湘派鹵汁循環使用安全監測及預警模型的構建

陳浩 ，楊瑩 ，趙良忠 ，岳子堅 ，尹樂斌 *，陳海鳳

1(邵陽學院 食品與化學工程學院，湖南 邵陽, 422000)2(豆制品加工與安全控制湖南省重點實驗室，湖南 邵陽, 422000) 3(湖南省果蔬清潔加工工程技術研究中心，湖南 邵陽, 422000)4(邵陽市食品藥品檢驗所，湖南 邵陽, 422000)

基金項目：湖南省創新型省份建設專項創新平臺項目(2019TP1028)；湖南省創新型省份建設專項重點領域研發計劃項目(2019SK2122)；湖南省創新型省份建設創新平臺與人才計劃項目(2019 NK4229)；湖南省果蔬清潔加工工程技術研究中心項目(2015TP2022)；湖南省教育廳優秀青年項目(18B427)；邵陽學院“雙一流”建設產學研合作平臺(邵院通[2018]50號)；湖南省大學生創新創業訓練計劃項目(S201910547036 湘教通[2019]219號)

收稿日期：2020-06-12，改回日期：2020-07-06

湘派鹵制起源于邵陽武岡，相傳是秦朝方士煉丹偶然發明，需事先熬煮八角、桂皮等數十種中藥材或加入動物骨頭制成鹵汁，而后依次加入調味料(不人為添加防腐劑、護色劑)，再放入食品原料浸煮若干小時后撈出攤涼，重復鹵煮攤涼2～4次，具有“藥鹵”、“浸漬”、“香辣”等特點[1-2]。隨著鹵制品行業從手工作坊邁向工業化，鹵制作為產品賦香增味的關鍵工序，設備更新換代快，已由早期的半自動間歇式蒸汽鹵制鍋升級為全自動輸送帶式、步進式鹵制槽或立式鹵制罐，生產能力成倍增加，但管理上仍遵循傳統技藝，僅憑師傅個人經驗，隨意性較大[3-5]。秉承“老鹵是珍寶”的傳統理念，生產中所使用的鹵汁往往是循環利用的。在這過程中，營養、風味等物質不斷溶入、滲出使鹵汁具有獨特風味的同時，原輔料中不良成分也會遷移、蓄積至鹵汁，存在一定食品安全風險[6-7]。雖有些學者對鹽水鴨[8]、鹽焗雞[9]、鹵豬蹄[10]等產品生產用鹵汁進行安全性研究，但多在實驗室模擬完成，鹵汁循環使用次數和時間、生產量等均與工廠大生產相差甚遠，難以準確評價工業化鹵汁循環使用的安全性，因此，無法有效解決企業因缺乏鹵汁安全評價指標而不能標準化管理的問題。

本研究以工業化湘派鹵汁為研究對象，監測鹵汁循環使用中總酸、過氧化值、亞硝酸鹽含量、重金屬(鉛、鎘、鉻、總砷)、黃曲霉毒素B1等化學安全指標的變化，研究安全指標與循環使用時間的相關性，以期獲得評價鹵汁循環使用安全性的預警指標，并建立鹵汁循環使用安全預測模型，為鹵制品工業生產的安全管理提供參考依據。

1 實驗材料與方法

1.1 材料與試劑

工業化湘派鹵汁，湖南某食品有限公司湘派鹵豆干鹵制車間的步進式鹵制槽(鹵汁總量約15 t)。

鉛、鎘、鉻標準儲備液(1000 mg/L)，中國計量科學研究院；三氧化二砷標準品(純度≥99.5%)，北京百靈威科技有限公司；黃曲霉毒素B1標準品(純度≥99.8%)，北京威瑞谷生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

Mb型恒溫數顯電熱板，北京科偉永興儀器有限公司；AFS-9130原子熒光光譜儀，北京吉天儀器有限公司；U -1780紫外分光光度計、AA7000原子吸收光譜儀，日本島津公司；UltiMate3000高效液相色譜儀，賽默飛世爾科技(中國)公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 湘派鹵豆干工業化鹵制工藝流程

