王雅琪,饒偉麗,田建文,王振宇,*

(1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏銀川 750021;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室,北京 100193)

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烤鴨綠色制造技術(shù)研究進展

王雅琪1,2,饒偉麗2,田建文1,*,王振宇2,*

(1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏銀川 750021;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室,北京 100193)

本文簡述了烤鴨傳統(tǒng)烤制工藝的特點和弊端,對過熱蒸汽烤制、氣體射流沖擊烤制、熱力場干燥烤制、光波烤制等單一烤鴨綠色制造技術(shù)和復(fù)合綠色制造技術(shù)研究進展進行了綜述,在此基礎(chǔ)上提出展望,為今后烤鴨綠色制造生產(chǎn)和研究提供參考。

烤鴨,綠色制造,加工工藝,烤制

禽肉營養(yǎng)豐富,大部分禽肉蛋白質(zhì)含有充足的人體必需氨基酸,而且在種類和比例上接近人體需要,易于消化吸收[1]。截至2011年底,全國鴨的存欄量14.49億只,年出欄量37.93億只,2012年全國(21個省)主產(chǎn)區(qū)肉鴨年存欄量7.07億只,年出欄量33.95億只,年產(chǎn)值達到515.57億元[2],烤鴨作為我國的一種傳統(tǒng)風(fēng)味肉制品,由于風(fēng)味獨特,在國內(nèi)外久負盛名[3]。早在明代,御廚便開始選用肥厚多肉的湖鴨,采用炭火烘烤或果木燃燒炭火烤制,使鴨肉皮層松脆,入口即酥,烤制而成的鴨子同時也具有獨特的果木炭火清香,被皇宮取名為“烤鴨”[4]。傳承至今的傳統(tǒng)加工方式有其不可替代的優(yōu)勢,能夠賦予產(chǎn)品獨特的色、香、味,但傳統(tǒng)加工工藝存在著極大的局限性。目前一般采用的煙熏爐蒸煮、干燥、烤制或是電烤爐烤制等方式比傳統(tǒng)加工技術(shù),提高了產(chǎn)能,減少了資源浪費,但也存在風(fēng)味缺失、質(zhì)量不穩(wěn)定、加工危害物含量高、能耗高等問題[5]。

綠色制造是一種綠色、環(huán)保和健康的現(xiàn)代化制造方式,符合科學(xué)生產(chǎn)、科學(xué)發(fā)展的原則,使經(jīng)濟效益和社會效益得到協(xié)調(diào)優(yōu)化[6]。呂慧超和彭增起等學(xué)者首次提出肉制品綠色制造技術(shù)的概念,即肉制品綠色制造技術(shù)是一種可把對人體健康和環(huán)境的危害降至最低并使經(jīng)濟效益和社會效益得到協(xié)調(diào)優(yōu)化的一種先進的現(xiàn)代化制造方法[7]。隨著消費者對健康、美味、安全、方便的食品需求的不斷增長,為促進烤鴨工業(yè)甚至是食品工業(yè)的發(fā)展,對于北京烤鴨綠色制造技術(shù)的開發(fā)勢在必行。

本文綜述了北京烤鴨傳統(tǒng)工藝特點,對現(xiàn)階段烤鴨的綠色制造技術(shù)進行了初步探索,詳述了過熱蒸汽烤制、氣體射流沖擊烤制、燃氣紅外輻射烤制、熱力場干燥烤制、光波烤制等節(jié)能、高效、低危害物的綠色制造技術(shù)。

1 傳統(tǒng)烤鴨加工工藝特點及弊端

1.1 傳統(tǒng)加工工藝特點

表1 傳統(tǒng)烤制工藝特點和弊端Table 1 The traditional roasting technology characteristics and disadvantages

烤鴨傳統(tǒng)加工工藝極其復(fù)雜,包括手工上糖色、燙皮、吹氣等步驟,其中烤制是最關(guān)鍵的工藝,燜爐烤制和掛爐烤制是目前主要的傳統(tǒng)烤制方式[4,8]。

