西式火腿煮制過程中品質變化動力學研究

石 宇 鄧 力 謝 樂 余冰妍 廖小梅 蘇婕妤

(貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025)

西式火腿作為低溫肉制品火腿類主要代表，集西式低溫肉制加工特性與中式肉制品風味于一體，具有廣闊的市場[1]9-10，其在國外尤其歐美等國家肉制品行業占主導地位，但在中國發展相對較晚，整體技術水平較低，產品品質不穩定。

目前，對西式火腿研究主要集中在配方、添加物對其品質的影響[1]27-45[2-5]和加工過程中工藝優化[6-8]，且加工工藝研究多集中在肉滾揉和腌制階段，煮制階段研究較少。馮憲超等[9]研究了射頻加熱和煮制加熱對西式火腿品質和肌原纖維蛋白特性的影響，并未提出如何優化傳統低溫煮制工藝。文獻[10-11]研究表明，煮制時間和溫度對肉樣剪切力有顯著影響，但目前對西式火腿低溫煮制時間和溫度并沒有科學的指導和理論的支持，工業加工主要停留在經驗階段，文獻資料[12-14]基本以煮制溫度為70～80 ℃下保持2～3 h為煮制終點。烹飪時間、溫度和烹飪方法是影響烹飪品質最主要的因素[15]，不科學的加工工藝制得的西式火腿品質不穩定，重復性不高，無法指導工業化生產，為進一步提高品質降低成本，有必要對西式火腿煮制過程進行工藝優化。

Cox等[16]經過大量感官評價試驗得出牛排烹飪過度比烹飪不足對顧客滿意度影響更大，Yeung等[17]在豇豆烹飪特性的研究中提出相同觀點，但對烹飪成熟與不足并未涉及科學合理的定位。隨后，鄧力提出了成熟值和過熱值概念[18]，為食品成熟與品質控制提供了一種較為理想的評定方法，并指出過程傳遞—反應動力學—食品品質變化是烹飪的核心原理[19]。就熱力學而言，食品是不穩定的。而根據食品品質建立動力學模型，能很好地反映食品在加熱過程中發生的變化，已有研究[20]表明，零級或一級動力學可用于描述食品品質，測定得到動力學參數也可以應用于食品加工過程工藝分析、評價和優化。目前已有肉類(豬肉、魚肉、雞肉)、蔬菜類(蒜薹、菠菜、竹筍)和水產類(蝦仁)等食品烹飪過程中品質變化動力學研究[21-25]。但針對西式火腿這種技術發展較晚的再制生食研究為空白，且因其組成成分和結構的特殊性，煮制過程中西式火腿品質變化是否符合動力學規律未知，肉類加熱過程品質變化動力學參數無法直接引用。而西式火腿品質，就消費者而言，烹飪肉品顏色為滿意度評定重要因素，肉的嫩度是要考慮的主要質量標準之一[26]。就企業而言，保證產品質量的條件下提高含水率可極大的提高產品產出率。

本試驗擬以西式熏煮火腿為對象，測定其品質因子(顏色、剪切力和水分含量)在不同溫度煮制不同時間的變化趨勢，得到相應的動力學參數，為西式熏煮火腿工業化生產提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

西式火腿：主配料均購于貴陽花溪合力超市，參考文獻[13]制作，主要經歷原料修整切塊、腌制、斬拌、灌制等過程。

1.1.2 主要儀器設備

電熱恒溫水浴鍋：DK-92-Ⅱ型，天津市泰斯特儀器有限公司；

便攜式色差儀：HOPG2132型，深圳漢譜光彩科技有限公司；

數顯式肌肉嫩度儀：C-LM3B型，東北農業大學工程學院；

水分測定儀：MB90型，奧豪斯儀器(常州)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原材料處理 西式火腿制作過程保證低溫，以防影響肉品質。將西式火腿最終樣品放置于-18 ℃冰箱中冷凍儲存，煮制前統一置于-4 ℃冰箱解凍8 h。煮制條件分別為70，73，76，80 ℃恒溫水??；樣品顏色、水分含量、剪切力測定均從加熱開始的第15 min取樣，每隔10 min 取樣1次，直至105 min截止；樣品取出置于0 ℃冰水快速降溫以阻止西式火腿內部傳熱形成的品質變化。

1.2.2 顏色測定 參照Rubio等[27]的方法，樣品從冰水取出擦干，恢復至室溫后切片，使用便攜式色差儀選取3處表面顏色均勻無黑點部位進行顏色測定。L*表示亮度值；a*在此處表示紅度值，選用標準白板為背景減少試驗誤差。

