螺旋输送转速对肉料绞切加工品质的影响

涂德浴,童宝宏,,许正华,孙 军,陈志勇

(1.安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山 243032;2.安徽华菱西厨装备股份有限公司博士后科研工作站,安徽马鞍山 243131；3.合肥工业大学机械工程博士后流动站,安徽合肥 230009)

螺旋输送转速对肉料绞切加工品质的影响

涂德浴1,童宝宏1,2,许正华2,孙 军3,陈志勇1

(1.安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山 243032;2.安徽华菱西厨装备股份有限公司博士后科研工作站,安徽马鞍山 243131；3.合肥工业大学机械工程博士后流动站,安徽合肥 230009)

为了考察绞切加工过程中绞肉机螺旋输送转速对肉糜品质的影响情况,以肉糜的pH、挥发性盐基氮(TVB-N)、持水能力和色泽等指标为评价依据,对不同螺旋输送转速下的猪肉和牛肉肉料绞切加工品质进行了实验研究。研究结果表明,转速对肉糜pH和TVB-N值的影响不明显,肉糜的pH总体变化比较稳定,TVB-N值则呈缓慢上升趋势。螺旋输送转速不会对绞切加工的肉糜持水能力和色泽产生明显影响,对于同一类肉糜,不同转速下得到的样本水分质量损失随贮藏时间的变化趋势十分接近。综合分析表明,对于实验样机,转速为140 r/min时获取的猪肉糜加工品质最为理想,而对于牛肉的最佳驱动转速是160 r/min。

螺旋转速,猪肉,牛肉,肉糜,绞切

绞肉机产品的综合工作性能与设备自身工作效能和加工后肉制品的质量密切相关。作者前期研究已经系统分析了相关产品设计因素对绞肉机工作品质的影响情况,指出产品设计环节存在的问题及相应的解决方案[1],并通过数值模拟研究发现,螺旋轴的结构设计和转速工况设计对螺旋轴的输送性能影响明显,可以通过改善螺旋轴表面速度分布的均匀性来提高绞肉加工的质量[2]。如何提升肉料的加工品质一直是广大研究者关注的热点。现有的这些研究从宰前处理和宰后处理等方面对影响肉制品质量的因素进行了充分探讨,为进一步提升肉制品的加工品质提供了极大帮助。然而,有关绞肉加工工艺对肉品质量影响的相关研究报道不多见。

用于评价冷鲜肉品质的生化指标很多,主要有挥发性盐基氮(TVB-N)、菌落总数和尸胺含量等,肉制品的pH和保水性也可用作评价鲜肉品质的重要参考[11-12]。

螺旋输送理论的相关研究成果[13-14]为开展绞肉机螺旋输送机构优化设计提供了重要理论基础。适当提高螺旋输送转速可以明显提高绞肉机的绞切加工效率,但是否会对肉糜的品质产生影响并没有得到深入研究。本文结合前期开发的实验平台[15],分别对不同转速下绞切加工得到的猪肉和牛肉肉糜品质状况进行研究,仔细考察了肉糜的pH、挥发性盐基氮(TVB-N)、色泽和保水性等指标的变化情况。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

根据实验绞肉机的主要使用功能范围,这里重点选择猪肉和牛肉的绞切加工肉糜为研究对象。由于实验周期及持续时间比较长,为了尽可能确保实验肉料来源的统一性,本实验中选用的肉料分别为同一超市销售的带皮后腿猪肉和带筋牛肉。实验准备阶段,将肉料洗净沥干,然后进行去皮切块处理。肉块宽度约为40 mm,大小与绞肉机喂料口径相当;肉料长度约为80 mm,厚度约为20 mm。

对于猪肉肉料,处理后仍然含有一定量脂肪成份层,不同部位的肉块脂肪层含量不一。为尽可能确保肉料绞切加工过程中负荷均匀,需要对肉块进行混合均匀化处理,以避免加工测试过程中因脂肪层肉块过度集中引起的转速负载突变现象。

