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      不同水分活度降低劑對(duì)半干豬肉干水分活度的影響

      2020-01-07 08:21:34馬世廣汪學(xué)榮
      肉類工業(yè) 2019年12期
      關(guān)鍵詞:乙二胺四乙酸山梨糖丙三醇

      凌 逍 馬世廣 汪學(xué)榮

      西南大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院食品科學(xué)系 重慶 402460

      豬肉干含有豐富的蛋白質(zhì)及脂肪、碳水化合物、鈣、鐵、磷等營(yíng)養(yǎng)成分,具有補(bǔ)虛強(qiáng)身,滋陰潤(rùn)燥、豐肌澤膚的作用,是如今市場(chǎng)上最為暢銷的豬肉制品之一[1]。傳統(tǒng)豬肉制品在加工過程中存在著感官品質(zhì)較難控制的缺點(diǎn),如色澤發(fā)黑,口感粗糙;還因糖分含量不好控制,在后期儲(chǔ)藏過程中易出現(xiàn)蔗糖返砂等[2],為了克服這些問題,一些肉干加工企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn),如改進(jìn)烘干工藝來適當(dāng)提高肉干水分含量到20%左右,這樣的豬肉干被稱為半干豬肉干[3],因?yàn)檫@類新型加工符合半干食品加工的工藝要求。

      但是,半干豬肉干的加工增加了這類產(chǎn)品的水分含量,水分活度隨之升高,易于微生物生長(zhǎng)繁殖,大大影響了安全性、儲(chǔ)藏性。水分活度反映了供微生物生長(zhǎng)所需的自由水的情況[4],大部分細(xì)菌在水分活度小于0.9時(shí)無法繁殖,因此低Aw有利于控制食品中病原菌的生長(zhǎng),在不考慮復(fù)水性、交叉污染等情況下,低Aw食品一般可以被認(rèn)為是安全食品[5]。

      當(dāng)在食品加工工藝不變的情況下,可以通過添加一些水分活度降低劑來對(duì)食品進(jìn)行改進(jìn),從而使其能在較高水分含量時(shí),也具有較低的水分活度,達(dá)到改善食品口感的同時(shí),也能控制微生物的生長(zhǎng)繁殖和一些化學(xué)變化,以延長(zhǎng)保質(zhì)期[6]。Aw降低劑是一類具有極性集團(tuán),親水性強(qiáng)的物質(zhì)。目前對(duì)Aw降低劑種類的研究主要有鹽類、糖類、醇類、有機(jī)酸等。使用單一Aw降低劑可能會(huì)出現(xiàn)用量超標(biāo)、降低范圍狹窄等問題,所以目前對(duì)復(fù)合Aw降低劑的使用已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)[1]。

      本實(shí)驗(yàn)選取不同鈉鹽、醇類、糖醇類物質(zhì),研究其對(duì)半干豬肉干水分活度的影響,通過單因素實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)的鈉鹽、醇類、糖醇類Aw降低劑,再通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化該復(fù)合Aw降低劑的最佳配比,以期為半干豬肉干的加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      冷鮮里脊肉(市售);

      鹵水為自制;

      氯化鈉(用于校準(zhǔn)水分活度儀)為分析純;

      食鹽、乙二胺四乙酸二鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸鈉、丙三醇、丙二醇、聚乙二醇、赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇均為食品級(jí)。

      1.2 儀器與設(shè)備

      GZX-9420 MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;

      HD-3A型智能水分活度測(cè)量?jī)x,無錫市華科儀器儀表有限公司;

      BCS-3-SN電子計(jì)數(shù)秤,廈門佰倫斯電子科技有限公司。

      1.3 測(cè)試指標(biāo)

      水分活度,按GB5009.238-2016《食品水分活度的測(cè)定》[7]。

      1.4 方法

      將豬瘦肉按纖維縱向切割成200~250g肉塊。將肉塊置于鍋中煮制5min,去除血水,便于切條。肉塊冷卻后,按肉塊纖維縱向切成長(zhǎng)8~10cm,寬3~5cm,厚3~6mm的條狀;然后將肉條放入鹵水中,100℃下鹵制30min。接著將鹵制后豬肉盡量切碎,磨細(xì)至顆粒小于2mm,并分成若干個(gè)樣品,每個(gè)樣品質(zhì)量為10g,將水分活度降低劑按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加入豬肉碎中,混合腌漬40min。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果將豬肉在干燥溫度為105℃條件下烘干至含水量為20%左右,干燥時(shí)間是通過預(yù)實(shí)驗(yàn)來確定的。取出置于干燥室靜置30min后,測(cè)定樣品的水分活度。

