金华火腿脱盐工艺及过程模型适用性的研究

王 雷，袁 杰，孟岳成（浙江工商大学食品与生物工程学院，浙江杭州310035）

金华火腿脱盐工艺及过程模型适用性的研究

王 雷，袁 杰，孟岳成*
（浙江工商大学食品与生物工程学院，浙江杭州310035）

针对金华火腿含盐量较高的问题，对火腿的脱盐过程进行了研究。以金华火腿的股二头肌部分为研究对象，通过对金华火腿在脱盐过程中的各表征值的测定，采用数学模型方法描述火腿脱盐的动力学过程，对其进行回归分析。结果表明各温度下的总质量、水分和盐分变化率均显示了良好的相关性。其中，15℃时达到脱盐终点时总质量变化率为0.2924±0.0042，水分变化率为0.4826±0.0276，盐分变化率为-0.1890±0.0001。在低温条件下进行金华火腿的脱盐实验，除水分和盐分外没有造成金华火腿中的其他物质的显著变化。在不同脱盐温度下扩散系数大致相等，计算得到15℃时的扩散系数De值为1.52×10-10m2/s。

金华火腿，NaCl，脱盐，动力学模型

金华火腿长期以来一直沿用传统的生产方式，依靠适宜的自然气候，经过腌制、风干脱水和发酵成熟三个主要工艺过程加工而成风味独特的产品[1-2]。而且火腿的加工生产周期长，加工环境难以控制[3]，因此在腌制过程中经常使用较多的食盐。为了使火腿能直接食用，提高火腿企业的经济效益，通常需要经过前处理降低其含盐量。

Hernán等[4]为对鳕鱼制造工业进行环境管理，研究了鳕鱼脱盐过程中产生剩余盐水的体积并确定其组成。为了降低食品中的高盐量的危害，Marcello等[5]用电渗析法对含盐量较高的酱油进行脱盐处理。但是，目前对于金华火腿脱盐前处理的工艺及研究鲜有报道。

根据曾勇庆等[6]的研究，某些猪肉的股二头肌中，肌肉结缔组织和胶原蛋白的含量等均高于其他部位的肌肉组织，故本文以金华火腿中含脂肪较少且肉质较均一的股二头肌为实验材料，主要对金华火腿脱盐工艺及相关的理化性质进行了研究，并运用数学方法对脱盐过程建立了数学模型，可以为金华火腿的脱盐过程提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

金华火腿 购自金字火腿股份有限公司；1-壬醇、硝酸、亚铁氰化钾、二水乙酸锌、硝酸银、硫氰酸钾、硫酸铁（III）铵、冰乙酸、所用试剂 均为分析纯。

ARA520型电子精密天平、AR1140型电子分析天平 购于美国OHAUS国际贸易公司；HH-4型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；JYL-C020型九阳料理机 九阳股份有限公司；GZX-9240MBE型电热恒温鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 金华火腿前处理 取金华火腿股二头肌部分，去除肌腱和筋膜，并切成6cm×3cm×0.5cm大小的方块，按照料液比1∶10的比例完全浸没在20℃蒸馏水中。间隔一定时间后取出并沥干样品，并测定样品的总质量、氯化物含量、水分含量以及浸泡液中的氯化物含量。

1.2.2 总质量测定 使用分析天平分别测定在15、25、35℃条件下，浸泡前后的金华火腿样品总质量。总质量的变化率（ΔMtt）的计算如式（1）所示：

其中，ΔMtt—t时刻样品总质量变化率，Mtt—t时刻样品的总质量，M0t—0时刻样品的总质量。

1.2.3 水分含量测定 参照国标GB/T 9695.8-2008《肉与肉制品水分含量测定》（直接干燥法）[7]。分别测定15、25、35℃下样品浸泡前和浸泡后的水分含量。水分含量的变化率（ΔMtw）的计算如式（2）所示：

其中，ΔMtw—t时刻样品水分的变化率，xtw—t时刻样品中水分的质量分数，x0w—0时刻样品中水分的质量分数。

1.2.4 氯化物含量测定 参照国标GB/T 9695.8-2008《肉与肉制品氯化物含量测定》（佛尔哈德法）[8]。分别测定15、25、35℃下样品浸泡前后的氯化物含量及浸泡液中的氯化物含量。氯化物含量的变化率（ΔMtNaCl）的计算如式（3）所示[9]：

其中，ΔMtNaCl—t时刻样品NaCl的变化率，xtNaCl—t时刻样品中NaCl的质量分数，x0NaCl—0时刻样品中NaCl的质量分数。

样品水相中的氯化物含量（zNaCl）的计算如式（4）所示：

1.3 数据分析

采用SPSS 17.0统计产品与服务解决方案软件进行数据统计分析及模型拟合处理。

2 结果与分析

2.1 物料平衡

金华火腿脱盐过程中影响总质量的变化的主要因素分别是水分的增加和盐分的减少，因此，总质量的变化率（ΔMtt）应等于水分的变化率（ΔMtw）与盐分的变化率（ΔMtNaCl）之和。