HF-22型绞肉机 安徽华菱西厨装备股份有限公司;SR-90L型开关磁阻调速电机 南京瑞鹏科技有限公司;Testo205肉类pH测量仪 德国Testo公司;STD-XG型挥发性盐基氮速测仪 厦门斯坦道科学仪器股份有限公司;BL410S型分析天平 美国西特;FYL-YS-100L型恒温干燥箱 北京福意电器有限公司;JZ-300型色差计 深圳市金准仪器设备有限公司。

1.2 实验样本的采集

实验样本的采集工作主要是在课题组前期开发的绞肉机螺旋输送性能测试实验平台上进行的,如图1所示。以HF-22型绞肉机为考察对象,实验时选用的刀盘孔径为5 mm。该绞肉机采用了一体式的驱动和减速系统设计方案,为方便螺旋送料机构的安装固定,在不拆除原有减速机构和电机的情况下,采用调速电机进行调速驱动。

采集实验样本时,通过调速器调整电机的输出转速,使螺旋输送机构在设定的转速工况下工作。每种转速驱动工况下取样一次,考虑到绞切加工后肉糜理化性能参数的测量需求,称取1份约(500±0.5)g肉糜作为测试原料。样品采集后,存放约2 h后开始相关参数的第一次测定。

为了表述简洁,这里用符号“Z80”标识螺旋输送转速为80 r/min时绞切加工得到的猪肉肉糜样品,余类推。根据实验绞肉机螺旋轴的实际工作转速范围及对测试结果的综合比较分析,这里选择具有代表性的样品数据进行重点研究。选择的猪肉肉糜样品对应的输送转速分别为80、100、120、140、160 r/min,选择的牛肉肉糜样品对应的输送转速分别为0、120、140、160、180 r/min。

图1 猪肉绞切加工测试实验台Fig.1 Experiment rig of the grinding of pork注:1. 绞肉机,2. 支座,3. 电子称,4. 转速转矩测量仪,5. 电机调速器,6. 开关磁阻调速电机,7. 转速转矩传感器,8. 肉料。

1.3 参数的测定

1.3.1 pH的测定 参照文献[16]提供的方法,利用便携式肉类pH测量仪测取肉料样本的pH,每次在样本的不同部位进行测量,总计测取6处,取其平均值为该样本的pH。

1.3.2 TVB-N的测定 依据分光光度法测量原理[16],采用挥发性盐基氮速测仪对样本的TVB-N值进行检测。每个样本测取3个试样,取其平均值为该样本的TVB-N值。

1.3.3 持水能力的测定 肉的持水能力是肉品工业及消费者用于评估食用价值的重要参数之一,也称保水性或持水力。水是畜肉中含量最多的组成成分,肌肉中含水率可达到75%[12]。肉糜持水能力与肉糜内在组织结构的破坏程度密切相关。对肉中水分变化机理的研究是肉品科学研究热点之一,目前多是通过考察加压系水力、滴水损失、蒸煮损失等参量来分析肉的持水能力[5,12]。但这些方法在实施后都会对肉料样品造成破坏,无法考察同一样品持水能力随贮藏时间的变化情况。这里采用的是连续精确测量自然失重量的实验分析方法,通过连续测取肉糜样品在特定存放空间内的自然蒸发失重情况,来考察不同绞切加工工况下肉糜的持水能力。利用分析天平称取(20±0.1)g肉糜,并将盛放在烧杯内肉糜样品敞口存放在恒温干燥箱内,存放温度设为5 ℃。测量时间间隔为(24±0.5)h,连续测量7 d。贮藏过程中肉糜样品的质量损失(Δm,g)以本次测量质量(m2,g)与1 d前测量质量(m1,g)的差值来表示,即

Δm=m1-m2

式(1)

则质量损失率(λ,%)可表示为

式(2)

