張凡偉 - 張小燕 - 李少萍 - 李昕劼 - 韓亞芬 - 曹有福 -

(中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083)

海參捕撈季節(jié)性強(qiáng)；且極易自溶，出海后需短時(shí)間飼養(yǎng)或立刻加工。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍90%的海參被加工成干制品[1]。應(yīng)用不同的干燥方法干制海參會(huì)使海參有不同的特性，同時(shí)不同技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性也有所差距。因此，海參干制新技術(shù)也成為了目前國(guó)內(nèi)外海參干燥研究的熱點(diǎn)。

AD是一種傳統(tǒng)的干燥方法，是目前應(yīng)用最為廣泛的干燥方法，對(duì)設(shè)備及操作技術(shù)要求不高、操作簡(jiǎn)便、成本較低，生產(chǎn)過(guò)程可控且易于產(chǎn)業(yè)化。目前，AD被廣泛應(yīng)用于干燥各種水產(chǎn)品，例如中國(guó)干鮑、干海參、烤魚片、海米、干貝的生產(chǎn)[2]。MD和VFD是食品加工新技術(shù)，MD速度快，生產(chǎn)效率高，在農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景[3]。VFD對(duì)于高附加值食品保持高品質(zhì)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，目前在食品加工領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的有水果(榴蓮、藍(lán)莓等)和蜂王漿等產(chǎn)品干制加工，在水產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用還不廣泛，但隨著設(shè)備制造水平的提高，極具產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。MVFD干燥技術(shù)，是將微波技術(shù)與VFD相結(jié)合，利用微波對(duì)水分子的作用，將微波作為VFD的加熱方式[4]。本研究選擇食用價(jià)值較高的刺參作為研究對(duì)象[5]，研究4種海參干制方式，對(duì)干品品質(zhì)、能耗和生產(chǎn)效率3個(gè)方面作出比較，分析各種技術(shù)的特點(diǎn)及適用性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料與試劑

鮮活大連刺參：購(gòu)買于北京海淀區(qū)京港水產(chǎn)品市場(chǎng)；

氫氧化鉀、乙醇、丙酮、乙醚、濃硫酸等：分析純，北京化工廠；

葡萄糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)品：北京儀化通標(biāo)科技有限公司。

1.2 主要儀器及設(shè)備

電子分析天平：TB-214型，賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：DK-S24型，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG9023A型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

紫外分光光度計(jì)：UV-2550型，日本島津公司；

微波真空冷凍干燥機(jī)：LG-0.2型，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院；

掃描電子顯微鏡：S-3400N型，日本日立公司；

食品物性分析儀：TMS-PRO型，美國(guó)FTC公司；

三相四線電力分析儀：TES-3600型，泰仕電子工業(yè)股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料處理 在鮮活刺參腹部頭尾處開(kāi)口，去除內(nèi)臟清水洗凈，沸水煮1 h后取出。刺參沸煮后體積收縮，將沸煮后的刺參浸泡在超純水中冷卻發(fā)制，每24 h換水，3 d后待刺參體壁漲發(fā)變硬，取出刺參進(jìn)行后續(xù)干燥試驗(yàn)。

1.3.2 干燥試驗(yàn)

(1) 熱風(fēng)干燥：熱風(fēng)干燥溫度70 ℃以上時(shí)，因溫度超過(guò)刺參膠原蛋白的收縮溫度，刺參感官品質(zhì)會(huì)明顯下降，溫度在40 ℃以下時(shí)由于干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，刺參收縮嚴(yán)重[6]，所以干燥溫度應(yīng)選擇40～70 ℃，考慮干燥溫度越高，干燥速度越快，最終確定70 ℃為干燥溫度。干燥參數(shù)：相對(duì)濕度55%～60%，干燥箱內(nèi)部風(fēng)速1.5 m/s，待烘箱溫度達(dá)到70 ℃后，放入刺參，過(guò)程中監(jiān)測(cè)樣品含水率，直到原料的濕基含水率低于(12.0±0.5)%。

