趙洪雷 ，孟德飛 ，徐永霞 ，王明麗 ，郭曉華 ，勵建榮

（1.渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧錦州 121013；2.國家魚糜及魚糜制品加工技術(shù)研發(fā)分中心，遼寧錦州 121013；3.蓬萊京魯漁業(yè)有限公司，山東煙臺 265600；4.山東美佳集團(tuán)有限公司，山東日照 276815）

0 引言

熱風(fēng)干燥是以熱空氣為干燥介質(zhì)與食品進(jìn)行濕熱交換，同時由于物料表面的水分被汽化，物料表面與內(nèi)部產(chǎn)生水分濃度差，從而使內(nèi)部水分逐漸向表面擴(kuò)散［1-2］。在干燥過程中，如果干燥參數(shù)選擇不當(dāng)會使能源效率降低，干燥時間延長，導(dǎo)致產(chǎn)品表面硬化，干燥不均勻［3］。目前已有大量文獻(xiàn)研究不同物料干燥過程中水分含量的變化規(guī)律，通過建立干燥動力學(xué)模型來預(yù)測和調(diào)控干燥過程。張鵬飛等［4］建立了基于指數(shù)函數(shù)的新型干燥動力學(xué)模型，能夠準(zhǔn)確預(yù)測人造米熱風(fēng)干燥過程中的水分變化規(guī)律。段振華等［5］研究不同屬性的羅非魚片在40，50，60 ℃下的熱風(fēng)干燥特性，并建立了干燥過程的數(shù)學(xué)模型。高翠竹等［6］研究不同熱風(fēng)溫度和時間對南極磷蝦品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在65 ℃，1 h的條件下，南極磷蝦具有良好的品質(zhì)和貯藏穩(wěn)定性。

鮐魚（Scomber japonicus）是我國主要的海洋經(jīng)濟(jì)魚類之一，富含蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，其中EPA和DHA等多種不飽和脂肪酸具有降血脂和預(yù)防心血管疾病等保健作用［7］。鮐魚因其價格低廉和營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)而深受消費(fèi)者的喜愛。鮐魚在我國主要以凍品形式進(jìn)行銷售，只有少部分用于加工成罐頭制品、干制品和魚油制品等［8-9］。鮐魚的肉質(zhì)緊實(shí)、刺少、可食部分較多，若將其開發(fā)成肉干類休閑制品，可豐富鮐魚加工制品的種類，提高附加值［10］。然而，目前關(guān)于鮐魚肉干的干燥特性研究較少，尚未建立合適的動力學(xué)模型。本文主要研究不同干燥溫度對鮐魚熱風(fēng)干燥特性的影響，擬合確定最佳干燥動力學(xué)模型；進(jìn)一步研究不同干燥溫度對魚肉質(zhì)構(gòu)特性、色澤、硫代巴比妥酸（TBA）值和水分分布狀態(tài)等品質(zhì)指標(biāo)的影響。研究旨在為鮐魚肉干的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮐魚（體長25～35 cm，錦州市林西路水產(chǎn)市場）；白砂糖、食鹽、辣椒粉、豆瓣醬、五香粉（錦州市大潤發(fā)超市）；呈味核苷酸二鈉（廣東肇慶星湖生物科技股份有限公司）；氯化鉀、酒石酸、氫氧化鉀、磷酸二氫鉀、高氯酸、甲醇（均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9055A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；X3-233A型微波爐（廣州美的廚房電器制造有限公司）；TA-XT-Plus型質(zhì)構(gòu)分析儀（英國Stable Micro Systems公司）；CR-400型色彩色差計（日本Konica-Minol-ta公司）；PL602-L型電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；UV2550型紫外光譜儀（日本島津公司）；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋（上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

將鮐魚進(jìn)行去頭去內(nèi)臟處理，流水洗凈表面和腹腔內(nèi)的淤血，取背部肌肉切成6×2×1 cm的長條。將配好的調(diào)味料均勻涂抹在魚肉表面，4 ℃條件腌制1.5 h。將腌制好的魚肉樣品用清水沖去表面的調(diào)料，于500 W下進(jìn)行微波加熱120 s，然后分別置于70，80，90 ℃烘箱中，每隔40 min取樣測各干燥指標(biāo)，烘干160 min時取樣測各品質(zhì)指標(biāo)。

