香肠脂肪氧化动力学特性及温度对其影响研究

王 强

(重庆第二师范学院生物与化学工程系，重庆 400067)

近年来，动物脂肪的开发和利用已成为动物性食品综合利用方面新的增长点之一，被誉为是我国畜牧业发展过程中潜在的“价值洼地”。脂肪不仅赋予产品特殊风味、优良质地以及良好的感官特性[1]，而且也是人体能量、必需脂肪酸和脂溶性维生素的主要来源，其在人群营养膳食中的地位不言而喻。然而，氧化是动物脂肪在实际应用过程中不可避免要发生的化学反应，它直接制约着动物体脂的开发和利用。经过酶促和非酶促氧化后的动物脂肪不仅会导致产品酸价等指标升高，产生的挥发性小分子物质还会使火腿等高脂肉制品发生酸败而失去原有风味，这些后果直接影响着香肠或重组肉等高脂肉制品的质量与品质[2]。

中式香肠的氧化程度受多方面因素的决定，如原料肉的组成、温度、氧气、pH值；其中温度决定了氧化反应中自由基产物的种类和生成速率[3]。国内外的最新研究发现，香肠等高脂肉制品的异味和变质更多是由于氧化影响因素(如温度等)所引起的，并非由微生物活动主导[4]，并且有研究显示高脂肉制品在贮藏过程中的品质变化与其生化反应的速率常数和活化能等动力学特性有关[5-6]。目前，国内外的学者逐渐开始对肉制品的氧化和腐败动力学模型展开一些研究工作[6-8]，但有关香肠中动物脂肪在贮藏过程中品质变化的动力学特性研究尚未见报道。本实验通过对动物脂肪在贮藏过程中过氧化值(POV)、挥发性盐基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反应物(TBARs)的研究，建立香肠中POV、TVB-N和TBARs随贮藏温度和时间变化的动力学模型，为预测和控制香肠制品品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

新鲜猪背膘、皮下脂肪等原辅料 市售。

2-硫代巴比妥酸(生化试剂)、三氯乙酸(TCA) 美国Sigma-Aldrich公司；其他试剂均为国产分析纯；所用水为双蒸水；所用溶液均自行配制。

LHS-250SC电热恒温培养箱、DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱、DK-8D三孔电热恒温水槽 上海齐欣科学仪器有限公司；FA2004A型分析天平 上海精天科贸有限公司；DZ600/2S真空封口机 上海人民包装有限公司；UV-2450紫外-可见分光光度计 日本岛津公司。

1.2 方法

1.2.1 香肠制作的工艺流程[9]

1.2.2 贮藏条件及指标测定

中式香肠制成，立即装于无菌塑料食品包装袋中，并迅速用包装机热封口。将各组样品分别于设定温度(278、288、298、308、318K)中贮藏。定期对中式香肠的过氧化值(POV)、挥发性盐基氮(TVB-N)和硫代巴比妥酸反应物(TBARs)进行检测。每次检测随机抽样3袋，取平均值。

1.2.2.1 POV测定

样品处理按GB/T 5009.44—2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》规定的方法操作[10]，POV按GB/T 5009.37—2003《食用植物油卫生标准的分析方法》规定的方法测定[11]。

1.2.2.2 TVB-N含量测定

样品捣碎搅匀，称取10g，置于锥形瓶中，加50mL水，浸渍30min后过滤，取滤液按GB/T 5009.44—2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》微量扩散法测定TVB-N含量[10]。结果以每100g样品中所含氮的毫克数表示。

1.2.2.3 TBARs测定

参照Racanicci等[12]方法进行：由7.5%三氯乙酸、0.1%乙二胺四乙酸、0.1%丙烷混合配制成TCA溶液，并称取15g TCA结晶体加入到5g脂肪样品中均匀混合，并在漩涡振荡器上振荡1min，然后在13500r/min离心45s，取出后过滤。在5g TCA结晶体中加入5mL 0.02mol/L的TBA溶液，手摇使之均匀混合，在90℃水浴锅中静置40min，使之充分反应。分别在532nm和600nm波长处测定吸光度。TBARs表示为 “mg丙二醛/kg脂肪”。

1.2.3 中式香肠氧化预测模型

1.2.3.1 中式香肠氧化动力学模型

一般认为，如果食品的某种品质的变化是由化学反应引起的，其反应产物浓度随时间变化而降低或升高。一级动力学模型是目前评价肉制品品质变化动力学特性研究中最常用的模型[13]。

式中：t为食品贮藏时间/d；At为食品贮藏第t天时的品质指标值；k为食品品质变化速率常数；n为动力学模型的级数，其中当n=1时为一级动力学模型方程。将各个评价指标的贮藏时间t和评价指标分别代入动力学模型方程式(2)中，作At-t图并进行一级动力学模型拟合，得动物脂肪的动力学模型方程。

1.2.3.2 Arrhenius方程

反应速率常数(k)是温度的函数，采用阿伦尼乌斯(Arrhenius)方程可以描述温度对速度常数的影响。

式中：k0为频率因子；Ea为活化能/(J/mol)；R为通用气体常数，R=8.314J/(mol·K)；T为绝对温度/K。

式(3)说明温度常数是绝对温度的指数函数。将各个评价指标的温度T和动力学模型所得k值分别代入Arrhenius方程，作k-T图并进行Arrhenius方程拟合[14]。