      試驗(yàn)首先通過預(yù)實(shí)驗(yàn),確定出在105℃下,控制無添加半干豬肉干的水分含量在20%左右的烘干時(shí)間和對(duì)應(yīng)的Aw值。然后研究不同鈉鹽、醇類、糖醇類物質(zhì)對(duì)半干豬肉干水分活度的影響,篩選最優(yōu)的鈉鹽、醇類、糖醇類Aw降低劑,接著分別進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)找出因素水平,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行三因素三水平單指標(biāo)正交試驗(yàn),設(shè)計(jì)優(yōu)化復(fù)合Aw降低劑的最佳配比,最后進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

      1.5 數(shù)據(jù)處理

      正交試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 25數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同鈉鹽對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      根據(jù)表1可知。不同加熱時(shí)間下,添加了不同鈉鹽的半干豬肉干Aw值大小順序基本相一致,比較得出降低半干豬肉干Aw的能力大小順序?yàn)橐叶匪囊宜岫c>檸檬酸鈉>三聚磷酸鈉。

      表1 不同鈉鹽對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      當(dāng)加熱時(shí)間在2h時(shí),在乙二胺四乙酸二鈉添加下半干豬肉干水分活度降至0.772,能夠限制大多數(shù)酵母菌和霉菌的生長(zhǎng)。相比之下其他添加因素只能限制部分霉菌的生長(zhǎng)[8]。因此,最優(yōu)鈉鹽類Aw降低劑為乙二胺四乙酸二鈉。

      2.2 不同醇類物質(zhì)對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      根據(jù)表2可知,不同加熱時(shí)間下,添加了不同醇類的半干豬肉干Aw值大小順序基本相一致,比較得出降低半干豬肉干Aw的能力大小順序?yàn)楸?丙二醇>聚乙二醇。在丙三醇添加下半干豬肉干水分活度降至0.684,在大多數(shù)酵母菌和霉菌生存范圍之下,且對(duì)干性霉菌也有限制[8],對(duì)延長(zhǎng)肉干保質(zhì)期有明顯作用。楊文鴿[9](2015)等研究得出丙三醇能明顯降低縊蟶制品的水分活度。因此,最優(yōu)醇類Aw降低劑為丙三醇。

      表2 不同醇類對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      2.3 不同糖醇類物質(zhì)對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      根據(jù)表3可知。不同加熱時(shí)間下,添加了不同糖醇類的半干豬肉干Aw值大小順序基本相一致,比較得出降低半干豬肉干Aw的能力大小順序?yàn)樯嚼嫣谴?木糖醇>赤蘚糖醇。

      表3 不同糖醇類對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      該結(jié)果和楊禎禎[10](2018)等在研究不同糖醇對(duì)魷魚絲貯藏品質(zhì)的影響的研究結(jié)果相似。在山梨糖醇添加下半干豬肉干水分活度降至0.712,對(duì)延長(zhǎng)肉干保質(zhì)期有最大作用,且山梨糖醇常與丙三醇配合使用[11],對(duì)食品Aw值的降低效果更好,因此,最優(yōu)糖醇類Aw降低劑為山梨糖醇。

      2.4 各類最佳水分活度降低劑對(duì)半干豬肉干Aw的影響

      由圖1可知,在添加乙二胺四乙酸二鈉的樣品中,添加量為0.05、0.10、0.15g/100g的處理組與對(duì)照組之間均存在顯著差異(p<0.05)。差異不顯著組存在的原因可能與肉品的混合不均勻有關(guān)。乙二胺四乙酸二鈉是常用作一種親水處理劑,能束縛了一部分的自由水,從而降低了豬肉干的水分活度[12],研究表明鹽類物質(zhì)的降低Aw機(jī)理是能增強(qiáng)肉質(zhì)體系的離子強(qiáng)度,促進(jìn)肌原纖維蛋白的溶解,增強(qiáng)了肉品的凝膠吸水能力[13]。空白組豬肉干的水分活度為0.820,在添加量為0.15g/100g之前,肉品Aw值和添加量呈負(fù)相關(guān),在添加量為0.15g/100g之后,水分活度呈反彈趨勢(shì),而后趨于穩(wěn)定,這可能是由于高濃度的鈉鹽改變了肉質(zhì)內(nèi)的滲透壓環(huán)境,從而使得肉質(zhì)的水分含量增加的緣故[14]。當(dāng)添加量在0.15g/100g時(shí),水分活度由對(duì)照組的0.820降至0.674的最低值,因此確定乙二胺四乙酸四鈉的最優(yōu)添加量為0.15g/100g。

