木瓜蛋白酶對雞肉濕腌過程中傳質(zhì)動力學(xué)的影響

張晨曦，賀稚非,2，韓輝，徐瑞，李穎玥，胡代芳，李洪軍,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶 ，400716) 2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400716)

腌制是一種傳統(tǒng)的食物加工方式，常見的腌制方法有干腌、濕腌、鹽水注射及混合腌制法4種。腌制過程的實質(zhì)是原料和腌制液之間進行物質(zhì)交換的過程，其中最主要的是水分和鹽分的擴散，此外還有少量蛋白質(zhì)和脂肪的溶解[1]。由于攝入太多的食鹽對人體健康有害，而低濃度鹽水得到的樣品產(chǎn)量較高，對人體健康相對危害較小，所以有學(xué)者開始研究低濃度鹽水濕腌肉類[2-3]。但是低濃度濕腌會導(dǎo)致腌制時間過長，在生產(chǎn)實踐中不能大規(guī)模使用，因此有必要對提高腌制速率的方法進行研究。

木瓜蛋白酶(EC3.4.22.2)也稱為木瓜蛋白酶I(PPI)，是從木瓜乳膠中提取出的常見植物源性蛋白水解酶之一[4]。它對于廣泛的蛋白底物具有強烈的蛋白水解活性，能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)分子內(nèi)部肽鏈—CO—NH—分解成小分子多肽類和氨基酸，降解肌原纖維與膠原蛋白[5]，從而在肉制品嫩化領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。但是相關(guān)文獻關(guān)于木瓜蛋白酶對于腌制速率的影響報道較少。

目前對于腌制過程中傳質(zhì)動力學(xué)的研究主要集中在魚肉[1]、豬肉[6]以及其他肉制品上，而對禽肉研究較少，特別是雞肉。DU LEI等[7]對不同腌制條件下鴨胸肉的傳質(zhì)動力學(xué)進行了研究，發(fā)現(xiàn)15%鹽濃度腌制條件下鴨肉腌制特性最佳。本研究目的是研究木瓜蛋白酶對雞肉濕腌過程中傳質(zhì)動力學(xué)的影響，并用Fick第二定律進行模擬，為提高肉制品腌制速率的研究提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

雞胸肉，購于重慶市北碚區(qū)永輝超市，平均水分含量72.76%左右；鹽分0.151%左右；木瓜蛋白酶，生化試劑，北京奧博星生物技術(shù)責(zé)任有限公司，酶活50萬U/g。

1.2 主要儀器設(shè)備

DGG-9240A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；KQ3200DV型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；HH-S型恒溫水浴鍋，常州普天儀器制造有限公司；CT-3質(zhì)構(gòu)分析儀 美國Brookfield公司；電子分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.2.1 樣品處理

取新鮮的冷凍雞胸肉，剔除可見脂肪與結(jié)締組織，于4 ℃環(huán)境下解凍24 h后將其切成厚度1 cm左右大小均一的小塊，并隨機平均分成5份，標(biāo)記稱重。將5份肉分別放入含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以雞胸肉計)為0%、0.06%、0.12%、0.18%、0.24%木瓜蛋白酶的腌制液中，其中腌制液鹽濃度為質(zhì)量濃度4%，液肉比為1∶1，于自然條件下腌制24 h。試驗進行中分別在腌制1、2、3、5、9、15、24 h取樣進行理化指標(biāo)測定，每個取樣點做3次平行。

1.2.2 水分含量

參考GB5009.3—2016《食品中水分的測定》采用直接干燥法。

1.2.3 NaCl含量的測定

參考GB5009.44—2016《食品中氯化物的測定》采用銀量法。

1.2.4 硬度

根據(jù)SOBCZAK等[8]的方法略作修改，將肉塊于75 ℃水浴鍋中加熱至中心溫度70 ℃，保持20 min，冷卻后進行測定。采用CT33質(zhì)構(gòu)分析儀，設(shè)定參數(shù)為：探頭TA44，目標(biāo)50%，測前速率1 mm/s，返回速率1 mm/s，觸發(fā)點負載5 g，循環(huán)次數(shù)：2.0。

1.2.5 壓榨損失

壓榨損失可以反映肌肉的持水能力，通常采用肌肉經(jīng)擠壓過后損失的水分百分比表示[9]。參考 KAUFFMAN等[10]的方法，取1 g左右樣品，用36片濾紙包裹(將18片濾紙分別置于樣品上方和下方)，用35 Kg力加壓 3 min，對剩余肉樣稱重計算。

