胡萝卜丁预干燥改善复合肉脯感官品质及干燥特性

阮征，杨兴菊，李汴生，李丹丹

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510640）

肉脯是我国传统的肉类调味干制品，相较于其他肉制品，具有高蛋白、低脂肪、食用和携带方便等优点，并且滋味咸中微甜，带有焙烤的焦香和天然香辛料的风味，是一种备受广大消费者喜爱的休闲零食[1]。当下随着人们对于健康饮食关注度的不断提高，果蔬元素被广泛应用于动物性食品中，增加其营养价值，同时改善口感和风味[2,3]。胡萝卜是人们经常食用的植物性食物，除含有多酚、维生素、膳食纤维等果蔬中常见的生理活性物质外，其可食部分中富含胡萝卜素（2.1~4.2 mg/100 g），胡萝卜素又被称为维生素A原，是人体内VA的重要来源，其中又以β-胡萝卜素的VA转化效价最高。此外，β-胡萝卜素还具有抗氧化、增强免疫力、肿瘤的预防和治疗等功效[4]。

近年来国内外报导了大量关于胡萝卜复合肉制品的研究，主要基于复合香肠、复合肉丸和肉糜脯三种产品形式，肉糜脯作为半干肉制品，加工过程中除了关注肉糜的加工特性还需要进行干燥处理。Sanjay等将干制的胡萝卜渣和麦麸加水打浆，过滤去除液体后于58 ℃±2 ℃下干制成渣，再与鸡肉糜混合灌肠，于沸水中煮制30 min制成胡萝卜渣鸡肉肠[5]；莫开菊等将新鲜胡萝卜直接打浆与猪肉糜混合制成复合肉糜脯，通过微波烘烤工艺节约干燥时间和能耗[6]；詹飞丽等将新鲜胡萝卜和菠菜榨汁与鸡肉糜混合，于50 ℃和65 ℃分段干燥成半成品，再经烤制熟化制成双色鸡肉糜脯[7]。现有的研究主要关注原料的种类和添加量、复合方式、干燥工艺等方面对复合肉脯品质的影响，主要复合方式是将胡萝卜以汁、浆、泥、渣等形式添加入肉脯中。然而，形成的复合肉脯胡萝卜风味和口感不突出，无法在外观上体现胡萝卜原本的状态。部分研究以颗粒状胡萝卜进行添加，却忽视了干燥过程中胡萝卜和肉糜的物料特性存在差异，干燥速率不同从而导致复合肉脯出现裂纹、水分分布不均等问题。因此市售的胡萝卜肉脯大多为胡萝卜味、胡萝卜汁肉脯，缺乏胡萝卜颗粒形态完整的产品。

本研究关注复合肉脯中胡萝卜和肉糜干燥特性的差异，将预处理至不同水分含量的胡萝卜丁与肉糜混合制备复合肉脯，评价胡萝卜丁预干燥处理对复合肉脯感官品质的影响，研究干燥过程中水分的迁移和变化，为胡萝卜丁复合肉脯的开发和工艺改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

市售新鲜猪后腿肉（肥瘦比为 1:5，湿基含水量74.30%±0.34%）、新鲜胡萝卜（湿基含水量为91.75%±0.50%）、白砂糖、食盐。

1.2 仪器与设备

电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9070A），上海申贤恒温设备厂；小型家用绞肉机（S18-A928），九阳股份有限公司；家用小型全自动搅拌机（CM-1200），中山卡士电器有限公司；单反相机（EOS 800D），佳能（中国）有限公司；便携式色差仪（CR-400），日本Konica Minolta公司；物性测定仪（TA.XT.Plus），英国Stable Micro System公司；水分活度仪（Series 3TE），美国Aqulab公司；低场核磁共振仪（Micro MR），上海纽迈电子科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 胡萝卜丁预处理

