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腌制过程中适量NaCl进入肌肉组织，能有效增加组织的持水性、降低肌肉的嫩度、改善产品的品质，但过量NaCl渗入肌肉中会导致产品品质变劣，影响产品整体的接受性，准确表征腌制过程肌肉中NaCl的含量及分布对评估产品质量和安全性具有重要意义。因此，探究牛肉腌制中NaCl的传质动力学规律，分析牛肉腌制过程NaCl的传递机制，模拟监测NaCl在牛肉中扩散的动态过程，实现对牛肉腌制中NaCl扩散量及分布的预测，保持腌制品品质的稳定，为肉制品产业规模化发展提供理论依据。本文主要研究内容及结果如下：
(1)超声波辅助腌制牛肉传质动力学分析
选取不同超声强度(7.5 W/cm2，10.0 W/cm2，12.7 W/cm2)和超声时间(10 min，20 min，30 min)辅助腌制牛肉。超声波辅助腌制后，牛肉中NaCl含量和水分含量均发生变化，且随着超声时间的延长，牛肉中NaCl含量显著增加，水分变化不显著；在相同处理时间下，超声波处理的肉样中NaCl含量均高于对照组；超声处理20min的肉样与对照组腌制30min的肉样中NaCl含量相同，表明超声波处理对NaCl扩散具有积极影响。牛肉质量变化与处理时间之间具有高度相关性(R2＞0.9)，表明传质动力学模型可用于评估超声波辅助腌制过程中牛肉的质量变化。超声波辅助腌制处理后，牛肉NaCl扩散系数从0.91×10?9m2/s增加到1.86×10?9m2/s，与对照组之间存在显著差异(P＜0.05)，且超声强度越高，NaCl扩散系数越大。牛肉中NaCl迁移的二值化图像显示，超声波辅助腌制牛肉中NaCl的渗透量增加。牛肉横断面扫描电镜图显示，超声波处理后牛肉表面出现微小孔道，肌纤维膨胀分离。
(2)不同方式腌制牛肉中NaCl扩散过程分析与模型构建
通过不同方式(真空、压力、常压、滚揉-真空、滚揉-压力、滚揉-常压)腌制牛肉，得出滚揉、正压力(0.6 MPa)、负压力(-0.06 MPa)辅助腌制能够加快NaCl的扩散过程。随着扩散距离的增加，NaCl含量先降低后升高；真空腌制的牛肉中NaCl含量高于加压处理和常压处理牛肉的NaCl含量；经过滚揉处理2h后，腌制2h的牛肉中NaCl含量可达到未经滚揉处理腌制4h牛肉中NaCl含量的80%，表明滚揉腌制能够加快NaCl的扩散速度。真空腌制牛肉中NaCl的扩散系数(1.07×10?9m2/s)与加压腌制NaCl的扩散系数(1.02×10?9m2/s)相似，均大于常压腌制下NaCl的扩散系数(0.87×10?9m2/s)。光学显微镜图像分析表明，与未经腌制的牛肉相比，腌制牛肉组织肌纤维和肌内膜之间界限更加清晰，真空处理组的牛肉肌纤维距离大于其他压力方式处理组，且滚揉-加压腌制处理后细胞膜被破坏。构建的牛肉组织Voronoi模型为牛肉中物质传递的仿真分析提供基础。
(3)牛肉腌制中NaCl扩散动力学仿真模拟
腌制初始阶段，牛肉中NaCl含量显著增加，但随着腌制时间的延长，NaCl含量上升速度变慢；牛肉中水分含量呈上升趋势，但腌制时间对水分的影响不显著。分别采用线性时变模型，幂函数时变模型，指数函数时变模型评价牛肉中NaCl含量，结果表明时变模型与NaCl含量之间具有高度相关性，幂函数时变模型的拟合系数值R2=0.995高于线性时变模型R2=0.915和指数时变模型R2=0.977。实验方法计算得到的NaCl扩散系数为8.51×10-10m2/s，与幂函数时变模型计算得出NaCl扩散系数8.46×10-10m2/s相近，表明幂函数时变模型更适合用于腌制过程牛肉中NaCl含量的预测。仿真模拟运算直观地显示，腌制过程中大多数NaCl停留在牛肉表层，腌制时间从1-6h，牛肉表面NaCl含量从6.05mol/m3增加到69.4mol/m3；随着扩散距离的增加，NaCl的含量沿着扩散方向逐渐减少；延长腌制时间，NaCl在牛肉中的扩散距离逐渐增加，当腌制时间达到6h时，NaCl能渗入到距离肉表面10mm的位置。模型有效性验证实验表明，该模型可用于模拟牛肉腌制中NaCl的动态扩散过程。
(4)基于电特性分析牛肉腌制中NaCl扩散过程
采用阻抗分析仪检测不同腌制时间下牛肉组织的阻抗和相位角。在20Hz-5MHz频率范围内，随着加载频率的升高，牛肉阻抗值呈现降低趋势，相位角呈增加趋势。当频率值小于10kHz时，阻抗值迅速下降；在10kHz-1MHz区间，频率对阻抗值的影响较小，阻抗值基本不变；当加载频率大于1MHz时，阻抗值呈明显下降趋势。牛肉中NaCl含量与阻抗值具有较高相关性(R2＞0.98)，表明阻抗值可以用于预测牛肉腌制过程中NaCl的含量。阻抗实部与虚部的测定值与等效电路的拟合值一致，阻抗实部的拟合度在0.983-0.986之间，阻抗虚部的拟合度在0.779-0.995之间，表明等效电路可以模拟牛肉组织；仿真拟合得到的细胞外液电阻Rp和细胞内液电阻Rs均随着腌制时间的延长，呈明显下降趋势，细胞膜电容Cs则随着腌制时间先增大后降低。
