煮制過程中鹵煮雞肉色澤變化的動力學模型構建

柳艷霞,劉純,李苗云,趙改名*,于家歡,閆曉戈

1(河南農業大學 食品科學技術學院,河南 鄭州,450002)2(河南省肉制品加工與質量安全控制重點實驗室,河南 鄭州,450002)3(河南省肉品加工與安全國際聯合實驗室,河南 鄭州,450002)

醬鹵肉制品是中華傳統熟肉制品,色澤是肉制品的重要品質指標,也是影響消費者的可接受性和選擇購買的關鍵因素[1]。肉色與脂肪氧化、蛋白變性、pH都有直接的關系,但主要取決于肌肉中肌紅蛋白和血紅蛋白的含量和化學狀態。加熱會改變肉蛋白質的結構與理化特性,進而對肉的品質產生影響。其中對肉色影響較大的是肌紅蛋白[2],在熟制過程中會發生變性,從而使肉色澤發生改變。熟制結束時,肉色由紅色轉變為棕褐色。因此日常烹飪過程中,人們通常通過觀察肉品色澤變化,判斷熟制是否完成[3]。

如果可以預測加熱中肉顏色的變化,就可以更好地對醬鹵肉制品的加工過程進行控制,從而獲得品質更佳的肉制品。動力學模型可以對熱加工過程中品質發生的變化提供更深入的理解,并有助于控制和優化產品質量[5]。對于不同的食品在熱處理期間的品質變化主要遵循零級、一級或二級動力學反應[6],而研究者們常用基于阿倫尼烏斯公式構建的動力學模型,來描述溫度與反應速率常數之間的關系,且可以對不同加工條件下的食品品質進行預測[7]。如KONG等[8]建立了鮭魚在熱處理中的品質變化動力學模型,對鮭魚在不同條件熱處理中的剪切力及色澤進行了預測;KONDJOYAN等[9]建立了烹飪過程中牛肉品質的預測模型,這都證明了動力學模型在食品加工過程中品質變化預測中的應用是可行的。另有研究建立了魚肉[10]、牛肉[11]、雞肉[12]加熱過程中色澤變化的動力學模型。但是,傳統的加熱方法會使肉內部受熱不均勻,進而導致內部色澤變化的差異[12]。而有關熟制肉類不同部位的色澤變化研究卻未見報道。

因此,本文探究了不同煮制條件對雞肉不同部位色澤變化的影響,并構建了雞肉色澤預測的動力學模型,以期為控制煮制條件而提高鹵煮雞肉的感官品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

雞腿[(250±20) g,品種為羅斯308肉雞(42日齡)],河南大用實業有限公司;肉桂、良姜、白芷、陳皮、草果、食鹽等,鄭州丹尼斯大賣場(豐產店);K2HPO4、KH2PO4、KNO3(分析純),天津市瑞金特化學品有限公司。

1.1.2 儀器與設備

CU-240型電熱恒溫水槽,上海一恒科學儀器有限公司;CR-5型色彩色差計,日本KONICA公司;ALLEGRA-64A冷凍離心機,南京歐捷儀器設備有限公司;UV-2600紫外可見分光光度計,島津企業管理(中國)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

用含香辛料及食鹽的水鹵煮雞腿(100 kg雞肉中添加肉桂、良姜、白芷各90 g,陳皮、草果各30 g,砂仁、豆蔻各15 g,丁香3 g,KNO311 g,食鹽2.5 kg),將100 kg雞腿肉分為40組,每組10個雞腿,約2.5 kg,使用電爐分別加熱水溫至75、80、85、90、95 ℃,并分別維持10、20、30、40、50、60、90、120 min。煮制期間用電子溫度計監控溫度的實時變化,嚴格控制煮制溫度,從達到指定溫度時開始計時。煮后將雞腿晾干,于室溫下冷卻30 min后去皮,分別取表層(皮下部位)、中心、里層(臨近骨頭部位)的3個部位肉樣待用,每組樣品各取雞腿3個部位平行測定5次,增加樣品量來盡可能減少誤差。

1.2.2 感官評定

邀請20名食品專業學生,男女各10名,接受培訓后嚴格按照感官評分標準對鹵煮雞肉色澤、香氣、嫩度、口感等方面進行評分,感官評定標準見表1。

表1 鹵煮雞肉感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standards for stewed chicken

結果取平均值,保留一位小數。感官評分總體得分按公式(1)計算:

總體得分=色澤×40%+香氣×20%+嫩度×20%+口感×20%

(1)