图1展示了实际测得的不同时间下总质量变化率（ΔMtt）与水分变化率和盐分变化率之和（ΔMtw+ΔMtNaCl）的关系。由实验结果可知，总质量的变化率（ΔMtt）与水分变化率与盐分变化率之和（ΔMtw+ΔMtNaC）非常相近，基本均匀分布在对角线的两边，且在各温度下均呈现该种分布。因此，可以假设水分的增加和盐分的减少是金华火腿前处理过程中发生的主要变化，并基于此项假设建立金华火腿脱盐过程的动力学模型。Barat等[10]对该结果的处理方法与此相同。

图1 金华火腿前处理中不同温度下总质量的变化率（ΔMtt）与水分变化率与盐分变化率之和（ΔMtw+ΔMtNaCl）的关系Fig.1 Mass balance between the total weight change rate（ΔMtt）and the sum of moisture and NaCl content（ΔMtw+ΔMtNaCl）at different temperatures in the pretreatment of Jinhua ham

根据实验结果显示，在低温条件下进行金华火腿的脱盐实验，并未造成金华火腿中除水分和盐分外的其他物质的显著变化。因此可以认为在此条件下进行的前处理不会对金华火腿特征性风味物质造成明显的破坏。

2.2 脱盐终点总质量、水分和盐分变化

表1列出了不同温度下当达到脱盐终点时，样品总质量、水分和盐分变化率。由表1可知，脱盐终点时样品总质量的变化率和水分的变化率在不同温度下没有显著差异，表明温度对二者的影响不大，达到脱盐终点时样品总质量与水分的变化率维持稳定。而15℃条件下样品的盐分变化率则与25℃和35℃条件下样品的盐分变化率有显著差异，且15℃条件下脱盐率明显低于25℃和35℃条件下的脱盐率。此结果表明在低温下，样品具有更好的保持盐分的能力。

表1 不同温度下脱盐终点时总质量、水分和盐分变化率Table 1 Total weight，moisture and NaCl content changes in different temperatures after desalting

表2为不同温度下达到脱盐终点时水分、盐分含量与样品水相中盐分含量的关系。由表2可以看出，25℃与35℃条件下达到脱盐终点时样品中的水分、盐分含量与样品水相中盐分浓度差异不显著，而15℃条件下则与25℃和35℃条件下有显著差异。另外，各组样品的盐分含量在达到终点时的差异不显著，表明到达脱盐终点时，样品中的盐分含量基本维持稳定。15℃条件下样品中的水分含量低于25℃和35℃条件下样品中的水分含量，表明低温条件下样品的持水力较低。15℃条件下样品水相中盐分浓度较25℃和35℃条件下样品水相中盐分浓度高也可能是由于样品中的水分含量较低所导致的。

表2 不同温度下脱盐终点时水分、盐分质量分数与样品水相中盐分浓度Table 2 Moisture and NaCl fraction of raw material and NaCl concentration of liquid phase in different temperatures after desalting

达到脱盐终点时，样品水相中的氯化钠浓度（zNaCl）应该等于浸泡液中的氯化钠浓度（yNaCl），其计算公式如式（5）所示[11]：

其中，zeNaCl—浸泡终点时样品水相中氯化钠含量，yeNaCl—浸泡终点时浸泡液中氯化钠含量，（M0SC/ M0DC）—初始样品与浸泡液质量之比，y0NaCl—0时刻浸泡液中氯化钠含量，y0w—0时刻浸泡液中水分含量。

图2 不同温度下样品水相中的氯化钠浓度（zNaCl）与浸泡液中的氯化钠浓度（yNaCl）随时间变化关系Fig.2 Changes of NaCl concentration in the liquid phase（zNaCl）and in the desalting solution（yNaCl）under different temperatures

根据式（5）的计算，15、25、35℃条件下脱盐终点时样品水相中氯化钠浓度（w/w）分别为0.01235、0.01234、0.01231。实际测得的15、25、35℃条件下脱盐终点时样品水相中氯化钠浓度（w/w）分别为0.01031、0.00968、0.00981；实际测得的15、25、35℃条件下脱盐终点时浸泡液中氯化钠浓度（w/w）分别为0.01172、0.01197、0.01172。表明当达到脱盐终点时，样品水相中的氯化钠浓度与浸泡液中的氯化钠浓度大致相当。图2为不同温度下样品水相中的氯化钠浓度（zNaCl）与浸泡液中的氯化钠浓度（yNaCl）随时间变化关系图，由图2可知，在达到脱盐终点时，样品水相中的氯化钠浓度（zNaCl）接近于浸泡液中的氯化钠浓度（yNaCl）的理论计算值（0.01233）。

2.3 脱盐过程动力学

2.3.1 质量变化率—时间模型 图3为脱盐过程中总质量变化率、水分变化率和盐分变化率随时间变化关系，从图3中可以看出明显的变化趋势。总质量变化率和水分变化率随时间增加而增加，最后趋于稳定。盐分变化率随时间增加而反方向增加，最后趋于稳定。经ANOVA方差分析显示，在脱盐过程达到终点时，三者之中只有水分变化率具有组间显著性差异（p＜0.05），而总质量变化率和盐分变化率则组间不存在显著性差异。