新鲜胡萝卜洗净去皮，切分为6 mm的立方体丁状，于100 ℃沸水中烫漂2 min，料液比为1:10。沥干冷却后在0.3 g/mL的蔗糖溶液中腌渍12 min（渗糖含量为450 mg/g干重），沥干腌渍液，此时胡萝卜丁的水分含量为83.6%±0.2%。再于65 ℃恒温干燥箱中干燥至水分含量为70%、50%、30%和10%（单次装载量为干重0.061 kg）。密封后保藏于4 ℃下备用。干燥过程中每隔 30 min取样，测定胡萝卜丁的水分含量，绘制干燥曲线并进行方程拟合。

1.3.2 肉糜制备方法

新鲜猪肉切除脂肪、猪皮、结缔组织，顺着猪肉纹理纵切成小块，绞肉机搅碎（高速模式搅打10 s），拌入蔗糖和食盐混合均匀（蔗糖、食盐质量占比分别为20%，2%），密封静置2 h。该方法制备的猪肉糜水分含量为56.0%±0.5%。

1.3.3 复合肉脯制备工艺

将 1.3.1方法得到的不同水分含量的胡萝卜丁按照干重占比为20%添加入1.3.2方法所得的肉糜中，采用搅拌机的中式面团模式搅拌 8 min，使肉糜与胡萝卜丁混合均匀，按照8 g肉糜当量精准称量（每片肉脯实际含肉糜2.82 g DW，胡萝卜丁0.70 g DW）制作复合肉脯（模具直径为40 mm，厚度5 mm）。脱模后于65 ℃恒温干燥至水分活度降至0.7以下（单次装载量为干重0.053 kg），再置于180 ℃下烘烤3 min进行熟化。本方法制备的复合肉脯水分活度降至0.7以下，可以有效抑制绝大多数微生物的生长，延长复合肉脯样品的保藏时间。

1.3.4 外观和色差值的测定

取干燥终点（水分活度达0.7）的复合肉脯样品，采用单反相机拍摄外观，CR-400全自动色差仪的CIE-LAB模式测定肉脯表面的色差值，每个样品平行测定6次。

1.3.5 剪切力的测定

取干燥终点的样品，参考Ji-Hun Choi等的方法[8]进行测定，将复合肉脯沿圆面中轴位置修剪成长 30 mm、宽10 mm的条状，选用Warner-Bratzler剪切刀片组件，样品垂直平放在刀片下方，沿刀片垂直方向调整位置，保证每次恰好切中1粒胡萝卜丁，参数设定如下：测中速度2 mm/s，测后速度10 mm/s，距离80 mm。每个样品平行测定6次。

1.3.6 感官评定

表1 复合肉脯的感官评定标准Table 1 Sensory evaluation criteria of composite jerky with diced carrot

感官评定小组由 10位受过专业培训的评定员组成，参考李玉邯和刘欣等的方法[9,10]进行双盲实验。取干燥终点的样品，按照表1进行感官评定。

1.3.7 水分指标测定

分别测定干燥过程中的复合肉脯、分离的肉糜和胡萝卜丁的水分含量和水分活度。水分含量的测定参考GB 5009.3-2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法。水分活度的测定参考GB 5009.238-2016《食品水分活度的测定》中水活仪扩散法。

1.3.8 水分迁移特性

复合肉脯样品于干燥前、样品整体水分活度达0.7以及内部胡萝卜丁水分活度达0.7时，分别进行低场核磁共振（LF-NMR）和核磁共振成像（MRI）检测。

LF-NMR检测[11,12]：采用低场核磁共振检测复合肉脯干燥过程中水分移动性和分布状态的变化，利用CPMG脉冲序列测定横向弛豫时间（T2）。设备温度稳定在32±0.05 ℃，质子共振频率SF=20 MHz，采样频率 SW=200 kHz，模拟增益 RG1=5 db，采样点TD=230，前置放大倍数 PRG=1，采样等待时间TW=3500 ms，累加次数NS=8。

