溫度和壓強(qiáng)對(duì)鴨肉食鹽滲透與水分?jǐn)U散的影響

楊登玲，范遠(yuǎn)景*，王明和，劉培志，徐柳，代子玲，童今柱，婁鵬祥

1(合肥工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 合肥,230009) 2(安徽劉郎食品有限公司，安徽 宣城,242000)

鴨肉具有低脂肪、營(yíng)養(yǎng)豐富、富含B族維生素等特點(diǎn)，且含有人體所需的所有必需氨基酸，并以其獨(dú)特的鴨肉風(fēng)味深受消費(fèi)者青睞[1]。腌制自古就以防腐為目的被廣泛應(yīng)用于肉制品的加工過(guò)程，如今可作為肉制品加工處理前的一種加工方式，除了可用于提高肉的系水力和嫩度，還能有助于改善肉品風(fēng)味和肉品品質(zhì)[2]。干腌、濕腌和混合腌制是最常見(jiàn)的3種腌制方法，其中濕腌法具有腌制耗時(shí)短，鹽分分布均勻，鹽制品鹽度適中，肉質(zhì)柔軟等優(yōu)點(diǎn)[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了溫度、濃度以及真空度與肉類的食鹽滲透規(guī)律和肉品品質(zhì)的關(guān)系。如張立彥等[4]研究了不同真空度及真空腌制時(shí)間對(duì)豬肉食鹽滲透規(guī)律及品質(zhì)變化的影響；楊柳等[5]研究了腌制時(shí)間和壓強(qiáng)對(duì)兔肉食鹽滲透及品質(zhì)的影響；席慶等[6]研究了溫度及食鹽濃度對(duì)即食皺紋盤鮑腌制過(guò)程中的食鹽滲透規(guī)律的影響；還有許多學(xué)者應(yīng)用菲克第二定律研究魚(yú)類及畜、禽類肉制品的腌制過(guò)程[7-13]。彭潤(rùn)玲等[14]建立細(xì)胞模型探究了冰界面與螺旋藻細(xì)胞之間的相互作用，分析得知凍結(jié)溫度和速率可通過(guò)影響冰界面處溶質(zhì)濃度為細(xì)胞傳質(zhì)過(guò)程提供動(dòng)力。然而，關(guān)于鴨肉在真空低溫及低溫條件下的滲透情況鮮有報(bào)道。因此，本文以食鹽為傳質(zhì)對(duì)象，探究了鴨肉在常壓常溫、常壓低溫及真空(負(fù)壓)低溫環(huán)境下的食鹽滲透及水分?jǐn)U散規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

櫻桃谷鴨鴨胸肉、食鹽，均購(gòu)于本地超市；AgNO3(分析純),天津市大茂化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

LGJ-12型冷凍干燥機(jī),北京松源華興科技發(fā)展有限公司；BCD-191C型冷藏冷凍箱,合肥美菱股份有限公司；DW-FL262型低溫冰箱,中科美菱；YHG-9202-2型紅外干燥箱,揚(yáng)州市三發(fā)電子有限公司；YB型系列電子天平,上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 原料肉處理及抽樣

參考殷燕濤[15]方法。實(shí)驗(yàn)前將購(gòu)買鴨肉從冷凍室中取出，4 ℃冷藏解凍24 h，將解凍后的鴨肉用蒸餾水將表面血漬沖洗干凈，瀝干水分，再剔除鴨胸肉表面脂肪和筋膜，分切為2.0 cm×2.0 cm×2.0 cm方塊并進(jìn)行編號(hào)稱重。再將鴨胸肉以1∶3(g∶mL)放入配制好的質(zhì)量濃度10%的鹽水溶液中，然后分別置于常壓4、25、-20、-40 ℃及真空(負(fù)壓)低溫環(huán)境(-40 ℃, -1.0 Pa)下進(jìn)行滲透處理。分別取滲透時(shí)間為1、4、9、16 h的鴨肉，自然解凍并瀝干水分，然后用濾紙吸干表面水分備用。

1.3.2 水分含量測(cè)定

參考GB/T 9695.15—2008 《肉與肉制品 水分含量測(cè)定》[16]。

1.3.3 NaCl含量測(cè)定

參考GB/T 5009.44—2016 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中氯化物的測(cè)定》[17]。

