香腸脂肪氧化動力學特性及溫度對其影響研究

王 強

(重慶第二師范學院生物與化學工程系，重慶 400067)

近年來，動物脂肪的開發和利用已成為動物性食品綜合利用方面新的增長點之一，被譽為是我國畜牧業發展過程中潛在的“價值洼地”。脂肪不僅賦予產品特殊風味、優良質地以及良好的感官特性[1]，而且也是人體能量、必需脂肪酸和脂溶性維生素的主要來源，其在人群營養膳食中的地位不言而喻。然而，氧化是動物脂肪在實際應用過程中不可避免要發生的化學反應，它直接制約著動物體脂的開發和利用。經過酶促和非酶促氧化后的動物脂肪不僅會導致產品酸價等指標升高，產生的揮發性小分子物質還會使火腿等高脂肉制品發生酸敗而失去原有風味，這些后果直接影響著香腸或重組肉等高脂肉制品的質量與品質[2]。

中式香腸的氧化程度受多方面因素的決定，如原料肉的組成、溫度、氧氣、pH值；其中溫度決定了氧化反應中自由基產物的種類和生成速率[3]。國內外的最新研究發現，香腸等高脂肉制品的異味和變質更多是由于氧化影響因素(如溫度等)所引起的，并非由微生物活動主導[4]，并且有研究顯示高脂肉制品在貯藏過程中的品質變化與其生化反應的速率常數和活化能等動力學特性有關[5-6]。目前，國內外的學者逐漸開始對肉制品的氧化和腐敗動力學模型展開一些研究工作[6-8]，但有關香腸中動物脂肪在貯藏過程中品質變化的動力學特性研究尚未見報道。本實驗通過對動物脂肪在貯藏過程中過氧化值(POV)、揮發性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反應物(TBARs)的研究，建立香腸中POV、TVB-N和TBARs隨貯藏溫度和時間變化的動力學模型，為預測和控制香腸制品品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮豬背膘、皮下脂肪等原輔料 市售。

2-硫代巴比妥酸(生化試劑)、三氯乙酸(TCA) 美國Sigma-Aldrich公司；其他試劑均為國產分析純；所用水為雙蒸水；所用溶液均自行配制。

LHS-250SC電熱恒溫培養箱、DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱、DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學儀器有限公司；FA2004A型分析天平 上海精天科貿有限公司；DZ600/2S真空封口機 上海人民包裝有限公司；UV-2450紫外-可見分光光度計 日本島津公司。

1.2 方法

1.2.1 香腸制作的工藝流程[9]

1.2.2 貯藏條件及指標測定

中式香腸制成，立即裝于無菌塑料食品包裝袋中，并迅速用包裝機熱封口。將各組樣品分別于設定溫度(278、288、298、308、318K)中貯藏。定期對中式香腸的過氧化值(POV)、揮發性鹽基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反應物(TBARs)進行檢測。每次檢測隨機抽樣3袋，取平均值。

1.2.2.1 POV測定

樣品處理按GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛生標準的分析方法》規定的方法操作[10]，POV按GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛生標準的分析方法》規定的方法測定[11]。

1.2.2.2 TVB-N含量測定

樣品搗碎攪勻，稱取10g，置于錐形瓶中，加50mL水，浸漬30min后過濾，取濾液按GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛生標準的分析方法》微量擴散法測定TVB-N含量[10]。結果以每100g樣品中所含氮的毫克數表示。

1.2.2.3 TBARs測定

參照Racanicci等[12]方法進行：由7.5%三氯乙酸、0.1%乙二胺四乙酸、0.1%丙烷混合配制成TCA溶液，并稱取15g TCA結晶體加入到5g脂肪樣品中均勻混合，并在漩渦振蕩器上振蕩1min，然后在13500r/min離心45s，取出后過濾。在5g TCA結晶體中加入5mL 0.02mol/L的TBA溶液，手搖使之均勻混合，在90℃水浴鍋中靜置40min，使之充分反應。分別在532nm和600nm波長處測定吸光度。TBARs表示為 “mg丙二醛/kg脂肪”。

1.2.3 中式香腸氧化預測模型

1.2.3.1 中式香腸氧化動力學模型

一般認為，如果食品的某種品質的變化是由化學反應引起的，其反應產物濃度隨時間變化而降低或升高。一級動力學模型是目前評價肉制品品質變化動力學特性研究中最常用的模型[13]。

式中：t為食品貯藏時間/d；At為食品貯藏第t天時的品質指標值；k為食品品質變化速率常數；n為動力學模型的級數，其中當n=1時為一級動力學模型方程。將各個評價指標的貯藏時間t和評價指標分別代入動力學模型方程式(2)中，作At-t圖并進行一級動力學模型擬合，得動物脂肪的動力學模型方程。

1.2.3.2 Arrhenius方程

反應速率常數(k)是溫度的函數，采用阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程可以描述溫度對速度常數的影響。

式中：k0為頻率因子；Ea為活化能/(J/mol)；R為通用氣體常數，R=8.314J/(mol·K)；T為絕對溫度/K。

式(3)說明溫度常數是絕對溫度的指數函數。將各個評價指標的溫度T和動力學模型所得k值分別代入Arrhenius方程，作k-T圖并進行Arrhenius方程擬合[14]。