湘派鹵豆干工業化生產采用“鹵制-冷卻-鹵制”二道鹵制工序，參數均為：85 ℃、時間60 min。每日生產結束，待鹵汁冷卻，濾網清除漂浮油沫和沉淀，回收至鹵汁暫儲罐，堿水清洗鹵制槽；生產前，將鹵汁從鹵制暫儲罐中放至鹵制槽，蒸汽煮沸。生產全過程中，鹵制槽上蓋有保溫層，豆干隨輸送帶從鹵制槽兩端進出。

每批次進樣前添加新鹵汁，輔以食鹽、味精、肉膏等調味料，確保鹵汁可溶性固形物濃度約為28°Brix[2]。其中，新鹵汁是由茴香、桂皮、山奈、甘草、香葉、良姜、白蔻、八角、白芷、干辣椒等20余種香辛料與豬大骨反復熬煮而成。

1.3.2 樣品的采集

以公司使用全新鹵汁生產的第1天為采樣起點，每7 d取樣1次，連續采樣8次，間隔8周后，繼續采樣8次，共計16次，分別記為7 d，14 d，21 d…56 d，112 d，119 d，126 d…161 d。采樣當日，隨機在鹵制槽選3個采樣點(距離≥1 m)，每個采樣點在垂直方向3個不同高度分別取100 mL，合并，風涼，置于低溫冰箱存儲備用。

1.3.3 鹵汁安全指標的測定

1.3.3.1 總酸的測定

按照GB/T 12456—2008酸堿滴定法測定。

1.3.3.2 過氧化值的測定

采用杜壘等[8]的分光光度法測定。

1.3.3.3 亞硝酸鹽含量的測定

按照GB 5009.33—2016分光光度法測定。

1.3.3.4 重金屬含量的測定

分別按GB 5009.12—2017石墨爐原子吸收光譜法、GB 5009.15—2014石墨爐原子吸收光譜法、GB 5009.123—2014石墨爐原子吸收光譜法、GB 5009.11—2014氫化物發生原子熒光光譜法測定鉛、鎘、鉻、總砷。

1.3.3.5 黃曲霉毒素B1含量的測定

按照GB 5009.22—2016高效液相色譜-柱后衍生法測定。

1.4 數據處理

每個實驗指標做3個平行，結果以平均值±標準差的形式表示。采用IBM SPSS 18.0統計軟件進行方差分析、相關性分析，顯著性水平為0.05；采用Origin 8.5進行線性擬合。

2 結果與分析

2.1 湘派鹵汁循環使用的安全性分析

2.1.1 湘派鹵汁循環使用過程中總酸的變化

由圖1可知，鹵汁循環使用21 d，總酸含量急劇升高(P<0.05)，從2.23 g/kg上升至2.69 g/kg，升幅達20.6%；而后呈“下降-上升-下降-上升”波動變化的緩慢上升趨勢。這與扒雞、鹽焗雞鹵汁循環使用過程中酸度變化趨勢類似[11-12]。原因可能是，原輔料攜帶以及鹵制過程蛋白質降解、脂肪氧化等化學反應產生的游離氨基酸、游離脂肪酸等酸性物質溶入并積累于鹵汁中，使得鹵汁總酸含量升高；隨著循環使用時間的增加，鹵汁中可溶性化合物濃度趨于飽和，影響酸性物質的溶入[12-13]。而且部分酸性物質也會在高溫下發生降解，從而影響鹵汁總酸。另外，每批次生產前的補料補水，定期清除鹵制槽沉淀碎屑等日常管理措施也會對鹵汁總酸有一定的影響。

圖1 湘派鹵汁循環使用過程中總酸Fig.1 Total acid content during Xiangpai brine recycling注：不同字母代表差異顯著(P<0.05)(下同)