燜爐烤鴨以便宜坊為代表,其方法是用燃燒的木料加熱爐墻,憑爐墻熱力進行烘烤。爐內(nèi)溫度先高后低,鴨子表面受熱均勻、耗油量小,形成外烤內(nèi)煮之勢,故而減少了明火烤制易產(chǎn)生致癌物的現(xiàn)象[9],烤出的鴨子外皮酥脆,內(nèi)層豐滿,肥而不膩[10-11]。掛爐烤鴨以全聚德為代表,其加工方式是在爐內(nèi)用明火烤制,一般選用果木為燃料,整只鴨子在爐里烤四面受熱,用烤桿挑動烤鴨,不斷翻動,將鴨子烤至金褐色,出爐后,鴨子表皮呈棗紅色并具有誘人光澤感,其內(nèi)部松軟而富有彈性,外酥里嫩[12-14]。

1.2 傳統(tǒng)工藝弊端

傳統(tǒng)加工工藝具有其獨特性,其弊端也尤為突出。目前北京烤鴨的鴨坯制作和烤制過程仍以手工為主,加工工藝和配方差異很大,烤鴨是通過烤鴨師傅經(jīng)驗來斷定其是否烤熟,全憑師傅的經(jīng)驗,生產(chǎn)過程不確定因素多,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,很難形成產(chǎn)業(yè)的標準化[12]?？绝喒I(yè)化烤制專用設(shè)備的缺乏和烤制操作規(guī)范的缺失,是制約北京烤鴨實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的重要因素[5,15]。

如表1所示,傳統(tǒng)烤鴨加工溫度高、加工方式落后,雖能賦予產(chǎn)品獨特的色、香、味,但其溫度不易控制,易出現(xiàn)近熱源點局部溫度過高,鴨坯外焦內(nèi)生和烤制不勻等現(xiàn)象[8,16];烤鴨外部雖已成熟,但腹腔溫度達不到要求,易造成單增李斯特氏菌污染[17];由于炭火熱力有限,傳熱效率低,易造成烤制時間長、耗損大的不良后果,同時引起營養(yǎng)物質(zhì)耗損[18]和多環(huán)芳烴類、雜環(huán)胺類化合物等加工化學(xué)危害物的增加[19]。

石金明[24]等學(xué)者測定了燃氣爐烤鴨煙氣中PM 2.5濃度,結(jié)果顯示傳統(tǒng)的加工方式排放大量PM2.5,加工煙氣排放濃度高達2020.5 μg/m3,對環(huán)境產(chǎn)生嚴重污染。隨著工業(yè)發(fā)展和市場需求,傳統(tǒng)的烤鴨加工方式經(jīng)過發(fā)展和創(chuàng)新,逐漸衍生出電烤爐烤制、燃氣爐烤制等現(xiàn)代工業(yè)烤制方法。這些方法雖然在一定程度上解決了部分傳統(tǒng)烤制帶來的問題,熱效率略高于傳統(tǒng)烤制,但傳統(tǒng)風(fēng)味損失、產(chǎn)品質(zhì)量控制難度大的問題,并未達到理想效果,亟需研發(fā)綠色制造技術(shù)。

2 烤鴨綠色制造技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 綠色制造

1991年美國化學(xué)學(xué)會(ACS)提出了“綠色化學(xué)”,即在化學(xué)物質(zhì)合成、加工和利用中減少或消除對人類和環(huán)境產(chǎn)生危害的技術(shù)與方法。1996年美國制造工程師學(xué)會(SME)提出了綠色制造的概念和主要研究內(nèi)容。綠色制造是一種綠色、環(huán)保和健康的現(xiàn)代化制造方式,能最大限度降低生產(chǎn)過程中有害物的產(chǎn)生,生產(chǎn)對人類和環(huán)境有益的食品,從而使經(jīng)濟效益和社會效益得到協(xié)調(diào)優(yōu)化[7],將綠色制造技術(shù)應(yīng)用于烤鴨的生產(chǎn)加工中具有確實的可行性。

烤鴨綠色制造是借助綠色化工原理和手段,建立新型的烤鴨加工技術(shù),解決傳統(tǒng)烤鴨加工的問題,生產(chǎn)出色澤紅潤鮮亮、風(fēng)味清香誘人、質(zhì)地酥脆可口、加工危害物含量少的烤鴨產(chǎn)品的制作方法[24]。目前,較為有代表性的幾種烤鴨綠色制造技術(shù)分別為過熱蒸汽烤制、氣體射流沖擊烤制、熱力場干燥烤制、光波烤制等,將其單一或復(fù)合應(yīng)用于烤鴨生產(chǎn)中,研究和應(yīng)用綠色制造技術(shù)對促進烤鴨健康消費與環(huán)保加工乃至食品工業(yè)的發(fā)展具有重要意義[20]。

