孔慶新,張徑舟,黃業(yè)傳 ,徐偉平,羅麗梅
(1.重慶化工職業(yè)學(xué)院,制藥工程學(xué)院,重慶 401228;2.荊楚理工學(xué)院,生物工程學(xué)院,湖北荊門 448000;3.西南政法大學(xué)醫(yī)院,重慶 401120)
氯化鈉(NaCl)是肉制品加工中最重要的輔料之一,適量的NaCl能改善肉制品的多汁性,延長(zhǎng)保質(zhì)期,進(jìn)而影響肉制品的風(fēng)味、色澤、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)[1?2]。隨著加工食品的日益增多,人們過(guò)量攝入NaCl,使體內(nèi)鈉鉀比增加[3]。研究顯示,過(guò)量攝入鈉鹽可造成血壓升高,增加心血管疾病的發(fā)病率,還與一些腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[4?6]。因此,在肉制品工業(yè)中尋找NaCl的替代品,進(jìn)而減少NaCl的添加量已成必然趨勢(shì)。一些學(xué)者將氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、乳酸鉀、抗壞血酸鈣、甘氨酸等作為NaCl的替代品[5,7?8],因氯化鉀與氯化鈉性質(zhì)接近[9],很多學(xué)者對(duì)氯化鉀替代氯化鈉對(duì)肉制品品質(zhì)的影響作了研究,包括感官、質(zhì)構(gòu)、水分活度、pH、脂肪氧化、脂肪酸組成、離子含量、色澤、鹽滲透動(dòng)力學(xué)、微生物、揮發(fā)性成份等方面的變化[10?14]。
脂肪氧化對(duì)火腿、臘肉、香腸等肉制品的質(zhì)量至關(guān)重要,若脂肪氧化受限,則肉制品風(fēng)味會(huì)比較平淡;若脂肪氧化過(guò)度,則會(huì)引起酸敗、異味等質(zhì)量問(wèn)題[15?16]。關(guān)于肉制品加工中脂肪氧化和抗氧化的研究較多,關(guān)于肉制品中NaCl對(duì)脂肪氧化的影響也有很多探索,大都認(rèn)為NaCl在一定濃度范圍內(nèi)會(huì)促進(jìn)脂肪氧化,超過(guò)一定范圍則會(huì)抑制脂肪氧化,如RHEE等[17]研究牛肉和雞肉時(shí)發(fā)現(xiàn)2.5%的NaCl有最大促氧化效果;MIN等[18]報(bào)道氯化鈉在2%左右時(shí)對(duì)肉制品促氧化作用最強(qiáng),此后,隨濃度增加,促氧化作用將逐漸減小。關(guān)于KCl部分替代NaCl后脂肪氧化的變化也有一些報(bào)道,但這些報(bào)道的結(jié)果并不一致,有的認(rèn)為KCl部分替代NaCl后會(huì)促進(jìn)肉中脂肪氧化[1,19],另一些研究則得到相反的結(jié)論[20?21]。究其原因,可能與各研究中鹽濃度、加工條件不同有關(guān),但同時(shí)也說(shuō)明KCl部分替代NaCl后對(duì)肉制品脂肪氧化的影響還缺乏系統(tǒng)、深入研究。因此,為降低肉制品中NaCl含量,并為進(jìn)一步尋找替代品奠定更好的理論依據(jù),有必要對(duì)KCl或其它鹽類部分替代NaCl后對(duì)脂肪氧化的動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行探究。根據(jù)一些學(xué)者的研究,當(dāng)KCl的替代量超過(guò)40%~50%后會(huì)顯著降低肉制品品質(zhì)[10,22?23],現(xiàn)在干腌肉制品加工中常使用的NaCl濃度范圍為3%~4%,因此本文擬研究在鹽濃度為3%和4%時(shí),15%~60%的NaCl被KCl取代后,豬肉肌內(nèi)脂肪氧化包括初級(jí)氧化與次級(jí)氧化的動(dòng)力學(xué)變化規(guī)律。
