張孫現(xiàn),黃子建,池文文,鄭寶東

(福建農(nóng)林大學食品科學學院,福建福州350002)

干制鮑魚的復水特性及動力學模型

張孫現(xiàn),黃子建,池文文,鄭寶東

(福建農(nóng)林大學食品科學學院,福建福州350002)

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

鮑魚干品;復水特性;復水動力學

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、味道鮮美,具有豐富的營養(yǎng)價值和藥用價值[1-2]。

干制鮑魚的復水過程是鮑魚食用及進一步加工成鮑魚產(chǎn)品必不可少的關(guān)鍵步驟,張亞琦[2]研究了干鮑在復水過程中的主要成分、肌肉組織構(gòu)造和流變學參數(shù)的變化,確定干鮑的最佳發(fā)制條件為NaCO3濃度5%、堿泡時間24 h、水煮時間40 min和水泡時間4 d,同時研究結(jié)果表明,經(jīng)過復水后的鮑魚膠原蛋白、可溶性固形物等流失嚴重。

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,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道。本研究中,作者首先將新鮮鮑魚用微波真空進行干燥,再對鮑魚干品的復水特性進行研究,其中對復水條件不選擇傳統(tǒng)的堿浸泡和水煮水發(fā)方法,而在室溫和50℃水浴中進行復水試驗,研究鮑魚微波真空干燥后的復水特性和復水動力學模型,預測復水過程中鮑魚干品的復水狀態(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 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)為試驗因素,對新鮮鮑魚進行微波真空干燥,當產(chǎn)品含水率為12%±1%時停止干燥,每組鮑魚裝載量為150 g,共制得14組鮑魚干品。

1.2.2 復水試驗

1)不同微波真空干燥參數(shù)對干品復水的影響。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℃)下進行復水,每隔1 h取樣1次,稱重,重復測定3次,取其平均值,計算復水比,探討各因素對干品復水過程的影響。2)復水溫度對干品復水的影響。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℃恒溫水浴條件下進行干品復水試驗,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,重復測定3次,取其平均值,計算復水比,探討復水溫度對干品復水過程的影響。

1.2.3 計算公式

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

1.3 數(shù)據(jù)處理

樣品指標均進行3次重復試驗,試驗數(shù)據(jù)采用Excel、Matlab 7.1軟件進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波功率對鮑魚復水特性的影響

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水有顯著影響。當微波功率為2 000 W時,干品的復水比最大,其次是微波功率為3 000 W時;在復水時間＜6 h時,微波功率為1 000 W時干品的復水比大于4 000 W時,復水6 h時二者的復水比達到相同值,6 h之后,微波功率為4 000 W時干品的復水比反而大于1 000 W時。這是由于物料在高功率微波干燥時,其物料組織細胞遭到嚴重破壞,從而影響物料的復原能力。

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

2.2 真空度對鮑魚復水特性的影響

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,有利于鮑魚干品結(jié)構(gòu)空隙呈多孔疏松狀態(tài),使之復水比變大。但提高真空度對復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水曲線Fig.2 Rehydration curves of abalone under different vacuum degrees

2.3 浸漬鹽濃度對鮑魚復水特性的影響

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時干品的復水比較大,當鹽濃度達到150 g/L和飽和時,干品的復水比反而較低。這主要是因為在較高鹽濃度下進行干燥時樣品的水分由內(nèi)向外傳遞的同時,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)象越嚴重,不利于干品復水。

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

2.4 復水溫度對鮑魚復水特性的影響

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℃水浴中復水。由圖4可知,溫度對鮑魚復水的影響顯著,復水溫度越高,復水比越大,但在復水7 h后,室溫條件與水浴條件下的復水比接近。這是因為高溫下復水會加速復水過程中鮑魚營養(yǎng)物質(zhì)的流失,因此,復水溫度也并非越高越好。

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

2.5 微波真空干燥鮑魚干品的復水動力學模型

2.5.1 復水模型的選擇 韋伯和菲克第二定律被廣泛應(yīng)用于干制品的復水模型[9-11],但韋伯和菲克第二定律屬半經(jīng)驗模型[12],模型驗證時擬合度較低。

鮑魚干品的復水過程近似于干燥的逆過程。在干燥動力學模型中,水分比的計算公式為

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

分析不同時刻鮑魚干品的復水試驗數(shù)據(jù),隨機選取兩組數(shù)據(jù)進行線性擬合,用一元一次方程和一元二次方程分別進行擬合,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,這表明鮑魚的復水動力學模型可以考慮以Page方程進行改進。

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 復水動力學模型的建立 復水試驗結(jié)果表明,復水質(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,鮑魚復水也與復水時間、復水溫度有直接關(guān)系。因此,利用Matlab 7.1軟件進行數(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。

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

2.6 復水動力學模型的驗證

隨機選取一組試驗條件:微波功率為2 000 W,真空度為-80 kPa,浸漬鹽濃度為50 g/L,在室溫條件下驗證上述復水動力學模型擬合的準確性,并將實際值與預測值進行比較。由圖6可知,用鮑魚復水動力學方程(4)計算的預測值與實測值吻合程度較高,說明改進的Page模型能夠準確描述鮑魚復水過程的水分變化規(guī)律。

圖6 相同試驗條件下鮑魚復水質(zhì)量比的實際值與預測值比較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℃水浴中進行復水試驗,結(jié)果表明,干燥時的微波功率、真空度、浸漬鹽濃度,以及復水溫度和時間對鮑魚復水過程有明顯影響。

2)應(yīng)用Matlab 7.1軟件進行線性回歸分析,經(jīng)擬合發(fā)現(xiàn),鮑魚復水過程符合改進的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)驗證實驗結(jié)果顯示,改進的鮑魚復水動力學模型的預測值與實際值擬合良好,能夠較準確的預測鮑魚復水過程的復水狀態(tài)。應(yīng)用該模型可以提前預測鮑魚在復水過程中是否達到飽和狀態(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?？萍紕?chuàng)新團隊支持計劃(閩教科 [2012]03號)

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