1.2.4 数据统计分析

2 结果与分析

香肠中动物源脂肪中含有较多的不饱和脂肪酸，其氧化过程是影响香肠中脂肪品质和贮存期的主要因素。有研究[15-16]表明，测定过氧化值和硫代巴比妥酸反应物可反映脂肪氧化过程中自由基的释放量，可有效反映肉制品中脂肪的氧化程度。同时，肉制品中TVB-N水平与鲜度感官评价之间有着相当高的相关性，被广泛用于评价肉制品的新鲜程度[17]。因此，本研究选择POV、TVB-N和TBARs作为中式香肠氧化状况的评价指标。

2.1 香肠氧化动力学模型分析

化学反应动力学模型在食品保鲜和预测货架期等研究中已经得到了广泛的应用[18-19]。在食品加工和保存过程中，大多数与食品有关的品质变化都遵循零级或一级反应模式，由于一级动力学的决定系数高于零级，因此一级反应动力学模型被广泛用于研究[20]。本研究通过一级动力学指数方程(相关参数见表1)对贮藏过程中中式香肠的POV、TVB-N和TBARs评价指标的变化进行拟合后发现，中式香肠在贮藏初期POV、TVB-N和TBARs参数值较低，随时间的变化，不同温度下香肠脂肪氧化反应动力学模型的差异较大(图1～3)。低温时(278、288、298K)，POV、TVB-N和TBARs在贮藏过程中随贮藏时间的延长指标变化不显著(P＞0.05)；但是高温(308、318K)条件下评价指标的变化随贮藏时间呈现逐级增大的趋势，且后期提高的趋势显著高于前期(P＜0.05)，这与Zhang等[16]的研究结论一致。由此可以看出，随着贮藏温度的升高，香肠中脂肪氧化程度与温度正相关，且高温下生化反应速率常数增大(P＜0.05)。

表1 中式香肠不同贮藏温度下一级反应动力学模型的相关参数Table 1 Frst-order kinetic parameters for the POV, TVB-N and TBARS of sausages under different storage temperatures

图 1 一级动力学模型下贮藏时间对中式香肠POV的影响Fig.1 Effect of storage time on the POV of sausages, followed a fi rstorder kinetic model

图 2 一级动力学模型下贮藏时间对中式香肠TVB-N含量的影响Fig.2 Effect of storage time on the TVB-N of sausage, followed a fi rstorder kinetic model

图 3 一级动力学模型下贮藏时间对中式香肠TBARs的影响Fig.3 Effect of storage time on TBARs of sausages, followed a fi rstorder kinetic model

温度对反应速率的影响集中反映在对速率常数的影响上，其具体表现为Ea[14,16]。中式香肠的POV、TVB-N和TBARs变化的速率常数k是温度T的函数，对278、288、298、308、318K贮藏条件下得到的中式香肠的POV、TVB-N和TBARs变化的速率常数k与贮藏温度T的函数关系进行Arrhenius方程拟合，结果见图4。说明Arrhenius方程能较好的反映中式POV、TVB-N和TBARs评价指标随温度的增加而反应速率增大的趋势。

图 4 中式香肠POV、TVB-N、TBARs变化的Arrhenius拟合方程Fig.4 Arrhenius plot for the formation of POV, TVB-N and TBARs in sausages

回归分析得到的反映中式香肠贮藏过程中品质变化的指标的Arrhenius方程、活化能Ea和相关系数(R2)，见表2。由拟合的Arrhenius曲线计算出活化能(Ea)。结果表明，中式香肠POV、TVB-N和TBARs变化的Ea分别为37.68、41.34、51.38kJ/mol。不同评价指标的Arrhenius方程的相关系数均大于0.96，R2较大说明总体线性关系较好，表明Arrhenius方程具有很高的拟和精度。

表2 中式香肠品质评价指标的Arrhenius方程Table 2 Arrhenius equation for the POV, TVB-N and TBARs of Chinese sausage

2.2 模型拟合度的评价

为进一步评价一级动力学模型的拟合效果，对29个样品的POV、TVB-N、TBARs指标按照模拟环境下进行验证，以相关系数(R2)作为拟合度的评价参数，R2越接近于1，说明拟合度越好，模型预测的精度也越高。由图5可知，POV、TVB-N、TBARs三者的一级动力学模型的预测值与实验值接近，相关系数(R2)均大于0.96，其中，POV和TVB-N实验值与模型预测值最接近，TBARs值的相关性略低于前二者，推测这与TBARs值更易受温度影响的原因有关[21]。因此，本研究建立的贮藏期动力学预测模型可应用于香肠在贮藏过程中动物源脂肪氧化状况的预判。

图 5 一级动力学模型实验值和预测值的分布图Fig.5 Good agreement between actual and predicted values from fi rstorder kinetic models

3 结 论

3.1 不同贮藏温度下中式香肠的POV、TVB-N、TBARs等评价指标随贮藏时间的延长而不断增加；随着温度的升高，POV、TVB-N、TBARs变化幅度增大，香肠中脂肪氧化程度与温度正相关，且高温下生化反应速率常数显著增大(P＜0.05)，指标变化符合一级动力学模型。

3.2 中式香肠POV、TVB-N、TBARs变化的Ea分别为37.68、41.34、51.38kJ/mol；同时得到Arrhenius方程和一级化学反应动力学方程的相关系数均大于0.96，说明得到的方程具有较高的拟合精度，本研究建立的贮藏期动力学预测模型可应用于香肠中动物源脂肪氧化状况的预判。

3.3 在温度条件稳定的状态下，通过建立的相关动力学模型，可以为中式香肠的贮藏运输过程中温度、品质变化的预测以及评估提供理论依据；结论也对下一步研究变温条件下香肠品质动力学提供参考。

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