豬背最長(zhǎng)肌 購(gòu)于重慶市永輝超市,去掉表面可見(jiàn)脂肪、筋膜和結(jié)締組織,真空包裝后于?18 ℃保藏待用;NaCl(批號(hào):20190112)、KCl(批號(hào):20180718) 重慶金錦樂(lè)化工有限公司;三氯乙酸批號(hào)(20180326)、乙二胺四乙酸二鈉(批號(hào):20180628)、硫代巴比妥酸(批號(hào):20180415) 、1,1,3,3-四乙氧基丙烷(批號(hào):20170212)、冰乙酸(批號(hào):20180522)、三氯甲烷(批號(hào):20180627)、碘化鉀(批號(hào):20181106)、硫代硫酸鈉(批號(hào):20180824)、石油醚(批號(hào):20181112) 、無(wú)水硫酸鈉(批號(hào):20180125) 均為分析純(AR),成都市科龍化工試劑廠。
FSH-2A勻漿機(jī) 上海梅香儀器有限公司;BSC-259恒溫恒濕箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司;U-3900H分光光度計(jì) 日本Hitachi公司;JYS-A800絞肉機(jī) 山東九陽(yáng)電器有限公司;RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。
1.2.1 樣品處理 豬背最長(zhǎng)肌樣品于4 ℃解凍24 h,絞碎并混勻,平分為10組,每組1200 g,其中5組分別加入3%的鹽,鹽的組成分別為100%NaCl、85%NaCl+15%KCl、70%NaCl+30%KCl、55%NaCl+45%KCl、40%NaCl+60%KCl;另外5組分別加4%的鹽(鹽的組成同3%的5組豬背最長(zhǎng)?。?。各組平均分成60份,每份20 g左右,分別用鋁箔袋包裝,不封口。每組的60份再平均分成4組,分別于15、20、25、30 ℃恒溫箱中保溫,每個(gè)溫度條件下分別于5個(gè)時(shí)間點(diǎn)取樣,每次取樣3份(作為3個(gè)重復(fù)),具體每個(gè)處理的5個(gè)時(shí)間點(diǎn)根據(jù)預(yù)試驗(yàn)確定,溫度高的處理時(shí)間相對(duì)較短,反之時(shí)間較長(zhǎng),以使每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都能觀察到明顯的脂肪氧化(即POV和TBARS值的明顯上升)以利于計(jì)算脂肪氧化常數(shù),如15 ℃的保溫時(shí)間分別為0、20、40、60、80 h,而30 ℃的保溫時(shí)間分別為0、5、10、15、20 h。處理結(jié)束后,立即分析各樣品的過(guò)氧化值(POV,Peroxide value)和硫代巴比妥酸反應(yīng)物值(TBARS,Thiobarbituric acid reactive substances)。
1.2.2 脂肪氧化測(cè)定 脂肪氧化程度用POV值和TBARS值來(lái)衡量,其中POV值表示脂肪初級(jí)氧化,其測(cè)定根據(jù)GB5009.227-2016的滴定法;TBARS值表示脂肪次級(jí)氧化,其測(cè)定根據(jù)GB5009.181-2016的分光光度法。
1.2.3 脂肪氧化動(dòng)力學(xué)研究 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)和資料顯示[24],在一定的溫度下,脂肪氧化的動(dòng)力學(xué)變化規(guī)律可以用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程(1)進(jìn)行描述。
式中:A、A0分別為處理時(shí)間為t和0時(shí)的POV或TBARS值;t為保溫處理時(shí)間,h;k為脂肪氧化速率常數(shù),h?1。
因此,利用SPSS的線性回歸程序,可從脂肪氧化值(POV或TBARS)的自然對(duì)數(shù)ln(A/A0)與時(shí)間t的一次回歸直線斜率得到某一特定鹽含量、溫度條件下的脂肪氧化速率常數(shù)k。