(2) 微波干燥：微波功率設(shè)定為500 W，過(guò)程中監(jiān)測(cè)樣品含水率，直到原料的濕基含水率低于(12.0±0.5)%。

(3) 真空冷凍干燥：預(yù)凍溫度-35 ℃，預(yù)凍時(shí)間4 h，干燥真空度60 Pa，加熱板溫度由0 ℃勻速升溫至80 ℃，設(shè)定升溫時(shí)間6 h，達(dá)到80 ℃后保持溫度，冷阱溫度為-40 ℃，利用凍干機(jī)自帶的重力傳感器獲取質(zhì)量數(shù)據(jù)，至刺參濕基含水率低于(12.0±0.5)%時(shí)，停止。

(4) 微波真空冷凍干燥：預(yù)凍溫度-35 ℃，預(yù)凍4 h，干燥真空度60 Pa，微波功率480 W，冷阱溫度為-40 ℃，過(guò)程中監(jiān)測(cè)樣品含水率，直至含水率低于(12.0±0.5)%。

1.3.3 指標(biāo)測(cè)定

(1) 酸性黏多糖測(cè)定：通過(guò)測(cè)定葡萄糖醛酸的含量，分析刺參酸性黏多糖含量，采用硫酸咔唑法測(cè)定，含量以干基計(jì)。

(2) 保形率：刺身干制后體型保形率能反映產(chǎn)品的復(fù)水性及凍干工藝水平，可按式(1)計(jì)算保形率。

(1)

式中：

K——保形率，%；

l1——干前體長(zhǎng)，mm；

l2——干后體長(zhǎng)，mm。

(3) 復(fù)水比：將干燥海參浸于室溫純凈水中，保持5 h后取出刺參原料并瀝干表面水分，用電子天平稱量獲取結(jié)果，按式(2)計(jì)算復(fù)水比。

(2)

式中：

Y——復(fù)水比；

m1——復(fù)水前干海參質(zhì)量，g；

m2——干海參復(fù)水瀝干后的質(zhì)量，g。

(4) 質(zhì)構(gòu)試驗(yàn)：選取20 mm的圓柱形探頭，下降速度60 mm/min，下降位移15 mm，測(cè)定復(fù)水刺參的彈性。

(5) 感官評(píng)分：由10名經(jīng)培訓(xùn)的感官評(píng)價(jià)員根據(jù)干品及復(fù)水品外觀、風(fēng)味、口感3個(gè)方面表現(xiàn)進(jìn)行打分，求平均值，得出最終結(jié)果。感官評(píng)定方法考慮干刺參本身特點(diǎn)，并參考其他研究者選取感官評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法[7]及相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]，評(píng)分方法見(jiàn)表1。

表1 凍干刺參感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?Table 1 Sensory evaluation of VFD Stichopus japonicus

? 外觀、口感、風(fēng)味3個(gè)指標(biāo)總得分分別為5、3、2分。

(6) 含水率測(cè)定：按式(3)計(jì)算刺參水分含量，然后在干燥過(guò)程中選取時(shí)間節(jié)點(diǎn)測(cè)量樣品重量，設(shè)備有重力傳感器的可以直接讀數(shù)。濕基含水率按式(4)計(jì)算：

(3)

式中：

H——刺參的水分含量，%；

m1——干燥前鋁制干燥盒和刺參的總質(zhì)量，g；

m2——干燥后鋁制干燥盒和刺參樣品的總質(zhì)量，g；

m3——鋁制干燥盒的質(zhì)量，g。

(4)

式中：

M——濕基含水量，%；

H——原料水分含量，%；

m0——原料質(zhì)量，g；

m1——干燥過(guò)程中刺參質(zhì)量，g。

(7) 能耗的測(cè)定：在刺參干燥過(guò)程中，采用平均功率與干燥時(shí)間的乘積作為干燥能耗。

(8) 表面微觀結(jié)構(gòu)觀察：切取約1 mm厚的海參干品表皮，噴鍍一層厚度<100 nm的鉑金膜，在掃描電鏡下觀察樣品表面微觀結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式刺參品質(zhì)的對(duì)比分析

