一種用于快速確定超聲波輔助腌制時(shí)牛肉鹽分含量的模型及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于快速確定超聲波輔助騰制時(shí)牛肉鹽分含量的模型及其應(yīng)用。通過 對超聲波強(qiáng)度及超聲波輔助騰制動(dòng)力學(xué)分析，得到快速確定超聲波輔助騰制時(shí)牛肉中鹽含 量的方法。此外本發(fā)明將超聲波強(qiáng)度與牛肉中化C1擴(kuò)散系數(shù)建立函數(shù)曲線，可用于計(jì)算不 同超聲波強(qiáng)度下的化C1擴(kuò)散系數(shù)，由此可進(jìn)一步計(jì)算牛肉中的化C1含量。該方法操作簡 便，有利于企業(yè)生產(chǎn)時(shí)對牛肉中鹽分進(jìn)行快速計(jì)算及工藝改進(jìn)，是一種高效、便捷的產(chǎn)品質(zhì) 量控制的騰制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 肉制品騰制是肉品加工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前肉品騰制已從過去單純的防腐保藏 轉(zhuǎn)變?yōu)閃改善風(fēng)味和顏色，提高肉品質(zhì)的加工手段。然而傳統(tǒng)靜止騰制過程不僅耗時(shí)長，并 且易產(chǎn)生騰制不均勻、微生物污染等現(xiàn)象，難W適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求；同時(shí)大量鹽的 使用使牛肉中的鹽分含量較高，不利于人體健康。研究表明，超聲波輔助騰制可通過空化效 應(yīng)改變鹽分的質(zhì)量傳輸效率，促進(jìn)物料的滲透與擴(kuò)散，縮短騰制時(shí)間，同時(shí)由于可在較低鹽 濃度條件下快速獲得騰制平衡，因此采用超聲波騰制技術(shù)開發(fā)低鹽肉制品很有意義。
[0003] 超聲波處理的強(qiáng)度、頻率、處理時(shí)間等是影響超聲波輔助騰制效果的主要因素。 C0rcel等（2007)研究了不同超聲波強(qiáng)度對豬背最長肌騰制效果的影響，結(jié)果表明，對于水 分含量和含鹽量，超聲波處理時(shí)分別有一闊值（水分含量超聲強(qiáng)度闊值為39W/cm2,含鹽量 為51W/cm2)，當(dāng)超聲波強(qiáng)度超過該闊值時(shí)，樣品的水分含量、含鹽量與超聲波強(qiáng)度分別成正 比。然而，也有研究表明，在2~4W/cm2(20曲Z)超聲強(qiáng)度下，化C1擴(kuò)散系數(shù)與超聲強(qiáng)度間 呈指數(shù)關(guān)系。此外，對超聲波輔助騰制處理后肉品質(zhì)的研究表明，超聲波處理后可改善肉的 質(zhì)地和保水性。蔡華珍等（2008)研究了超聲波對豬肉騰制效果的影響，試驗(yàn)表明采用功率 強(qiáng)度為0. 68W/cm2的超聲波處理化后可比對照組提前2d達(dá)到騰制平衡，同時(shí)破壞鮮肉的 組織結(jié)構(gòu)，加快食鹽滲透速度，從而縮短騰制時(shí)間。Siro等（2009)對超聲波輔助豬背最長 肌騰制效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在2. 5~3.OW/cm2超聲波處理強(qiáng)度下可引起肌肉組織的 微觀結(jié)構(gòu)的改變，同時(shí)可提高肉的保水性和質(zhì)地，然而較高的超聲波強(qiáng)度及較長的處理時(shí) 間可能會(huì)導(dǎo)致肉表面蛋白質(zhì)變性，但超聲波的強(qiáng)度較低時(shí)難W達(dá)到預(yù)期的促進(jìn)騰制劑擴(kuò)散 和改善品質(zhì)的目的。
[0004] 對于牛肉中鹽分含量的確定，實(shí)際應(yīng)用中多使用沉淀滴定法、電位滴定法、離子色 譜法等測定方法進(jìn)行，但上述方法需要一定的測試時(shí)間，不利于實(shí)現(xiàn)快速檢測；檢測成本 方面，達(dá)到設(shè)定的鹽含量前需反復(fù)測定W確定牛肉中鹽含量，耗費(fèi)大量人力物力成本，此 夕F，不同超聲波功率處理時(shí)牛肉中化C1擴(kuò)散速率不同，當(dāng)更改超聲波功率時(shí)需重新測定牛 肉中化C1擴(kuò)散系數(shù)，工作量大且無法直接對牛肉中鹽含量進(jìn)行預(yù)測，不利于提高生產(chǎn)效率 及實(shí)現(xiàn)在線產(chǎn)品質(zhì)量控制。因此有必要在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型探討超聲 波處理?xiàng)l件下鹽含量與處理時(shí)間的關(guān)系，確定超聲波處理?xiàng)l件下化C1擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)模型， 進(jìn)一步明確超聲波功率與牛肉中NaCl擴(kuò)散系數(shù)間的關(guān)系，從而對牛肉中鹽含量進(jìn)行預(yù)測， 減少樣品測定時(shí)間，拓展其應(yīng)用范圍并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在線質(zhì)量控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于快速確定超聲波輔助騰制時(shí)牛肉鹽分含量的模 型。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述模型在快速確定超聲波輔助騰制時(shí)牛肉鹽分含 量中的應(yīng)用。