1.3.4 食鹽滲透速率和滲透速率常數(shù)的測(cè)定

食鹽滲透速率按照每小時(shí)每100克鴨肉樣品中食鹽內(nèi)滲量的多少來(lái)計(jì)算。按照指數(shù)增加模型，即設(shè)濃度為C0的鹽水腌制一段時(shí)間后，鴨肉中的鹽濃度為Cx，則可用公式表示：ln(C0-Cx)=-kt+lnC0，其中，k為食鹽滲透速率常數(shù)。根據(jù)鴨肉中食鹽濃度隨腌制時(shí)間的變化，可以求得食鹽的滲透速率常數(shù)[18]。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、作圖，運(yùn)用ELISA Calc 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線數(shù)值擬合，找出鴨肉在腌制過(guò)程中食鹽的滲透規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度和壓強(qiáng)對(duì)鴨肉含水量變化的影響

鴨肉含水量隨溫度和真空度的變化如圖1所示。從圖1中可以看出，在進(jìn)行滲透的16 h之內(nèi)，鴨肉含水量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且25 ℃與真空低溫環(huán)境下的鴨肉含水量降低趨勢(shì)更為明顯。溫度對(duì)腌制鴨肉的質(zhì)量變化影響較大，在相同食鹽添加量下，除真空以外的低溫腌制過(guò)程中鴨肉含水量變化明顯低于常壓常溫腌制，這與周緒霞[19]對(duì)魚(yú)糜毛坯的研究結(jié)果一致。這主要有2點(diǎn)原因：一是溫度升高，參與滲透的食鹽分子被活化數(shù)目增加，擴(kuò)散能力加大[19-20]，食鹽從腌制液中向鴨肉中遷移量增加，水分?jǐn)U散也增加；二是溫度上升，介質(zhì)間的流動(dòng)性增加，擴(kuò)散阻力減少，單位時(shí)間內(nèi)滲透發(fā)生的重量變化隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加[19]。其次，由圖1可知，-20 ℃比-40 ℃的含水量變化大，從動(dòng)力學(xué)上來(lái)說(shuō)，在凍結(jié)過(guò)程中，冰晶首先在細(xì)胞外形成，冰界面逼近細(xì)胞時(shí)，溶質(zhì)(食鹽)殘留在未凍結(jié)的細(xì)胞外溶液中，細(xì)胞外溶液中鹽分的增加使得細(xì)胞內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓差，而細(xì)胞自身有2種自我調(diào)節(jié)方式，一是細(xì)胞內(nèi)水分被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外溶液中，二是形成胞內(nèi)冰來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的滲透壓。慢速凍結(jié)時(shí)，水有充足的時(shí)間溢出細(xì)胞，使細(xì)胞脫水，而快速降溫時(shí)，水分沒(méi)有充足的時(shí)間逃離細(xì)胞，水分被滯留在細(xì)胞內(nèi)，從而使水分?jǐn)U散減少，因而-20 ℃比-40 ℃的滲透過(guò)程流失水分多，這與彭潤(rùn)玲[14]對(duì)螺旋藻細(xì)胞冷凍過(guò)程的傳熱傳質(zhì)結(jié)果一致。另外，從圖1中還可以看出，鴨肉含水量隨溫度變化總體表現(xiàn)為真空低溫>25 ℃>4 ℃>-20 ℃>-40 ℃，真空低溫環(huán)境下的含水量下降最多，即說(shuō)明真空環(huán)境可以促進(jìn)鴨肉脫水及食鹽滲透過(guò)程。這可能是因?yàn)檎婵諣顟B(tài)下，氣體分子稀薄，單位體積的氣體分子數(shù)，即氣體的分子密度小于大氣壓力下的氣體分子密度，分子運(yùn)動(dòng)速率增加，有利于鹽分滲透和水分?jǐn)U散，而直接冷凍則使這一進(jìn)程減緩，溫度越低水分損失越少，即鴨肉含水量相對(duì)越高[21]。

圖1 溫度和壓強(qiáng)對(duì)鴨肉含水量變化的影響Fig.1 Effect of temperature and pressure on water content of duck meat

