干制鮑魚的復(fù)水特性及動(dòng)力學(xué)模型

張孫現(xiàn),黃子建,池文文,鄭寶東

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州350002)

干制鮑魚的復(fù)水特性及動(dòng)力學(xué)模型

張孫現(xiàn),黃子建,池文文,鄭寶東

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州350002)

將微波真空干燥的鮑魚干品在室溫(30～35℃)和50℃水浴中進(jìn)行復(fù)水試驗(yàn),研究不同微波功率、真空度和干燥前浸漬鹽濃度對其復(fù)水特性的影響,并建立復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明:微波功率、真空度、干燥前浸漬鹽濃度,以及復(fù)水溫度和時(shí)間對鮑魚干品復(fù)水過程有明顯影響,并以Page模型為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后的模型能較好地預(yù)測鮑魚干品的復(fù)水過程。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,改進(jìn)模型的預(yù)測值與真實(shí)值擬合良好,應(yīng)用該模型可以提前預(yù)測鮑魚在復(fù)水過程中是否達(dá)到飽和狀態(tài)。

鮑魚干品;復(fù)水特性;復(fù)水動(dòng)力學(xué)

鮑魚是中國傳統(tǒng)的名貴食材,為四大海珍品之一,也是世界上重要的海洋漁業(yè)資源,鮑魚足部肌肉發(fā)達(dá)、味道鮮美,具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[1-2]。

干制鮑魚的復(fù)水過程是鮑魚食用及進(jìn)一步加工成鮑魚產(chǎn)品必不可少的關(guān)鍵步驟,張亞琦[2]研究了干鮑在復(fù)水過程中的主要成分、肌肉組織構(gòu)造和流變學(xué)參數(shù)的變化,確定干鮑的最佳發(fā)制條件為NaCO3濃度5%、堿泡時(shí)間24 h、水煮時(shí)間40 min和水泡時(shí)間4 d,同時(shí)研究結(jié)果表明,經(jīng)過復(fù)水后的鮑魚膠原蛋白、可溶性固形物等流失嚴(yán)重。

微波真空干燥技術(shù)集微波干燥和真空干燥的優(yōu)勢于一體,具有干燥速率快、產(chǎn)品質(zhì)量好和節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),能較好地保留物料原有的色澤、氣味和營養(yǎng)成分[3-4]。目前,國內(nèi)外已有學(xué)者將微波真空干燥技術(shù)應(yīng)用于仿刺參、巴非蛤肉、扇貝柱、香脆鳙魚片等產(chǎn)品的干制加工中[5-8],但將該技術(shù)應(yīng)用于鮑魚干制的研究尚未見報(bào)道。本研究中,作者首先將新鮮鮑魚用微波真空進(jìn)行干燥,再對鮑魚干品的復(fù)水特性進(jìn)行研究,其中對復(fù)水條件不選擇傳統(tǒng)的堿浸泡和水煮水發(fā)方法,而在室溫和50℃水浴中進(jìn)行復(fù)水試驗(yàn),研究鮑魚微波真空干燥后的復(fù)水特性和復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型,預(yù)測復(fù)水過程中鮑魚干品的復(fù)水狀態(tài),以期為鮑魚干制品的規(guī)模生產(chǎn)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮鮑魚購自福建省亨源海產(chǎn)品有限公司,食鹽由市場購買。

KL-2D-4ZG微波真空干燥設(shè)備由福建農(nóng)林大學(xué)和廣州凱棱工業(yè)微波設(shè)備有限公司聯(lián)合研制。PL602-S型電子天平為梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 微波真空干燥試驗(yàn) 選取微波功率(1 000、2 000、3 000、4 000 kW)、真空度(-60、-70、-80、-90 kPa)、浸漬鹽濃度(純水、50 g/L、75 g/L、100 g/L、150 g/L、飽和NaCl)為試驗(yàn)因素,對新鮮鮑魚進(jìn)行微波真空干燥,當(dāng)產(chǎn)品含水率為12%±1%時(shí)停止干燥,每組鮑魚裝載量為150 g,共制得14組鮑魚干品。

1.2.2 復(fù)水試驗(yàn)

1)不同微波真空干燥參數(shù)對干品復(fù)水的影響。選用質(zhì)量相近的上述各組鮑魚干品置于500 mL燒杯中,于室溫(30～35℃)下進(jìn)行復(fù)水,每隔1 h取樣1次,稱重,重復(fù)測定3次,取其平均值,計(jì)算復(fù)水比,探討各因素對干品復(fù)水過程的影響。2)復(fù)水溫度對干品復(fù)水的影響。選取最優(yōu)微波真空干燥參數(shù)條件下干燥的鮑魚干品,分別在室溫(30～35℃)和50℃恒溫水浴條件下進(jìn)行干品復(fù)水試驗(yàn),每隔1 h取樣1次,用濾紙吸干樣品至表面無明顯水跡,稱重,重復(fù)測定3次,取其平均值,計(jì)算復(fù)水比,探討復(fù)水溫度對干品復(fù)水過程的影響。