图3 脱盐过程中总质量变化率、水分变化率和盐分变化率随时间变化关系Fig.3 Total weight,moisture and NaCl content changes by time during the desalting process

另外，在不同脱盐温度条件下，15、25、35℃的水分变化率均约在5h左右达到平衡，而15、25、35℃的盐分变化率则分别在5、4、2h左右时达到平衡，显示出在脱盐过程中水分的增加与盐分的减少并不同步。这与Andrés等的研究结果相一致[12]。Cayley等认为，这是由于样品中的水分分为自由水和结合水，而样品中的蛋白质对结合水的结合速率低于对自由水的结合速率所造成的[13]。

Andrés等应用菲克扩散定律建立了质量变化率与时间关系的模型，其表达式如式（6）所示[14]：

其中，k1，k2—常数，t—时间。

表3 由式（6）与实验值拟合的质量变化动力学参数值Table 3 Kinetics parameters for weight changes adjusted to Eq.6

式（6）中，k1表示在达到稳定前很短的一段时间范围内的变化值，在本实验中，k1是由于在脱盐的初始阶段，由于样品中存在的未溶解氯化钠晶体和初始阶段由于压力差和活度差造成水分的快速吸收所造成的。k2表示扩散对整个质量变化过程的总体影响系数。

由表3可知，该模型能够很好地拟合各温度下的质量变化。因此，对于实际应用具有良好的指导作用，可以用来评价或预测某确定温度条件下脱盐过程中某个组分（盐、水）在一定时间范围内的含量。

2.3.2 传质驱动力—时间模型 根据菲克第二定律与半无穷长物体的扩散理论建立传质驱动力（YTNaCl）与时间的0.5次方（t0.5）的模型，如式（7）所示[15]：

其中，YTNaCl—火腿水相与浸泡液之间的传质驱动力，De—有效扩散系数，l—样品厚度的半长，K—常数。

表4 由公式（7）与实验值拟合的动力学参数值Table 4 Kinetic parameters obtained from fitting Eq.7 to the experiment data

将实验测得的数据与公式（7）进行拟合，其各项动力学参数如表4所示。结果显示，在温度为15、25、35℃的脱盐条件下，各组的De值差别较小，而K值则有较大的差别。且实验所得De值所得结果与Andrés等[14]关于鳕鱼脱盐的研究结果相近，说明结果较准确。

Barat等[10]认为，脱盐过程分为三个阶段。第一阶段过程复杂，且尚未有精确的数学表达式能够描述这一过程，因此，该模型采用K值描述第一阶段末的参数。结果表明，温度越高，K值越大，第一阶段末的传质驱动力越低，表明温度对脱盐第一阶段的影响较大，而对第二阶段影响较小。

3 结论

3.1 研究了脱盐过程中各组分的变化，对总质量变化率、水分变化率和盐分变化率进行回归分析，各温度下均显示出了良好的相关性，确立了模型建立的基础，并发现在低温条件下的脱盐过程并未造成金华火腿中除水分和盐分外的其他物质的显著变化。

3.2 对金华火腿脱盐过程进行热力学研究，确定了脱盐终点总质量变化率、水分变化率和盐分变化率，验证了达到脱盐终点时，样品水相中氯化钠浓度应等于浸泡液中氯化钠浓度。

3.3 应用动力学对金华火腿脱盐过程建立模型，分别对质量变化率—时间模型和传质驱动力—时间模型用实验值进行拟合，发现具有良好的相关性。其中，质量变化率—时间模型可以用来预测某一时刻的总质量、水分或盐分含量，具有实际应用意义；对于传质驱动力—时间模型确立了15、25、35℃条件下的动力学参数。发现不同脱盐温度下扩散系数大致相等，并计算出了15、25、35℃时扩散系数De的值分别为1.52×10-10、1.46×10-10、1.62×10-10m2/s。

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Technology and modeling of Jinhua ham desalting operation

WANG Lei，YUAN Jie，MENG Yue-cheng*
（College of Food and Biological Engineering，Zhejiang Gongshang University，Hangzhou 310035，China）

Jinhua ham is famous for its distinctive flavor in customers.In order to reduce the sodium chloride level in hams，we have studied the desalting process of ham，the test materials were got from biceps femoris of Jinhua Ham.According to the determination of several quantitative values in the process of desalting，this research will describe the process with mathematical kinetic model.Result demonstrates that the change rates of total weight，moisture content and salt change rate at different temperatures have a good correlation.For example，the change rates of total weight was 0.2924±0.0042，moisture content was 0.4826±0.0276 and salt was-0.1890±0.0001 at 15℃.On the other hand，it was discovered that desalting process had no distinct impact on the favor of Jinhua ham.The diffusion coefficients of desalting in different temperatures are roughly equal，and the Dewas 1.52×10-10m2/s at 15℃through calculation.

Jinhua ham；sodium chloride；desalting；kinetic model

TS251.5

A

1002-0306（2014）14-0123-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.018

2013－11－07 *通讯联系人

王雷（1988-），男，在读硕士研究生，研究方向：食品科学与工程。

浙江省大学生科技创新项目（1110JQ4212052G）。