2.2 溫度和壓強(qiáng)對(duì)鴨肉中食鹽滲透速率的影響

溫度和壓強(qiáng)對(duì)食鹽滲透速率的影響見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，真空低溫環(huán)境下的食鹽滲透速率最快，而其他組則隨溫度升高，食鹽滲透速率加快。當(dāng)濃度一定時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，食鹽滲透速率逐漸下降。在鴨肉濕腌過(guò)程中，食鹽會(huì)從滲透壓高的滲透液中向滲透壓低的鴨肉中遷移，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，滲透液中的食鹽含量與鴨肉水相中的食鹽含量基本相同時(shí)，鹽分滲透與水分?jǐn)U散進(jìn)程達(dá)到平衡。在濕腌的初始階段，由于滲透液中的食鹽含量始終大于鴨肉水相中的食鹽含量，兩者之間的滲透壓差較大，所以食鹽從滲透液中遷移至鴨肉水相的滲透速率大，而隨著滲透過(guò)程的進(jìn)行，滲透液中的食鹽含量降低，鴨肉水相中的食鹽含量增加，兩者之間的滲透壓差減小，滲透速率則逐漸減小，直至鴨肉水相中的食鹽濃度與滲透液中的食鹽濃度近似相等，則滲透?jìng)髻|(zhì)過(guò)程達(dá)到平衡。從圖2中還可以看出，隨著時(shí)間的增加，真空低溫達(dá)到平衡所需要的時(shí)間最長(zhǎng)，這可能是低溫脅迫與分子運(yùn)動(dòng)增加協(xié)同作用的結(jié)果。其次，隨溫度增加，滲透達(dá)到平衡越快。這是因?yàn)闇囟壬?，分子運(yùn)動(dòng)加劇，腌制液與鴨肉水相中的滲透壓差減小的快，兩者達(dá)到平衡所需要的時(shí)間更短。

圖2 溫度和壓強(qiáng)對(duì)食鹽滲透速率的影響Fig.2 Effect of temperature and pressure on salt penetration rate

2.3 溫度和壓強(qiáng)對(duì)鴨肉中食鹽最大內(nèi)滲量(Cm)及滲透速率常數(shù)(k)的影響

已有研究者將擴(kuò)散菲克第二定律應(yīng)用于魚(yú)的腌制過(guò)程中鹽的滲透擴(kuò)散規(guī)律的研究[22-23]。章銀良等[18]基于菲克第二定律研究了溫度、食鹽濃度與海鰻腌制過(guò)程食鹽滲透擴(kuò)散規(guī)律之間的關(guān)系，對(duì)食鹽添加量和環(huán)境溫度對(duì)海鰻在腌制過(guò)程中的含鹽量用下列公式進(jìn)行近似擬合：ln(C0-Cx)=-kt+lnC0，其中，C0表示鹽溶液的初始濃度，Cx為腌制一段時(shí)間后鴨肉水相中的鹽濃度，則k為食鹽滲透速率常數(shù)(h-1)。本研究參照以上公式，根據(jù)食鹽添加量與鴨肉中食鹽滲透量隨腌制時(shí)間的變化，得到不同腌制條件下的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)ELISA Calc 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行擬合，通過(guò)分析可知鴨肉中的食鹽含量與時(shí)間呈指數(shù)形式增長(zhǎng)，直至腌肉水相中的鹽水濃度與溶液濃度達(dá)到平衡。不同溫度和壓強(qiáng)下食鹽滲透速率常數(shù)擬合圖見(jiàn)圖3，食鹽滲透速率常數(shù)(k)和最大食鹽滲透量(Cm)及其相關(guān)系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3 不同溫度和壓強(qiáng)下食鹽滲透速率常數(shù)擬合圖Fig.3 Fitting diagram of salt osmotic rate constant under different temperature and pressure

序號(hào)腌制條件滲透速率常數(shù)(k)/h-1最大食鹽滲透量(Cm)/[g·(100g)-1]相關(guān)系數(shù)殘差平方和125℃1.012 425.796 780.988 490.068 9624℃0.588 614.076 270.980 510.010 173-20℃0.393 452.769 550.959 970.012 244-40℃0.212 982.155 790.994 490.002 825真空低溫1.271 607.599 230.996 000.657 53

由圖3可以看出，鴨肉食鹽滲透量隨時(shí)間延長(zhǎng)均呈現(xiàn)先增加后逐漸平緩的趨勢(shì)，從曲線在每一點(diǎn)處的斜率可以得知，溫度在25 ℃環(huán)境下，隨時(shí)間增加，滲透速率常數(shù)逐漸減小，真空低溫、4、-20、-40 ℃時(shí)，與之結(jié)果一致，9 h后滲透速率常數(shù)逐漸減小甚至接近為零，即鴨肉水相中的含鹽量與滲透液中的食鹽濃度相近，滲透?jìng)髻|(zhì)基本達(dá)到平衡。

