西式火腿煮制过程中品质变化动力学研究

石 宇 邓 力 谢 乐 余冰妍 廖小梅 苏婕妤

(贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 550025)

西式火腿作为低温肉制品火腿类主要代表，集西式低温肉制加工特性与中式肉制品风味于一体，具有广阔的市场[1]9-10，其在国外尤其欧美等国家肉制品行业占主导地位，但在中国发展相对较晚，整体技术水平较低，产品品质不稳定。

目前，对西式火腿研究主要集中在配方、添加物对其品质的影响[1]27-45[2-5]和加工过程中工艺优化[6-8]，且加工工艺研究多集中在肉滚揉和腌制阶段，煮制阶段研究较少。冯宪超等[9]研究了射频加热和煮制加热对西式火腿品质和肌原纤维蛋白特性的影响，并未提出如何优化传统低温煮制工艺。文献[10-11]研究表明，煮制时间和温度对肉样剪切力有显著影响，但目前对西式火腿低温煮制时间和温度并没有科学的指导和理论的支持，工业加工主要停留在经验阶段，文献资料[12-14]基本以煮制温度为70～80 ℃下保持2～3 h为煮制终点。烹饪时间、温度和烹饪方法是影响烹饪品质最主要的因素[15]，不科学的加工工艺制得的西式火腿品质不稳定，重复性不高，无法指导工业化生产，为进一步提高品质降低成本，有必要对西式火腿煮制过程进行工艺优化。

Cox等[16]经过大量感官评价试验得出牛排烹饪过度比烹饪不足对顾客满意度影响更大，Yeung等[17]在豇豆烹饪特性的研究中提出相同观点，但对烹饪成熟与不足并未涉及科学合理的定位。随后，邓力提出了成熟值和过热值概念[18]，为食品成熟与品质控制提供了一种较为理想的评定方法，并指出过程传递—反应动力学—食品品质变化是烹饪的核心原理[19]。就热力学而言，食品是不稳定的。而根据食品品质建立动力学模型，能很好地反映食品在加热过程中发生的变化，已有研究[20]表明，零级或一级动力学可用于描述食品品质，测定得到动力学参数也可以应用于食品加工过程工艺分析、评价和优化。目前已有肉类(猪肉、鱼肉、鸡肉)、蔬菜类(蒜薹、菠菜、竹笋)和水产类(虾仁)等食品烹饪过程中品质变化动力学研究[21-25]。但针对西式火腿这种技术发展较晚的再制生食研究为空白，且因其组成成分和结构的特殊性，煮制过程中西式火腿品质变化是否符合动力学规律未知，肉类加热过程品质变化动力学参数无法直接引用。而西式火腿品质，就消费者而言，烹饪肉品颜色为满意度评定重要因素，肉的嫩度是要考虑的主要质量标准之一[26]。就企业而言，保证产品质量的条件下提高含水率可极大的提高产品产出率。

本试验拟以西式熏煮火腿为对象，测定其品质因子(颜色、剪切力和水分含量)在不同温度煮制不同时间的变化趋势，得到相应的动力学参数，为西式熏煮火腿工业化生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

西式火腿：主配料均购于贵阳花溪合力超市，参考文献[13]制作，主要经历原料修整切块、腌制、斩拌、灌制等过程。

1.1.2 主要仪器设备

电热恒温水浴锅：DK-92-Ⅱ型，天津市泰斯特仪器有限公司；

便携式色差仪：HOPG2132型，深圳汉谱光彩科技有限公司；

数显式肌肉嫩度仪：C-LM3B型，东北农业大学工程学院；

水分测定仪：MB90型，奥豪斯仪器(常州)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原材料处理 西式火腿制作过程保证低温，以防影响肉品质。将西式火腿最终样品放置于-18 ℃冰箱中冷冻储存，煮制前统一置于-4 ℃冰箱解冻8 h。煮制条件分别为70，73，76，80 ℃恒温水浴；样品颜色、水分含量、剪切力测定均从加热开始的第15 min取样，每隔10 min 取样1次，直至105 min截止；样品取出置于0 ℃冰水快速降温以阻止西式火腿内部传热形成的品质变化。

1.2.2 颜色测定 参照Rubio等[27]的方法，样品从冰水取出擦干，恢复至室温后切片，使用便携式色差仪选取3处表面颜色均匀无黑点部位进行颜色测定。L*表示亮度值；a*在此处表示红度值，选用标准白板为背景减少试验误差。

