而2.2節(jié)與2.3節(jié)中紅度值a*的變化趨勢和OMb含量占比變化趨勢相同,因此可以證明肉色紅度值受肉中OMb含量影響,這與SUMAN等[21]的研究結(jié)果一致;DMb和OMb均與MMb呈顯著負相關(guān)。而鹵煮雞肉感官得分與a*值、OMb呈極顯著負相關(guān),與b*值和DMb呈顯著正相關(guān),可以得到雞肉紅度值a*的變化對感官評分的影響最大,這與DAI等[25]和GOI等[11]的研究發(fā)現(xiàn)相一致。于是選擇紅度值a*作為鹵煮雞肉色澤變化的預(yù)測指標。

圖4 鹵煮雞肉色澤指標的相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis among color indexes of braised chicken注:**極顯著相關(guān)(P<0.01);*顯著相關(guān)(P<0.05)。

2.5 色澤預(yù)測模型的構(gòu)建與驗證

2.5.1 預(yù)測模型的構(gòu)建

對不同煮制條件下3個部位的紅度值變化分別帶入公式(4)和公式(5)進行零級反應(yīng)動力學(xué)和一級反應(yīng)動力學(xué)計算,對不同溫度的結(jié)果進行線性擬合,求出平均R2,零級反應(yīng)方程R2=0.80,小于一級反應(yīng)方程的R2(0.88),該擬合結(jié)果與RABELER等[12]的研究結(jié)果一致,由此可知鹵煮雞肉煮制過程中紅度值變化為一級動力學(xué)反應(yīng)[26]。然后根據(jù)一級動力學(xué)反應(yīng)方程式(7)求出3個部位a*值的k值,見表2。

表2 鹵煮雞肉紅度值a*一級反應(yīng)動力學(xué)方程擬合結(jié)果表Table 2 Fitting results of first-level reaction kinetic equations for redness values a* of braised chicken

以一級反應(yīng)動力學(xué)方程獲得的不同部位a*值的反應(yīng)速率常數(shù)的對數(shù)lnk為縱坐標,熱力學(xué)溫度倒數(shù)1/T為橫坐標,進行線性擬合,得到阿侖尼烏斯方程擬合圖,如圖5所示。將圖5所得系數(shù)代入公式(8)可得,鹵煮雞肉表面色差a*的Ea值為29.078 kJ/mol,k0=8.475,中心Ea值為36.101 kJ/mol,k0=5.870;里層Ea值為36.520 kJ/mol,k0=4.533;代入公式(9)可得不同部位色差a*值預(yù)測方程。

a-表面;b-中心;c-里層

表面a*見公式(10):

(10)

中心a*見公式(11):

(11)

里層a*見公式(11):

(12)

2.5.2 預(yù)測模型的驗證

為驗證所得方程的可靠性,選取75、85、95 ℃數(shù)據(jù)作為驗證集,采用外部驗證法,結(jié)合預(yù)測模型計算其各實驗觀測點處的預(yù)測值,及以實測值作為橫坐標,預(yù)測模型預(yù)測值作為縱坐標,作出兩者散點圖,并進行線性擬合求其相關(guān)系數(shù)。如圖6所示,各部位a*值預(yù)測模型回歸方程的相關(guān)系數(shù)較大,分別為0.970 3、0.955 2、0.968 7;回歸系數(shù)分別為1.014、1.073、1.015。結(jié)果表明方程擬合度較好,所構(gòu)建模型能較準確的預(yù)測不同煮制條件下各部位紅度值的變化[27]。

a-表面;b-中心;c-里層

3 結(jié)論

本文以不同煮制條件為影響因素,研究鹵煮雞肉表面、中心、里層3個部位色澤與肌紅蛋白含量變化。雞肉煮制時,由于不同部位受熱程度不同,導(dǎo)致里層肌紅蛋白變性程度較小,色澤變化幅度較小;而隨著時間繼續(xù)延長,3個部位色澤與OMb含量趨于穩(wěn)定,且差距減少,肌紅蛋白變性趨于完全,色澤趨于一致;提高煮制溫度會導(dǎo)致雞肉各部位更早進入穩(wěn)定狀態(tài)。同時采用與感官評分相關(guān)最顯著的紅度值a*所構(gòu)建的色澤變化的動力學(xué)模型,經(jīng)驗證擬合度較好,能準確預(yù)測不同煮制條件下鹵煮雞肉不同部位的色澤。