1.2.3 剪切力測定 采用數顯式肌肉嫩度儀進行西式火腿肉片嫩度測定。取顏色測定后西式火腿切片，取表面均勻平整的火腿片切割成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm 長方體狀，放置于載樣處，測量并記錄顯示的剪切力值[28]，各個時間點測定3次取均值。

1.2.4 水分含量測定 樣品的水分含量選用鹵素快速水分測定儀測定，各個時間點測定3次求均值，該指標測定試驗均采用同一儀器、相同質量樣品以減小誤差。

1.3 數據處理

1.3.1 反應級數確定 反應級數是推測反應機理的必要依據，主要確定方法有多種。本研究采用食品領域常用的積分法進行計算。其中零級反應動力學積分式為：

CA=CA0-kt，

(1)

式中：

CA——反應物A的濃度，具體單位根據實際測量物質確定；

t——反應時間，min；

k——反應速度常數，具體單位根據實際測量物質確定。

一級反應動力學積分式為：

lnCA=lnCA0-kt。

(2)

1.3.2 動力學參數計算 Arrhenius模型和z值模型為食品熱處理領域兩種常見模型。本文采用這兩個模型計算西式火腿煮制過程中品質變化的動力學參數：D值、z值、反應速率k及反應活化能Ea值。西式火腿煮制過程中品質變化屬于一級動力學反應時，通過式(2)求出反應速度常數k，并通過式(3)求出D值。

(3)

式中：

D——在特定溫度下，食品品質變化一個對數周期所需要的時間，min。

z值的計算公式為：

(4)

式中：

z——D值變化一個對數周期所需要的溫度，℃。

Arrhenius模型中，Ea值的計算公式為：

(5)

式中：

R——理想氣體常數，8.314 J/(mol·K)；

T——溫度，K；

k0——指數前置因子；

Ea——活化能，kJ/mol。

1.3.3 數據分析 測定結果的分析主要采用Excel軟件，方法為最小二乘法，對西式火腿各品質指標的變化進行線性和非線性擬合，分別得到相關系數R2，各指標變化對一級反應擬合的平均系數大于相對應的零級反應R2時，根據式(3)計算出各指標不同溫度下的D值。根據式(4)、(5)進行線性回歸分析求出相應z值和Ea值。

2 結果與分析

2.1 顏色變化

烹飪肉類產品的顏色不僅可以反映食品成熟程度，而且可以提供食品質量屬性的可靠信息，是消費者對食品的第一印象，極大影響消費者滿意度。由圖1可知，隨煮制時間的延長，西式火腿L*、a*增加。L*值隨煮制時間延長而增加主要是煮制過程汁液在肉表面的累積造成光反射的增強，而a*的變化與傳統豬里脊肉油浴過程變化趨勢相反，主要原因是西式火腿作為一種再制生食，為了增加銷量，提高感官品質，在加工過程中會添加發色劑、護色劑等。

采用最小二乘法擬合西式火腿顏色變化。由表1可知，西式火腿在煮制過程中L*和a*的變化對一級反應擬合的平均系數均大于相對應的零級反應，表明其變化屬于一級反應動力學，并根據式(3)求出對應D值。對其lgD-T進行線性回歸，結合式(4)求得動力學模型參數z值如圖2，得出西式火腿煮制過程中L*變化的z值為49.69 ℃，相關系數為0.894 6；a*變化的z值為 41.85 ℃，相關系數為0.951 0。并對其lnk-T-1進行線性回歸，結合式(5)求得動力學模型參數Ea如圖3，得出西式火腿煮制過程中L*變化的Ea值為46.73 kJ/mol，a*變化的Ea值為55.27 kJ/mol，相關系數為0.947 5。

2.2 水分含量變化

水分作為肉制品重要組成部分，其存在形式和狀態直接影響肉制品嫩度[11]。煮制作為一種特殊烹飪方式有利于肉制品水分含量提高，達到更高產品產出率，是工業生產考慮的重要因素之一。但水分含量過高會導致微生物增長加劇，不利于后期儲存，因此在西式火腿煮制過程中，水分含量作為表征過熱的品質因子。由圖4可知，隨煮制時間的延長，西式火腿水分含量增加，且73，76，80 ℃ 最終水分含量基本相同，70 ℃最終水分含量較高。

采用最小二乘法擬合西式火腿水分含量變化。由表2 可知，西式火腿在煮制過程中水分含量的變化對一級反應擬合的平均系數均大于相對應的零級反應，表明該變化屬于一級反應動力學，并根據式(3)求出其D值。對其lgD-T進行線性回歸，結合式(4)求得動力學模型參數z值如圖5，得出西式火腿煮制過程中中水分含量的變化的z值為44.45 ℃，相關系數為0.966 3。并對其lnk-T-1進行線性回歸，結合式(5)求得動力學模型參數Ea如圖6，得出西式火腿煮制過程中水分含量變化Ea值為52.22 kJ/mol，相關系數為0.968 8。

