鸡肉湿腌过程中的传质动力学研究

瞿丞，贺稚非,2，王兆明，刘超，李洪军,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715) 2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400715)

腌制是一种常见的肉制品加工与保藏方式，主要是指用食盐或以食盐为主，并添加香辛料等腌制辅料处理肉制品的过程[1]。常见的腌制方法包括干腌法、湿腌法、混合腌制法和盐水注射法等。腌制不仅可以赋予肉制品独特的风味，还能在一定程度上抑制微生物的生长，延长肉制品的保质期[2]。肉制品腌制过程的传质主要包括NaCl扩散、水分渗透以及少量蛋白质和脂肪的溶解变化[3]。

风鸡是经过选料、腌制和风干等加工工艺制作而成的传统腌腊肉制品，具有独特的风味，深受广大消费者喜爱，但目前风鸡的加工主要采用传统的手工作坊式生产，存在生产规模小、生产不规范化、产品品质参差不齐和产品具有季节性等问题，限制了风鸡的发展与推广。因此，研究风鸡腌制过程的渗透与扩散规律，建立传质动力学模型，对于优化风鸡的腌制工艺和改善风鸡的品质具有重要意义。

目前关于食品腌制过程中的传质动力学研究主要集中在肉制品方面，DU等[4]研究了盐水鸭腌制过程中的传质动力学特性；WANG等[5]对伊拉兔背部最长肌在不同盐浓度下的传质动力学特性进行了研究；何翠等[6]研究了反复冻融处理对兔肉的传质动力学影响。郭丽媛等[7]研究了不同盐浓度腌制猪肉过程中的传质动力学特性。鸡肉是我国第二大生产和消费肉制品，仅次于猪肉，但关于鸡肉腌制过程中传质动力学的研究却相对较少。LENG等[8]研究了不同压力条件下鸡肉湿腌的传质动力学特性；张晨曦等[9]研究了木瓜蛋白酶对鸡肉腌制过程中传质速率的影响；而关于食盐浓度对鸡肉传质特性的影响却很少见到。此外，大部分研究使用的腌制液均为盐水溶液[5-9]，杂质较少；而在实际的加工生产中，腌制液中通常含有较多的风味物质。此外，DU等[4]研究表明，腌制液中的悬浮物质等可能会影响传质过程。因此，为了模拟实际的生产过程，本试验采用不同食盐质量分数的香辛料熬煮液对鸡肉进行腌制，通过测定鸡肉腌制过程中的质量、水分和盐分变化来研究其传质动力学特性，并建立模型预测风鸡湿腌过程中的渗透扩散规律，优化风鸡腌制工艺参数，拟为风鸡的生产加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鸡胸肉购于湖南湘佳牧业股份有限公司，鸡肉品种为三黄鸡，平均重量为(203.78±5.78)g，平均厚度(从其最厚处测)为(21.25±1.41)mm，平均水分含量72.18%±0.014%，平均盐分含量0.081%±0.029%。香辛料和食盐，重庆市北碚区天生丽街永辉超市；硝酸银(分析纯)，成都市科隆化学品有限公司。

1.2 仪器与设备

DGG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；HH-4型数显恒温水浴锅，常州普天仪器制造有限公司；C-LM3B型数显式肌肉嫩度仪，北京天翔飞域仪器设备有限公司；LD3100-1型电子天平，沈阳龙腾电子有限公司；BSA323S型电子分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司；YW-2型无限压缩仪，武汉智岩科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

1.3.1.1 香辛料的熬煮

丁香0.25%、毕卜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%，称好的香辛料用纱布包扎，放入水中煮沸120 min，中途不断加水恒定容积，并配制成食盐质量分数为3%、6%、9%、12%、15%的腌制液，冷却后待用。

1.3.1.2 腌制与取样

将冷冻的鸡胸肉在4 ℃解冻24 h，洗净后剔除多于的脂肪、结缔组织和肌膜，使其表面平整，并称重编号，将鸡胸肉分为5组，按照1∶1.5(g∶mL)的肉液比加入食盐质量分数为3%、6%、9%、12%、15%的腌制液中，置于4 ℃下腌制72 h。分别在1、2、4、8、12、24、36、48、60、72 h进行取样，每个取样点处测定的指标均做3次平行。

