金華火腿脫鹽工藝及過程模型適用性的研究

王 雷，袁 杰，孟岳成（浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江杭州310035）

金華火腿脫鹽工藝及過程模型適用性的研究

王 雷，袁 杰，孟岳成*
（浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江杭州310035）

針對金華火腿含鹽量較高的問題，對火腿的脫鹽過程進行了研究。以金華火腿的股二頭肌部分為研究對象，通過對金華火腿在脫鹽過程中的各表征值的測定，采用數學模型方法描述火腿脫鹽的動力學過程，對其進行回歸分析。結果表明各溫度下的總質量、水分和鹽分變化率均顯示了良好的相關性。其中，15℃時達到脫鹽終點時總質量變化率為0.2924±0.0042，水分變化率為0.4826±0.0276，鹽分變化率為-0.1890±0.0001。在低溫條件下進行金華火腿的脫鹽實驗，除水分和鹽分外沒有造成金華火腿中的其他物質的顯著變化。在不同脫鹽溫度下擴散系數大致相等，計算得到15℃時的擴散系數De值為1.52×10-10m2/s。

金華火腿，NaCl，脫鹽，動力學模型

金華火腿長期以來一直沿用傳統的生產方式，依靠適宜的自然氣候，經過腌制、風干脫水和發酵成熟三個主要工藝過程加工而成風味獨特的產品[1-2]。而且火腿的加工生產周期長，加工環境難以控制[3]，因此在腌制過程中經常使用較多的食鹽。為了使火腿能直接食用，提高火腿企業的經濟效益，通常需要經過前處理降低其含鹽量。

Hernán等[4]為對鱈魚制造工業進行環境管理，研究了鱈魚脫鹽過程中產生剩余鹽水的體積并確定其組成。為了降低食品中的高鹽量的危害，Marcello等[5]用電滲析法對含鹽量較高的醬油進行脫鹽處理。但是，目前對于金華火腿脫鹽前處理的工藝及研究鮮有報道。

根據曾勇慶等[6]的研究，某些豬肉的股二頭肌中，肌肉結締組織和膠原蛋白的含量等均高于其他部位的肌肉組織，故本文以金華火腿中含脂肪較少且肉質較均一的股二頭肌為實驗材料，主要對金華火腿脫鹽工藝及相關的理化性質進行了研究，并運用數學方法對脫鹽過程建立了數學模型，可以為金華火腿的脫鹽過程提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金華火腿 購自金字火腿股份有限公司；1-壬醇、硝酸、亞鐵氰化鉀、二水乙酸鋅、硝酸銀、硫氰酸鉀、硫酸鐵（III）銨、冰乙酸、所用試劑 均為分析純。

ARA520型電子精密天平、AR1140型電子分析天平 購于美國OHAUS國際貿易公司；HH-4型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；JYL-C020型九陽料理機 九陽股份有限公司；GZX-9240MBE型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 金華火腿前處理 取金華火腿股二頭肌部分，去除肌腱和筋膜，并切成6cm×3cm×0.5cm大小的方塊，按照料液比1∶10的比例完全浸沒在20℃蒸餾水中。間隔一定時間后取出并瀝干樣品，并測定樣品的總質量、氯化物含量、水分含量以及浸泡液中的氯化物含量。

1.2.2 總質量測定 使用分析天平分別測定在15、25、35℃條件下，浸泡前后的金華火腿樣品總質量。總質量的變化率（ΔMtt）的計算如式（1）所示：

其中，ΔMtt—t時刻樣品總質量變化率，Mtt—t時刻樣品的總質量，M0t—0時刻樣品的總質量。

1.2.3 水分含量測定 參照國標GB/T 9695.8-2008《肉與肉制品水分含量測定》（直接干燥法）[7]。分別測定15、25、35℃下樣品浸泡前和浸泡后的水分含量。水分含量的變化率（ΔMtw）的計算如式（2）所示：

其中，ΔMtw—t時刻樣品水分的變化率，xtw—t時刻樣品中水分的質量分數，x0w—0時刻樣品中水分的質量分數。

1.2.4 氯化物含量測定 參照國標GB/T 9695.8-2008《肉與肉制品氯化物含量測定》（佛爾哈德法）[8]。分別測定15、25、35℃下樣品浸泡前后的氯化物含量及浸泡液中的氯化物含量。氯化物含量的變化率（ΔMtNaCl）的計算如式（3）所示[9]：

其中，ΔMtNaCl—t時刻樣品NaCl的變化率，xtNaCl—t時刻樣品中NaCl的質量分數，x0NaCl—0時刻樣品中NaCl的質量分數。

樣品水相中的氯化物含量（zNaCl）的計算如式（4）所示：

1.3 數據分析

采用SPSS 17.0統計產品與服務解決方案軟件進行數據統計分析及模型擬合處理。

2 結果與分析

2.1 物料平衡

金華火腿脫鹽過程中影響總質量的變化的主要因素分別是水分的增加和鹽分的減少，因此，總質量的變化率（ΔMtt）應等于水分的變化率（ΔMtw）與鹽分的變化率（ΔMtNaCl）之和。

