肉干挤压品质变化动力学及其取向机理研究

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随着社会发展,人们对食品的品质更加关注。肉干挤压过程中原料受到高温、高压、高剪切等作用,复合肉干中热敏性营养物质的品质必然有变化,但其如何改变以及变化规律如何并未见研究。再者挤压肉干因其特有的质构和肌纤维结构化,深受消费者喜爱。取向度已被认为是衡量肉干肌纤维结构化程度的一项重要指标。但是挤压肉干的取向度是如何形成的,以及原料对其形成影响机理并不清楚。针对上述问题,本论文选取了复合肉干中极易降解的维生素C为营养指标,对其挤压过程中维生素C含量变化和损失动力学进行了研究,进而结合肌纤维特性和高分子物理理论共同研究挤压肉干的取向形成机理,具体研究内容如下:(1)以复合刺梨挤压牛肉干为主体,选用刺梨添加量、机筒温度和螺杆转速为变量进行研究。发现刺梨牛肉干挤压加工过程中维生素C的损失率在28.53~57.28%之间。刺梨添加量和螺杆转速对维生素C损失的影响只是因为平均停留时间不同引起的,而机筒温度对维生素C损失的影响是机筒温度和平均停留时间共同导致的。当机筒温度为140℃、螺杆转速为201.6 r/min、刺梨添加量为20%时,平均停留时间为84.84 s,维生素C损失率最低为28.53%。损失动力学研究结果表明:挤压过程中维生素C损失反应级数为一级,维生素C损失率与挤压原料中刺梨添加量无关。采用迭代法计算出不同挤压条件下维生素C的损失速率常数在0.00397~0.00772 s-1之间,进一步运用Arrhenius方程计算出挤压条件下维生素C活化能为18.06 k J/mol,指前因子k0为1.0652 s-1。(2)选用四种消费量最大的肉类,包括两种畜类(猪肉、牛肉)和两种禽类(鸡肉、鸭肉)为研究对象,对比肌纤维结构化程度常用表征方法的材料适用范围,并对肌纤维特性对鲜肉及肉干肌纤维结构化的影响机理进行研究。结果表明:鲜肉的肌纤维结构化程度适合用质构来表示;挤压肉干则更适合用剪切力、组织化度和取向度表示肌纤维结构化程度。扫描电镜和体视显微镜观察微观结构均可验证任何状态的肉的肌纤维结构化程度。通过对比猪肉、牛肉、鸡肉、鸭肉的肌纤维直径和肉品种对其取向度的影响,得出在上述适用方法下,肉的取向度随肌纤维直径的增大而增大。(3)引入高分子物理中高聚物的取向、粘弹性以及聚合物共混物的流变特性分析了肉干挤压原料体系的流变特性。借助高级流变扩展系统测量了不同肌纤维含量的挤压肉干原料体系的流变参数。结果表明:挤压肉干原料体系在高肌纤维含量范围内的储能模量(G’)和损耗模量(G”)对相位差(tanδ)都无依赖关系,呈现了典型的橡胶特征。而三种样品的动态粘度(η’)均随着剪切频率(ω)的增加而降低,体现了肉干挤压原料体系的剪切变稀的特性。挤压肉干取向度随肌纤维含量增加而增大。综合三种样品的G’、G”、ω和η’,分析肌纤维含量对挤压肉干取向形成机理:G’、G”和η’与挤压肉干取向度呈正相关,而ω与挤压肉干取向度呈负相关。原料体系肌纤维含量越高,挤压过程中所表现出的韦森堡效应越明显,因而样品取向效果越好,因此挤压肉干的取向度越大。综上,本研究确定了在高温、高压、高剪切条件下热敏性物质变化的动力学参数,并首次引入高分子物理理论、从肌纤维角度分析肉干肌纤维取向形成机理。该研究,可以用来推算不同挤压肉干原料体系更适用的挤压工艺参数,为开发新产品节约成本,为工业化生产提供理论基础,推进挤压食品透明化生产即从“黑箱”操作转化为“白箱”操作的进程。
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