MRI检测[12]：采用核磁共振成像检测复合肉脯干燥过程中水分的动态分布，利用自旋回波（SE）序列测定质子密度加权图像。设备温度稳定在32±0.05 ℃，FOVRead=100 mm，FOVPhase=100 mm，RFA90=2.8%，RFA180=5.2%，K空间分辨率=156×192，重复时间 TR=500 ms，回波时间 TE=5.9 ms，激励次数Averages=4。

1.3.9 耗能计算

单位耗能是评价干燥工艺的重要指标，表示从物料中蒸发出一定质量的水分所消耗的能量。参考方申柱的方法[13]，分段计算单位质量（kg，干重）胡萝卜丁预干燥和复合肉脯干燥过程的能耗，根据干重占比换算得到干燥过程的总耗能。单位耗能（unit energy consumption，UEC，单位：kW·h/kg）计算公式如下：

式中：t为干燥时间（h）；P为恒温干燥箱功率（W）；M0为初始含水率（%）；m0为初始重量（kg）；Mt为 t时刻的含水率（%）。

1.3.10 数据处理与分析

实验数据用Origin 9.1和SPSS 22.0处理，其中采用皮尔逊Pearson法进行相关性分析，p<0.05为显著相关，p<0.01为极显著相关；采用Duncan's新复极差分析法进行显著性分析，置信区间取95%。

2 结果与分析

2.1 胡萝卜丁干燥曲线及拟合方程

图1 胡萝卜丁的干燥曲线及拟合曲线Fig.1 Drying and prediction fitting curve of diced carrot

图1为干燥过程中胡萝卜丁的干燥曲线及拟合形成的预测曲线，胡萝卜丁的湿基含水率随干燥时间递减，干燥速率先增大后减小。预测曲线f(x)=78.5475+0.17956x-0.00334x2+0.0000067x3，R2=0.995，与实测曲线重合程度较高，说明在1.3.1所述实验条件下该拟合方程可通过干燥时间有效预测胡萝卜丁水分含量。

2.2 复合肉脯外观和色差值

外观是食品最直观的感官品质，直接影响消费者的可接受程度。文中分别以 D70、D50、D30、D10代表添加了预干燥至水分含量为 70%、50%、30%、10%的胡萝卜丁的复合肉脯样品，ND代表添加了未经干燥的胡萝卜丁的复合肉脯样品。

由图2可以看出，ND组样品表面不平整，肉糜和胡萝卜丁之间出现孔隙和裂纹，而经过预干燥的D70、D50、D30和D10组形态得到明显的改善，表面光滑，无肉眼可见的孔隙和裂纹。出现这一现象的原因是不同物料之间由于物质组成、结构差异而导致干燥特性存在差异，干燥过程中新鲜的胡萝卜丁和肉糜随水分的蒸发物料体积收缩，从而分离形成孔隙和裂纹，而经过预干燥处理的胡萝卜丁体积收缩，与肉糜混合后适度复水膨胀，一方面使得两者之间的结合更紧密，另一方面促进两者之间的物质尤其是水分的交换。

由表2可知，添加预干燥胡萝卜丁的复合肉脯的亮度值L*显著大于ND，红度值a*和黄度值b*显著小于ND，与图2显示的外观观察结果一致。造成这一结果的原因可能是胡萝卜丁经过预干燥的复合肉脯样品形态较完整，表面平整光泽度高，有较大的 L*值；同时相较于 ND，胡萝卜丁暴露在肉脯表面的面积小，表现出较小的a*值和b*值。

图2 复合肉脯的外观Fig.2 The appearances of composite jerky

表2 复合肉脯的色差值Table 2 Color values of composite jerky

表3 复合肉脯的剪切力Table 3 The shearforce of composite jerky

表4 胡萝卜丁水分含量与干燥时间及复合肉脯感官指标的相关性分析Table 4 Correlation between moisture content of diced carrot and drying time, sensory indicators of composite jerky

