KCl部分替代NaCl對豬肉脂肪氧化的動力學(xué)影響

孔慶新，張徑舟，黃業(yè)傳 ，徐偉平，羅麗梅

（1.重慶化工職業(yè)學(xué)院，制藥工程學(xué)院，重慶 401228；2.荊楚理工學(xué)院，生物工程學(xué)院，湖北荊門 448000；3.西南政法大學(xué)醫(yī)院，重慶 401120）

氯化鈉（NaCl）是肉制品加工中最重要的輔料之一，適量的NaCl能改善肉制品的多汁性，延長保質(zhì)期，進(jìn)而影響肉制品的風(fēng)味、色澤、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)[1?2]。隨著加工食品的日益增多，人們過量攝入NaCl，使體內(nèi)鈉鉀比增加[3]。研究顯示，過量攝入鈉鹽可造成血壓升高，增加心血管疾病的發(fā)病率，還與一些腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[4?6]。因此，在肉制品工業(yè)中尋找NaCl的替代品，進(jìn)而減少NaCl的添加量已成必然趨勢。一些學(xué)者將氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、乳酸鉀、抗壞血酸鈣、甘氨酸等作為NaCl的替代品[5,7?8]，因氯化鉀與氯化鈉性質(zhì)接近[9]，很多學(xué)者對氯化鉀替代氯化鈉對肉制品品質(zhì)的影響作了研究，包括感官、質(zhì)構(gòu)、水分活度、pH、脂肪氧化、脂肪酸組成、離子含量、色澤、鹽滲透動力學(xué)、微生物、揮發(fā)性成份等方面的變化[10?14]。

脂肪氧化對火腿、臘肉、香腸等肉制品的質(zhì)量至關(guān)重要，若脂肪氧化受限，則肉制品風(fēng)味會比較平淡；若脂肪氧化過度，則會引起酸敗、異味等質(zhì)量問題[15?16]。關(guān)于肉制品加工中脂肪氧化和抗氧化的研究較多，關(guān)于肉制品中NaCl對脂肪氧化的影響也有很多探索，大都認(rèn)為NaCl在一定濃度范圍內(nèi)會促進(jìn)脂肪氧化，超過一定范圍則會抑制脂肪氧化，如RHEE等[17]研究牛肉和雞肉時發(fā)現(xiàn)2.5%的NaCl有最大促氧化效果；MIN等[18]報道氯化鈉在2%左右時對肉制品促氧化作用最強(qiáng)，此后，隨濃度增加，促氧化作用將逐漸減小。關(guān)于KCl部分替代NaCl后脂肪氧化的變化也有一些報道，但這些報道的結(jié)果并不一致，有的認(rèn)為KCl部分替代NaCl后會促進(jìn)肉中脂肪氧化[1,19]，另一些研究則得到相反的結(jié)論[20?21]。究其原因，可能與各研究中鹽濃度、加工條件不同有關(guān)，但同時也說明KCl部分替代NaCl后對肉制品脂肪氧化的影響還缺乏系統(tǒng)、深入研究。因此，為降低肉制品中NaCl含量，并為進(jìn)一步尋找替代品奠定更好的理論依據(jù)，有必要對KCl或其它鹽類部分替代NaCl后對脂肪氧化的動力學(xué)規(guī)律進(jìn)行探究。根據(jù)一些學(xué)者的研究，當(dāng)KCl的替代量超過40%~50%后會顯著降低肉制品品質(zhì)[10,22?23]，現(xiàn)在干腌肉制品加工中常使用的NaCl濃度范圍為3%~4%，因此本文擬研究在鹽濃度為3%和4%時，15%~60%的NaCl被KCl取代后，豬肉肌內(nèi)脂肪氧化包括初級氧化與次級氧化的動力學(xué)變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬背最長肌 購于重慶市永輝超市，去掉表面可見脂肪、筋膜和結(jié)締組織，真空包裝后于?18 ℃保藏待用；NaCl（批號：20190112）、KCl（批號：20180718） 重慶金錦樂化工有限公司；三氯乙酸批號（20180326）、乙二胺四乙酸二鈉（批號：20180628）、硫代巴比妥酸（批號：20180415） 、1,1,3,3-四乙氧基丙烷（批號：20170212）、冰乙酸（批號：20180522）、三氯甲烷（批號：20180627）、碘化鉀（批號：20181106）、硫代硫酸鈉（批號：20180824）、石油醚（批號：20181112） 、無水硫酸鈉（批號：20180125） 均為分析純（AR），成都市科龍化工試劑廠。