1.2.3 剪切力测定 采用数显式肌肉嫩度仪进行西式火腿肉片嫩度测定。取颜色测定后西式火腿切片，取表面均匀平整的火腿片切割成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm 长方体状，放置于载样处，测量并记录显示的剪切力值[28]，各个时间点测定3次取均值。

1.2.4 水分含量测定 样品的水分含量选用卤素快速水分测定仪测定，各个时间点测定3次求均值，该指标测定试验均采用同一仪器、相同质量样品以减小误差。

1.3 数据处理

1.3.1 反应级数确定 反应级数是推测反应机理的必要依据，主要确定方法有多种。本研究采用食品领域常用的积分法进行计算。其中零级反应动力学积分式为：

CA=CA0-kt，

(1)

式中：

CA——反应物A的浓度，具体单位根据实际测量物质确定；

t——反应时间，min；

k——反应速度常数，具体单位根据实际测量物质确定。

一级反应动力学积分式为：

lnCA=lnCA0-kt。

(2)

1.3.2 动力学参数计算 Arrhenius模型和z值模型为食品热处理领域两种常见模型。本文采用这两个模型计算西式火腿煮制过程中品质变化的动力学参数：D值、z值、反应速率k及反应活化能Ea值。西式火腿煮制过程中品质变化属于一级动力学反应时，通过式(2)求出反应速度常数k，并通过式(3)求出D值。

(3)

式中：

D——在特定温度下，食品品质变化一个对数周期所需要的时间，min。

z值的计算公式为：

(4)

式中：

z——D值变化一个对数周期所需要的温度，℃。

Arrhenius模型中，Ea值的计算公式为：

(5)

式中：

R——理想气体常数，8.314 J/(mol·K)；

T——温度，K；

k0——指数前置因子；

Ea——活化能，kJ/mol。

1.3.3 数据分析 测定结果的分析主要采用Excel软件，方法为最小二乘法，对西式火腿各品质指标的变化进行线性和非线性拟合，分别得到相关系数R2，各指标变化对一级反应拟合的平均系数大于相对应的零级反应R2时，根据式(3)计算出各指标不同温度下的D值。根据式(4)、(5)进行线性回归分析求出相应z值和Ea值。

2 结果与分析

2.1 颜色变化

烹饪肉类产品的颜色不仅可以反映食品成熟程度，而且可以提供食品质量属性的可靠信息，是消费者对食品的第一印象，极大影响消费者满意度。由图1可知，随煮制时间的延长，西式火腿L*、a*增加。L*值随煮制时间延长而增加主要是煮制过程汁液在肉表面的累积造成光反射的增强，而a*的变化与传统猪里脊肉油浴过程变化趋势相反，主要原因是西式火腿作为一种再制生食，为了增加销量，提高感官品质，在加工过程中会添加发色剂、护色剂等。

采用最小二乘法拟合西式火腿颜色变化。由表1可知，西式火腿在煮制过程中L*和a*的变化对一级反应拟合的平均系数均大于相对应的零级反应，表明其变化属于一级反应动力学，并根据式(3)求出对应D值。对其lgD-T进行线性回归，结合式(4)求得动力学模型参数z值如图2，得出西式火腿煮制过程中L*变化的z值为49.69 ℃，相关系数为0.894 6；a*变化的z值为 41.85 ℃，相关系数为0.951 0。并对其lnk-T-1进行线性回归，结合式(5)求得动力学模型参数Ea如图3，得出西式火腿煮制过程中L*变化的Ea值为46.73 kJ/mol，a*变化的Ea值为55.27 kJ/mol，相关系数为0.947 5。

2.2 水分含量变化

水分作为肉制品重要组成部分，其存在形式和状态直接影响肉制品嫩度[11]。煮制作为一种特殊烹饪方式有利于肉制品水分含量提高，达到更高产品产出率，是工业生产考虑的重要因素之一。但水分含量过高会导致微生物增长加剧，不利于后期储存，因此在西式火腿煮制过程中，水分含量作为表征过热的品质因子。由图4可知，随煮制时间的延长，西式火腿水分含量增加，且73，76，80 ℃ 最终水分含量基本相同，70 ℃最终水分含量较高。

采用最小二乘法拟合西式火腿水分含量变化。由表2 可知，西式火腿在煮制过程中水分含量的变化对一级反应拟合的平均系数均大于相对应的零级反应，表明该变化属于一级反应动力学，并根据式(3)求出其D值。对其lgD-T进行线性回归，结合式(4)求得动力学模型参数z值如图5，得出西式火腿煮制过程中中水分含量的变化的z值为44.45 ℃，相关系数为0.966 3。并对其lnk-T-1进行线性回归，结合式(5)求得动力学模型参数Ea如图6，得出西式火腿煮制过程中水分含量变化Ea值为52.22 kJ/mol，相关系数为0.968 8。