1.3.2 干燥參數(shù)的測定

含水率Mt、水分比MR和干燥速率DR分別按式（1）、式（2）和式（3）計算，含水率均以干基質(zhì)量計算［11］。

式中 Gt——鮐魚干燥至t時刻的質(zhì)量，g；

G ——鮐魚干燥至恒重的質(zhì)量，g；

Mt—— 鮐魚干燥至t時刻的干基含水率，%；

Me——鮐魚的平衡干基含水率，%；

M0——鮐魚的初始干基含水率，%；

Mt+dt—— 鮐魚干燥至t+dt時刻的干基含水率，%。

1.3.3 有效水分?jǐn)U散系數(shù)和活化能的計算

有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff）可以通過結(jié)合式（4）Fick方程和式（5）Arrhenius方程進(jìn)行計算［12］，通過 ln（MR）對時間 t作圖，求得直線的斜率，從而計算出不同溫度下的擴(kuò)散系數(shù)。利用ln（Deff）對1/T作圖即可求得擴(kuò)散活化能（Ea）。

式中 ts——干燥時間，s；

L ——樣品厚度，m；

D0——擴(kuò)散常數(shù)，m2/s；

Ea——擴(kuò)散活化能，kJ/mol；

Rg——理想氣體常數(shù)，8.314×10-3kJ/（mol·K）；

T ——干燥溫度，K。

1.3.4 干燥模型

為更好地了解鮐魚在干燥過程中的脫水規(guī)律，試驗(yàn)中選用4種數(shù)學(xué)模型（表1）進(jìn)行預(yù)測［13］。利用Origin 2019軟件對干燥曲線進(jìn)行非線性回歸模擬，將卡方檢驗(yàn)（χ2）、均方根誤差（RMSE）和決定系數(shù)（R2）作為模型擬合的評價指標(biāo)［14-15］，χ2、RMSE和 R2值的計算分別如式（6）、式（7）和式（8）。

表1 模擬干燥曲線的數(shù)學(xué)模型Tab.1 Mathematical models for simulating drying curves

式中 MRexp,i——第i個試驗(yàn)含水率，%；

MRpre,i——第i個預(yù)測含水率，%；

N ——觀察次數(shù)；

n ——常數(shù)個數(shù)。

1.3.5 硫代巴比妥酸值的測定

參考GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的測定》中的分光光度法。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)的測定

將干燥后的鮐魚樣品切成2×2×1 cm的魚塊進(jìn)行測試。探頭型號為P/50，測前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，壓縮程度60%，時間間隔5 s，壓縮次數(shù)2次。

1.3.7 色澤的測定

采用色差計測定魚肉樣品的色度，采用3點(diǎn)測試法測定樣品L*、a*和b*值。

1.3.8 水分分布狀態(tài)的測定

將鮐魚樣品切成5×5×15 mm的小塊，放入專用核磁管中，然后置于低場核磁共振儀中進(jìn)行測定。參數(shù)設(shè)置為 P90：5.6 μs；P180：12 μs；SW：200 kHz；Tw：4 000 ms；NECH：8 000；TE：0.1 ms；NS：32。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Origin 2019b進(jìn)行繪圖，SPSS 19.0進(jìn)行顯著性分析（p＜0.05為差異性顯著），取不同處理組樣品各3塊平行測定3次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱風(fēng)溫度對鮐魚干燥特性的影響

如圖1所示，熱風(fēng)干燥溫度越高，魚肉的失水速率越快，干燥所需時間越短，鮐魚肉在70，80，90 ℃下達(dá)到干燥終點(diǎn)所需要的時間分別為480，320，240 min。

圖1 不同溫度下鮐魚肉的干燥曲線Fig.1 Drying curves of scomber japonicus muscle at different temperatures