FSH-2A勻漿機(jī) 上海梅香儀器有限公司；BSC-259恒溫恒濕箱 上海博迅實業(yè)有限公司；U-3900H分光光度計 日本Hitachi公司；JYS-A800絞肉機(jī) 山東九陽電器有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 豬背最長肌樣品于4 ℃解凍24 h，絞碎并混勻，平分為10組，每組1200 g，其中5組分別加入3%的鹽，鹽的組成分別為100%NaCl、85%NaCl+15%KCl、70%NaCl+30%KCl、55%NaCl+45%KCl、40%NaCl+60%KCl；另外5組分別加4%的鹽（鹽的組成同3%的5組豬背最長肌）。各組平均分成60份，每份20 g左右，分別用鋁箔袋包裝，不封口。每組的60份再平均分成4組，分別于15、20、25、30 ℃恒溫箱中保溫，每個溫度條件下分別于5個時間點(diǎn)取樣，每次取樣3份（作為3個重復(fù)），具體每個處理的5個時間點(diǎn)根據(jù)預(yù)試驗確定，溫度高的處理時間相對較短，反之時間較長，以使每個時間點(diǎn)都能觀察到明顯的脂肪氧化（即POV和TBARS值的明顯上升）以利于計算脂肪氧化常數(shù)，如15 ℃的保溫時間分別為0、20、40、60、80 h，而30 ℃的保溫時間分別為0、5、10、15、20 h。處理結(jié)束后，立即分析各樣品的過氧化值（POV，Peroxide value）和硫代巴比妥酸反應(yīng)物值（TBARS，Thiobarbituric acid reactive substances）。

1.2.2 脂肪氧化測定 脂肪氧化程度用POV值和TBARS值來衡量，其中POV值表示脂肪初級氧化，其測定根據(jù)GB5009.227-2016的滴定法；TBARS值表示脂肪次級氧化，其測定根據(jù)GB5009.181-2016的分光光度法。

1.2.3 脂肪氧化動力學(xué)研究 根據(jù)預(yù)試驗和資料顯示[24]，在一定的溫度下，脂肪氧化的動力學(xué)變化規(guī)律可以用一級反應(yīng)動力學(xué)方程（1）進(jìn)行描述。

式中：A、A0分別為處理時間為t和0時的POV或TBARS值；t為保溫處理時間，h；k為脂肪氧化速率常數(shù)，h?1。

因此，利用SPSS的線性回歸程序，可從脂肪氧化值（POV或TBARS）的自然對數(shù)ln（A/A0）與時間t的一次回歸直線斜率得到某一特定鹽含量、溫度條件下的脂肪氧化速率常數(shù)k。

Arrhenius方程（2）經(jīng)常用來評價溫度對反應(yīng)速率常數(shù)k的影響，因此在本試驗中也用來評定溫度對脂肪氧化速率常數(shù)的影響，具體影響程度用反應(yīng)活化Ea（kJ/mol）來衡量。

式中：R為通用氣體常數(shù)，8.314 J/（mol·K）；T為溫度，K；k0為指前因子。

同樣，利用SPSS的線性回歸程序，在不同鹽含量或組成條件下，以ln（k）為因變量，?1/RT為自變量作線性回歸分析，所得斜率即為不同鹽含量和組成條件下的Ea。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗重復(fù)測定3 次，采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實驗結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 脂肪氧化速率常數(shù)

根據(jù)方程（1），在某一固定溫度、鹽含量和KCl替代比條件下，測得不同時間點(diǎn)樣品的POV或TBARS值后，作ln（A/A0）對保溫時間t的線性回歸，得到各處理樣品初級或次脂肪氧化的速率常數(shù)，分別如表1和表2所示。圖1為添加3%NaCl時，在不同處理溫度條件下POV值隨時間的變化，可以看出，各溫度條件下都能用一級反應(yīng)動力學(xué)方程進(jìn)行擬合（相關(guān)系數(shù)均在0.95以上），其余未在圖中顯示的處理得到的回歸方程均顯著（P<0.05）。因此，本試驗用一級動力學(xué)方程擬合脂肪氧化速率常數(shù)是可行的。有報道顯示在食品加工與貯藏過程中，大多與質(zhì)量有關(guān)的品質(zhì)變化都符合零級或一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律[24]，特別是一級動力學(xué)是目前評價食品品質(zhì)動力學(xué)變化的最常用模型[25]。關(guān)于脂肪氧化的速率常數(shù)，不同學(xué)者也進(jìn)行了研究，王強(qiáng)[24]用一級動力學(xué)模型擬合了香腸貯藏過程中的脂肪氧化，而靳國鋒[16]則用零級模型對五花肉的脂肪氧化進(jìn)行了擬合。在預(yù)備試驗中，本研究也同時采用兩種模型進(jìn)行了擬合，結(jié)果表明兩種模型均能很好地擬合脂肪氧化速率，但一級動力學(xué)模型更顯著，這可能與脂肪氧化啟動較慢有關(guān)，再加上本研究選取的時間點(diǎn)都比較靠前以確保在研究范圍內(nèi)脂肪氧化處于上升階段；也可能是由于脂肪氧化是介于零級與一級反應(yīng)之間的一種混合模型。