本研究为牛肉腌制中NaCl扩散过程及其模拟分析提供理论依据并为肉制品生产加工中NaCl控制及预测提供重要参考。
(1)超声波辅助腌制牛肉传质动力学分析
选取不同超声强度(7.5 W/cm2，10.0 W/cm2，12.7 W/cm2)和超声时间(10 min，20 min，30 min)辅助腌制牛肉。超声波辅助腌制后，牛肉中NaCl含量和水分含量均发生变化，且随着超声时间的延长，牛肉中NaCl含量显著增加，水分变化不显著；在相同处理时间下，超声波处理的肉样中NaCl含量均高于对照组；超声处理20min的肉样与对照组腌制30min的肉样中NaCl含量相同，表明超声波处理对NaCl扩散具有积极影响。牛肉质量变化与处理时间之间具有高度相关性(R2＞0.9)，表明传质动力学模型可用于评估超声波辅助腌制过程中牛肉的质量变化。超声波辅助腌制处理后，牛肉NaCl扩散系数从0.91×10?9m2/s增加到1.86×10?9m2/s，与对照组之间存在显著差异(P＜0.05)，且超声强度越高，NaCl扩散系数越大。牛肉中NaCl迁移的二值化图像显示，超声波辅助腌制牛肉中NaCl的渗透量增加。牛肉横断面扫描电镜图显示，超声波处理后牛肉表面出现微小孔道，肌纤维膨胀分离。
(2)不同方式腌制牛肉中NaCl扩散过程分析与模型构建
通过不同方式(真空、压力、常压、滚揉-真空、滚揉-压力、滚揉-常压)腌制牛肉，得出滚揉、正压力(0.6 MPa)、负压力(-0.06 MPa)辅助腌制能够加快NaCl的扩散过程。随着扩散距离的增加，NaCl含量先降低后升高；真空腌制的牛肉中NaCl含量高于加压处理和常压处理牛肉的NaCl含量；经过滚揉处理2h后，腌制2h的牛肉中NaCl含量可达到未经滚揉处理腌制4h牛肉中NaCl含量的80%，表明滚揉腌制能够加快NaCl的扩散速度。真空腌制牛肉中NaCl的扩散系数(1.07×10?9m2/s)与加压腌制NaCl的扩散系数(1.02×10?9m2/s)相似，均大于常压腌制下NaCl的扩散系数(0.87×10?9m2/s)。光学显微镜图像分析表明，与未经腌制的牛肉相比，腌制牛肉组织肌纤维和肌内膜之间界限更加清晰，真空处理组的牛肉肌纤维距离大于其他压力方式处理组，且滚揉-加压腌制处理后细胞膜被破坏。构建的牛肉组织Voronoi模型为牛肉中物质传递的仿真分析提供基础。
(3)牛肉腌制中NaCl扩散动力学仿真模拟
腌制初始阶段，牛肉中NaCl含量显著增加，但随着腌制时间的延长，NaCl含量上升速度变慢；牛肉中水分含量呈上升趋势，但腌制时间对水分的影响不显著。分别采用线性时变模型，幂函数时变模型，指数函数时变模型评价牛肉中NaCl含量，结果表明时变模型与NaCl含量之间具有高度相关性，幂函数时变模型的拟合系数值R2=0.995高于线性时变模型R2=0.915和指数时变模型R2=0.977。实验方法计算得到的NaCl扩散系数为8.51×10-10m2/s，与幂函数时变模型计算得出NaCl扩散系数8.46×10-10m2/s相近，表明幂函数时变模型更适合用于腌制过程牛肉中NaCl含量的预测。仿真模拟运算直观地显示，腌制过程中大多数NaCl停留在牛肉表层，腌制时间从1-6h，牛肉表面NaCl含量从6.05mol/m3增加到69.4mol/m3；随着扩散距离的增加，NaCl的含量沿着扩散方向逐渐减少；延长腌制时间，NaCl在牛肉中的扩散距离逐渐增加，当腌制时间达到6h时，NaCl能渗入到距离肉表面10mm的位置。模型有效性验证实验表明，该模型可用于模拟牛肉腌制中NaCl的动态扩散过程。
(4)基于电特性分析牛肉腌制中NaCl扩散过程
采用阻抗分析仪检测不同腌制时间下牛肉组织的阻抗和相位角。在20Hz-5MHz频率范围内，随着加载频率的升高，牛肉阻抗值呈现降低趋势，相位角呈增加趋势。当频率值小于10kHz时，阻抗值迅速下降；在10kHz-1MHz区间，频率对阻抗值的影响较小，阻抗值基本不变；当加载频率大于1MHz时，阻抗值呈明显下降趋势。牛肉中NaCl含量与阻抗值具有较高相关性(R2＞0.98)，表明阻抗值可以用于预测牛肉腌制过程中NaCl的含量。阻抗实部与虚部的测定值与等效电路的拟合值一致，阻抗实部的拟合度在0.983-0.986之间，阻抗虚部的拟合度在0.779-0.995之间，表明等效电路可以模拟牛肉组织；仿真拟合得到的细胞外液电阻Rp和细胞内液电阻Rs均随着腌制时间的延长，呈明显下降趋势，细胞膜电容Cs则随着腌制时间先增大后降低。
本研究为牛肉腌制中NaCl扩散过程及其模拟分析提供理论依据并为肉制品生产加工中NaCl控制及预测提供重要参考。