      圖1 各類最佳Aw降低劑對(duì)半干豬肉干Aw的影響Figure 1 Effect of various optimal water activity-lowering agents on water activity of semi-dried pork

      添加丙三醇的樣品中,5個(gè)處理組與對(duì)照組之間均存在顯著差異(p<0.05),丙三醇降低Aw的主要機(jī)理是與制品中的脂肪和蛋白質(zhì)結(jié)合后增加了基團(tuán)的極性,把部分自由水轉(zhuǎn)為束縛水從而降低了水分活度。肉品Aw值隨丙三醇添加量上下波動(dòng),這可能是由于液態(tài)的丙三醇,在豬肉干加工過程中,因環(huán)境溫度上升,而有揮發(fā)損失,或者是因其黏性大而無法避免,在容器中殘留,從而造成一定的誤差。但Aw曲線的總體趨勢(shì)為先下降后上升,該結(jié)果與龔麗[15](2006)等研究結(jié)果相似,曲線上升可能是因?yàn)楦邼舛鹊拇碱愇镔|(zhì),反而會(huì)減弱了脂肪和蛋白質(zhì)結(jié)合水分子的能力[16],也可能與液態(tài)的丙三醇其游離羥基分布狀態(tài)有關(guān),從而影響了肌肉組織中水分子締合狀態(tài),因此在合理添加量范圍內(nèi),肉品間水分活度差別不大[17]。也有研究表明不同添加量的丙三醇對(duì)食品水分活度的調(diào)節(jié)能力,易受到食品原料組成的影響[18]。

      添加山梨糖醇的樣品中,除了2.5g/100g添加量之外,其他4個(gè)處理組與對(duì)照組之間均存在顯著差異(p<0.05),受溫度與肉品混合程度的影響較小。山梨糖醇具有顯著的吸濕性,從而降低自由水分的活動(dòng)性而降低水分活度[19]。史春娟[20](2014)等研究得出,其降低機(jī)理可能是隨著山梨糖醇添加量增加,豬肉中的非蛋白氮含量、蛋白降解指數(shù)和氨基態(tài)氮含量逐漸升高,從而增加了肌肉組織對(duì)水的結(jié)合能力。山梨糖醇樣品的Aw曲線先隨藥品添加量增多而降低,且在0~0.5g/100g之間下降趨勢(shì)大,而在添加量為1g/100g時(shí),水分活度降至最低的0.691,之后則與添加量增加呈正相關(guān),這與陳宇飛,楊柳[21](2014)研究的山梨糖醇添加量對(duì)豬肉糜脯品質(zhì)的影響相似。Aw曲線上升,可能是因?yàn)樵?~0.5g/100g時(shí)的水分活度值降低幅度最大,因此山梨糖醇的最優(yōu)添加量為0.5g/100g。

      2.5 水分活度降低劑最佳配比的確定

      在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,以最優(yōu)鈉鹽類添加量、最優(yōu)醇類添加量、最優(yōu)糖醇類添加量為影響因子,以水分活度為指標(biāo),采用L9(34)正交表進(jìn)行3因素3水平單指標(biāo)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化復(fù)合水分活度降低劑的最佳配比。正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表4,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

      表4 因數(shù)水平表

      由表6的方差分析結(jié)果可知:A和C因素對(duì)豬肉干水分活度的影響有顯著性差異,C比A更為顯著,而B因素對(duì)豬肉干水分活度的影響無顯著性差異。本實(shí)驗(yàn)要求水分活度取最小值,因此根據(jù)各因素k值可知,A因素中k1>k3>k2,A因素應(yīng)取2水平,C因素中k2>k3>k1,C因素應(yīng)取1水平。B因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著,雖然B因素中2水平的Aw降低效果比1水平好,但羅海波[16](2005)等發(fā)現(xiàn)隨著丙三醇添加量增多,處理蝦干會(huì)有微弱的澀味,且遵循減少生產(chǎn)成本的原則,所以B因素應(yīng)取1水平。