1.2.3 計(jì)算公式

其中:RR(rehydration ratio)為復(fù)水比;mf為復(fù)水瀝干后的鮑魚質(zhì)量(g);m0為復(fù)水前的干鮑魚質(zhì)量(g)。其中:Mf0為復(fù)水前干鮑魚的初始質(zhì)量;Mft為復(fù)水t時(shí)鮑魚的質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

樣品指標(biāo)均進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、Matlab 7.1軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波功率對鮑魚復(fù)水特性的影響

從圖1可見,在真空度為-80 kPa、浸漬鹽濃度為75 g/L的條件下,微波功率對鮑魚干品復(fù)水有顯著影響。當(dāng)微波功率為2 000 W時(shí),干品的復(fù)水比最大,其次是微波功率為3 000 W時(shí);在復(fù)水時(shí)間＜6 h時(shí),微波功率為1 000 W時(shí)干品的復(fù)水比大于4 000 W時(shí),復(fù)水6 h時(shí)二者的復(fù)水比達(dá)到相同值,6 h之后,微波功率為4 000 W時(shí)干品的復(fù)水比反而大于1 000 W時(shí)。這是由于物料在高功率微波干燥時(shí),其物料組織細(xì)胞遭到嚴(yán)重破壞,從而影響物料的復(fù)原能力。

圖1 不同微波功率下鮑魚的復(fù)水曲線Fig.1 Rehydration curves of abalone under different microwave intensities

2.2 真空度對鮑魚復(fù)水特性的影響

從圖2可見,在微波功率為2 000 W、浸漬鹽濃度為75 g/L的條件下,真空度越高,相應(yīng)復(fù)水比也越大。這是由于提高真空度就增大了鮑魚的內(nèi)外壓差,使物料的膨脹傾向更強(qiáng),有利于鮑魚干品結(jié)構(gòu)空隙呈多孔疏松狀態(tài),使之復(fù)水比變大。但提高真空度對復(fù)水比的變化并不顯著,因此,從節(jié)能和產(chǎn)品綜合品質(zhì)方面考慮,真空度不宜選擇過高。

圖2 不同真空度下鮑魚的復(fù)水曲線Fig.2 Rehydration curves of abalone under different vacuum degrees

2.3 浸漬鹽濃度對鮑魚復(fù)水特性的影響

從圖3可見,真空度為-80 kPa、微波功率為2 000 W的條件下,純水浸漬和浸漬鹽濃度為75 g/L時(shí)干品的復(fù)水比較大,當(dāng)鹽濃度達(dá)到150 g/L和飽和時(shí),干品的復(fù)水比反而較低。這主要是因?yàn)樵谳^高鹽濃度下進(jìn)行干燥時(shí)樣品的水分由內(nèi)向外傳遞的同時(shí),將大量鹽分帶到了鮑魚的表面,且鹽濃度越高,表面硬化現(xiàn)象越嚴(yán)重,不利于干品復(fù)水。

圖3 不同浸漬鹽濃度下鮑魚的復(fù)水曲線Fig.3 Rehydration curves of abalone under different salt concentrations

2.4 復(fù)水溫度對鮑魚復(fù)水特性的影響

選取在真空度-80 kPa、功率為2 000 W、浸漬鹽濃度為75 g/L條件下干燥的鮑魚樣品,在室溫和50℃水浴中復(fù)水。由圖4可知,溫度對鮑魚復(fù)水的影響顯著,復(fù)水溫度越高,復(fù)水比越大,但在復(fù)水7 h后,室溫條件與水浴條件下的復(fù)水比接近。這是因?yàn)楦邷叵聫?fù)水會(huì)加速復(fù)水過程中鮑魚營養(yǎng)物質(zhì)的流失,因此,復(fù)水溫度也并非越高越好。

圖4 不同復(fù)水溫度下鮑魚的復(fù)水曲線Fig.4 Rehydration curves of abalone under different temperatures

2.5 微波真空干燥鮑魚干品的復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型

2.5.1 復(fù)水模型的選擇 韋伯和菲克第二定律被廣泛應(yīng)用于干制品的復(fù)水模型[9-11],但韋伯和菲克第二定律屬半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚12],模型驗(yàn)證時(shí)擬合度較低。