2.2 過熱蒸汽烤制技術(shù)

2.2.1 概念 過熱蒸汽是飽和蒸汽繼續(xù)加熱后,常壓下溫度高于沸點的無色透明的高溫水蒸汽[25]。普通烤箱通過高溫空氣與被加熱體接觸傳熱。與傳統(tǒng)烤制的空氣加熱不同,過熱蒸汽烤制除了對流傳熱之外,其烤制過程中,過熱蒸汽還在加熱體表面發(fā)生凝結(jié)從而釋放出的凝結(jié)熱來加熱物體[26]。過熱蒸汽烤制過程凝結(jié)熱為2256.7 J/g,使被加熱體在過熱蒸汽凝結(jié)的同時吸收大量熱量,從而可實現(xiàn)急速升溫。另外,過熱蒸汽具有在水蒸氣在低溫部位優(yōu)先凝結(jié)的特性,因此可避免加熱不均勻現(xiàn)象的發(fā)生[26-27]。

因其具有加工可控多元化、低氧化、常壓加熱安全高效等眾多技術(shù)優(yōu)點,過熱蒸汽加工技術(shù)逐漸成為一項廣受關(guān)注的綠色制造技術(shù)。

2.2.2 應(yīng)用情況 隨著過熱蒸汽技術(shù)的發(fā)展,美國、日本等國逐步生產(chǎn)出了用于原料加工的過熱蒸汽裝置,該類裝置在干燥、烹飪等方面的應(yīng)用越來越廣泛。研究結(jié)果表明與傳統(tǒng)加工方式相比,過熱蒸汽處理后的食品,其生物活性成分,如β-胡蘿卜素、抗壞血酸、抗氧化化合物、多酚和黃酮類化合物等的損失程度較少,其營養(yǎng)物質(zhì)能夠更好的保留[27]。利用過熱蒸汽技術(shù)特點,Kadoma等對牛肋排、豬肉、雞翅進行了過熱蒸汽烤制,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)熱風(fēng)烤爐對比,過熱蒸汽加熱均可顯著抑制油脂的氧化,提高出成率5%左右,苯并芘等致癌物質(zhì)幾率低(生成量是傳統(tǒng)燒烤方式的1/30以下),提高食品安全性[27-28]。陳宇[26]等人研究表明,與煤氣加熱和微波加熱相比,過熱蒸汽處理后的肉品,其脫油率提高了1倍左右,水分含量并未減少。采用過熱蒸汽加熱的鴨肉不易發(fā)生干燥斷裂,肉汁流失少,可保持鴨肉內(nèi)部鮮嫩多汁,降低營養(yǎng)損失。熱空氣加熱時,水分散失嚴重,鴨肉組織細胞易發(fā)生干燥斷裂,導(dǎo)致肉汁流失,營養(yǎng)成分損失,口感變硬,過熱蒸汽加熱的肉品品質(zhì)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)熱空氣加熱肉品品質(zhì)[29]。

綜合眾多研究結(jié)果顯示,過熱蒸汽烤制可抑制加熱不均勻現(xiàn)象的發(fā)生;保證風(fēng)味;防止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)流失[25,29];在持水性方面,原料內(nèi)部的水分不會散失,所得產(chǎn)品內(nèi)部鮮嫩多汁而表面干燥[26,29];與傳統(tǒng)熱風(fēng)烤爐,出成率提高5%左右,與改良電烤箱相比,過熱蒸汽加熱可縮短加熱時間60%,其出成率提高約5%～18.5%[27];另外,過熱蒸汽烤制能夠最大限度保持被加熱原料質(zhì)地不受破壞,實現(xiàn)高品質(zhì)調(diào)理加工[27,30]。目前,過熱蒸汽烤制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品加工,通過改變過熱蒸汽溫度和過熱蒸汽處理時間,可對原料肉進行燒烤、熏蒸、干燥、炸制等各種不同的加工處理[30-32],能夠有效優(yōu)化和解決傳統(tǒng)加工方式帶來的弊端,具有充分的可行性和重大的研究價值。

2.3 氣體射流沖擊技術(shù)