Arrhenius方程(2)經(jīng)常用來(lái)評(píng)價(jià)溫度對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)k的影響,因此在本試驗(yàn)中也用來(lái)評(píng)定溫度對(duì)脂肪氧化速率常數(shù)的影響,具體影響程度用反應(yīng)活化Ea(kJ/mol)來(lái)衡量。
式中:R為通用氣體常數(shù),8.314 J/(mol·K);T為溫度,K;k0為指前因子。
同樣,利用SPSS的線性回歸程序,在不同鹽含量或組成條件下,以ln(k)為因變量,?1/RT為自變量作線性回歸分析,所得斜率即為不同鹽含量和組成條件下的Ea。
實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)定3 次,采用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。
根據(jù)方程(1),在某一固定溫度、鹽含量和KCl替代比條件下,測(cè)得不同時(shí)間點(diǎn)樣品的POV或TBARS值后,作ln(A/A0)對(duì)保溫時(shí)間t的線性回歸,得到各處理樣品初級(jí)或次脂肪氧化的速率常數(shù),分別如表1和表2所示。圖1為添加3%NaCl時(shí),在不同處理溫度條件下POV值隨時(shí)間的變化,可以看出,各溫度條件下都能用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合(相關(guān)系數(shù)均在0.95以上),其余未在圖中顯示的處理得到的回歸方程均顯著(P<0.05)。因此,本試驗(yàn)用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合脂肪氧化速率常數(shù)是可行的。有報(bào)道顯示在食品加工與貯藏過(guò)程中,大多與質(zhì)量有關(guān)的品質(zhì)變化都符合零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律[24],特別是一級(jí)動(dòng)力學(xué)是目前評(píng)價(jià)食品品質(zhì)動(dòng)力學(xué)變化的最常用模型[25]。關(guān)于脂肪氧化的速率常數(shù),不同學(xué)者也進(jìn)行了研究,王強(qiáng)[24]用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合了香腸貯藏過(guò)程中的脂肪氧化,而靳國(guó)鋒[16]則用零級(jí)模型對(duì)五花肉的脂肪氧化進(jìn)行了擬合。在預(yù)備試驗(yàn)中,本研究也同時(shí)采用兩種模型進(jìn)行了擬合,結(jié)果表明兩種模型均能很好地?cái)M合脂肪氧化速率,但一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更顯著,這可能與脂肪氧化啟動(dòng)較慢有關(guān),再加上本研究選取的時(shí)間點(diǎn)都比較靠前以確保在研究范圍內(nèi)脂肪氧化處于上升階段;也可能是由于脂肪氧化是介于零級(jí)與一級(jí)反應(yīng)之間的一種混合模型。
表1 不同含量及組成的鹽對(duì)脂肪氧化(以POV衡量)速率常數(shù)和活化能的影響Table 1 Estimated reaction rate constant and activation energy for lipid oxidation measured by POV value with different content and component of salt
表2 不同含量及組成的鹽對(duì)脂肪氧化(以TBARS衡量)速率常數(shù)和活化能的影響Table 2 Estimated reaction rate constant and activation energy for lipid oxidation measured by TBARS value with different content and component of salt