鮐魚干燥速率隨時間以及干基含水率的變化曲線如圖2所示。從圖2（a）可以看出，熱風(fēng)溫度越高，鮐魚肉的失水速率越快，干燥所需的時間越短。在干燥初期，魚肉的水分含量相對較高，水分與熱風(fēng)的接觸面積較大，所以干燥速率較高；隨著干燥時間的延長，魚肉的含水量逐漸降低，魚肉表面的收縮與硬化加劇，增加了水分?jǐn)U散的阻力，使得水分更難蒸發(fā)，從而導(dǎo)致干燥速度逐漸降低［16］。從圖2（b）可以看出，在不同的干燥溫度下，魚肉的干基含水率與干燥速率呈正相關(guān)，隨著水分含量的減少，魚肉的干燥速率逐漸降低。魚肉的表面水分較低，干燥過程中內(nèi)部水分不易向表面擴(kuò)散，因此整個干燥過程以降速干燥為主。

圖2 不同溫度下鮐魚肉的干燥速率曲線Fig.2 Drying rate curves of scomber japonicus muscle at different temperatures

2.2 鮐魚干燥中水分?jǐn)U散系數(shù)和活化能的計算

Deff可用來衡量物料在干燥過程中的脫水能力，Deff越高，其脫水能力越強(qiáng)，水分?jǐn)U散所需的活化能越低［17］。從表2可以看出，在不同的干燥溫度下，鮐魚的Deff為（4.856 7～9.411 1）×10-10m2/s。此外，鮐魚熱風(fēng)干燥的Deff與干燥溫度呈正相關(guān)，溫度越高，Deff越大。

表2 不同溫度下鮐魚肉水分有效擴(kuò)散系數(shù)Tab.2 Effective moisture diffusivity of scomber japonicus muscle at different temperatures

鮐魚肉干燥過程中Deff與溫度之間的關(guān)系可用Arrhenius方程描述。將Deff的自然對數(shù)值與溫度的倒數(shù)值進(jìn)行線性回歸，得到其R2為0.987 7，根據(jù)直線的斜率計算出鮐魚熱風(fēng)干燥的Ea為 33.587 7 kJ/mol。

2.3 鮐魚熱風(fēng)干燥數(shù)學(xué)模型的建立

水分比表示在特定的干燥條件下，物料被干燥后剩余的水分，可用來表示魚肉干燥速度的快慢［18］。圖3表示鮐魚肉在70～90 ℃的熱風(fēng)干燥條件下，MR隨時間的變化曲線?？梢钥闯觯瑹犸L(fēng)溫度越高，鮐魚肉的失水速率越快，干燥所需時間越短，到達(dá)干燥終點(diǎn)時鮐魚的水分比在0.25左右。

圖3 水分比隨時間的變化曲線Fig.3 Change curves of moisture ratio with drying time

采用4種干燥模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，不同模型的模型常數(shù)和評價標(biāo)準(zhǔn)見表3?？梢钥闯?，Page模型和Logaritmic經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途休^高的R2、較低的RMSE和χ2，說明這2個模型均具有較好的擬合度［19］。

表3 鮐魚肉干燥經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合結(jié)果Tab.3 Fitting results of drying empirical model of scomber japonicus muscle

2.4 鮐魚熱風(fēng)干燥動力學(xué)模型驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的擬合效果，將page模型和logarithmic模型擬合方程分別在70，80，90 ℃熱風(fēng)條件下的預(yù)測值與試驗(yàn)值進(jìn)行對比。由圖4可見，預(yù)測值與試驗(yàn)值的2條曲線非常接近，說明page模型和logarithmic模型可以很好地反映鮐魚肉的熱風(fēng)干燥過程。

圖4 鮐魚肉熱風(fēng)干燥數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證曲線Fig.4 Verification curves of hot air drying mathematical model of scomber japonicus muscle

2.5 干燥溫度對鮐魚肉干色差的影響

色澤是干制食品的一個重要品質(zhì)屬性，在一定程度上決定消費(fèi)者的購買欲［20］。L*不僅跟魚肉的結(jié)構(gòu)特性、水分含量和分布有直接的關(guān)系，還與蛋白質(zhì)的變化有關(guān)［21］。由表4可知，當(dāng)熱風(fēng)干燥溫度從70 ℃升到80 ℃時，魚肉干的L*值略增大但變化不顯著（p＞0.05）；當(dāng)溫度升高到90 ℃時，L*值明顯下降（p＜0.05）。隨著干燥溫度的升高，a*、b*值均顯著增大（p＜0.05）。鮐魚屬于紅肉魚，其肌紅蛋白含量高，隨著干燥溫度的升高，肌紅蛋白的氧化作用增強(qiáng)，同時美拉德反應(yīng)和脂質(zhì)氧化作用也加劇，從而使其顏色加深［22］。