2.3.1 原理 氣體射流沖擊技術(shù)是將具有一定壓力的熱空氣經(jīng)一定形狀的噴嘴噴出,并直接沖擊物料的一種方法。該技術(shù)可使氣體以較高的速度直接沖刷物料表面,尤其對形狀不規(guī)則的物料,從而避免了輻射式烤箱熱源對物料輻射能量傳遞不均和局部過熱的現(xiàn)象,并提高加熱介質(zhì)與物料間的傳熱系數(shù)[33]。

2.3.2 應(yīng)用效果 氣體射流沖擊“北京烤鴨”烘烤技術(shù)是一種傳熱效率較高的綠色制造技術(shù)。在傳統(tǒng)加工工藝中,為了賦予烤鴨獨特的色澤、風(fēng)味,烤鴨的烤制溫度基本都要在200 ℃以上,實踐生產(chǎn)中為獲得最佳色澤,其烤制溫度一般可高達270 ℃[13,34]。楊文俠,張世湘[33]等學(xué)者的實驗結(jié)果表明,使用氣體射流沖擊技術(shù)可使烤鴨加工溫度降至180～200 ℃,與傳統(tǒng)加工工藝相比,加工溫度更低,能耗少,加工危害物生成的可能性也隨之降低。氣體射流沖擊技術(shù)在降低加工溫度的同時,并未降低產(chǎn)品品質(zhì)。廖倩[35]等學(xué)者研究表明,在170、190、210 ℃三種不同烤制溫度下,苯并[a]芘含量在0.13～0.45 μg/kg,二苯并[a,h]蒽含量在0.48～2.01 μg/kg,7,12-二甲基苯并蒽含量為1.28～3.19 μg/kg,苯并[a]芘含量遠遠低于國家標準5 μg/kg,170 ℃氣體射流沖擊烤制的“北京烤鴨”可媲美傳統(tǒng)工藝230 ℃以上烤制的烤鴨品質(zhì)[36]。

綜合眾學(xué)者的實驗結(jié)果,氣體射流沖擊烤鴨技術(shù)可在180～200 ℃[33,37]的溫度下進行烤制,烤制后鴨皮的膨化厚度適中,膨化效果較好[38-39],實現(xiàn)了低溫環(huán)境下烤制,降低能耗產(chǎn)生,節(jié)能減排,烤制過程中鴨內(nèi)膛溫度超過80 ℃,無致病菌[33],同時有效降低雜環(huán)胺、多環(huán)芳烴(PAHs)等有害物質(zhì)的生成,加工危害物含量低于國家限量標準[35,40],產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。該技術(shù)有利于實現(xiàn)烤鴨生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化,對于推動實現(xiàn)烤鴨的綠色制造具有十分重要的意義。

2.4 熱力場干燥烤制加工技術(shù)

2.4.1 原理 場是物質(zhì)存在的一種基本形式,如電場、磁場等,熱力場是一種熱能的存在形式,在熱力場中能完成物料與介質(zhì)的能量傳遞。熱力場主要研究供熱方式與環(huán)境的匹配關(guān)系,涉及供熱原件的布置與形狀、氣流的狀態(tài)與速度、溫度等因素[41]。使用熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的熱力場,采用干燥加工技術(shù)控制熱力場中溫度、水分活度、對流風(fēng)速等參數(shù)進而實現(xiàn)熱力場的智能控制,對熱力場內(nèi)的原料肉進行烤制,實現(xiàn)熱力場的智能控制可以為禽肉綠色制造技術(shù)提供技術(shù)支撐[34,41]。

2.4.2 應(yīng)用情況 熱力場干燥加工烤鴨過程中通過調(diào)節(jié)和控制美拉德反應(yīng)條件,增強其美拉德反應(yīng)[42],同時在烤制過程中使用增香液,可實現(xiàn)在120 ℃使原料鴨皮表面上色增香[16],實現(xiàn)非果木烤制的效果。同時,通過對優(yōu)化的烤鴨加工技術(shù)進行安全性研究,結(jié)果表明熱力場干燥技術(shù)加工的烤鴨平均PM2.5排放濃度為156.67 μg/m3,3,4-苯并芘未檢出,12種雜環(huán)胺總殘留量為0.93 μg/kg,安全性明顯高于傳統(tǒng)烤鴨[24,41]。

