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(xué)食品與生物工程學(xué)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(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江杭州310035）

針對(duì)金華火腿含鹽量較高的問題，對(duì)火腿的脫鹽過程進(jìn)行了研究。以金華火腿的股二頭肌部分為研究對(duì)象，通過對(duì)金華火腿在脫鹽過程中的各表征值的測(cè)定，采用數(shù)學(xué)模型方法描述火腿脫鹽的動(dòng)力學(xué)過程，對(duì)其進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明各溫度下的總質(zhì)量、水分和鹽分變化率均顯示了良好的相關(guān)性。其中，15℃時(shí)達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)總質(zhì)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(jìn)行金華火腿的脫鹽實(shí)驗(yàn)，除水分和鹽分外沒有造成金華火腿中的其他物質(zhì)的顯著變化。在不同脫鹽溫度下擴(kuò)散系數(shù)大致相等，計(jì)算得到15℃時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)De值為1.52×10-10m2/s。

金華火腿，NaCl，脫鹽，動(dòng)力學(xué)模型

金華火腿長(zhǎng)期以來一直沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，依靠適宜的自然氣候，經(jīng)過腌制、風(fēng)干脫水和發(fā)酵成熟三個(gè)主要工藝過程加工而成風(fēng)味獨(dú)特的產(chǎn)品[1-2]。而且火腿的加工生產(chǎn)周期長(zhǎng)，加工環(huán)境難以控制[3]，因此在腌制過程中經(jīng)常使用較多的食鹽。為了使火腿能直接食用，提高火腿企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，通常需要經(jīng)過前處理降低其含鹽量。

Hernán等[4]為對(duì)鱈魚制造工業(yè)進(jìn)行環(huán)境管理，研究了鱈魚脫鹽過程中產(chǎn)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(duì)含鹽量較高的醬油進(jìn)行脫鹽處理。但是，目前對(duì)于金華火腿脫鹽前處理的工藝及研究鮮有報(bào)道。

根據(jù)曾勇慶等[6]的研究，某些豬肉的股二頭肌中，肌肉結(jié)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(zhì)較均一的股二頭肌為實(shí)驗(yàn)材料，主要對(duì)金華火腿脫鹽工藝及相關(guān)的理化性質(zhì)進(jìn)行了研究，并運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)脫鹽過程建立了數(shù)學(xué)模型，可以為金華火腿的脫鹽過程提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金華火腿 購(gòu)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(gòu)于美國(guó)OHAUS國(guó)際貿(mào)易公司；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；JYL-C020型九陽(yáng)料理機(jī) 九陽(yáng)股份有限公司；GZX-9240MBE型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(shí)間后取出并瀝干樣品，并測(cè)定樣品的總質(zhì)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(zhì)量測(cè)定 使用分析天平分別測(cè)定在15、25、35℃條件下，浸泡前后的金華火腿樣品總質(zhì)量?？傎|(zhì)量的變化率（ΔMtt）的計(jì)算如式（1）所示：

其中，ΔMtt—t時(shí)刻樣品總質(zhì)量變化率，Mtt—t時(shí)刻樣品的總質(zhì)量，M0t—0時(shí)刻樣品的總質(zhì)量。

1.2.3 水分含量測(cè)定 參照國(guó)標(biāo)GB/T 9695.8-2008《肉與肉制品水分含量測(cè)定》（直接干燥法）[7]。分別測(cè)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(jì)算如式（2）所示：

其中，ΔMtw—t時(shí)刻樣品水分的變化率，xtw—t時(shí)刻樣品中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，x0w—0時(shí)刻樣品中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.4 氯化物含量測(cè)定 參照國(guó)標(biāo)GB/T 9695.8-2008《肉與肉制品氯化物含量測(cè)定》（佛爾哈德法）[8]。分別測(cè)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(jì)算如式（3）所示[9]：

其中，ΔMtNaCl—t時(shí)刻樣品NaCl的變化率，xtNaCl—t時(shí)刻樣品中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，x0NaCl—0時(shí)刻樣品中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

樣品水相中的氯化物含量（zNaCl）的計(jì)算如式（4）所示：

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及模型擬合處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 物料平衡