圖1 添加3%NaCl條件下溫度對(duì)豬肉POV值的影響Fig.1 Effect of temperature on POV values in pork with 3% NaCl
就脂肪初級(jí)氧化而言,從表1可以看出,在固定鹽含量和KCl替代比時(shí),速率常數(shù)隨溫度的增加而增加,這說(shuō)明溫度的上升能增加脂肪的氧化;且溫度越高,速率常數(shù)增加的幅度越大。當(dāng)鹽濃度固定在3%時(shí),在同一溫度下脂肪氧化速率常數(shù)隨KCl替代比的增加而減少,這說(shuō)明當(dāng)KCl逐漸增加時(shí),豬肉脂肪的氧化更慢,穩(wěn)定性會(huì)增加。而當(dāng)鹽濃度為4%時(shí),在同一溫度下不同KCl替代比樣品速率常數(shù)的變化不及3%時(shí)幅度大,且與3%時(shí)變化規(guī)律差異較大;速率常數(shù)先隨KCl替代比的增加而增加,到45%替代比時(shí)達(dá)最大值,然后降低。這些差異的可能原因?qū)⒃诤竺嫔钊敕治觥?/p>
從表2可以看出,脂肪次級(jí)氧化速率常數(shù)大都低于相應(yīng)的初級(jí)氧化速率常數(shù),這可能是因?yàn)橹敬渭?jí)氧化是在初級(jí)氧化之后發(fā)生的,初級(jí)氧化的產(chǎn)物只有一部分分解為次級(jí)氧化產(chǎn)物。初級(jí)氧化的產(chǎn)物主要是一些氫過(guò)氧化物,但其很不穩(wěn)定,一部分會(huì)很快分解為次級(jí)氧化產(chǎn)物,如一些小分子的醛、酮類。在固定鹽含量和KCl替代比時(shí),速率常數(shù)隨溫度的變化規(guī)律與初級(jí)氧化完全一致;在固定溫度和鹽濃度時(shí),次級(jí)氧化速率常數(shù)隨KCl替代比的變化雖與初級(jí)氧化速率常數(shù)相似,但規(guī)律性不及初級(jí)氧化明顯,特別是在4%的NaCl濃度下,這可能是因?yàn)橹境跫?jí)氧化先于次級(jí)氧化發(fā)生,因此更能反映脂肪氧化的整體情況。
利用SPSS的線性回歸程序(方程2)可以求得各鹽含量和組成條件下脂肪初級(jí)氧化與次級(jí)氧化的活化能,分別如表1和表2所示。利用方程(2)求出的各活化能差異顯著(P<0.05),說(shuō)明用Arrhenius方程進(jìn)行脂肪氧化的擬合是可行的;各活化能均為正值,這進(jìn)一步說(shuō)明在某一特定鹽含量和組成條件下脂肪氧化速率常數(shù)隨溫度的升高而增加。
鹽含量為3%時(shí),從表1可以看出,脂肪初級(jí)氧化活化能隨KCl替代比的增加顯著增加(P<0.05),這說(shuō)明在3%鹽含量條件下,KCl比例增加后脂肪氧化所需克服的能量障礙更高,可以提高豬肉脂肪氧化穩(wěn)定性。很多研究都顯示NaCl濃度較低時(shí),鹽濃度的增加會(huì)促進(jìn)肉中脂肪氧化,但當(dāng)NaCl超過(guò)一定含量時(shí),又會(huì)降低脂肪的氧化,但臨界點(diǎn)在不同的研究中有所不一樣,如張東[26]發(fā)現(xiàn)臘肉加工中2%或3%的NaCl會(huì)促進(jìn)脂肪氧化,而4%及以上脂肪氧化明顯降低;MIN[18]、RHEE[17]、靳國(guó)鋒[16]分別報(bào)道氯化鈉在2%、2.5%和3.1%時(shí)促氧化作用最強(qiáng)。因此可以推斷,本研究中在3%的NaCl濃度范圍內(nèi),NaCl濃度的提高會(huì)促進(jìn)肉中脂肪氧化;當(dāng)氯化鈉被部分氯化鉀替代后,因相同質(zhì)量濃度KCl的離子強(qiáng)度低于NaCl,再加上同等離子強(qiáng)度的氯化鉀對(duì)脂肪氧化的促進(jìn)作用低于氯化鈉[27],以及KCl可能會(huì)激活肉中的一些抗氧化酶[28],如谷胱甘肽過(guò)氧化酶,因此在鹽含量3%時(shí),脂肪初級(jí)氧化活化能隨KCl替代比的增加顯著增加。