2.5 光波烤制

光波烤制不同于微波烤制,它使原料從外而內(nèi)的加熱方法,具有光特性[43]。張超[3]等學(xué)者研究證明,使用光波烤制可有效降低烤鴨在烤制過程中加工危害物的生成,能夠大幅降低VB1等具有熱不穩(wěn)定性營養(yǎng)物質(zhì)的損耗。光學(xué)烤制的產(chǎn)品受熱均勻,產(chǎn)品質(zhì)量易控制,產(chǎn)生熱量快,高效節(jié)能,能夠提高烤鴨加工產(chǎn)業(yè)化、機械化程度,對環(huán)境無污染,最終實現(xiàn)綠色制造。

2.6 多種綠色制造技術(shù)的復(fù)合使用

單一制造技術(shù)的局限性,對產(chǎn)品品質(zhì)的不斷追求和對生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化,衍生出對多種技術(shù)的復(fù)合使用的研究。劉琴[44]等人進行了微波光波組合烤制的研究,微波加熱一方面具有傳熱傳質(zhì)方向一致的特點,使水分迅速蒸發(fā),另一方面可以精準控制烤制溫度[45],有效縮短烤制時間,從而減少多環(huán)芳烴、雜環(huán)胺等有害物質(zhì)的產(chǎn)生[43];光波具有加熱快、加熱均勻、能最大限度地保持食物的營養(yǎng)成分不損失等優(yōu)點[3,46],將其運用到烤鴨加工制造中,使兩者組合發(fā)揮其最大的加熱烤制功效,迅速賦予產(chǎn)品特有的烤制風(fēng)味,實現(xiàn)烤鴨的綠色制造。Hong-Wei Xiao[47]等人將利用過熱蒸汽技術(shù)和沖擊技術(shù)的復(fù)合使用,獲得更高的傳熱效率,與傳統(tǒng)加工技術(shù)和單一加工技術(shù)相比,其可溶性固形物的損失小,加熱均勻,加熱時間短,由于這些優(yōu)點,此技術(shù)能夠有效保持食品色澤,提高生產(chǎn)效率,減少營養(yǎng)物質(zhì)流失[38]。目前此類復(fù)合技術(shù)仍處于早期發(fā)展階段,研究人員將進行下一步的研究,使將復(fù)合技術(shù)獲得更好的應(yīng)用效果,及其擴大其在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍。

3 結(jié)論與展望

過熱蒸汽烤制、氣體射流沖擊烤制、熱力場干燥烤制和光波烤制技術(shù)能夠保證烤鴨的綠色制造,是傳統(tǒng)烤鴨風(fēng)味品質(zhì)工業(yè)加工適宜性改造的有效途徑。而最新研究表明[9,44,47],多種綠色制造技術(shù)的復(fù)合使用將是烤鴨加工的發(fā)展方向。今后,應(yīng)在工業(yè)化放大、配套裝備創(chuàng)新與集成、加工品高效包裝選擇等方面加強研究,同時,在進行技術(shù)裝備集成的過程中,對烤鴨的原料標準化選擇、加工過程傳質(zhì)傳熱機制、特征風(fēng)味形成與保持、加工危害物形成與控制機理進行系統(tǒng)研究。

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Research progress in green manufacturing technology of roasted duck

WANG Ya-qi1,2,RAO Wei-li2,TIAN Jian-wen1，*,WANG Zhen-yu2，*

(1.College of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;(2.Institute of Food Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences Key Laboratory ofAgro-Products Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100193,China)

The characteristics and drawbacks of the traditional roasted duck were analyzed,while the single green roasting technologies and complex green roasting technologies of efficient,energy conservation and low hazard were reviewed,such as superheated steam roasting,air impingement roasting,thermal drying roasting and light wave roasting.On the basis of this,this paper provides a reference for the green production on the future and research of roasted duck.

roasted duck;green manufacturing;processing technology;roasting

2016-12-23

王雅琪(1993-)，女，碩士研究生，研究方向：肉品科學(xué)與技術(shù)，E-mail:wangyaqi5210@126.com。

*通訊作者:田建文(1965-)，男，博士，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工,E-mail: cjl2016@126.com。 王振宇(1981-)，男，博士，副研究員，主要從事肉品科學(xué)與技術(shù)研究，E-mail：food2006wzy@163.com。

國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0401505)；國家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程(肉品科學(xué))。

TS201.1

A

1002-0306(2017)13-0315-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.059