表4 不同干燥溫度對鮐魚肉干色澤的影響Tab.4 Effects of different drying temperatures on color of scomber japonicus muscle

2.6 干燥溫度對鮐魚肉干質(zhì)構(gòu)和TBA值的影響

由表5可知，隨著熱風(fēng)干燥溫度的升高，魚肉干的硬度和咀嚼性顯著增加，彈性下降，主要是因?yàn)楦邷厥辊T魚肌肉組織變性收縮、硬度增加。ERDO?DU等［23］研究表明，高溫致使水分蒸發(fā)迅速，肌肉纖維收縮，形成致密的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)，使肌肉彈性降低。賀雪華［24］研究了不同熱風(fēng)溫度對秋刀魚質(zhì)構(gòu)特性的影響，結(jié)果表明魚肉的硬度隨烘干溫度的升高而不斷增加，彈性先增加后降低，與本試驗(yàn)的研究結(jié)果類似?？傮w來看，烘干溫度對鮐魚肉干質(zhì)地的影響顯著，當(dāng)烘干溫度為80 ℃時能夠給予鮐魚肉干較好的組織狀態(tài)，肉質(zhì)緊實(shí)有嚼勁。鮐魚富含不飽和脂肪酸，在高溫條件下極易發(fā)生氧化，TBA值是評定魚肉脂肪氧化程度的良好指標(biāo)。隨著烘干溫度的升高，魚肉干的TBA值逐漸增大，在90 ℃時TBA值顯著增大。

表5 不同干燥溫度對鮐魚肉干質(zhì)構(gòu)和TBA值的影響Tab.5 Effects of different drying temperatures on texture and TBA value of scomber japonicus muscle

2.7 干燥溫度對鮐魚肉干水分分布狀態(tài)的影響

不同熱風(fēng)干燥溫度下鮐魚肉干的T2弛豫時間如圖5所示，共出現(xiàn)3個弛豫峰，分別用T21，T22和T23表示，其中T22的H質(zhì)子振幅最高，主要代表束縛在肌肉組織中的不易流動水，T21和T23分別代表結(jié)合水和自由水［25］。隨著烘干溫度的升高，魚肉干的T2曲線明顯左移，表明各狀態(tài)水分所受的束縛力增強(qiáng)，此時再干燥脫水會越來越困難。如表6所示，各組樣品中不易流動水的相對百分含量均最高，且隨著溫度的升高，魚肉中不易流動水的含量顯著降低（p＜0.05），而結(jié)合水的含量顯著升高（p＜0.05）。姜秀麗等［26］的研究也表明，溫度升高會加快肌纖維結(jié)構(gòu)收縮與蛋白質(zhì)凝固，不易流動水與肌肉蛋白的結(jié)合程度降低，進(jìn)而導(dǎo)致水分的流失。

圖5 不同干燥溫度下鮐魚肉的T2弛豫時間譜圖Fig.5 Water relaxation time（T2） spectrum of scomber japonicus muscle at different drying temperatures

表6 不同烘干溫度下鮐魚肉中3種狀態(tài)水的相對百分含量Tab.6 Relative contents (%) of three states of water in scomber japonicus muscle at different drying temperatures

3 結(jié)語

鮐魚肉的熱風(fēng)干燥主要是降速干燥過程，在不同干燥溫度下的有效水分?jǐn)U散系數(shù)范圍為（4.856 7～9.411 1）×10-10m2/s，且隨著溫度的升高而增大；擴(kuò)散活化能為33.587 7 kJ/mol。在所選的4種干燥模型中，Page和Logarithmic模型適合用來描述鮐魚肉熱風(fēng)干燥過程。隨著干燥溫度的升高，鮐魚肉干的硬度和咀嚼性顯著增大，彈性在80 ℃時達(dá)最大值；TBA、a*和b*值呈顯著上升趨勢；LF-NMR結(jié)果表明，不易流動水是鮐魚肉干中含量最多的水分，且隨干燥溫度的升高，不易流動水的含量逐漸減少，結(jié)合水含量升高。