2.3 复合肉脯剪切力

剪切力可用于衡量肉脯的硬度，是评价肉脯品质优劣的重要指标[14]。由表3可知，添加不同水分含量胡萝卜丁的复合肉脯剪切力范围为 19.36~24.34 kg·sec，按递减排序为：ND>D10>D30>D50>D70，但是添加不同水分含量胡萝卜丁对复合肉脯的剪切力影响不明显（p>0.05），表明添加的胡萝卜丁的干燥程度对最终复合肉脯的硬度影响不大。研究发现猪肉脯剪切力受其整体水分含量的影响，在烘烤过程中随水分含量降低剪切力显著增加，复合肉脯干燥后水分含量在10%~40%之间，剪切力为3.5~5.0 kg·sec[15]，本研究中测定的复合肉脯干燥终点控制在相同水分条件下，因此硬度相当。

2.4 感官分析

图3 复合肉脯的感官评定分值Fig.3 Sensory evaluation scores of composite jerky

由图3可知，与ND相比，D70、D50、D30和D10的口感和组织状态得到了明显的改善；D70、D50和D30的质地优于ND，但干燥程度较高的D10质地得分比ND低，说明胡萝卜丁水分含量过低也会对复合肉脯的质地产生不利影响；除D70外，其余干燥处理组的香气得分均高于ND；除D70外，其余干燥处理组的色泽得分均低于ND，这一结果与图2反映的观察结果相一致。研究发现添加4%~8%的洋葱粉可以改善复合肉脯的感官评价，并降低复合肉脯的 POV值[9]，添加40%以下含量的2~3 mm质构化小麦蛋白可以改善复合肉脯的感官品质[9,10]，本研究发现添加不同干燥程度的胡萝卜丁也会影响复合肉脯各项感官得分，胡萝卜丁预处理至水分含量为30%~70%时，可以显著增加复合肉脯的感官总分值。

2.5 相关性分析

复合肉脯所体现的感官品质是各项感官指标综合作用的结果，表4显示了复合肉脯各项感官指标和预干燥胡萝卜丁的水分含量之间的相关性。可以看出，复合肉脯的b*值、色泽与胡萝卜丁水分含量呈显著正相关（p<0.05），与表2和图3的结果相一致。胡萝卜丁预干燥水分含量与其干燥时间呈极显著负相关（p<0.01），相关系数r1=-0.991，与复合肉脯的干燥时间呈显著正相关（p<0.05），r2=0.943，说明胡萝卜丁的预干燥程度显著影响胡萝卜丁预干燥和复合肉脯的干燥速率，因此探究添加前胡萝卜丁的预干燥程度对优化复合肉脯干燥工艺具有重要意义。

2.6 胡萝卜丁复合肉脯的干燥特性

图4a为复合肉脯干燥过程中湿基含水量的变化，变化分为两个阶段，干燥初期水分含量下降较快，后期下降速度放缓，曹叶萍等研究温度对猪肉脯干燥曲线的影响也得到类似的结论[15]。原因是因为干燥初期样品整体水分含量高，与环境水分分压差大，有利于样品中的水分向环境中扩散，同时样品潮湿表面先受热水分快速蒸发，内部升温慢，水分蒸发也相对较慢，与样品表面形成水分梯度，推动水分由样品内部向表面扩散，故干燥速率相对较大；后期样品内外水分分压差减小，且随着干燥时间的延长复合肉脯表面干结阻碍水分向外迁移，最终导致干燥速率减小。

图 4b中复合肉脯吸湿等温线揭示了干燥过程中水分活度随水分含量变化的规律，由图可以看出，干燥前，添加不同水分含量胡萝卜丁的复合肉脯的水分活度存在明显差异，ND>D70>D50>D30>D10，但是干燥过程中在同一水分含量条件下，不同处理组之间的水分活度无明显差别，吸附等温线变化趋势趋于一致。

图4 复合肉脯的干燥曲线（a）和吸湿等温线（b）Fig.4 Drying curves and moisture sorption isotherms of composite jerky