[0007] 在恒定的騰制液溫度條件下，測定不同超聲波功率處理不同時(shí)間時(shí)牛肉中鹽含量 (測定值），采用菲克第二定律傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算牛肉中鹽含量的計(jì)算值，通過決定系數(shù) 評(píng)價(jià)計(jì)算值與測定值間的擬合度，從而確定用于預(yù)測牛肉中鹽含量的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)測定 處理設(shè)備的超聲波強(qiáng)度并將其與對應(yīng)的化C1擴(kuò)散系數(shù)建立指數(shù)函數(shù)模型，可計(jì)算其它超 聲波強(qiáng)度下牛肉中的化C1擴(kuò)散系數(shù)，將其與傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合使用可用于計(jì)算其它不 限于本發(fā)明中所列舉的超聲波功率時(shí)的牛肉中化C1含量，具有更廣泛的應(yīng)用范圍和更高 的應(yīng)用價(jià)值。
[0008] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] 一種用于快速確定超聲波輔助騰制時(shí)牛肉鹽分含量的模型，該模型采用W下步驟 建立：
[0010] (1)將新鮮牛肉清洗干凈并去除脂肪、筋膜，浸入騰制液中，采用超聲波輔助騰 制；
[0011] (2)測定不同超聲波功率、不同超聲波處理時(shí)間時(shí)牛肉中化C1含量，作為牛肉中 NaCl含量的測定值，同時(shí)測定騰制平衡時(shí)牛肉中NaCl含量作為在擴(kuò)散平衡時(shí)NaCl含量；
[0012] (3)將牛肉中化C1含量的測定值與對應(yīng)的處理時(shí)間代入菲克第二定律公式模型， 計(jì)算各個(gè)超聲波功率下的擴(kuò)散系數(shù)D值，所述的菲克第二定律公式為：
[0013]
1在理想條件下擴(kuò)散系數(shù)D值不隨 處理時(shí)間變化，故該公式可認(rèn)為是牛肉中鹽含量與超聲時(shí)間的函數(shù)。
[0014] 其中：C,,t指在指定時(shí)間（S)下牛肉中化C1含量，C,,。指牛肉中化C1初始含量， 指在擴(kuò)散平衡時(shí)化C1含量，D,指化C1擴(kuò)散系數(shù)（m2S1)，L指肉的厚度（m);
[001引 （4)將各個(gè)超聲波功率下擴(kuò)散系數(shù)D的平均值作為常數(shù)，采用公式（1)計(jì)算各個(gè) 處理時(shí)間時(shí)牛肉中化C1含量的計(jì)算值，通過計(jì)算測定值與計(jì)算值間的決定系數(shù)，判斷兩者 的擬合程度由此確定公式（1)所示的公式模型的準(zhǔn)確度，將公式（1)所示的公式模型作為 超聲波輔助騰制時(shí)NaCl擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型；所述各個(gè)超聲波功率下擴(kuò)散系數(shù)D的平均值是指 在理想條件下，超聲波功率一定時(shí)，將不同處理時(shí)間及其化C1含量檢測值代入公式（1)中 計(jì)算各處理時(shí)間下的擴(kuò)散系數(shù)，并取其平均值；例如超聲波功率為150W，處理時(shí)間分別為 30min、60min、90min和120min時(shí)，分別將處理時(shí)間30min及其化C1含量檢測值、處理時(shí)間 60min及其化C1含量檢測值、處理時(shí)間90min及其化C1含量檢測值、處理時(shí)間120min及 其化C1含量檢測值代入公式（1)中計(jì)算出各自的擴(kuò)散系數(shù)，然后取平均值；同樣超聲波功 率為200W，處理時(shí)間分別為30min、60min、90min和120min時(shí)，也采用相同方法計(jì)算其擴(kuò)散 系數(shù)并取其平均值。
[0016] (5)根據(jù)熱量法測定超聲波儀器的超聲強(qiáng)度，將超聲強(qiáng)度與步驟（3)所得的擴(kuò)散 系數(shù)D擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行指數(shù)函數(shù)擬合，將擬合的指數(shù)方程作為計(jì)算不同超聲波強(qiáng)度條件下牛 肉中化C1擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)模型；
[0017] 為進(jìn)一步評(píng)價(jià)該傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確度，可根據(jù)熱量法測定超聲波的超聲強(qiáng) 度，依據(jù)Sajas (1978)和Lenart (1980)等的研究結(jié)果，超聲強(qiáng)度應(yīng)與擴(kuò)散系數(shù)間存在指數(shù) 函數(shù)關(guān)系，因此可根據(jù)擬合的指數(shù)方程計(jì)算其它不同超聲波強(qiáng)度下牛肉中化C1擴(kuò)散系數(shù)， 為生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)提供理論依據(jù)。
[001引 （6)結(jié)合步驟（5)中的數(shù)學(xué)模型和步驟（4)中的化C1擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型共同作為快 速確定超聲波輔助騰制時(shí)牛肉鹽分含量的模型，由步驟巧）中的數(shù)學(xué)模型確定不同超聲波 強(qiáng)度條件下牛肉中NaCl擴(kuò)散系數(shù)，再將確定的擴(kuò)散系數(shù)代入公式（1)所述的公式模型確定 超聲波輔助騰制時(shí)牛肉鹽分含量。
[0019] 步驟（1)中所述新鮮牛肉的部位為牛背最長肌，所述的騰制液中各成分濃度為 60g/L氯化鋼，50mg/L亞硝酸鋼，15g/L薦糖，4g/L復(fù)合憐酸鹽。
[0020] 采用超聲波輔助騰制時(shí)將超聲波探頭沒入騰制液中離牛肉表面2cm處。 陽02U 所述牛肉按肉液比為1:20 (w/v，g/mL)比例浸入騰制液中。
[0022] 步驟（2)中超聲波功率為150W、200W、250W和300W，超聲波處理時(shí)間為30min、 60m