1.2.6 雞肉總重變化、水分變化和鹽分變化計算

(1)

(2)

(3)

1.2.7 物質(zhì)傳質(zhì)動力學(xué)模型

為了描述腌制過程中的傳質(zhì)現(xiàn)象， BARAT等人[11]擬合了整個腌制過程中水分、鹽分和肉總質(zhì)量變化的實驗數(shù)據(jù)得到一個數(shù)學(xué)模型，該模型認(rèn)為肉腌制過程中的質(zhì)量變化與時間的平方根有關(guān)。根據(jù)該模型，雞肉在濕腌過程中質(zhì)量變化與腌制時間之間的關(guān)系可依據(jù)公式(4)進行計算。

(4)

1.2.8 腌制平衡方程

(5)

(6)

1.2.9 有效擴散系數(shù)De

根據(jù)適用于半無限平板的Fick方程，利用腌制過程中zNaCl和yNaCl(腌制液中的NaCl含量)的變化來確定樣品的有效擴散系數(shù)De[13]，具體見式(7)。

(7)

1.3 統(tǒng)計分析

運用SPSS 20.0對所測的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析、線性回歸分析、Durbin-Watson檢驗，差異顯著性水平p<0. 05；運用Origin 8. 1 軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞肉在不同腌制條件下Δ、Δ和Δ的變化

由圖1-A可看出，相較于對照組，腌制液中添加木瓜蛋白酶后雞肉的水分含量顯著增加，且較低的酶濃度條件下水分含量增幅較大。當(dāng)腌制時間為0～15 h時，雞肉中的水分含量隨著腌制時間的延長而逐漸增加，隨后呈現(xiàn)小幅下降。這可能是因為肌肉中絕大多數(shù)水分通過毛細血管作用存在于纖絲之間，肌肉纖維之間間隙的大小決定了肌原纖維的持水能力[14]，由于木瓜蛋白酶破壞了肌肉纖維結(jié)構(gòu)，造成肌肉纖維間距變寬，從而使外界水分更易進入其中并形成致密結(jié)構(gòu)；隨著酶濃度或腌制時間的增加，肌肉纖維間的空隙變得太大而不能保住水分，造成肌肉失水老化[15]。由圖1-B可看出，雞肉中NaCl含量隨著腌制時間的延長均呈現(xiàn)正增長，且在腌制前9 h增幅較大，之后趨于平緩。這可能與腌制過程中內(nèi)外體系傳質(zhì)動力變化有關(guān)。腌制初始時，腌制液與肉中鹽分含量差別大，滲透壓差大；隨著腌制的進行，內(nèi)外滲透壓差減小，鹽分?jǐn)U散速率也隨之減緩[16]。此外，腌制液中酶濃度越高，雞肉中NaCl含量相對較高，這可能是因為木瓜蛋白酶破壞了肌肉纖維結(jié)構(gòu)，從而減少傳質(zhì)阻力致使鹽分更易擴散進去[5]。

從圖1-C可看出，腌制過程中雞肉總質(zhì)量的變化與水分含量的變化相似。圖2是雞肉在腌制過程中水分和NaCl變化量之和與總質(zhì)量變化量的回歸曲線，這些點均分布在對角線附近，說明雞肉水分和NaCl變化量之和近似等于總質(zhì)量變化量，沒有完全重合的原因可能是雞肉在腌制過程中少量蛋白質(zhì)和脂肪等可溶性肌肉組織發(fā)生溶解[1]。

圖1 不同酶濃度腌制過程中Δ、Δ與Δ的變化Fig.1 Changes in water(A),salt content(B) and weight(C)of different enzyme concentrations during curing

圖2 腌制過程中水分與鹽分變化量之和與總重變化量的回歸曲線Fig.2 Regression curve of the sum of the changes ofwater and salt content and the total weight changesduring curing