图5 复合肉脯干燥过程肉糜和胡萝卜丁水分含量的变化Fig.5 Drying curves of separated meat paste and diced carrot in composite jerky

干燥过程中复合肉脯作为一个整体与环境进行水分交换，其中肉糜和胡萝卜丁之间也进行水分的动态迁移，干燥处理会加速这一系列迁移过程。图5进一步揭示干燥过程中水分在肉糜和胡萝卜丁之间的迁移规律，ND、D70和D50中胡萝卜丁的水分含量始终高于肉糜，两者均符合干燥速率先快后慢的变化规律，但两者水分含量差值先变大再变小，说明干燥初期肉糜中的水分蒸发速率高于胡萝卜丁；D30和D10中两者的干燥曲线在干燥初期有交叉，干燥前胡萝卜丁水分含量低于肉糜，干燥初期水分迅速向胡萝卜丁中迁移，使得1 h时胡萝卜丁水分含量反而高于肉糜，1 h后的变化规律与ND、D70、D50类似。干燥开始1 h内完成水分交换后，肉糜和胡萝卜丁之间始终存在水分含量差，胡萝卜丁干燥脱水较肉糜呈现滞后现象。胡萝卜丁和肉糜之间进行水分的相互交换，同时也会引起水溶性蛋白质、水溶性维生素、氨基酸等的相互渗透，物质的迁移渗透使得胡萝卜丁和肉糜结合更加紧密，风味更加和谐。

2.7 复合肉脯水分状态的变化

图6 不同水分含量的胡萝卜丁对复合肉脯干燥前后T2弛豫时间的影响Fig.6 Influences of diced carrot moisture content on T2 relaxation times of composite jerky

低场核磁共振技术可以对样品进行实时的无损检测，分析样品中水分的状态和空间分布信息。水分是新鲜肌肉组织中含量最高的化学组分，根据其不同存在状态，可将肉与肉制品中的水分分为结合水、不易流动水和自由水，分别为与肉中大分子相互作用结合紧密的水、肌原纤维和网状组织中的水以及细胞外间隙中的水，对应的T2值范围依次为T21（1~10 ms）、T22（10~100 ms）、T23（100~1000 ms），其对应的曲线下面积 A21、A22和 A23表示各状态水分的相对含量[11,15,16]。由图6可以看出，干燥前复合肉脯T2主要集中在10~1000 ms之间，水分的自由度相对较高，且添加的胡萝卜丁水分含量越高，复合肉脯在 100~1000 ms内的自由水相对含量越高；干燥后T2值均减小，此时自由水相对含量大幅降低，结合水和不易流动水相对含量增加，成为复合肉脯中水分的主要存在状态。由于物料性质存在差异，干燥过程中被肉糜包裹的胡萝卜丁水分比肉糜更难脱除，因此在复合肉脯整体水分活度达到0.7之后，需要进一步干燥处理，使T2值继续减小，才能确保胡萝卜丁的水分活度降至0.7。

在Zhang等关于猪肉肠低温发酵的研究中，发现随发酵时间延长猪肉肠的T2值减小，自由水和不易流动水的相对含量不断下降，并且猪肉肠中脂肪含量越低，发酵后样品中水分的自由度越低，林婉瑜等关于鱼糜的研究发现热处理会使鱼糜的T2值减小，降低样品中水分的自由度，同时食盐的添加量对自由水含量有显著影响，因此适当的前处理和添加物可以有效改善肉制品的持水性[17,18]。

表5 复合肉脯干燥过程总耗能Table 5 Energy consumption during drying process of composite jerky