從表1可以看出，鴨肉中食鹽的滲透符合菲克第二定律，且除真空低溫環(huán)境以外，隨溫度升高，鴨肉中食鹽滲透速率常數(shù)也逐漸增大，即溫度從-40、-20、4 ℃升高至25 ℃時(shí)，滲透速率常數(shù)則從 0.212 98、0.393 45、0.588 61 h-1增加到1.012 42 h-1，最大食鹽滲透量從2.155 79、2.769 55、4.076 27 g/100g增加到5.796 78 g/100g。這一結(jié)果與DENMIER等[24]對(duì)青魚(yú)的研究結(jié)果相似，這主要是因?yàn)闇囟壬?，有利于分子之間的流動(dòng)，相互碰撞的幾率變大，鹽分從濃度高的滲透液中向濃度低的鴨肉的擴(kuò)散速率加快，相同時(shí)間內(nèi)鴨肉組織獲得的食鹽量也越多[2]。在凍結(jié)過(guò)程中，冰界面處鹽溶液濃度明顯增加，細(xì)胞膜處溶液濃度發(fā)生突變，為細(xì)胞內(nèi)水分流失和細(xì)胞外的鹽分滲透提供了動(dòng)力[14]。且初始凍結(jié)溫度越低，凍結(jié)速率越大，形成冰結(jié)晶的時(shí)間越短，水分?jǐn)U散和鹽分滲透的時(shí)間越短，因而發(fā)現(xiàn)-20 ℃比-40 ℃時(shí)的食鹽滲透速率常數(shù)與最大食鹽內(nèi)滲量均稍高。在真空低溫環(huán)境下，其滲透速率常數(shù)與最大食鹽滲透量均比其他組要高，這可能有2點(diǎn)原因：其一是真空狀態(tài)下，氣體分子密度小于大氣壓力的分子密度，分子運(yùn)動(dòng)速率增加，有利于鹽分滲透；二是低溫脅迫能引起動(dòng)物細(xì)胞膜膜相結(jié)構(gòu)改變，膜透性增加，細(xì)胞與環(huán)境發(fā)生物質(zhì)交換、能量交換，從而促進(jìn)鹽分滲透[25]。

2.4 模型驗(yàn)證分析

為了驗(yàn)證上述擬合的模型，采用食鹽質(zhì)量濃度為10%，于溫度為25 ℃環(huán)境下處理不同時(shí)間，所取時(shí)間點(diǎn)均在前面實(shí)驗(yàn)組的時(shí)間范圍內(nèi)。所得實(shí)驗(yàn)值與理論模型計(jì)算值及相對(duì)誤差見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)值與理論模型計(jì)算值分析Table 2 experimental value and theoretical model calculation value analysis

由表2分析可知，溫度為25 ℃的實(shí)驗(yàn)組所得實(shí)驗(yàn)值與理論模型計(jì)算值的相對(duì)誤差均較小，且相對(duì)誤差越小，證明模型越好，就是說(shuō)擬合模型越可靠。即在溫度一定的情況下，鴨肉食鹽內(nèi)滲量可由擬合的方程推出。通過(guò)上述擬合模型，可以很容易通過(guò)計(jì)算得到鴨肉水相中的鹽分達(dá)到某一濃度所需要的時(shí)間，從而合理化控制鴨肉腌制過(guò)程。

3 結(jié)論

本文研究了以食鹽為傳質(zhì)對(duì)象的滲透過(guò)程中溫度和壓強(qiáng)對(duì)鴨肉食鹽滲透與水分?jǐn)U散的影響。研究結(jié)果表明：鴨肉的食鹽滲透率呈指數(shù)型生長(zhǎng)趨勢(shì)，符合菲克第二定律：ln(C0-Cx)=-kt+lnC0。常溫及真空低溫環(huán)境下的食鹽滲透速率較快，且真空低溫環(huán)境下的食鹽滲透速率常數(shù)與最大食鹽內(nèi)滲量均最大，分別為1.271 60 h-1、7.599 23 g/100g，即負(fù)壓低溫條件有利于食鹽滲透，真空低溫環(huán)境下的滲透效果最好，用時(shí)最短，而常壓常溫次之，常壓低溫環(huán)境下的滲透速率則最慢。通過(guò)對(duì)擬合模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，還可以進(jìn)一步探究風(fēng)干發(fā)酵、煮烤醬鹵等多種加工烹飪前處理中料酒、蛋清、淀粉、胡椒粉等調(diào)味料品碼味過(guò)程的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化高效快速生產(chǎn)提供理論依據(jù)和有效指導(dǎo)。