金華火腿脫鹽過程中影響總質(zhì)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(zhì)量的變化率（ΔMtt）應(yīng)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(shí)際測(cè)得的不同時(shí)間下總質(zhì)量變化率（ΔMtt）與水分變化率和鹽分變化率之和（ΔMtw+ΔMtNaCl）的關(guān)系。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，總質(zhì)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(duì)角線的兩邊，且在各溫度下均呈現(xiàn)該種分布。因此，可以假設(shè)水分的增加和鹽分的減少是金華火腿前處理過程中發(fā)生的主要變化，并基于此項(xiàng)假設(shè)建立金華火腿脫鹽過程的動(dòng)力學(xué)模型。Barat等[10]對(duì)該結(jié)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(zhì)量的變化率（ΔMtt）與水分變化率與鹽分變化率之和（ΔMtw+ΔMtNaCl）的關(guān)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(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低溫條件下進(jìn)行金華火腿的脫鹽實(shí)驗(yàn)，并未造成金華火腿中除水分和鹽分外的其他物質(zhì)的顯著變化。因此可以認(rèn)為在此條件下進(jìn)行的前處理不會(huì)對(duì)金華火腿特征性風(fēng)味物質(zhì)造成明顯的破壞。

2.2 脫鹽終點(diǎn)總質(zhì)量、水分和鹽分變化

表1列出了不同溫度下當(dāng)達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)，樣品總質(zhì)量、水分和鹽分變化率。由表1可知，脫鹽終點(diǎn)時(shí)樣品總質(zhì)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(duì)二者的影響不大，達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)樣品總質(zhì)量與水分的變化率維持穩(wěn)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(jié)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(diǎn)時(shí)總質(zhì)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(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)水分、鹽分含量與樣品水相中鹽分含量的關(guān)系。由表2可以看出，25℃與35℃條件下達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)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(dá)到終點(diǎn)時(shí)的差異不顯著，表明到達(dá)脫鹽終點(diǎn)時(shí)，樣品中的鹽分含量基本維持穩(wěn)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(dǎo)致的。

表2 不同溫度下脫鹽終點(diǎn)時(shí)水分、鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)，樣品水相中的氯化鈉濃度（zNaCl）應(yīng)該等于浸泡液中的氯化鈉濃度（yNaCl），其計(jì)算公式如式（5）所示[11]：

其中，zeNaCl—浸泡終點(diǎn)時(shí)樣品水相中氯化鈉含量，yeNaCl—浸泡終點(diǎn)時(shí)浸泡液中氯化鈉含量，（M0SC/ M0DC）—初始樣品與浸泡液質(zhì)量之比，y0NaCl—0時(shí)刻浸泡液中氯化鈉含量，y0w—0時(shí)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(shí)間變化關(guān)系Fig.2 Changes of NaCl concentration in the liquid phase（zNaCl）and in the desalting solution（yNaCl）under different temperatures

根據(jù)式（5）的計(jì)算，15、25、35℃條件下脫鹽終點(diǎn)時(shí)樣品水相中氯化鈉濃度（w/w）分別為0.01235、0.01234、0.01231。實(shí)際測(cè)得的15、25、35℃條件下脫鹽終點(diǎn)時(shí)樣品水相中氯化鈉濃度（w/w）分別為0.01031、0.00968、0.00981；實(shí)際測(cè)得的15、25、35℃條件下脫鹽終點(diǎn)時(shí)浸泡液中氯化鈉濃度（w/w）分別為0.01172、0.01197、0.01172。表明當(dāng)達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)，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(dāng)。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(shí)間變化關(guān)系圖，由圖2可知，在達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)，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(jì)算值（0.01233）。

2.3 脫鹽過程動(dòng)力學(xué)

2.3.1 質(zhì)量變化率—時(shí)間模型 圖3為脫鹽過程中總質(zhì)量變化率、水分變化率和鹽分變化率隨時(shí)間變化關(guān)系，從圖3中可以看出明顯的變化趨勢(shì)。總質(zhì)量變化率和水分變化率隨時(shí)間增加而增加，最后趨于穩(wěn)定。鹽分變化率隨時(shí)間增加而反方向增加，最后趨于穩(wěn)定。經(jīng)ANOVA方差分析顯示，在脫鹽過程達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，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(zhì)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(zhì)量變化率、水分變化率和鹽分變化率隨時(shí)間變化關(guān)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(dá)到平衡，而15、25、35℃的鹽分變化率則分別在5、4、2h左右時(shí)達(dá)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(jié)果相一致[12]。Cayley等認(rèn)為，這是由于樣品中的水分分為自由水和結(jié)合水，而樣品中的蛋白質(zhì)對(duì)結(jié)合水的結(jié)合速率低于對(duì)自由水的結(jié)合速率所造成的[13]。