2.8 复合肉脯水分分布的变化

图7 复合肉脯的质子密度加权图Fig.7 The proton density weighted images of composite jerky

图7为复合肉脯添加JET伪彩的质子密度加权图像，可以直观地反映样品中氢质子的分布状态[12]。在复合肉脯体系中，除了水分之外，氢质子信号还可由蛋白质、糖类、脂肪等含有氢质子的成分产生[16]，图7中同一列图像为同一样品干燥过程中测得，因此其氢质子变化主要由水分变化引起，可以看作是水分变化。由图7可知，复合肉脯干燥前水分较为均匀地分散其中，干燥后水分含量明显降低，且主要以斑块状分布在样品中心部位，结合图5的结果可知此时水分含量高的斑块区域为胡萝卜丁，说明靠近中心部位的胡萝卜丁水分较肉糜和边缘部位的胡萝卜丁更难脱除。对比添加不同水分含量胡萝卜丁的复合肉脯，干燥前ND和D10由于肉糜和胡萝卜丁水分含量差大，故在图像中形成清晰界限，易于区分，而 D70、D50和D30分散较为均匀；干燥后D70、D50、D30和D10除水分较为集中的斑块区域，其余部位分布均匀，而ND水分主要集中在中心部位，边缘部位水分含量极低，几乎与环境一致，水分分布差异使得ND的口感和组织状态劣于干燥处理组（图3）。这与王召君等关于南酸枣糕烘干过程中水分变化的研究结果相似，干燥过程中样品水分并非均匀一致向外迁移，内部迁移速率低于表层，导致干燥后NMR图像中氢质子主要集中在样品内部[19]。这说明凝胶类样品干燥过程中仅关注整体水分含量和水分活度是远远不够的，还需要关注水分迁移和变化的规律，核磁共振成像可以有效监测干燥过程中样品整体和局部水分的分布。

2.9 复合肉脯干燥耗能

由表5可知，随添加的胡萝卜丁水分含量的减小，复合肉脯干燥总耗能（包括胡萝卜丁预处理耗能）依次递减。相对于ND组，胡萝卜丁预干燥至水分含量为 10%~70%可以使复合肉脯的干燥总耗能降低至69.53%~89.73%，说明胡萝卜丁预干燥处理可以有效节约整个干燥过程的能耗。另外，D30和D10之间的相对耗能无显著差异（p>0.05），说明胡萝卜丁干燥至一定程度后再降低水分对减少总耗能贡献不大，同时过度干燥还会降低复合肉脯的色泽和质地得分（图3），对感官品质造成不利影响。胡萝卜丁单独干燥的速率远高于其在混合肉糜中的干燥速率，胡萝卜丁预干燥以脱除部分水分，可以有效减少复合肉脯干燥所需脱除的水分，同时复合肉脯干燥前期水分在肉糜和胡萝卜丁之间的迁移可以加速水分的平衡。本研究通过控制工艺条件来改变复合肉脯的干燥能耗，有研究显示通过控制样品尺寸、改变环境中温湿条件以及冷冻、真空等辅助干燥方法也可以有效缩短干腌肉制品的干燥时间，提高生产效率[20]。

3 结论

添加新鲜胡萝卜丁的复合肉脯干燥过程中会因为物料性质差异而造成干裂、水分分布不均等品质劣化问题。研究发现，胡萝卜丁的预干燥处理可以显著改善复合肉脯的外观形态、口感和组织状态，提高复合肉脯的光泽度和持水性，且不影响复合肉脯的硬度，但预干燥的水分含量低于 30%会降低色泽和质地评分。添加预干燥的胡萝卜丁可使复合肉脯整个干燥过程中的能耗降低至对照组的69.53%~89.73%，随添加的胡萝卜丁水分含量的减小，复合肉脯干燥总耗能依次递减，但D10组的干燥总耗能相较于D30变化不显著。复合肉脯的感官品质是各项感官指标的综合体现，胡萝卜丁过度预干燥不仅会对复合肉脯的感官产生不良影响，降低符合肉脯的持水性，还会降低干燥效率，造成能源的浪费。本研究发现，当胡萝卜丁的预干燥水分含量为30%时，制得的复合肉脯感官较优，且可以最大程度地节省约30%的能耗。实际加工过程中，如果需要综合考虑复合肉脯的各项品质特性和干燥能耗，则可通过预干燥处理将胡萝卜丁的水分含量控制在30%左右。