1.2.3 色差測定

用色差計分別對去皮后雞腿表面肉樣、中心肉樣及里層部位肉樣進行色差測定,記錄下L*(亮度值)、a*(紅綠值)、b*(黃藍值),每個部位肉樣重復測定10次。

1.2.4 肌紅蛋白測定

參照LIU等[13]的方法,并稍加修改。取煮制后不同部位的肉樣各5 g于燒杯中,加入20 mL PBS(0.04 mol/L,pH 6.8)攪拌后用高速勻漿機0 ℃下均質1 min。PBS可以有效的降低樣品處理和暴露時間對肌紅蛋白的影響[14]。然后于12 000 r/min、4 ℃離心分離30 min,用濾紙過濾,取上清液,使用同種緩沖液定容至25 mL,即為肌紅蛋白粗提液。分別測定其在525、545、565和572 nm處的吸光值。肌紅蛋白總量(mmol/L)、脫氧肌紅蛋白(deoxymyoglobin, DMb)、氧合肌紅蛋白(oxymyoglobin, OMb)、高鐵肌紅蛋白(metmyoglobin, MMb)的計算如公式(2)～公式(5)所示:

肌紅蛋白總量=-0.166A572+0.086A565+0.088A545+0.099A525

(2)

DMb/%=(0.036 9R1+1.140R2-0.941R3+0.015)×100

(3)

OMb/%=(0.882R1-1.267R2+0.809R3-0.361)×100

(4)

MMb/%=(-2.541R1+0.777R2+0.800R3+1.098)×100

(5)

式中:R1、R2和R3分別代表吸光比值A572/A525、A565/A525、A545/A525。

1.2.5 預測模型構建方法

零級反應動力學的計算如公式(6)所示:

C=C0-kt

(6)

一級反應動力學的計算如公式(7)所示:

lnC=lnC0-kt

(7)

進行反應級數的確定以及色澤變化熱力學模型預測[15];接下來,阿侖尼烏斯模型中Ea值的計算如公式(8)所示:

(8)

計算雞肉鹵煮過程中色澤變化的動力學參數[16]:反應速率k和Ea值;最后,根據公式(7)與公式(8)構建色澤動力學預測模型[17],如公式(9)所示:

(9)

式中:C,t時刻下的測量值;C0,初始值;t,煮制時間,min;T,煮制溫度,K;k,反應速率常數;k0,方程指前因子;Ea,活化能,kJ/mol;R,氣體常數,8.314 J/(mol·K)。

1.3 數據處理方法

采用Excel軟件計算公式。采用Origin 2018軟件進行圖形的繪制和模型的擬合。采用SPSS 23軟件單因素方差分析法進行顯著性分析

2 結果與分析

2.1 鹵煮雞肉的感官評定結果

由圖1可知,隨著煮制溫度的升高,鹵煮雞肉的感官得分呈現上升的趨勢,溫度較低時,無法完全去除雞肉的腥味,而溫度較高時,可以加快肌紅蛋白變性,促使脂肪溶解,提升色澤品質,使雞肉擁有良好的風味并改善嫩度,從而獲得更高的感官得分。而隨著煮制時間的延長,感官得分呈先上升后下降的趨勢,過度煮制會導致肉的保水性下降,肌紅蛋白進一步變性,造成肉色加深,且肉質變硬變干,從而降低鹵煮雞肉的感官得分。在85、90 ℃煮制90 min以上鹵煮雞肉的色澤得分較高,且差距較小,可能是在此煮制條件下,鹵煮雞肉內部的蛋白質達到穩定狀態,從而對色澤造成影響,使色澤得分也趨于穩定。

a-75 ℃;b-80 ℃;c-85 ℃;d-90 ℃;e-95 ℃

2.2 鹵煮雞肉的色澤變化情況

由圖2可知,隨著煮制溫度的升高,鹵煮雞肉的3個部位的L*值逐漸升高,可能是由于肌肉失水,肉樣表面纖維結構更加疏松、汁液溶出量增加,水分附著在肉的表面,從而使L*值出現了增加[18],且越里層肉的亮度值越低。a*值逐漸下降,是由于溫度升高會促使肌紅蛋白變性,進而造成a*值下降[3],越里層受熱程度越低,肌紅蛋白變性程度也越低,導致同一煮制條件下里層雞肉紅度值高于表面。而b*值隨溫度上升逐漸下降的原因可能是脂肪氧化裂解,部分蛋白質降解溶出,導致黃度下降[18],同樣由于里層肉樣受熱程度低,脂肪氧化裂解程度相對較輕,于是里層黃度值較低。本研究結果與王琳可[18]的研究相似。

隨著煮制時間的延長,鹵煮雞肉各部位的L*與a*逐漸下降,b*逐漸升高,這可能是由于雞肉在煮制過程中,持續加熱使鹵煮雞肉成熟度增大,導致了雞肉a*和L*下降[19],這與RABELER等[12]在熱處理對雞胸肉色澤變化的影響研究發現一致。同時,各部位的b*值也在逐漸增大,推測是香辛料主要成分隨時間逐漸遷移至雞肉中,導致b*逐漸增大[20]。同一煮制條件下,越靠近里層,鹵煮雞肉的L*和b*越小,a*越大,推測是由于雞肉不同部位受熱順序不同導致。