Andrés等應(yīng)用菲克擴(kuò)散定律建立了質(zhì)量變化率與時(shí)間關(guān)系的模型，其表達(dá)式如式（6）所示[14]：

其中，k1，k2—常數(shù)，t—時(shí)間。

表3 由式（6）與實(shí)驗(yàn)值擬合的質(zhì)量變化動(dòng)力學(xué)參數(shù)值Table 3 Kinetics parameters for weight changes adjusted to Eq.6

式（6）中，k1表示在達(dá)到穩(wěn)定前很短的一段時(shí)間范圍內(nèi)的變化值，在本實(shí)驗(yàn)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(kuò)散對(duì)整個(gè)質(zhì)量變化過程的總體影響系數(shù)。

由表3可知，該模型能夠很好地?cái)M合各溫度下的質(zhì)量變化。因此，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有良好的指導(dǎo)作用，可以用來評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)某確定溫度條件下脫鹽過程中某個(gè)組分（鹽、水）在一定時(shí)間范圍內(nèi)的含量。

2.3.2 傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力—時(shí)間模型 根據(jù)菲克第二定律與半無窮長(zhǎng)物體的擴(kuò)散理論建立傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力（YTNaCl）與時(shí)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(zhì)驅(qū)動(dòng)力，De—有效擴(kuò)散系數(shù)，l—樣品厚度的半長(zhǎng)，K—常數(shù)。

表4 由公式（7）與實(shí)驗(yàn)值擬合的動(dòng)力學(xué)參數(shù)值Table 4 Kinetic parameters obtained from fitting Eq.7 to the experiment data

將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)與公式（7）進(jìn)行擬合，其各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表4所示。結(jié)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(shí)驗(yàn)所得De值所得結(jié)果與Andrés等[14]關(guān)于鱈魚脫鹽的研究結(jié)果相近，說明結(jié)果較準(zhǔn)確。

Barat等[10]認(rèn)為，脫鹽過程分為三個(gè)階段。第一階段過程復(fù)雜，且尚未有精確的數(shù)學(xué)表達(dá)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(shù)。結(jié)果表明，溫度越高，K值越大，第一階段末的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力越低，表明溫度對(duì)脫鹽第一階段的影響較大，而對(duì)第二階段影響較小。

3 結(jié)論

3.1 研究了脫鹽過程中各組分的變化，對(duì)總質(zhì)量變化率、水分變化率和鹽分變化率進(jìn)行回歸分析，各溫度下均顯示出了良好的相關(guān)性，確立了模型建立的基礎(chǔ)，并發(fā)現(xiàn)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(zhì)的顯著變化。

3.2 對(duì)金華火腿脫鹽過程進(jìn)行熱力學(xué)研究，確定了脫鹽終點(diǎn)總質(zhì)量變化率、水分變化率和鹽分變化率，驗(yàn)證了達(dá)到脫鹽終點(diǎn)時(shí)，樣品水相中氯化鈉濃度應(yīng)等于浸泡液中氯化鈉濃度。

3.3 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)對(duì)金華火腿脫鹽過程建立模型，分別對(duì)質(zhì)量變化率—時(shí)間模型和傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力—時(shí)間模型用實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)具有良好的相關(guān)性。其中，質(zhì)量變化率—時(shí)間模型可以用來預(yù)測(cè)某一時(shí)刻的總質(zhì)量、水分或鹽分含量，具有實(shí)際應(yīng)用意義；對(duì)于傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力—時(shí)間模型確立了15、25、35℃條件下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。發(fā)現(xiàn)不同脫鹽溫度下擴(kuò)散系數(shù)大致相等，并計(jì)算出了15、25、35℃時(shí)擴(kuò)散系數(shù)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(lián)系人

王雷（1988-），男，在讀碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)與工程。

浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（1110JQ4212052G）。