1.3.2 分析测定

1.3.2.1 水分含量测定

参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》[10]。

1.3.2.2 NaCl含量测定

参照GB 5009.44—2016《食品中氯化物的测定》[11]。

1.3.2.3 质量测定

用吸水纸将鸡肉表面的水吸干，然后用电子天平进行称重。

1.3.2.4 剪切力测定

参照农业部行业标准NY/T 1180—2006《肉嫩度的测定剪切力测定法》[12]并略作修改。将鸡肉修整成6 cm×6 cm×2 cm的小块，放入80 ℃的恒温水浴锅中加热，待肉样中心温度达到70 ℃时取出，冷却至室温后沿着平行于肌纤维方向切割成1 cm×1 cm×3 cm的小块，并用肌肉嫩度仪测定其剪切力。

1.3.2.5 保水性测定

蒸煮损失的测定参照农业部行业标准NY/T 2793—2015《肉的食用品质客观评价方法》[13]并略作修改。将鸡肉沿平行于肌纤维方向切成2 cm×2 cm×3 cm的肉块，并称重编号，置于72 ℃的恒温水浴锅中至肉块中心温度达到70 ℃，取出冷却至室温后称重计算蒸煮损失。

(1)

压榨损失的测定参照张东等[14]的方法，称取1 g左右绞碎的肉样，用上、下各18片定性滤纸包裹，然后在无限压缩仪上加压20 kg，并保持5 min，称重计算压榨损失。

(2)

1.4 计算

1.4.1 鸡肉质量、水分和NaCl变化量计算

(3)

(4)

(5)

1.4.2 鸡肉水相中NaCl含量计算

根据公式(6)[15-16]可以计算出鸡肉水相中NaCl含量。

(6)

式中：ZNaCl，鸡肉水相中的NaCl含量，%；Xw和XNaCl分别为鸡肉的水分含量和NaCl含量，%。

1.4.3 物质传质动力学模型

公式(7)[3,15]是一个关于物质传质动力学模型，可以计算出总质量变化量、水分变化量和NaCl变化量与腌制时间t的平方根之间的关系。

(7)

1.4.4 腌制平衡方程

(8)

1.4.5 有效扩散系数(De)

公式(9)[17]是菲克第二定律关于一个半无限平板的公式，结合鸡肉腌制过程中ZNaCl和yNaCl，可以计算出鸡肉腌制过程中的有效扩散系数De。

(10)

1.5 统计分析

运用SPSS17.0统计分析软件对所测定的数据进行单因素方差分析、Duncan’s差异显著性检验、t-检验和线性回归分析，显著性水平为P<0.05，并用Origin 9.0软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 食盐浓度对鸡肉湿腌过程中质量变化量、水分变化量和NaCl变化量的影响

图1 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉质量变化Fig.1 Total weight changes of chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

图2 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉水分含量变化Fig.2 Changes of water in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

图3 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉NaCl含量变化Fig.3 Changes of NaCl content in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

图4是水分变化量与NaCl变化量之和与质量变化量的回归曲线，结果显示,水分变化量与NaCl变化量之和与质量变化量呈现了良好的线性关系，相关系数R2为0.983；说明在腌制过程中，水分渗透和NaCl扩散是引起鸡肉质量变化的最主要因素，而脂肪和蛋白质等营养物质的溶解渗透不会对鸡肉质量产生较大影响。这与郭丽媛等[7]研究结果类似。

图4 水分和NaCl变化量之和与质量变化量的回归曲线Fig.4 Regression curve of the sum of the changes of water and NaCl concent and the total weight change

2.2 食盐浓度对鸡肉湿腌过程中剪切力与保水性的影响

嫩度是肉的主要食用品质之一，而剪切力是对肉的嫩度进行客观评定最常用的指标。由图5可知，鸡肉剪切力随着腌制的进行整体呈现下降的趋势。这可能是由于食盐增加了蛋白质的溶解度，使蛋白质发生变性，改变了肌原纤维蛋白的高级结构[21]。有研究表明[22-24]，肉的嫩度与蛋白质含量相关，蛋白质含量的增加使蛋白质基质密度增大，使肌纤维结构更为平滑，引起肉的嫩度下降。在食盐质量分数为15%的腌制液中，鸡肉在腌制后期(60～72 h)的剪切力有所上升，这可能与蛋白质的聚集变性有关[25]。

图5 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉剪切力变化Fig.5 Changes of shear force in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