2.2 雞肉在不同腌制條件下硬度與壓榨損失的變化

由圖3-A可知，腌制液中添加木瓜蛋白酶可以顯著降低肉的硬度，分析原因可能是蛋白酶將肌原纖維蛋白分解為小分子蛋白，導(dǎo)致結(jié)締組織降解變成無定型物質(zhì)，從而使雞肉硬度變小[15]；對照組中硬度增大可能是由于NaCl的滲透擴散導(dǎo)致肌肉組織離子強度發(fā)生改變導(dǎo)致[17]。由圖3-B可知，隨著腌制時間的延長，雞肉的壓榨損失呈下降趨勢，這說明了在腌制過程中肌肉的持水力有一定提高。這可能是因為腌制液中Cl-通過滲透擴散結(jié)合肌肉中帶正電的組蛋白，從而使得其等電點減少，空間中帶凈負電荷的蛋白及排斥現(xiàn)象的增加使得肌肉持水力增加[18]，這與VAN等[19]研究結(jié)果相似。

圖3 不同酶濃度腌制過程中硬度(A)與壓榨損失(B)的變化Fig.3 Changes in hardness(A) and compression loss(B)of different enzyme concentrations during curing

2.3 運用預(yù)測模型來描述不同腌制條件下雞肉的傳質(zhì)動力學(xué)變化

2.4 雞肉腌制狀態(tài)的判斷

圖4 Δ、Δ與Δ的變化與腌制時間平方根的回歸關(guān)系曲線Fig.4 Regression of Δ, Δ, Δand square root of curing time

酶濃度/%k1k2R2ΔMwt0.00-0.7973.2010.9640.06-0.7143.8410.9020.12-0.0273.5890.9190.241.2013.1040.9340.301.9792.860.928ΔMNaClt0.00-1.1210.3720.9470.06-1.2350.4380.9820.12-1.1620.4730.9460.24-1.0760.5050.9170.30-0.9370.5050.882ΔMot0.00-0.1012.9840.9610.06-0.0393.6270.9440.121.3743.1290.9620.242.822.6510.9310.302.9912.4770.938

表2 腌制過程中zNaCl變化Table 2 changes of zNaCl during curing

2.5 雞胸肉腌制過程中表觀擴散系數(shù)(De)的計算

肌肉在腌制過程中物質(zhì)的傳質(zhì)擴散主要依靠腌制液與肌肉之間濃度差產(chǎn)生的驅(qū)動力而進行[20]。如圖5和表3所示，實驗中雞肉腌制過程中傳質(zhì)驅(qū)動力及其動力學(xué)參數(shù)。由表3可知不同酶濃度腌制雞肉的傳質(zhì)驅(qū)動力De與t0.5/l具有較好的相關(guān)性(R2>0.881)，對照組與較低的酶濃度(0%～0.12%)R2系數(shù)較高，這說明在酶濃度較低的情況下線性回歸方程擬合度較好。雞肉腌制的De值隨著酶濃度的增加而逐漸提高，表明腌制液中添加木瓜蛋白酶可以提高腌制過程中NaCl擴散速率。

圖5 傳質(zhì)驅(qū)動力1-YNaCl與t0.5/l的回歸曲線Fig.5 Driving force (1-YNaCl) versus t0.5/l

表3 不同酶濃度腌制雞肉的理論動力學(xué)參數(shù)值Table 3 Kinetic parameters of different enzymeconcentrations during chicken curing

酶濃度/%KDe×1010/(m2·s)R20-0.8824.840.9440.06-0.9916.760.9890.12-0.9558.410.9510.18-0.88910.20.9170.24-0.78310.20.881

3 結(jié)論

雞肉濕腌9 h以內(nèi)腌制液中水分鹽分快速滲透，隨著腌制液中木瓜蛋白酶濃度的提高，雞肉中的水分含量、NaCl含量以及雞肉總質(zhì)量不斷增加。隨著腌制時間的延長，實驗組中雞肉硬度不斷降低，持水力有一定提高。根據(jù)傳質(zhì)動力學(xué)方程對腌制過程中實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，雞肉中水分含量，鹽分含量以及總重變化均與腌制時間具有良好的相關(guān)性。添加木瓜蛋白酶對雞肉濕腌過程中的傳質(zhì)動力學(xué)參數(shù)具有顯著影響，酶濃度高時De值較大，表明此種狀態(tài)下腌制NaCl擴散速率較快。在腌制液鹽濃度為質(zhì)量濃度4%的條件下，酶濃度0.24%腌制9 h以后即可到達腌制平衡狀態(tài)，說明腌制液中添加木瓜蛋白酶可以促使腌制過程快速到達平衡，可作為提高肉類腌制速率的理論指導(dǎo)。