式中:Δm-质量损失,g;m1-1d前测量质量,g;m2-本次测量质量,g;λ -质量损失率,%。

每个工况下测取3个样本,每次取其平均值为该样本的测量结果值。

1.3.4 肉糜色泽的观察与检测 肉糜色泽的变化与其新鲜度状况密切相关,也是评价肉料品质的一项重要指标,通常采用色差仪进行检测分析。本实验研究中,由于猪肉肉糜中含有的脂肪层不可忽略,肉糜色泽的均匀性难以保证。因此,这里采用图像目测法,通过对拍摄的猪肉糜照片资料进行色泽观测分析,考察贮藏过程中肉糜颜色的变化情况。对于牛肉肉糜,其颜色均匀性较好,采用色差计分别对其明亮度L*、红色度a*和黄色度b*参数进行检测分析,测试过程中每个样品至少测量三个位点,分别取L*、a*和b*的平均值。

2 结果与分析

2.1 肉糜pH的变化

肉糜的pH实验测试结果如图2所示。从商场购买的实验用冷鲜肉料已经处于成熟阶段,蛋白质等大分子物质发生分解,微生物生长同时代谢酸性物质,肉料腐败过程中的蛋白质在细菌酶的作用下被分解为氨和胺类碱性物质[4],绞切加工后肉糜的pH会随着贮藏时间的延长而逐渐升高,如图2所示。对比本次实验研究结果数据,由于贮藏温度较低,绞切加工后肉糜的pH总体比较稳定。由图2还可以看出,转速对肉糜pH影响并不明显,并且具有一定的随机性特征。如图2a所示,对于猪肉肉糜,肉糜的pH最大值为5.96,出现在第7d。加工转速为80r/min;最小值为5.45,出现在加工当天,加工转速为100r/min。

图2 肉糜pH随贮藏时间的变化Fig.2 pH of ground meat at different storage

而对于牛肉肉糜,如图2b所示,肉糜的pH最大值为5.99,出现在7 d后,加工转速为180 r/min;最小值为5.55,出现在加工当天,加工转速为160 r/min。比较可以发现,猪肉肉糜的pH基本上呈缓慢上升趋势,最大变化值为0.31。牛肉肉糜的pH在贮藏前4 d时间内变化很小,基本上小于0.15;4 d后上升趋势明显,但其pH最大变化均没有超过0.42。

2.2 肉糜TVB-N值的变化

肉品中挥发性盐基氮(TVB-N)的含量与腐败程度之间有明确的对应关系,通常是随着腐败的进行而明显增加,因此TVB-N含量是衡量肉品新鲜度的重要指标[18-19]。参照国标GB2707-2005《鲜(冻)畜肉卫生标准》,在对肉料鲜度评价时按照TVB-N值划分为3 个等级:一级鲜度(TVB-N≤15 mg/100 g),二级鲜度(TVB-N≤25 mg/100 g),变质肉(TVB-N>25 mg/100 g)[12]。图3所示为不同转速工况下绞切加工得到的猪肉肉糜和牛肉肉糜TVB-N值随贮藏时间的变化情况。

由图3可以看出,随着贮藏时间的延续,各转速下加工得到的两类肉糜TVB-N值总体呈上升趋势。对于猪肉肉糜,由图3a可以发现,在绞切加工后贮藏2 d时间里,除了Z120样品TVB-N值(大小为15.6 mg/100 g)略微超出一级鲜度范围外,其它结果均符合一级鲜度要求。贮藏5 d时间后,除了Z140样品TVB-N值仍符合一级鲜度标准外,其它样品均只符合二级鲜度标准。其中,Z120样品在贮藏6 d后已经属于变质肉。牛肉肉糜的TVB-N值保持较好,如图3b所示,贮藏5 d时间里,所有肉糜样本测试结果均符合一级鲜度要求。