2.1.2 湘派鹵汁循環使用過程中過氧化值的變化

過氧化值是表征脂質氧化常用的指標，可間接反映鹵汁的安全性，因為鹵汁在長期高溫循環使用過程中發生脂肪氧化而引起自由基活性增強、產生膽固醇氧化物等有害物質，從而對人體造成潛在危害[14-15]。由圖2可知，鹵汁循環使用中，過氧化值含量在3.01～3.65 meq/kg波動，呈現緩慢上升的趨勢。循環使用56 d內，過氧化值變化不明顯(P>0.05)，原因可能是，鹵制早期階段，油脂與非脂成分之間的作用不明顯，且油脂的自動氧化還處于起始階段，油脂氧化較為緩慢[16]。而在112～161 d內，過氧化值略微升高，可能是隨著鹵制時間的延長，空氣、水、光照、溫度等因素長時間作用，自由基活性增強，脂肪氧化程度加劇，過氧化值升高[17]。而每日生產結束清除上層漂浮油沫在一定程度上可減少鹵汁中油脂氧化。

以食用植物油過氧化值的安全限量值為參考(≤0.25 g/100 g)，根據公式換算即≤19.7 meq/kg。在鹵汁循環使用至161 d時，過氧化值含量上升至最大值3.65 meq/kg，低于國家安全限量標準(≤19.7 meq/kg)。

圖2 湘派鹵汁循環使用過程中過氧化值Fig.2 PO during Xiangpai brine recycling

2.1.3 湘派鹵汁循環使用過程中亞硝酸鹽含量的變化

由表1可知，亞硝酸鹽含量隨循環使用變化不大，在0.11～0.36 mg/kg波動,循環使用161 d內，鹵汁中的亞硝酸鹽含量較小，均低于方法檢出限，可視為未檢出。不同于肉制品，湘派鹵豆干生產過程中不人為添加亞硝酸鈉等護色劑，亞硝酸鹽積累來源主要是原輔料帶入和鹵制過程產生[12]。因此，湘派鹵汁循環使用中不存在亞硝酸鹽含量超標的風險。

表1 湘派鹵汁循環使用過程中亞硝酸鹽含量 單位：mg/kg

2.1.4 湘派鹵汁循環使用過程中重金屬含量的變化

由表2可知，除119 d鹵汁鉛含量為0.0025 mg/kg外，其余時間鉛含量均未檢出，但是0.0025 mg/kg明顯低于方法檢出限0.025 mg/kg(換算稱樣量和定容體積得到)，也可視為未檢出。鎘在鹵汁循環使用21、28、49、154和161 d有檢出，但含量均不高。

表2 湘派鹵汁循環使用過程中鉛和鎘含量 單位：mg/kg

由圖3可知，循環使用中，鹵汁鉻含量在0.29～0.65 mg/kg范圍內波動，21 d內迅速上升，而后趨于穩定(P>0.05)。而總砷含量無明顯變化(P>0.05)，在0.001 6～0.003 4 mg/kg范圍內波動。

圖3 湘派鹵汁循環使用過程中鉻、總砷含量Fig.3 Cr and As content during Xiangpai brine recycling

已有研究表明，食品加工過程中，重金屬元素有從食品內部遷移至外的行為[18-21]，也可從接觸材料向食品體系中遷移[22-24]。因此，原輔料中重金屬的轉移和累積對鹵汁影響較大,如八角、桂皮等市售香辛料中有不同程度的重金屬檢出[25-26]。另外，隨著熬煮時間的增加，容器中的重金屬可能會緩慢溶出，夏玲[27]和楊保剛[28]在反復熬煮的火鍋湯料中有類似發現。但是重金屬可溶性和熱穩定性不一樣，遷移量和蓄積量就會有所差別，從實驗結果看，湘派鹵汁中鉻含量相對更高。而工業化鹵汁使用前期香辛料用量較大可能是21 d內鉻含量迅速上升的主要原因。重金屬也有可能向鹵制品中遷移，但幾乎未發現湘派鹵豆干產品重金屬超標的報道。夏玲[27]研究表明，重金屬易在油脂中積累，那么定期清除鹵汁上層漂浮油沫是降低鹵汁重金屬含量較好的措施。

目前，尚無國家和地方標準對鹵汁重金屬限量值做出明確規定。參照GB 2762—2017規定的豆類中鉛、鎘、鉻允許的最高限量水平(分別是0.2、0.2和1 mg/kg)、油脂及其制品或調味品中總砷允許的最高限量水平(分別是0.1和0.5 mg/kg)，鹵汁循環使用中均無重金屬超標風險。即使直接食用鹵汁，我國居民膳食營養素參考攝入量鉻最高限量為每人每天500 μg[29]，以鉻的最高檢出量0.65 mg/kg計算，每人每天需食用0.77 kg鹵汁才能超出限量，現實生活中很難做到。

