近日，江苏大学食品与生物工程学院石吉勇教授在Meat Science (Q1, IF: 7.077)期刊上发表了题为“Quantitative characterization of the diffusion behavior of sucrose in marinated beef by HSI and FEA”的研究论文。2020级硕士研究生石宇为论文第一作者，石吉勇教授为论文的通讯作者。

腌制时肉制品加工中必备的工艺之一，能有效增加组织的持水性、增强肌肉的嫩度、改善产品的品质。腌制肉品的品质与腌料在肉品中的扩散行为息息相关，腌料在肉品中的扩散速率决定腌制时长，而腌制结束时腌料在肉品中的累积量及分布的均匀度决定了腌制肉的品质。定量且直观的表征腌料在肉品真实三维空间中的扩散行为对控制腌制肉品质量至关重要。

有限元分析利用数学近和三维几何模型对真实的三维物理系统进行模拟，有望用于表征腌料在真实三维肉品中的扩散行为。目前，基于有限元的扩散研究主要受制于基于常规理化分析数值计算的扩散系数不准确，以及构建的几何模型多为理想的圆柱体或者长方体，不能反应真实肉品中复杂的组织分布特征。研究以蔗糖腌制牛肉为对象，利用高光谱成像技术图谱合一且对组分敏感的特点实现了蔗糖含量的可视化预测以及牛肉不同组织的定性分割。基于可视化图谱提取牛肉样品像素级采样点处的蔗糖含量值带入菲克第二定律中计算出更准确的扩散系数；同时利用定性分割模型清楚区分T-骨牛排中不同的组织结构，基于该分割结果构建了带有复杂组织分布的三维牛肉几何模型。最后结合准确的扩散系数和带有真实组织分布特征的三维牛肉几何在COMSOL Mutiphysical中模拟了蔗糖在T-骨牛排中扩散行为，模拟值与实测高度吻合。

图1 基于HIS和FEA的腌料扩散行为定量表征原理图

研究结果表明蔗糖在不同牛肉组织上的扩散行为具有明显差异，在肌肉组织上的扩散效率远高于脂肪组织和结缔组织，在骨组织上几乎不扩散。腌料在肉品不同组织上的扩散行为差异，是导致腌制不均匀，影响腌制牛肉质量的重要原因。基于研究的可实现对任意时刻任意位置牛肉腌制情况的预测，为改善牛肉腌制质量提供可视化的依据，例如给注射腌制法的注射部位提供定量定位指导，提前对预测含量偏低的部位进行腌料注射。

图2 蔗糖在腌制牛肉中扩散行为的定量表征结果

石吉勇教授长期从农产品品质无损检测新技术、食品加工机械与设备等方面的研究。 2022年获“江苏省杰出青年”，2020年获“江苏省特聘教授”，2016年获江苏省“六大人才高峰”高层次人才。先后主持国家自然科学基金项目2项、国家重点研发项目子课题2项，以及江苏省重点研发计划、江苏省自然基金等。