图3 肉糜TVB-N随贮藏时间的变化Fig.3 TVB-N of ground meat at different storage

由图3还可以看出,转速对两类肉糜TVB-N值的影响没有呈现出明显的规律性。总体来看,猪肉肉糜的Z140样品TVB-N值的变化相对比较稳定,该样品在贮藏7 d后才变成二级鲜度肉;牛肉肉糜的Z160样品TVB-N值总体偏小,其保鲜能力稍好于其它几种情况。这说明,从绞切加工后猪肉肉糜和牛肉肉糜新鲜度的保持情况来看,实验样机相应的最佳螺旋输送转速为分别140 r/min和160 r/min。

2.3 肉糜持水能力的变化

各肉糜样本的水分质量损失如图4所示。

图4 肉糜水分质量损失Fig.4 Mass loss of water of ground meat at different storage

由图4可以看出,对于同一类肉糜,不同转速下得到的样本水分质量损失随贮藏时间的变化趋势十分接近,螺旋轴输送转速不会对肉糜持水能力产生明显影响。在贮藏第1 d后,两类肉糜水分损失均达到最大,而在贮藏2 d后,肉糜的水分损失及损失率变化情况则相对比较平稳。

对于猪肉肉糜,如图4a所示,最大质量损失为0.863 g,对应最大损失率约为4.29%。贮藏2 d后,测试结果变化比较平稳,质量损失约为0.55 g左右,损失率约为3.0%左右。通过比较还可以发现,Z140样品的水分损失情况变化最为平稳,贮藏2 d后的水分质量损失最大值为0.592 g,最小值为0.520 g,相应的损失率数值分别为2.81%和3.06%。

对于牛肉肉糜,如图4b所示,在贮藏第1 d后,肉糜水分损失最大,最大质量损失为0.863 g,最大损失率约为4.29%。贮藏2 d后,肉糜的水分质量损失稳定在0.32 g左右,损失率约为1.53%。此时,Z160样品的水分损失情况变化最为平稳,贮藏2 d后的水分质量损失最大值为0.202 g,最小值为0.148 g,相应的损失率数值分别为1.01%和0.748%。

2.4 肉糜色泽的变化

为考察转速对猪肉肉糜色泽的影响,这里通过图像目测法对各转速下肉糜色泽在贮藏过程中的变化情况进行考察。温度越低,猪肉色泽变化越不明显,为增强观察效果,这里重点对贮藏温度为15 ℃时的情形进行分析。观测结果发现,转速对猪肉肉糜色泽变化影响不明显,研究结论与前面TVB-N等参数的测量分析情况基本相对应。猪肉糜在贮藏2 d后多能保持较好的色泽度。在贮藏3 d后,肉糜的光泽开始变暗,湿润度降低;到第4 d,局部肉糜的颜色开始变成浅绿,肉糜已初步发生变质。在贮藏5 d后,肉糜变质现象明显,片状区域的肉糜整体呈现浅绿色,图5所示分别反映了贮藏1、3和5 d后猪肉肉糜色泽的变化情况,相应螺旋输送转速为80 r/min。

图5 猪肉糜色泽的变化(15 ℃)Fig.5 Changing of color of ground meat(15 ℃)注：a、b、c分别表示贮藏1、3、5 d后色泽变化情况。

图6所示为牛肉肉糜色泽相关的明亮度L*、红色度a*和黄色度b*的测试结果。

图6 牛肉糜色泽的变化(10 ℃)Fig.6 Changing of color of ground meat(10 ℃)

由图6可以看出,转速的差异性对牛肉肉糜色泽度影响也不明显,但经过绞切加工以后,牛肉肉糜的亮度值均明显高于未加工的原料牛肉,而红色度a*明显偏低于原料肉,黄色度b*没有明显发生变化。同时,还可以看出,随着贮藏时间的延长,牛肉肉糜的亮度L*、红色度a*和黄色度b*总体上呈缓慢下降的趋势。由图6b和图6c还可以发现,部分肉糜样本的红色度a*和黄色度b*在贮藏期间呈现先升高后缓慢降低的趋势。这主要是由于开始时牛肉处于有氧状态下肌红蛋白和氧气发生反应暂时生成不稳定的鲜红色氧合肌红蛋白,然后随着氧气的消耗,同时生成CO2等其他产物,形成低氧分压环境,氧合肌红蛋白变成高铁肌红蛋白,导致牛肉的色泽逐渐变暗[6]。