2.1.5 湘派鹵汁循環使用過程中黃曲霉毒素B1含量的變化

黃曲霉毒素耐熱性很強，而湘派鹵制溫度通常不超過100 ℃，遠遠低于其被破壞的溫度(280 ℃)。由表3可知，鹵汁循環使用中，黃曲霉毒素B1均未檢出，說明鹵汁中無黃曲霉毒素帶入，該企業對原輔料選擇、運輸、貯藏等各環節品質控制較好，但仍需對香辛料等易霉變原輔料進行嚴格管理。

表3 湘派鹵汁循環使用過程中黃曲霉毒素B1含量 單位：mg/kg

2.2 湘派鹵汁安全指標與循環次數的相關性

利用SPSS 18.0對鹵汁循環使用過程中各安全指標與循環天數進行相關性分析，結果如表4。總酸、過氧化值、亞硝酸鹽含量和鉻含量與循環使用天數呈極顯著正相關關系，即隨著循環使用天數的增加，湘派鹵汁中總酸、過氧化值、亞硝酸鹽和鉻含量也增加。但亞硝酸鹽的測定值均低于檢出限，不作考慮。

表4 安全指標與循環次數相關性分析Table 4 Correlation analysis of safety index and cycle times

2.3 湘派鹵汁循環使用安全預警模型的構建

2.3.1 以總酸為指標湘派鹵汁安全預警模型的構建

實際生產中，當鹵汁總酸超出一定范圍，鹵制產品的口感等感官品質,甚至安全性將受到很大影響，該鹵汁將不能繼續生產。利用Origin 8.5對鹵汁循環使用過程中總酸含量進行線性擬合，得到鹵汁循環使用過程中總酸含量變化預測模型圖(圖4)及預測模型：y=2.261 8+0.012 1x-7.699 0×10-5x2+2.546 5×10-7x3，相關系數r=0.925 9，模型誤差為2.15%，表明模型可行。

以食用植物油酸價≤3 mg/g為參考，以GB/T 5530—2005中酸價(值)與總酸的換算方式，即總酸≤15.08 g/kg。通過模型計算得出，當鹵汁循環使用447 d時，湘派鹵汁的總酸達到安全限定值。

圖4 湘派鹵汁循環使用過程中總酸變化預測模型圖Fig.4 Diagram of prediction model of total acid content change during Xiangpai brine recycling

2.3.2 以過氧化值為指標湘派鹵汁安全預警模型的構建

利用Origin 8.5對鹵汁循環使用過程中過氧化值含量進行線性擬合，得到過氧化值含量變化預測模型圖(圖5)及預測模型：y=3.095 3+4.147 9×10-4x-1.835 8×10-4x2+5.849 6×10-6x3-5.465 7×10-8x4+1.623 4×10-10x5，相關系數r=0.910 2，模型誤差1.08%，表明模型可行。

以食用植物油的過氧化值安全限量值≤19.7 meq/kg為參考，通過模型計算得出，當鹵汁循環使用237 d時，鹵汁中過氧化值含量達到安全限定值。

圖5 湘派鹵汁循環使用過程中過氧化值含量變化預測模型圖Fig.5 Diagram of prediction model of PO content change during Xiangpai brine recycling

2.3.3 以鉻含量為指標的湘派鹵汁安全預警模型構建

利用Origin 8.5對鹵汁循環過程中鉻含量進行線性擬合，得到鉻含量變化預測模型圖(圖6)及預測模型：y=0.260 9+0.009 3x-9.607 5×10-5x2+3.327 4×10-7x3，相關系數r=0.828 3，模型誤差4.38%，表明模型可行。

以豆類中鉻允許的最高限量水平1 mg/kg為參考，通過模型計算得出，當鹵汁循環使用至205 d時，鹵汁中鉻達到限定值。

圖6 湘派鹵汁循環使用過程中鉻含量變化預測模型圖Fig.6 Diagram of prediction model of Cr content change during Xiangpai brine recycling