2.1.1 酸性黏多糖含量 由圖1可知，VFD刺參酸性黏多糖含量最高(5.02 g/100 g)，MD刺參酸性黏多糖含量最低(4.66 g/100 g)，4種方式酸性黏多糖含量平均值為4.88 g/100 g，可以看出含量最低的MD刺參酸性黏多糖含量與平均值差值僅為0.2 g，說(shuō)明4種干燥方式對(duì)刺參酸性黏多糖含量的影響不明顯。MD刺參酸性黏多糖含量略少于其他干燥方式，原因是微波加熱速度較快有局部溫度過(guò)高的現(xiàn)象，導(dǎo)致少量酸性黏多糖分子變性。

圖1 不同干燥方式酸性黏多糖的對(duì)比Figure 1 Relation of the acid mucopolysaccharide and drying methods

2.1.2 保形率 物料在干燥過(guò)程中隨著水分的喪失，會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。由圖2可知，AD和MD產(chǎn)品的收縮嚴(yán)重，保形率分別為63.0%和68.4%，而VFD產(chǎn)品能保證90.0%以上的保形率，MVFD刺參略差于VFD。主要是因?yàn)閂FD干燥時(shí)的水分處于固態(tài)，屬于升華干燥，所以能較好地保形。AD和MD干燥過(guò)程中水分以液體氣化的方式去除，刺參不斷收縮，而且MD干燥過(guò)程中刺參溫度較高所以變形量大。

2.1.3 復(fù)水比 干刺參的復(fù)水泡發(fā)是消費(fèi)者食用干刺參重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方式干制的刺參復(fù)水非常困難，一般需要3 d。由圖3可知，VFD海參具有最高的復(fù)水比，遠(yuǎn)高于其他干燥方式的產(chǎn)品。MVFD產(chǎn)品的復(fù)水比也較高，而AD和MD產(chǎn)品的復(fù)水比則很低，尤其是AD產(chǎn)品復(fù)水最差。VFD刺參復(fù)水比最高達(dá)到10.13，而AD刺參復(fù)水比最低(5.58)。從感官上觀察也是如此，AD和MD產(chǎn)品皺縮嚴(yán)重，表面硬化結(jié)殼，因此復(fù)水非常困難。這是因?yàn)锳D干燥時(shí)間長(zhǎng)，溫度高，水分遷移過(guò)程中，大量鹽分也遷移至表面，形成了硬化層，而且AD刺參收縮嚴(yán)重，內(nèi)部組織密度大，可供水分?jǐn)U散的孔道很少，所以在復(fù)水時(shí)水分很難進(jìn)入刺參內(nèi)部。而MD干燥則主要是因?yàn)槲⒉芰繌?qiáng)，溫度上升快，且溫度傳導(dǎo)方向與水分傳導(dǎo)方向一致，干燥溫度高，容易形成表面硬化層，導(dǎo)致產(chǎn)品復(fù)水性差。VFD由于在真空狀態(tài)脫水，物料能一定程度保持形態(tài)，內(nèi)部組織較為疏松，復(fù)水性相對(duì)較好，脫水過(guò)程相對(duì)于MVFD更均勻，物料內(nèi)部能形成均勻的孔洞結(jié)構(gòu)。

圖2 不同干燥方式保形率的對(duì)比Figure 2 Relation of the Shape-preserving rate and drying methods

圖3 不同干燥方式復(fù)水比的對(duì)比Figure 3 Relation of rehydration and drying methods

2.1.4 彈性 利用質(zhì)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)定彈性主要是與感官評(píng)分互為補(bǔ)充，在食品的質(zhì)地測(cè)量方面形成主觀評(píng)價(jià)和客觀結(jié)果的綜合結(jié)論。全面測(cè)評(píng)比較4種干燥方式對(duì)刺參質(zhì)地的影響(圖4)可知，VFD復(fù)水品彈性最好，達(dá)到90%以上，最差的是AD刺參，低于70%；MVFD略差于VFD，彈性值低約5%。