圖1展示了實際測得的不同時間下總質量變化率（ΔMtt）與水分變化率和鹽分變化率之和（ΔMtw+ΔMtNaCl）的關系。由實驗結果可知，總質量的變化率（ΔMtt）與水分變化率與鹽分變化率之和（ΔMtw+ΔMtNaC）非常相近，基本均勻分布在對角線的兩邊，且在各溫度下均呈現該種分布。因此，可以假設水分的增加和鹽分的減少是金華火腿前處理過程中發生的主要變化，并基于此項假設建立金華火腿脫鹽過程的動力學模型。Barat等[10]對該結果的處理方法與此相同。

圖1 金華火腿前處理中不同溫度下總質量的變化率（ΔMtt）與水分變化率與鹽分變化率之和（ΔMtw+ΔMtNaCl）的關系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

根據實驗結果顯示，在低溫條件下進行金華火腿的脫鹽實驗，并未造成金華火腿中除水分和鹽分外的其他物質的顯著變化。因此可以認為在此條件下進行的前處理不會對金華火腿特征性風味物質造成明顯的破壞。

2.2 脫鹽終點總質量、水分和鹽分變化

表1列出了不同溫度下當達到脫鹽終點時，樣品總質量、水分和鹽分變化率。由表1可知，脫鹽終點時樣品總質量的變化率和水分的變化率在不同溫度下沒有顯著差異，表明溫度對二者的影響不大，達到脫鹽終點時樣品總質量與水分的變化率維持穩定。而15℃條件下樣品的鹽分變化率則與25℃和35℃條件下樣品的鹽分變化率有顯著差異，且15℃條件下脫鹽率明顯低于25℃和35℃條件下的脫鹽率。此結果表明在低溫下，樣品具有更好的保持鹽分的能力。

表1 不同溫度下脫鹽終點時總質量、水分和鹽分變化率Table 1 Total weight，moisture and NaCl content changes in different temperatures after desalting

表2為不同溫度下達到脫鹽終點時水分、鹽分含量與樣品水相中鹽分含量的關系。由表2可以看出，25℃與35℃條件下達到脫鹽終點時樣品中的水分、鹽分含量與樣品水相中鹽分濃度差異不顯著，而15℃條件下則與25℃和35℃條件下有顯著差異。另外，各組樣品的鹽分含量在達到終點時的差異不顯著，表明到達脫鹽終點時，樣品中的鹽分含量基本維持穩定。15℃條件下樣品中的水分含量低于25℃和35℃條件下樣品中的水分含量，表明低溫條件下樣品的持水力較低。15℃條件下樣品水相中鹽分濃度較25℃和35℃條件下樣品水相中鹽分濃度高也可能是由于樣品中的水分含量較低所導致的。

表2 不同溫度下脫鹽終點時水分、鹽分質量分數與樣品水相中鹽分濃度Table 2 Moisture and NaCl fraction of raw material and NaCl concentration of liquid phase in different temperatures after desalting

達到脫鹽終點時，樣品水相中的氯化鈉濃度（zNaCl）應該等于浸泡液中的氯化鈉濃度（yNaCl），其計算公式如式（5）所示[11]：

其中，zeNaCl—浸泡終點時樣品水相中氯化鈉含量，yeNaCl—浸泡終點時浸泡液中氯化鈉含量，（M0SC/ M0DC）—初始樣品與浸泡液質量之比，y0NaCl—0時刻浸泡液中氯化鈉含量，y0w—0時刻浸泡液中水分含量。

圖2 不同溫度下樣品水相中的氯化鈉濃度（zNaCl）與浸泡液中的氯化鈉濃度（yNaCl）隨時間變化關系Fig.2 Changes of NaCl concentration in the liquid phase（zNaCl）and in the desalting solution（yNaCl）under different temperatures

根據式（5）的計算，15、25、35℃條件下脫鹽終點時樣品水相中氯化鈉濃度（w/w）分別為0.01235、0.01234、0.01231。實際測得的15、25、35℃條件下脫鹽終點時樣品水相中氯化鈉濃度（w/w）分別為0.01031、0.00968、0.00981；實際測得的15、25、35℃條件下脫鹽終點時浸泡液中氯化鈉濃度（w/w）分別為0.01172、0.01197、0.01172。表明當達到脫鹽終點時，樣品水相中的氯化鈉濃度與浸泡液中的氯化鈉濃度大致相當。圖2為不同溫度下樣品水相中的氯化鈉濃度（zNaCl）與浸泡液中的氯化鈉濃度（yNaCl）隨時間變化關系圖，由圖2可知，在達到脫鹽終點時，樣品水相中的氯化鈉濃度（zNaCl）接近于浸泡液中的氯化鈉濃度（yNaCl）的理論計算值（0.01233）。