图1 西式火腿煮制过程颜色变化Figure 1 Changes of color during the cooking process of western-style ham

表1 不同温度煮制西式火腿L*和a*变化反应动力学参数Table 1 Kinetic parameters of L* and a* changes of western-style ham cooked at different temperatures

表2 不同温度煮制西式火腿水分含量变化反应动力学参数Table 2 Kinetic parameters of moisture content changes of western-style ham cooked at different temperatures

2.3 剪切力变化

长时间炖煮有助于溶解肌肉结缔组织，从而改善肉品嫩度[29]。剪切力作为一种客观测量肉类柔软度的方法，能更精确地反映食品品质变化[30]。因此，将剪切力作为西式火腿煮制过程中表征成熟的品质因子。由图7可知，西式火腿煮制过程中，随煮制时间的延长剪切力不断增加，且煮制一定时间后，70，73 ℃剪切力明显低于76，80 ℃，与肉低温长时烹饪能更有效改善其嫩度结论一致。

图2 西式火腿L*和a*变化的z值Figure 2 Curves of z values of changes of L* and a* in western-style ham

图3 西式火腿L*和a*变化的Arrhenius图Figure 3 Arrhenius diagram of changes of L* and a* in western-style ham

图4 西式火腿煮制过程水分含量的变化Figure 4 Changes of moisture content during the cooking process of western-style ham

图5 西式火腿水分含量变化的z值Figure 5 Curves of z values of changes of water content in western-style ham

图6 西式火腿水分含量变化的Arrhenius图Figure 6 Arrhenius diagram of changes of moisture content in western-style ham

图7 西式火腿煮制过程剪切力的变化Figure 7 Changes of shear force during the cooking process of western-style ham

猪里脊肉在烹饪过程中，剪切力变化趋势与此基本一致，但西式火腿煮制过程剪切力值明显低于猪里脊肉油浴过程中剪切力，主要原因是西式火腿属于再制生食，其组成成分与原生肉结构有很大区别[23]。

采用最小二乘法拟合西式火腿剪切力变化。由表3可知，西式火腿在煮制过程中剪切力的变化对一级反应拟合的平均系数均大于相对应的零级反应，表明该变化属于一级反应动力学，同理，可求出其对应D值。对其lgD-T进行线性回归，结合式(4)求得动力学模型参数z值如图8，得出西式火腿煮制过程中剪切力变化的z值为34.81 ℃，相关系数为0.953 7。并对其lnk-T-1进行线性回归，结合式(5)求得动力学模型参数Ea如图9，得出西式火腿煮制过程中剪切力变化Ea值为66.69 kJ/mol，相关系数为0.955 8。

表3 不同温度煮制西式火腿剪切力变化反应动力学参数Table 3 Kinetic parameters of shear force changes of western-style ham cooked at different temperatures

图8 西式火腿剪切力变化的z值Figure 8 Curves of z values of changes of shear force in western-style ham

图9 西式火腿剪切力变化的Arrhenius图Figure 9 Arrhenius diagram of changes of shear force in western-style ham

3 结论

西式火腿煮制过程中亮度值、红度值、水分含量和剪切力的变化均属于一级反应动力学。试验结果表明，煮制过程中，表征西式火腿成熟的品质因子(颜色、剪切力)和表征过热的品质因子(水分含量)的变化均遵循一级反应动力学。且亮度值和红度值的z值分别为49.69，41.85 ℃，Ea值分别为46.73，55.27 kJ/mol；剪切力的z值为34.81 ℃，Ea值为66.69 kJ/mol；水分含量的Ea值为52.22 kJ/mol，z值为44.45 ℃，大于剪切力和红度值的z值。成熟品质因子的z值小于过热品质因子z值，符合烹饪操作优化的要求，证明在西式火腿煮制过程中存在优化空间，可通过调整加工工艺改善西式火腿品质。

动力学参数的准确测定，可以更好地预测食品加热过程中品质变化，有利于企业更科学的设计热源供应，降低生产成本，提高产品品质。本研究对西式火腿煮制过程中亮度、红度、水分含量和剪切力4个指标的动力学参数进行测定，为推进西式火腿产业化生产提供基础数据，后续将在此基础上针对西式火腿煮制条件不统一和品质不稳定等问题进行工艺优化。