鮑魚干品的復(fù)水過程近似于干燥的逆過程。在干燥動(dòng)力學(xué)模型中,水分比的計(jì)算公式為

其中:Mt為t時(shí)刻物料干基含水率(%);M0為初始干基含水率(%)。同時(shí)考慮消除鮑魚初始質(zhì)量不一致性的影響,而干燥動(dòng)力學(xué)模型中水分比MR是小于1的,即復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型中的質(zhì)量比Mf是復(fù)水比的倒數(shù)。因此,在復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型中引入質(zhì)量比的概念,質(zhì)量比Mf=Mf0/Mft。

分析不同時(shí)刻鮑魚干品的復(fù)水試驗(yàn)數(shù)據(jù),隨機(jī)選取兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,用一元一次方程和一元二次方程分別進(jìn)行擬合,結(jié)果發(fā)現(xiàn),一元二次方程的擬合度更高(圖5)。從圖5可以判斷,ln t與ln(-ln Mf)呈線性關(guān)系,這表明鮑魚的復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型可以考慮以Page方程進(jìn)行改進(jìn)。

圖5 ln t與ln(-ln Mf)的擬合曲線Fig.5 Relationship between ln t and ln(-ln Mf)

2.5.2 復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型的建立 復(fù)水試驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)水質(zhì)量的變化與干燥功率、真空度、浸泡濃度等微波真空干燥參數(shù)有關(guān)。同時(shí),鮑魚復(fù)水也與復(fù)水時(shí)間、復(fù)水溫度有直接關(guān)系。因此,利用Matlab 7.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,根據(jù) Page模型ln(-ln Mf)=ln r+N ln t和上面得到的二次擬合方

其中:x1為微波功率;x2為真空度;x3為浸漬鹽濃度;x4為溫度(室溫、水浴);x5為ln t。

對復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),得到回歸方程的復(fù)相關(guān)系數(shù) R=0.9498,接近于 1,F= 137.4147,P＜0.001,表明復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型式(4)的擬合程度較高。

2.6 復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證

隨機(jī)選取一組試驗(yàn)條件:微波功率為2 000 W,真空度為-80 kPa,浸漬鹽濃度為50 g/L,在室溫條件下驗(yàn)證上述復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型擬合的準(zhǔn)確性,并將實(shí)際值與預(yù)測值進(jìn)行比較。由圖6可知,用鮑魚復(fù)水動(dòng)力學(xué)方程(4)計(jì)算的預(yù)測值與實(shí)測值吻合程度較高,說明改進(jìn)的Page模型能夠準(zhǔn)確描述鮑魚復(fù)水過程的水分變化規(guī)律。

圖6 相同試驗(yàn)條件下鮑魚復(fù)水質(zhì)量比的實(shí)際值與預(yù)測值比較Fig.6 Comparison between the observed values and the predicted values in abalone rehydration under the same condition

3 結(jié)論

1)將微波真空干燥的鮑魚干品在室溫(30～35℃)和50℃水浴中進(jìn)行復(fù)水試驗(yàn),結(jié)果表明,干燥時(shí)的微波功率、真空度、浸漬鹽濃度,以及復(fù)水溫度和時(shí)間對鮑魚復(fù)水過程有明顯影響。

2)應(yīng)用Matlab 7.1軟件進(jìn)行線性回歸分析,經(jīng)擬合發(fā)現(xiàn),鮑魚復(fù)水過程符合改進(jìn)的Page模型,其中R=0.9498,接近1,而模型擬合 P=0.00＜0.001,說明擬合程度極高。

3)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,改進(jìn)的鮑魚復(fù)水動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測值與實(shí)際值擬合良好,能夠較準(zhǔn)確的預(yù)測鮑魚復(fù)水過程的復(fù)水狀態(tài)。應(yīng)用該模型可以提前預(yù)測鮑魚在復(fù)水過程中是否達(dá)到飽和狀態(tài)。

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Rehydration characters and kinetics of dried abalone

ZHANG Sun-xian,HUANG Zi-jian,CHI Wen-wen,ZHENG Bao-dong
(College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

The rehydration of abalone dried by microwave-vacuum drying were conducted at room temperature(30-35℃)and 50℃ bath to evaluate effects of microwave power,vacuum degree and salt solution concentration on rehydration characteristics.It was found that the microwave power,vacuum degree and salt solution concentration, rehydration temperature and time significantly affected the rehydration characteristics.The rehydration of dried abalone was exactly predicted by the model improved by Page mode,and the results showed that the predicted values were nearly consistent with the experimental results.

dried abalone;rehydration characteristics;rehydration kinetics

TS254.4

A

2013-10-01

福建省高等學(xué)校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(閩教科 [2012]03號(hào))

張孫現(xiàn)(1980-),男,博士研究生。E-mail:john.fj.fz@126.com

鄭寶東(1967-),男,教授。E-mail:zbdfst@163.com

2095-1388(2013)06-0610-04