2.3 脫鹽過程動力學

2.3.1 質量變化率—時間模型 圖3為脫鹽過程中總質量變化率、水分變化率和鹽分變化率隨時間變化關系，從圖3中可以看出明顯的變化趨勢。總質量變化率和水分變化率隨時間增加而增加，最后趨于穩定。鹽分變化率隨時間增加而反方向增加，最后趨于穩定。經ANOVA方差分析顯示，在脫鹽過程達到終點時，三者之中只有水分變化率具有組間顯著性差異（p＜0.05），而總質量變化率和鹽分變化率則組間不存在顯著性差異。

圖3 脫鹽過程中總質量變化率、水分變化率和鹽分變化率隨時間變化關系Fig.3 Total weight,moisture and NaCl content changes by time during the desalting process

另外，在不同脫鹽溫度條件下，15、25、35℃的水分變化率均約在5h左右達到平衡，而15、25、35℃的鹽分變化率則分別在5、4、2h左右時達到平衡，顯示出在脫鹽過程中水分的增加與鹽分的減少并不同步。這與Andrés等的研究結果相一致[12]。Cayley等認為，這是由于樣品中的水分分為自由水和結合水，而樣品中的蛋白質對結合水的結合速率低于對自由水的結合速率所造成的[13]。

Andrés等應用菲克擴散定律建立了質量變化率與時間關系的模型，其表達式如式（6）所示[14]：

其中，k1，k2—常數，t—時間。

表3 由式（6）與實驗值擬合的質量變化動力學參數值Table 3 Kinetics parameters for weight changes adjusted to Eq.6

式（6）中，k1表示在達到穩定前很短的一段時間范圍內的變化值，在本實驗中，k1是由于在脫鹽的初始階段，由于樣品中存在的未溶解氯化鈉晶體和初始階段由于壓力差和活度差造成水分的快速吸收所造成的。k2表示擴散對整個質量變化過程的總體影響系數。

由表3可知，該模型能夠很好地擬合各溫度下的質量變化。因此，對于實際應用具有良好的指導作用，可以用來評價或預測某確定溫度條件下脫鹽過程中某個組分（鹽、水）在一定時間范圍內的含量。

2.3.2 傳質驅動力—時間模型 根據菲克第二定律與半無窮長物體的擴散理論建立傳質驅動力（YTNaCl）與時間的0.5次方（t0.5）的模型，如式（7）所示[15]：

其中，YTNaCl—火腿水相與浸泡液之間的傳質驅動力，De—有效擴散系數，l—樣品厚度的半長，K—常數。

表4 由公式（7）與實驗值擬合的動力學參數值Table 4 Kinetic parameters obtained from fitting Eq.7 to the experiment data

將實驗測得的數據與公式（7）進行擬合，其各項動力學參數如表4所示。結果顯示，在溫度為15、25、35℃的脫鹽條件下，各組的De值差別較小，而K值則有較大的差別。且實驗所得De值所得結果與Andrés等[14]關于鱈魚脫鹽的研究結果相近，說明結果較準確。

Barat等[10]認為，脫鹽過程分為三個階段。第一階段過程復雜，且尚未有精確的數學表達式能夠描述這一過程，因此，該模型采用K值描述第一階段末的參數。結果表明，溫度越高，K值越大，第一階段末的傳質驅動力越低，表明溫度對脫鹽第一階段的影響較大，而對第二階段影響較小。

3 結論

3.1 研究了脫鹽過程中各組分的變化，對總質量變化率、水分變化率和鹽分變化率進行回歸分析，各溫度下均顯示出了良好的相關性，確立了模型建立的基礎，并發現在低溫條件下的脫鹽過程并未造成金華火腿中除水分和鹽分外的其他物質的顯著變化。

3.2 對金華火腿脫鹽過程進行熱力學研究，確定了脫鹽終點總質量變化率、水分變化率和鹽分變化率，驗證了達到脫鹽終點時，樣品水相中氯化鈉濃度應等于浸泡液中氯化鈉濃度。

3.3 應用動力學對金華火腿脫鹽過程建立模型，分別對質量變化率—時間模型和傳質驅動力—時間模型用實驗值進行擬合，發現具有良好的相關性。其中，質量變化率—時間模型可以用來預測某一時刻的總質量、水分或鹽分含量，具有實際應用意義；對于傳質驅動力—時間模型確立了15、25、35℃條件下的動力學參數。發現不同脫鹽溫度下擴散系數大致相等，并計算出了15、25、35℃時擴散系數De的值分別為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 *通訊聯系人

王雷（1988-），男，在讀碩士研究生，研究方向：食品科學與工程。

浙江省大學生科技創新項目（1110JQ4212052G）。