红色度a*值的变化能较好的反映牛肉的色泽稳定性[5],通过对比可以发现,Z160样品的红色度a*值变化最为平稳,其最大值为12.07,最小为8.13。据此,可以推断转速为160 r/min时绞切加工得到的牛肉肉糜色泽保持能力要优于其它几种结果。

综合前面各肉糜样品理化性能参数等的实验结果分析可以看出,螺旋输送转速对肉糜的加工品质的影响并不明显,并且,这种影响往往呈现一定的不确定性。但是,通过比较可以发现,在肉料的绞切加工过程中,必然存在一个最佳的驱动转速工况。对于实验样机,转速为140 r/min时获取的猪肉肉糜加工品质最为理想,而对于牛肉的最佳驱动转速是160 r/min。

3 结论

研究结果表明,转速对肉糜pH和TVB-N值的影响并不明显。并且,肉糜的pH和TVB-N值均呈现缓慢上升趋势。

研究表明,螺旋轴输送转速不会对肉糜持水能力产生明显影响,对于同一类肉糜,不同转速下得到的样本水分质量损失随贮藏时间的变化趋势十分接近。在贮藏第1 d后,两类肉糜水分损失均达到最大,而在贮藏2 d后,肉糜的水分损失及损失率变化情况则相对比较平稳。转速对肉糜色泽变化影响不明显,研究结论与前面理化性能参数的测量分析情况基本相对应。

综合分析表明,在肉料的绞切加工过程中必然存在一个最佳的驱动转速工况。对于实验样机,转速为140 r/min时获取的猪肉糜加工品质最为理想,而对于牛肉的最佳驱动转速是160 r/min。

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Effect of rotate speed of screw conveyor on grinding quality for meat

TU De-yu1,TONG Bao-hong1,2,XU Zheng-hua2,SUN Jun3,CHEN Zhi-yong1

(1.School of Mechanical Engineering,Anhui University of Technology,Ma’anshan 243032,China;2.Post-doctoral Research Station of Anhui Hualing Kitchen Equipment Co.,Ltd.,Ma’anshan 243131,China;3.Mobile Post-DOCTORAL Station of Mechanical Engineering of Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)

Ground meat’s quality is not only determined by the physical properties of the meat,but also correlated closely to the operation condition of screw conveying system of meat grinder during grinding process. In order to examine the effect of screw conveyor’s rotate speed on grinding quality for meat,an experimental study was put forward under different operating speeds. Many biochemical parameters for quality evaluation of ground meat and corresponding test methods were introduced,such as pH,total volatile basic nitrogen(TVB-N),water-holding capacity and color. Results showed that conveyor’s rotate speed had no significant effect on pH and TVB-N of ground meat with the elongation of storage period. There was a relatively stable state with the changing of pH values of ground meat,while TVB-N values of ground meat collected from different rotating speeds had an upward trend with the elongation of storage period. It also showed that rotating speeds of screw shaft also had no significant effect on water-holding capacity and color of ground meat. There was a similar trend in the lost process of water of ground meat from different conveyor’s rotate speed. For tested meat grinder,optimum operating speed on pork and beef is 140 r/min and 160 r/min respectively.

screw rotate speed;pork;beef;meat;grinding

2015-03-27

涂德浴(1971-)，男，博士，副教授，主要从事机械设计及理论，食品机械等领域研究，E-mail:tudeyu@ahut.edu.cn。

国家火炬计划项目(2011GH031230)。

TS251.1

A

1002-0306(2015)21-0275-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.048