本研究的結(jié)果與ZANARDI[29]報(bào)道的有所差異,其在研究意大利臘腸加工中鹽總量為2.7%,當(dāng)50%被氯化物(鉀、鎂、鈣)替代時(shí),脂肪氧化反而被加強(qiáng),這可能與加工條件的不同有關(guān),他們的研究是在實(shí)際加工中,且加入了亞硝酸鹽等調(diào)料;也可能與他們加入的二價(jià)離子鎂鹽和鈣鹽有關(guān)。將活化能隨KCl替代比的變化用SPSS的曲線回歸進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)線性模型的擬合性高,如圖2所示,擬合的模型為:Ea=0.164X+48.726(X為KCl替代分比),模型的決定系數(shù)為0.9956。
圖2 KCl替代比對(duì)豬肉脂肪初級(jí)氧化活化能的影響Fig.2 Effect of KCl substitution proportion on activation energy of lipid primary oxidation in pork
從圖2可以看出,在3%鹽濃度條件下,次級(jí)氧化的活化能變化規(guī)律與初級(jí)氧化相似,也隨KCl替代比的增加顯著增加(P<0.05),但活化能值均低于初級(jí)氧化,這顯示脂肪初級(jí)氧化對(duì)溫度比次級(jí)氧化有更高的敏感性;也說(shuō)明脂肪初級(jí)氧化需要克服的能量障礙高于次級(jí)氧化,即一旦初級(jí)氧化啟動(dòng)后,次級(jí)氧化會(huì)很快發(fā)生,不需要額外的能量。這與靳國(guó)鋒[16]研究五花肉脂肪氧化的結(jié)果是一致的,但與王強(qiáng)[24]研究香腸中脂肪氧化時(shí)得到的結(jié)果不一致,這可能與研究對(duì)象不同有關(guān)。同樣,次級(jí)氧化活化能隨KCl替代比的增加可用線性模型進(jìn)行擬合,擬合的模型為Ea=0.129X+43.722,模型的決定系數(shù)為0.984。初級(jí)與次級(jí)氧化擬合的一致性,說(shuō)明兩者均可用來(lái)表征肉中氧化,同時(shí)說(shuō)明本研究中采用的模型有效。
一些研究者也報(bào)道過(guò)脂肪氧化的活化能,靳國(guó)鋒[16]測(cè)得無(wú)NaCl存在時(shí),五花肉的一級(jí)、二級(jí)脂肪氧化活化能分別為92.35、65.66 kJ/mol,1%~5%的NaCl濃度下一次、二次氧化活化能分別為54.75~68.29 kJ/mol、45.82~50.30 kJ/mol,與本研究得到的活化能值相近。王強(qiáng)[25]報(bào)道香腸貯藏過(guò)程中初級(jí)和次級(jí)氧化的活化能分別為37.68、51.38 kJ/mol,其中初級(jí)氧化的活化能值明顯低于本研究,可能與實(shí)驗(yàn)條件和原料不一致有關(guān)。另外,GHOSH[30]發(fā)現(xiàn)向日葵和芝麻混合油的氧化活化能為92.05~99.17 kJ/mol,YESILSU[31]報(bào)道微膠囊魚(yú)油中脂肪氧化活化能最高不超過(guò)31.62 kJ/mol,可以看出,魚(yú)油的脂肪氧化活化能明顯偏低,這可能與魚(yú)中多不飽和脂肪酸含量高有關(guān)。
從表1和表2可以看出,當(dāng)鹽含量為4%時(shí),KCl替代比對(duì)脂肪氧化活化能的影響規(guī)律明顯不同于3%鹽濃度時(shí)。無(wú)論是初級(jí)氧化還是次級(jí)氧化,不同比例的KCl替代均對(duì)活化能沒(méi)有顯著影響(P>0.05),因此可認(rèn)為在4%鹽濃度條件下,KCl的添加對(duì)脂肪氧化影響較小。雖然活化能間沒(méi)有顯著差異,但也存在一些小的變化規(guī)律,對(duì)初級(jí)氧化而言,當(dāng)KCl替代比為15%時(shí),相對(duì)于對(duì)照組活化能基本不變,而當(dāng)KCl替代比超過(guò)30%時(shí),活化能隨KCl替代比的增加線性減小,線性模型為:Ea=?0.062X+53.588(X為KCl替代分比),模型的決定系數(shù)為0.973。