2.3 鹵煮雞肉的肌紅蛋白存在形式變化

由圖3可得,同一煮制溫度下,隨著時間的延長,雞肉的OMb占比都在下降,MMb占比則整體呈先升高后下降的趨勢,這與SUMAN等[21]的發現溫度對肌紅蛋白狀態影響結果相似,可能是由于煮制過程中肌紅蛋白發生了變性,OMb中Fe2+會被逐漸氧化形成Fe3+進而轉變成MMb[19],造成了MMb含量增加。而由于雞肉各部位受熱程度不同,導致各部位的肌紅蛋白變性程度不同,因此造成了OMb含量占比不同,同紅度值a*變化趨勢相似,即:里層>中心>表面,繼續加熱會使肌紅蛋白變性趨于完全,即各部位OMb含量差距越來越小。

圖3 煮制條件對鹵煮雞肉肌紅蛋白存在形式的影響Fig.3 Effect of cooking conditions on the presence and form of myoglobin in braised chicken

提高煮制溫度可以加速肌紅蛋白變性,使各部位OMb含量占比更早進入穩定狀態,這與BA等[22]發現溫度對肌紅蛋白狀態影響結果相似[22]。里層肉樣因受熱較表面和中心慢,所以OMb比例也相對較高;而肉中OMb比例則是肉色鮮紅的依據[23],隨著肉中OMb比例降低,肉類的色澤品質也同時受到改變[24]。

2.4 相關性分析

由圖4相關性分析結果可知,a*值與OMb呈極顯著正相關,與MMb呈極顯著負相關,即鹵煮雞肉紅度值受肌紅蛋白變性的影響,而2.2節與2.3節中紅度值a*的變化趨勢和OMb含量占比變化趨勢相同,因此可以證明肉色紅度值受肉中OMb含量影響,這與SUMAN等[21]的研究結果一致;DMb和OMb均與MMb呈顯著負相關。而鹵煮雞肉感官得分與a*值、OMb呈極顯著負相關,與b*值和DMb呈顯著正相關,可以得到雞肉紅度值a*的變化對感官評分的影響最大,這與DAI等[25]和GOI等[11]的研究發現相一致。于是選擇紅度值a*作為鹵煮雞肉色澤變化的預測指標。

圖4 鹵煮雞肉色澤指標的相關性分析Fig.4 Correlation analysis among color indexes of braised chicken注:**極顯著相關(P<0.01);*顯著相關(P<0.05)。

2.5 色澤預測模型的構建與驗證

2.5.1 預測模型的構建

對不同煮制條件下3個部位的紅度值變化分別帶入公式(4)和公式(5)進行零級反應動力學和一級反應動力學計算,對不同溫度的結果進行線性擬合,求出平均R2,零級反應方程R2=0.80,小于一級反應方程的R2(0.88),該擬合結果與RABELER等[12]的研究結果一致,由此可知鹵煮雞肉煮制過程中紅度值變化為一級動力學反應[26]。然后根據一級動力學反應方程式(7)求出3個部位a*值的k值,見表2。

表2 鹵煮雞肉紅度值a*一級反應動力學方程擬合結果表Table 2 Fitting results of first-level reaction kinetic equations for redness values a* of braised chicken

以一級反應動力學方程獲得的不同部位a*值的反應速率常數的對數lnk為縱坐標,熱力學溫度倒數1/T為橫坐標,進行線性擬合,得到阿侖尼烏斯方程擬合圖,如圖5所示。將圖5所得系數代入公式(8)可得,鹵煮雞肉表面色差a*的Ea值為29.078 kJ/mol,k0=8.475,中心Ea值為36.101 kJ/mol,k0=5.870;里層Ea值為36.520 kJ/mol,k0=4.533;代入公式(9)可得不同部位色差a*值預測方程。

a-表面;b-中心;c-里層

表面a*見公式(10):

(10)

中心a*見公式(11):

(11)

里層a*見公式(11):

(12)

2.5.2 預測模型的驗證

為驗證所得方程的可靠性,選取75、85、95 ℃數據作為驗證集,采用外部驗證法,結合預測模型計算其各實驗觀測點處的預測值,及以實測值作為橫坐標,預測模型預測值作為縱坐標,作出兩者散點圖,并進行線性擬合求其相關系數。如圖6所示,各部位a*值預測模型回歸方程的相關系數較大,分別為0.970 3、0.955 2、0.968 7;回歸系數分別為1.014、1.073、1.015。結果表明方程擬合度較好,所構建模型能較準確的預測不同煮制條件下各部位紅度值的變化[27]。

a-表面;b-中心;c-里層

3 結論

本文以不同煮制條件為影響因素,研究鹵煮雞肉表面、中心、里層3個部位色澤與肌紅蛋白含量變化。雞肉煮制時,由于不同部位受熱程度不同,導致里層肌紅蛋白變性程度較小,色澤變化幅度較小;而隨著時間繼續延長,3個部位色澤與OMb含量趨于穩定,且差距減少,肌紅蛋白變性趨于完全,色澤趨于一致;提高煮制溫度會導致雞肉各部位更早進入穩定狀態。同時采用與感官評分相關最顯著的紅度值a*所構建的色澤變化的動力學模型,經驗證擬合度較好,能準確預測不同煮制條件下鹵煮雞肉不同部位的色澤。