圖4 不同干燥方式彈性的對(duì)比Figure 4 Relation of the elasticity and drying methods

2.1.5 感官品質(zhì) 由表2可知，AD和MD干制刺參外觀評(píng)分很低，主要原因是刺參發(fā)生了較嚴(yán)重的收縮和色變，隨著水分不斷被除去，刺參體積逐漸縮小，顏色加深，體表參刺逐漸萎縮，腹部的開(kāi)口處逐漸張開(kāi)。VFD外觀形態(tài)最好，整體只有較輕微的收縮，表面能清晰地看到海綿狀的組織形態(tài)，且基本能保持干燥前的色澤，顏色鮮艷飽滿，能看到清晰的顏色變化層次，參刺圓潤(rùn)直立，開(kāi)口處筆直。MVFD刺參外觀形態(tài)較VFD刺參差，色澤較暗，缺乏光彩，體型不如VFD產(chǎn)品飽滿均勻。在復(fù)水品口感方面，VFD口感最佳，MVFD僅次于VFD，復(fù)水后體壁彈性十足，有嚼勁，AD和MD刺參復(fù)水后，口感較差，部分位置質(zhì)地較硬，沒(méi)嚼勁。在風(fēng)味方面，VFD刺參有濃郁的刺參鮮味，MVFD鮮味較淡，AD和MD刺參因?yàn)樾纬闪吮砻嬗矚?，基本聞不到刺參的鮮味[11]。綜上，在感官評(píng)價(jià)方面，VFD刺參優(yōu)勢(shì)明顯，各方面品質(zhì)均較好，商品價(jià)值最高，其次為MVFD。AD和MD刺參感官較差，無(wú)商品價(jià)值。

表2 感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results

2.2 不同干燥方式干燥時(shí)間和能耗的對(duì)比分析

2.2.1 干燥時(shí)間 由圖5可知，MD干燥速度最快1.5 h內(nèi)即可完成干燥，其次為MVFD和AD，VFD需要約16.5 h才能使刺參濕基含水率達(dá)到12%以下。MVFD因?yàn)榧訜嵝瘦^高，相對(duì)于VFD，將干燥過(guò)程縮短了約8 h。

2.2.2 能耗 由表3可知，VFD能耗最高，MVFD相對(duì)于VFD能節(jié)能約60%。

圖5 不同干燥方式的干燥曲線Figure 5 Drying curve of different drying methods表3 不同干燥方法的能耗Table 3 Relation of energy consumption and drying methods

方法功率/kW能耗/(kW·h)AD0.4844.484MD0.2240.336VFD1.81229.898MVFD1.38211.056

2.3 不同干燥方式表面微觀結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析

由圖6可知，VFD產(chǎn)品形成了均勻多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，這是冰晶升華形成的孔洞，孔洞細(xì)密且均勻。MVFD產(chǎn)品與VFD產(chǎn)品相比孔洞均勻性差，MD和AD產(chǎn)品無(wú)較好的孔隙結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)一定程度說(shuō)明4種干燥方式在感官和質(zhì)地等方面存在差異的原因是干燥條件影響了刺參的組織結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

采用AD、MD、MVFD和VFD 4種方法干燥刺參，分析了干燥方法對(duì)刺參酸性黏多糖含量的影響，并對(duì)比了相應(yīng)干刺參產(chǎn)品的復(fù)水性、收縮率及感官特性，同時(shí)分析比較了不同干燥方法的干燥時(shí)間及能耗。

圖6 不同干燥方式產(chǎn)品表面微觀結(jié)構(gòu)圖Figure 6 Relation of surface microstructure and drying method (×800)

(1) 分析表明VFD刺參品質(zhì)較好，MD方法速度最快、能耗最低，MVFD能一定程度地保證產(chǎn)品品質(zhì)且降低能耗并縮短干燥時(shí)間。

(2) 通過(guò)對(duì)比干刺參表面微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)VFD刺參形成了疏松多孔的骨架，相較于其他3種方法干燥的刺參產(chǎn)品，孔洞更為均勻密集，是凍干刺參復(fù)水性好的原因之一。

(3) 研究中選取的MVFD干燥方法工藝復(fù)雜，參數(shù)較多，后續(xù)工作中可通過(guò)工藝優(yōu)化，在產(chǎn)品品質(zhì)及工藝經(jīng)濟(jì)性方面作出有效改善，為干海參大規(guī)模生產(chǎn)加工提供參考。同時(shí)，也可選取多種海參活性物質(zhì)作為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析干燥方法對(duì)刺參活性物質(zhì)的影響。

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