表1 不同含量及組成的鹽對脂肪氧化（以POV衡量）速率常數(shù)和活化能的影響Table 1 Estimated reaction rate constant and activation energy for lipid oxidation measured by POV value with different content and component of salt

表2 不同含量及組成的鹽對脂肪氧化（以TBARS衡量）速率常數(shù)和活化能的影響Table 2 Estimated reaction rate constant and activation energy for lipid oxidation measured by TBARS value with different content and component of salt

圖1 添加3%NaCl條件下溫度對豬肉POV值的影響Fig.1 Effect of temperature on POV values in pork with 3% NaCl

就脂肪初級氧化而言，從表1可以看出，在固定鹽含量和KCl替代比時，速率常數(shù)隨溫度的增加而增加，這說明溫度的上升能增加脂肪的氧化；且溫度越高，速率常數(shù)增加的幅度越大。當(dāng)鹽濃度固定在3%時，在同一溫度下脂肪氧化速率常數(shù)隨KCl替代比的增加而減少，這說明當(dāng)KCl逐漸增加時，豬肉脂肪的氧化更慢，穩(wěn)定性會增加。而當(dāng)鹽濃度為4%時，在同一溫度下不同KCl替代比樣品速率常數(shù)的變化不及3%時幅度大，且與3%時變化規(guī)律差異較大；速率常數(shù)先隨KCl替代比的增加而增加，到45%替代比時達(dá)最大值，然后降低。這些差異的可能原因?qū)⒃诤竺嫔钊敕治觥?/p>

從表2可以看出，脂肪次級氧化速率常數(shù)大都低于相應(yīng)的初級氧化速率常數(shù)，這可能是因為脂肪次級氧化是在初級氧化之后發(fā)生的，初級氧化的產(chǎn)物只有一部分分解為次級氧化產(chǎn)物。初級氧化的產(chǎn)物主要是一些氫過氧化物，但其很不穩(wěn)定，一部分會很快分解為次級氧化產(chǎn)物，如一些小分子的醛、酮類。在固定鹽含量和KCl替代比時，速率常數(shù)隨溫度的變化規(guī)律與初級氧化完全一致；在固定溫度和鹽濃度時，次級氧化速率常數(shù)隨KCl替代比的變化雖與初級氧化速率常數(shù)相似，但規(guī)律性不及初級氧化明顯，特別是在4%的NaCl濃度下，這可能是因為脂肪初級氧化先于次級氧化發(fā)生，因此更能反映脂肪氧化的整體情況。

2.2 鹽含量3%時KCl替代比對脂肪氧化活化能的影響

利用SPSS的線性回歸程序（方程2）可以求得各鹽含量和組成條件下脂肪初級氧化與次級氧化的活化能，分別如表1和表2所示。利用方程（2）求出的各活化能差異顯著（P<0.05），說明用Arrhenius方程進(jìn)行脂肪氧化的擬合是可行的；各活化能均為正值，這進(jìn)一步說明在某一特定鹽含量和組成條件下脂肪氧化速率常數(shù)隨溫度的升高而增加。