      表5 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

      表6 方差分析表

      綜上所述,最優(yōu)的復(fù)合水分活度降低劑配比應(yīng)改為A2B1C1,即乙二胺四乙酸二鈉添加量取0.1g/100g,丙三醇添加量取1g/100g,山梨糖醇添加量取1g/100g。

      由表5可知:R(C)>R(A)>R(B),所以影響豬肉干水分活度的主次順序?yàn)镃>A>B,即山梨糖醇添加量為最重要的影響因素,其次是乙二胺四乙酸二鈉添加量,最后是丙三醇添加量,與方差分析結(jié)果一致。

      2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

      按照上述最佳配比的復(fù)合水分活度降低劑進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn),其結(jié)果見表7。由驗(yàn)證結(jié)果可知,按最佳配比的復(fù)合水分活度降低劑,處理過的豬肉干得到的水分活度均低于其它各正交試驗(yàn)值,三份樣品的平均提取率為0.633,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.880%。說明該工藝穩(wěn)定、可靠,達(dá)到了優(yōu)化的目的。

      表7 驗(yàn)證結(jié)果

      3 結(jié)論與討論

      乙二胺四乙酸二鈉、丙三醇和山梨糖醇可有效降低半干豬肉干的水分活度,三種物質(zhì)的最佳添加量分別為0.1、1、1g/100g,在此條件下半干豬肉干的水分活度為0.633,降低效果明顯。

      半干豬肉干制品屬于中等水分食品,這類食品的保質(zhì)期常由于酵母菌和霉菌引起的腐敗而受到限制。大多數(shù)酵母菌的水分活度生存范圍在0.94~0.88,而耐高滲酵母則在0.6左右,大多數(shù)霉菌的水分活度生存范圍則在0.94~0.73,干性霉菌則可在0.65的環(huán)境生存[8]。在本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化條件下,對(duì)半干豬肉干保質(zhì)期影響最大的絕大多數(shù)霉菌、酵母菌能夠利用的有效水分量變得極低,難以進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖,大大延緩半干豬肉干的腐敗速度,因此保質(zhì)期得以有效延長(zhǎng)。

      此外,各類Aw降低劑的降低機(jī)理也不同,乙二胺四乙酸二鈉是通過增強(qiáng)體系的離子強(qiáng)度,增強(qiáng)凝膠吸水能力,從而降低Aw;丙三醇是與脂肪和蛋白質(zhì)結(jié)合,增強(qiáng)了基團(tuán)的極性,把部分自由水轉(zhuǎn)為束縛水,從而降低Aw;山梨糖醇則是本身具有吸濕性,降低自由水的活動(dòng)性而降低Aw。所以,該復(fù)合Aw降低劑比單一Aw降低劑更具有優(yōu)勢(shì)。

      在后續(xù)的產(chǎn)品封裝、儲(chǔ)存、出售中,半干豬肉干的Aw值還與Aw降低劑與豬肉干混合是否均勻、環(huán)境溫度、濕度和食品包裝等有關(guān)。本試驗(yàn)中難以控制各組別中Aw降低劑與肉樣的混合程度完全一致,因此混合度的差異會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的誤差,也同樣會(huì)影響最終產(chǎn)品的保質(zhì)期;而因測(cè)量Aw過程中不可避免的使肉樣在稱量皿之間的轉(zhuǎn)移、存放等操作中與外界環(huán)境之間有了直接接觸的機(jī)會(huì),因此環(huán)境的溫度、空氣濕度,都可能引起豬肉干Aw的變化,如在食品組成變化不大時(shí),溫度升高到一定范圍,水分活度會(huì)隨之增加,使得最終產(chǎn)品的Aw值與理論值存在差異,使產(chǎn)品的實(shí)際保質(zhì)期縮短;最終成品包裝的密封性良好,可以有效阻擋空氣中的水分進(jìn)入并吸附于豬肉干上,從而避免水分活度上升,產(chǎn)品保質(zhì)期縮短;且在半干豬肉干的實(shí)際生產(chǎn)加工過程中往往因設(shè)備、加熱功率等不同,使得加工處理中溫度變化控制不能完全一致也會(huì)造成最終產(chǎn)品Aw與理論Aw的差別。除此之外,成品的封裝過程過慢、復(fù)水性、豬肉原料種類或部位不同、其他添加劑的加入等其他因素也會(huì)不同程度的提高最終成品的Aw,增加腐敗風(fēng)險(xiǎn)。

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