1.2.4 數據統計分析

2 結果與分析

香腸中動物源脂肪中含有較多的不飽和脂肪酸，其氧化過程是影響香腸中脂肪品質和貯存期的主要因素。有研究[15-16]表明，測定過氧化值和硫代巴比妥酸反應物可反映脂肪氧化過程中自由基的釋放量，可有效反映肉制品中脂肪的氧化程度。同時，肉制品中TVB-N水平與鮮度感官評價之間有著相當高的相關性，被廣泛用于評價肉制品的新鮮程度[17]。因此，本研究選擇POV、TVB-N和TBARs作為中式香腸氧化狀況的評價指標。

2.1 香腸氧化動力學模型分析

化學反應動力學模型在食品保鮮和預測貨架期等研究中已經得到了廣泛的應用[18-19]。在食品加工和保存過程中，大多數與食品有關的品質變化都遵循零級或一級反應模式，由于一級動力學的決定系數高于零級，因此一級反應動力學模型被廣泛用于研究[20]。本研究通過一級動力學指數方程(相關參數見表1)對貯藏過程中中式香腸的POV、TVB-N和TBARs評價指標的變化進行擬合后發現，中式香腸在貯藏初期POV、TVB-N和TBARs參數值較低，隨時間的變化，不同溫度下香腸脂肪氧化反應動力學模型的差異較大(圖1～3)。低溫時(278、288、298K)，POV、TVB-N和TBARs在貯藏過程中隨貯藏時間的延長指標變化不顯著(P＞0.05)；但是高溫(308、318K)條件下評價指標的變化隨貯藏時間呈現逐級增大的趨勢，且后期提高的趨勢顯著高于前期(P＜0.05)，這與Zhang等[16]的研究結論一致。由此可以看出，隨著貯藏溫度的升高，香腸中脂肪氧化程度與溫度正相關，且高溫下生化反應速率常數增大(P＜0.05)。

表1 中式香腸不同貯藏溫度下一級反應動力學模型的相關參數Table 1 Frst-order kinetic parameters for the POV, TVB-N and TBARS of sausages under different storage temperatures

圖 1 一級動力學模型下貯藏時間對中式香腸POV的影響Fig.1 Effect of storage time on the POV of sausages, followed a fi rstorder kinetic model

圖 2 一級動力學模型下貯藏時間對中式香腸TVB-N含量的影響Fig.2 Effect of storage time on the TVB-N of sausage, followed a fi rstorder kinetic model

圖 3 一級動力學模型下貯藏時間對中式香腸TBARs的影響Fig.3 Effect of storage time on TBARs of sausages, followed a fi rstorder kinetic model

溫度對反應速率的影響集中反映在對速率常數的影響上，其具體表現為Ea[14,16]。中式香腸的POV、TVB-N和TBARs變化的速率常數k是溫度T的函數，對278、288、298、308、318K貯藏條件下得到的中式香腸的POV、TVB-N和TBARs變化的速率常數k與貯藏溫度T的函數關系進行Arrhenius方程擬合，結果見圖4。說明Arrhenius方程能較好的反映中式POV、TVB-N和TBARs評價指標隨溫度的增加而反應速率增大的趨勢。

圖 4 中式香腸POV、TVB-N、TBARs變化的Arrhenius擬合方程Fig.4 Arrhenius plot for the formation of POV, TVB-N and TBARs in sausages

回歸分析得到的反映中式香腸貯藏過程中品質變化的指標的Arrhenius方程、活化能Ea和相關系數(R2)，見表2。由擬合的Arrhenius曲線計算出活化能(Ea)。結果表明，中式香腸POV、TVB-N和TBARs變化的Ea分別為37.68、41.34、51.38kJ/mol。不同評價指標的Arrhenius方程的相關系數均大于0.96，R2較大說明總體線性關系較好，表明Arrhenius方程具有很高的擬和精度。

表2 中式香腸品質評價指標的Arrhenius方程Table 2 Arrhenius equation for the POV, TVB-N and TBARs of Chinese sausage

2.2 模型擬合度的評價

為進一步評價一級動力學模型的擬合效果，對29個樣品的POV、TVB-N、TBARs指標按照模擬環境下進行驗證，以相關系數(R2)作為擬合度的評價參數，R2越接近于1，說明擬合度越好，模型預測的精度也越高。由圖5可知，POV、TVB-N、TBARs三者的一級動力學模型的預測值與實驗值接近，相關系數(R2)均大于0.96，其中，POV和TVB-N實驗值與模型預測值最接近，TBARs值的相關性略低于前二者，推測這與TBARs值更易受溫度影響的原因有關[21]。因此，本研究建立的貯藏期動力學預測模型可應用于香腸在貯藏過程中動物源脂肪氧化狀況的預判。

圖 5 一級動力學模型實驗值和預測值的分布圖Fig.5 Good agreement between actual and predicted values from fi rstorder kinetic models

3 結 論

3.1 不同貯藏溫度下中式香腸的POV、TVB-N、TBARs等評價指標隨貯藏時間的延長而不斷增加；隨著溫度的升高，POV、TVB-N、TBARs變化幅度增大，香腸中脂肪氧化程度與溫度正相關，且高溫下生化反應速率常數顯著增大(P＜0.05)，指標變化符合一級動力學模型。

3.2 中式香腸POV、TVB-N、TBARs變化的Ea分別為37.68、41.34、51.38kJ/mol；同時得到Arrhenius方程和一級化學反應動力學方程的相關系數均大于0.96，說明得到的方程具有較高的擬合精度，本研究建立的貯藏期動力學預測模型可應用于香腸中動物源脂肪氧化狀況的預判。

3.3 在溫度條件穩定的狀態下，通過建立的相關動力學模型，可以為中式香腸的貯藏運輸過程中溫度、品質變化的預測以及評估提供理論依據；結論也對下一步研究變溫條件下香腸品質動力學提供參考。

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