鹽含量為3%時，從表1可以看出，脂肪初級氧化活化能隨KCl替代比的增加顯著增加（P<0.05），這說明在3%鹽含量條件下，KCl比例增加后脂肪氧化所需克服的能量障礙更高，可以提高豬肉脂肪氧化穩(wěn)定性。很多研究都顯示NaCl濃度較低時，鹽濃度的增加會促進(jìn)肉中脂肪氧化，但當(dāng)NaCl超過一定含量時，又會降低脂肪的氧化，但臨界點(diǎn)在不同的研究中有所不一樣，如張東[26]發(fā)現(xiàn)臘肉加工中2%或3%的NaCl會促進(jìn)脂肪氧化，而4%及以上脂肪氧化明顯降低；MIN[18]、RHEE[17]、靳國鋒[16]分別報道氯化鈉在2%、2.5%和3.1%時促氧化作用最強(qiáng)。因此可以推斷，本研究中在3%的NaCl濃度范圍內(nèi)，NaCl濃度的提高會促進(jìn)肉中脂肪氧化；當(dāng)氯化鈉被部分氯化鉀替代后，因相同質(zhì)量濃度KCl的離子強(qiáng)度低于NaCl，再加上同等離子強(qiáng)度的氯化鉀對脂肪氧化的促進(jìn)作用低于氯化鈉[27]，以及KCl可能會激活肉中的一些抗氧化酶[28]，如谷胱甘肽過氧化酶，因此在鹽含量3%時，脂肪初級氧化活化能隨KCl替代比的增加顯著增加。本研究的結(jié)果與ZANARDI[29]報道的有所差異，其在研究意大利臘腸加工中鹽總量為2.7%，當(dāng)50%被氯化物（鉀、鎂、鈣）替代時，脂肪氧化反而被加強(qiáng)，這可能與加工條件的不同有關(guān)，他們的研究是在實際加工中，且加入了亞硝酸鹽等調(diào)料；也可能與他們加入的二價離子鎂鹽和鈣鹽有關(guān)。將活化能隨KCl替代比的變化用SPSS的曲線回歸進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)線性模型的擬合性高，如圖2所示，擬合的模型為：Ea=0.164X+48.726（X為KCl替代分比），模型的決定系數(shù)為0.9956。

圖2 KCl替代比對豬肉脂肪初級氧化活化能的影響Fig.2 Effect of KCl substitution proportion on activation energy of lipid primary oxidation in pork

從圖2可以看出，在3%鹽濃度條件下，次級氧化的活化能變化規(guī)律與初級氧化相似，也隨KCl替代比的增加顯著增加（P<0.05），但活化能值均低于初級氧化，這顯示脂肪初級氧化對溫度比次級氧化有更高的敏感性；也說明脂肪初級氧化需要克服的能量障礙高于次級氧化，即一旦初級氧化啟動后，次級氧化會很快發(fā)生，不需要額外的能量。這與靳國鋒[16]研究五花肉脂肪氧化的結(jié)果是一致的，但與王強(qiáng)[24]研究香腸中脂肪氧化時得到的結(jié)果不一致，這可能與研究對象不同有關(guān)。同樣，次級氧化活化能隨KCl替代比的增加可用線性模型進(jìn)行擬合，擬合的模型為Ea=0.129X+43.722，模型的決定系數(shù)為0.984。初級與次級氧化擬合的一致性，說明兩者均可用來表征肉中氧化，同時說明本研究中采用的模型有效。

一些研究者也報道過脂肪氧化的活化能，靳國鋒[16]測得無NaCl存在時，五花肉的一級、二級脂肪氧化活化能分別為92.35、65.66 kJ/mol，1%~5%的NaCl濃度下一次、二次氧化活化能分別為54.75~68.29 kJ/mol、45.82~50.30 kJ/mol，與本研究得到的活化能值相近。王強(qiáng)[25]報道香腸貯藏過程中初級和次級氧化的活化能分別為37.68、51.38 kJ/mol，其中初級氧化的活化能值明顯低于本研究，可能與實驗條件和原料不一致有關(guān)。另外，GHOSH[30]發(fā)現(xiàn)向日葵和芝麻混合油的氧化活化能為92.05~99.17 kJ/mol，YESILSU[31]報道微膠囊魚油中脂肪氧化活化能最高不超過31.62 kJ/mol，可以看出，魚油的脂肪氧化活化能明顯偏低，這可能與魚中多不飽和脂肪酸含量高有關(guān)。