圖1 西式火腿煮制過程顏色變化Figure 1 Changes of color during the cooking process of western-style ham

表1 不同溫度煮制西式火腿L*和a*變化反應動力學參數Table 1 Kinetic parameters of L* and a* changes of western-style ham cooked at different temperatures

表2 不同溫度煮制西式火腿水分含量變化反應動力學參數Table 2 Kinetic parameters of moisture content changes of western-style ham cooked at different temperatures

2.3 剪切力變化

長時間燉煮有助于溶解肌肉結締組織，從而改善肉品嫩度[29]。剪切力作為一種客觀測量肉類柔軟度的方法，能更精確地反映食品品質變化[30]。因此，將剪切力作為西式火腿煮制過程中表征成熟的品質因子。由圖7可知，西式火腿煮制過程中，隨煮制時間的延長剪切力不斷增加，且煮制一定時間后，70，73 ℃剪切力明顯低于76，80 ℃，與肉低溫長時烹飪能更有效改善其嫩度結論一致。

圖2 西式火腿L*和a*變化的z值Figure 2 Curves of z values of changes of L* and a* in western-style ham

圖3 西式火腿L*和a*變化的Arrhenius圖Figure 3 Arrhenius diagram of changes of L* and a* in western-style ham

圖4 西式火腿煮制過程水分含量的變化Figure 4 Changes of moisture content during the cooking process of western-style ham

圖5 西式火腿水分含量變化的z值Figure 5 Curves of z values of changes of water content in western-style ham

圖6 西式火腿水分含量變化的Arrhenius圖Figure 6 Arrhenius diagram of changes of moisture content in western-style ham

圖7 西式火腿煮制過程剪切力的變化Figure 7 Changes of shear force during the cooking process of western-style ham

豬里脊肉在烹飪過程中，剪切力變化趨勢與此基本一致，但西式火腿煮制過程剪切力值明顯低于豬里脊肉油浴過程中剪切力，主要原因是西式火腿屬于再制生食，其組成成分與原生肉結構有很大區別[23]。

采用最小二乘法擬合西式火腿剪切力變化。由表3可知，西式火腿在煮制過程中剪切力的變化對一級反應擬合的平均系數均大于相對應的零級反應，表明該變化屬于一級反應動力學，同理，可求出其對應D值。對其lgD-T進行線性回歸，結合式(4)求得動力學模型參數z值如圖8，得出西式火腿煮制過程中剪切力變化的z值為34.81 ℃，相關系數為0.953 7。并對其lnk-T-1進行線性回歸，結合式(5)求得動力學模型參數Ea如圖9，得出西式火腿煮制過程中剪切力變化Ea值為66.69 kJ/mol，相關系數為0.955 8。

表3 不同溫度煮制西式火腿剪切力變化反應動力學參數Table 3 Kinetic parameters of shear force changes of western-style ham cooked at different temperatures

圖8 西式火腿剪切力變化的z值Figure 8 Curves of z values of changes of shear force in western-style ham

圖9 西式火腿剪切力變化的Arrhenius圖Figure 9 Arrhenius diagram of changes of shear force in western-style ham

3 結論

西式火腿煮制過程中亮度值、紅度值、水分含量和剪切力的變化均屬于一級反應動力學。試驗結果表明，煮制過程中，表征西式火腿成熟的品質因子(顏色、剪切力)和表征過熱的品質因子(水分含量)的變化均遵循一級反應動力學。且亮度值和紅度值的z值分別為49.69，41.85 ℃，Ea值分別為46.73，55.27 kJ/mol；剪切力的z值為34.81 ℃，Ea值為66.69 kJ/mol；水分含量的Ea值為52.22 kJ/mol，z值為44.45 ℃，大于剪切力和紅度值的z值。成熟品質因子的z值小于過熱品質因子z值，符合烹飪操作優化的要求，證明在西式火腿煮制過程中存在優化空間，可通過調整加工工藝改善西式火腿品質。

動力學參數的準確測定，可以更好地預測食品加熱過程中品質變化，有利于企業更科學的設計熱源供應，降低生產成本，提高產品品質。本研究對西式火腿煮制過程中亮度、紅度、水分含量和剪切力4個指標的動力學參數進行測定，為推進西式火腿產業化生產提供基礎數據，后續將在此基礎上針對西式火腿煮制條件不統一和品質不穩定等問題進行工藝優化。