對(duì)次級(jí)氧化而言,活化能的變化與初級(jí)氧化相似,當(dāng)KCl替代比為15%時(shí)活化能基本不變,當(dāng)KCl替代比超過(guò)30%時(shí),活化能明顯減小,但隨KCl替代比的增加并不呈線性變化的趨勢(shì)。因此,可以推測(cè),當(dāng)KCl替代比大于30%時(shí),可降低脂肪氧化穩(wěn)定性。這可能是由于NaCl在3%左右時(shí)對(duì)脂肪氧化有最大促進(jìn)作用,而其濃度進(jìn)一步增加時(shí),會(huì)表現(xiàn)出對(duì)脂肪氧化的逐漸抑制;在4%的NaCl濃度條件下,隨著KCl替代比的增加,肉中總的離子強(qiáng)度會(huì)減小,再加上同等離子強(qiáng)度的氯化鉀對(duì)脂肪氧化的促進(jìn)作用低于氯化鈉[27],因此,隨KCl替代比的增加會(huì)使鹽對(duì)脂肪氧化的促進(jìn)作用更趨近于3%的NaCl,相比于4%的NaCl替代組會(huì)促進(jìn)脂肪氧化;但另一方面KCl能更好地保留肉中一些抗氧化酶的活性以提高肉中脂肪氧化穩(wěn)定性[28],因此兩相抵消,表現(xiàn)出活化能相對(duì)于沒(méi)有添加KCl的樣品變化差異不顯著。
很多學(xué)者都研究了肉中KCl部分替代NaCl后對(duì)脂肪氧化的影響,有的認(rèn)為KCl部分替代NaCl后會(huì)促進(jìn)肉中脂肪氧化[1,19],另一些研究則得到相反的結(jié)論[20?21]。究其原因,除了可能與加工條件、原料以及加入的輔料不同有關(guān)外,從本研究可以看出,也與所使用的鹽含量及以氯化鉀的替代比有關(guān)。因此,實(shí)際肉制品加工中,可通過(guò)鹽含量及組成的不同來(lái)調(diào)控脂肪氧化,一般情況下,3%的鹽添加量并用40%~50%氯化鉀替代氯化鈉可以實(shí)現(xiàn)低鹽目標(biāo)及提高產(chǎn)品的氧化穩(wěn)定性;在一些干腌肉制品加工中,有時(shí)候需要適當(dāng)促進(jìn)脂肪氧化以形成獨(dú)特風(fēng)味,另外為了增加產(chǎn)品的保藏性也需適當(dāng)提高鹽濃度,因此可以添加4%左右的鹽,并用30%~50%的氯化鉀替代氯化鈉,這樣在不增加消費(fèi)者氯化鈉攝入量的前提下,仍可以促進(jìn)產(chǎn)品風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生及增加產(chǎn)品的保藏性。
在3%和4%鹽濃度和15~30 ℃條件下,豬肉脂肪初級(jí)氧化速率常數(shù)大都大于次級(jí)氧化速率常數(shù);當(dāng)鹽的組成和濃度不變時(shí),脂肪氧化速率常數(shù)隨溫度而增加;當(dāng)溫度不變時(shí),初級(jí)氧化速率常數(shù)在3%鹽濃度時(shí)隨KCl替代比的增加而減?。辉?%鹽含量時(shí),隨KCl替代比的增加先增加后減少,在45%替代比時(shí)達(dá)最大值;而脂肪次級(jí)氧化速率常數(shù)隨KCl替代比的變化規(guī)律性不強(qiáng)。在處理?xiàng)l件相同時(shí),脂肪初級(jí)氧化活化能大于次級(jí)氧化;總鹽濃度3%時(shí),隨KCl替代比的增加,初級(jí)和次級(jí)氧化活化能均呈線性顯著增加(P<0.05);總鹽濃度為4%時(shí),KCl替代比的變化對(duì)脂肪初級(jí)及次級(jí)氧化活化能無(wú)顯著影響(P>0.05),但在替代比大于30%時(shí),有使活化能減小的趨勢(shì)。豬肉加工中,若KCl部分替代NaCl,當(dāng)總鹽濃度為3%左右時(shí),脂肪的氧化穩(wěn)定性會(huì)隨KCl替代比的增加而增加;而當(dāng)鹽的總濃度為4%時(shí),KCl的替代對(duì)脂肪氧化穩(wěn)定性影響不顯著,在替代比大于30%時(shí)有降低脂肪氧化穩(wěn)定性的趨勢(shì)。