2.3 鹽含量4%時KCl替代比對脂肪氧化速率常數(shù)和活化能的影響

從表1和表2可以看出，當(dāng)鹽含量為4%時，KCl替代比對脂肪氧化活化能的影響規(guī)律明顯不同于3%鹽濃度時。無論是初級氧化還是次級氧化，不同比例的KCl替代均對活化能沒有顯著影響（P>0.05），因此可認(rèn)為在4%鹽濃度條件下，KCl的添加對脂肪氧化影響較小。雖然活化能間沒有顯著差異，但也存在一些小的變化規(guī)律，對初級氧化而言，當(dāng)KCl替代比為15%時，相對于對照組活化能基本不變，而當(dāng)KCl替代比超過30%時，活化能隨KCl替代比的增加線性減小，線性模型為：Ea=?0.062X+53.588（X為KCl替代分比），模型的決定系數(shù)為0.973。對次級氧化而言，活化能的變化與初級氧化相似，當(dāng)KCl替代比為15%時活化能基本不變，當(dāng)KCl替代比超過30%時，活化能明顯減小，但隨KCl替代比的增加并不呈線性變化的趨勢。因此，可以推測，當(dāng)KCl替代比大于30%時，可降低脂肪氧化穩(wěn)定性。這可能是由于NaCl在3%左右時對脂肪氧化有最大促進(jìn)作用，而其濃度進(jìn)一步增加時，會表現(xiàn)出對脂肪氧化的逐漸抑制；在4%的NaCl濃度條件下，隨著KCl替代比的增加，肉中總的離子強(qiáng)度會減小，再加上同等離子強(qiáng)度的氯化鉀對脂肪氧化的促進(jìn)作用低于氯化鈉[27]，因此，隨KCl替代比的增加會使鹽對脂肪氧化的促進(jìn)作用更趨近于3%的NaCl，相比于4%的NaCl替代組會促進(jìn)脂肪氧化；但另一方面KCl能更好地保留肉中一些抗氧化酶的活性以提高肉中脂肪氧化穩(wěn)定性[28]，因此兩相抵消，表現(xiàn)出活化能相對于沒有添加KCl的樣品變化差異不顯著。

很多學(xué)者都研究了肉中KCl部分替代NaCl后對脂肪氧化的影響，有的認(rèn)為KCl部分替代NaCl后會促進(jìn)肉中脂肪氧化[1,19]，另一些研究則得到相反的結(jié)論[20?21]。究其原因，除了可能與加工條件、原料以及加入的輔料不同有關(guān)外，從本研究可以看出，也與所使用的鹽含量及以氯化鉀的替代比有關(guān)。因此，實際肉制品加工中，可通過鹽含量及組成的不同來調(diào)控脂肪氧化，一般情況下，3%的鹽添加量并用40%~50%氯化鉀替代氯化鈉可以實現(xiàn)低鹽目標(biāo)及提高產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性；在一些干腌肉制品加工中，有時候需要適當(dāng)促進(jìn)脂肪氧化以形成獨(dú)特風(fēng)味，另外為了增加產(chǎn)品的保藏性也需適當(dāng)提高鹽濃度，因此可以添加4%左右的鹽，并用30%~50%的氯化鉀替代氯化鈉，這樣在不增加消費(fèi)者氯化鈉攝入量的前提下，仍可以促進(jìn)產(chǎn)品風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生及增加產(chǎn)品的保藏性。

3 結(jié)論

在3%和4%鹽濃度和15~30 ℃條件下，豬肉脂肪初級氧化速率常數(shù)大都大于次級氧化速率常數(shù)；當(dāng)鹽的組成和濃度不變時，脂肪氧化速率常數(shù)隨溫度而增加；當(dāng)溫度不變時，初級氧化速率常數(shù)在3%鹽濃度時隨KCl替代比的增加而減小；在4%鹽含量時，隨KCl替代比的增加先增加后減少，在45%替代比時達(dá)最大值；而脂肪次級氧化速率常數(shù)隨KCl替代比的變化規(guī)律性不強(qiáng)。在處理條件相同時，脂肪初級氧化活化能大于次級氧化；總鹽濃度3%時，隨KCl替代比的增加，初級和次級氧化活化能均呈線性顯著增加（P<0.05）；總鹽濃度為4%時，KCl替代比的變化對脂肪初級及次級氧化活化能無顯著影響（P>0.05），但在替代比大于30%時，有使活化能減小的趨勢。豬肉加工中，若KCl部分替代NaCl，當(dāng)總鹽濃度為3%左右時，脂肪的氧化穩(wěn)定性會隨KCl替代比的增加而增加；而當(dāng)鹽的總濃度為4%時，KCl的替代對脂肪氧化穩(wěn)定性影響不顯著，在替代比大于30%時有降低脂肪氧化穩(wěn)定性的趨勢。