蒸煮损失和压榨损失都与肉制品的保水性有关，蒸煮损失主要反映肉制品在高温加工过程中的持水力，而压榨损失主要反映肉制品在遭受机械外力时所具有的持水力。由图6和图7可知，在食盐质量分数为3%～12%的腌制液中，鸡肉的蒸煮损失和压榨损失随着腌制时间的增加整体呈现下降趋势，表明鸡肉的保水性增强。这可能是由于腌制过程中NaCl增强了鸡肉水相中的离子强度，使鸡肉中的肌球蛋白和肌动蛋白从非溶解状态转变为溶解状态[1]。

图6 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉蒸煮损失变化Fig.6 Changes of cooking loss in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

此外，腌制过程会引起肌原纤维的溶胀，促进了保水性的增强。这与张晨曦等[9]的研究结果相似。而在食盐质量分数为15%的腌制液中，鸡肉的蒸煮损失和压榨损失在腌制的后期(60～72 h)会有显著上升，这可能是由于随着腌制时间的延长，肌肉中高浓度的NaCl造成了蛋白质的聚集和变性，蛋白质之间的疏水相互作用增强[25]，降低了肌肉的持水力。

图7 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉压榨损失变化Fig.7 Changes of compression loss in chicken during wet-curing in different salt concentration marinade

2.3 运用预测模型来描述鸡肉质量、水分和NaCl的变化

图8 鸡肉质量变化与腌制时间平方根的回归曲线Fig.8 Regression curve of total weight changes in chicken and square root time of curing time

图9 鸡肉水分含量变化与腌制时间平方根的回归曲线Fig.9 Regression curve of the changes of water in chicken and square root time of curing time

图10 鸡肉NaCl含量变化与腌制时间平方根的回归曲线Fig.10 Regression curve of the changes of NaCl concent in chicken and square root time of curing time

表1 鸡肉总质量、水分和NaCl变化的动力学参数值及其相关系数Table 1 Kinetic parameters for changes in total weight,and water and NaCl contents and fitting correlationcoefficients

2.4 表观扩散系数(De)的计算

图11 不同食盐浓度腌制液腌制过程中鸡肉ZNaCl变化Fig.11 Changes of ZNaCl in chicken during wet- curing in different salt concentration marinade

图12是不同食盐质量分数腌制液的传质驱动力与t0.5/l的回归曲线；表2是腌制过程中传质驱动力的动力学参数。

图12 传质驱动力与t0.5/l的回归曲线Fig.12 Driving force (1-YNaCl) versus t0.5/l

表2 不同食盐质量分数腌制液腌制过程中的理论动力学参数值Table 2 Kinetic parameters of different salt concentrationmarinade during chicken curing

食盐质量分数/%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，表观扩散系数De随着食盐质量分数的增加而增加，这与现有的大部分研究类似[3-9]。有研究表明传质驱动力的产生主要依靠腌制液和肉制品之间的食盐浓度差，且食盐浓度差越大，传质驱动力越大[26]；这可能是由于食盐质量分数的增加引起腌制液的渗透压增大，产生较大的传质驱动力，使De增大。此外，5种食盐浓度的腌制液均具有较高的R2，说明几个方程的拟合度较高。

3 结论

不同食盐质量分数的香辛料腌制液对鸡肉腌制过程中的传质(质量变化量、水分变化量和NaCl变化量)和传质动力学参数(k1、k2、De、K)影响显著。在低食盐质量分数的腌制液中，蛋白质溶解度的增加和肌肉的溶胀现象，使鸡肉的质量变化量和水分变化量随食盐质量分数的增加而增大；在高食盐质量分数的腌制液中，蛋白质的变性、肌肉收缩和渗透压增大，导致鸡肉的质量变化量和水分变化量随食盐质量分数的增加而减小。腌制液的渗透压与食盐质量分数成正比，较高的渗透压能提供较强的传质驱动力。对于食用品质而言，鸡肉的剪切力、蒸煮损失和压榨损失随着腌制时间的延长整体呈现下降趋势。5种食盐浓度的传质预测模型均有较高的线性关系，可以用于预测鸡肉湿腌过程中质量、水分和盐含量的变化。腌制液食盐质量分数为9%时，鸡肉的产量最高，水分含量、传质驱动力和表观扩散系数De也较大，且腌制平衡时鸡肉中NaCl含量也较为合适。此外，在腌制36～48 h后，ZNaCl基本达到平衡，鸡肉的食用品质也高。综合考虑风鸡腌制工艺较为合适的食盐添加量为9%，腌制时间为36～48 h。