2.3.4 湘派鹵汁循環使用安全預警模型的驗證

2.3.4.1 以總酸為指標的湘派鹵汁安全預警模型驗證

總酸預測值與實際值擬合的回歸線見圖7，回歸方程為y=0.935 4x+0.186 5，回歸系數為0.940 4。通過顯著性檢驗(P<0.01)，說明實測值和預測值擬合程度較好，故用y=2.261 8+0.012 1x-7.699 0×10-5x2+2.546 5×10-7x3來模擬湘派鹵汁循環使用過程中總酸含量的變化。

a-總酸預測值與實際值的散點圖;b-總酸預測值與實際值擬合的回歸曲線圖7 湘派鹵汁循環使用過程中總酸含量變化預測模型驗證圖Fig.7 alidation of prediction model for changes in total acid during Xiangpai brine recycling

2.3.4.2 以過氧化值為指標的湘派鹵汁安全預警模型驗證

過氧化值預測值與實際值擬合的回歸曲線見圖8，回歸方程為y=0.931 3x+0.219 1，回歸系數為0.977 0。通過顯著性檢驗(P<0.01)，說明實測值和預測值擬合程度較好，故可用y=3.095 3+4.147 9×10-4x-1.835 8×10-4x2+5.849 6×10-6x3+5.465 7×10-8x4+1.623 4×10-10x5來模擬湘派鹵汁循環使用過程中過氧化值含量的變化。

a-過氧化值預測值與實際值的散點圖;b-過氧化值預測值與實際值擬合的回歸曲線圖8 湘派鹵汁循環使用過程中過氧化值含量變化預測模型驗證圖Fig.8 alidation of prediction model for changes in PO during Xiangpai brine recycling

2.3.4.3 以鉻含量為指標的湘派鹵汁安全預警模型驗證

鉻預測值與實際值擬合的回歸曲線見圖9，回歸方程為y=0.901 3x+0.049 4，回歸系數為0.894 3。通過顯著性檢驗(P<0.01)，說明實測值和預測值擬合程度較好，故用y=0.260 9+0.009 3x-9.607 5×10-5x2+3.32 74×10-7x3來模擬湘派鹵汁循環使用過程中鉻含量的變化。

a-鉻預測值與實際值的散點圖;b-鉻預測值與實際值擬合的回歸曲線圖9 湘派鹵汁循環使用過程中鉻含量變化預測模型驗證圖Fig.9 alidation of prediction model for changes in Cr during Xiangpai brine recycling

綜上，建議鹵制品生產企業制定鹵汁安全管理措施，如嚴格管控原輔料、定期清除鹵汁漂浮油沫、定期清除鹵制槽沉淀碎屑、適當添加食用堿等，以降低鹵汁酸度的升高、減緩油脂的氧化。實際生產中，相比于總酸、過氧化值，鉻含量人為干預難度更大，且以總酸和過氧化值為指標預測鹵汁循環使用天數均高于以鉻為指標預測鹵汁的循環使用天數，因此，選擇鉻作為湘派鹵汁循環使用過程中安全預警指標。

3 結論

為評價工業化湘派鹵汁循環使用的安全性，本研究跟蹤監測了鹵汁循環使用過程中主要化學安全指標的變化，結果表明，鹵汁循環使用161 d內，監測的安全指標均低于國標安全限量值，安全性較高。隨著循環使用時間的增加，總酸和過氧化值緩慢升高，但總酸波動較大，鎘有4次微量檢出，鉻含量先升高后趨于穩定，總砷含量變化不大，亞硝酸鹽、鉛和黃曲霉毒素B1均未檢出。

本研究通過對監測安全指標與循環使用時間進行相關性分析，發現總酸、過氧化值和鉻含量與循環使用天數呈極顯著正相關，綜合生產實際，選擇鉻為鹵汁安全的預警指標，構建湘派鹵汁循環使用安全預警模型，為鹵制品工業生產的安全管理提供參考依據。然而鹵汁是一個多組分的復雜體系，影響其安全性的因素較多，本研究主要關注遷移性的安全隱患，后續還需對鹵制過程中美拉德、脂質氧化等化學反應產生的有害產物進行研究。