劉 靜, 趙 亞, 石啟龍

(山東理工大學 農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院, 山東 淄博 255000)

扇貝(Argopecten irradias)隸屬于軟體動物門扇貝科,是我國主要的海產(chǎn)經(jīng)濟貝類之一。 新鮮扇貝含水率高,在體內(nèi)酶和微生物的作用下極易腐敗變質(zhì)。 熱泵干燥(heat pump drying, HPD)憑借干燥條件溫和、參數(shù)易于控制、節(jié)能和環(huán)境友好等優(yōu)點,尤其適用于熱敏性物料(果蔬和水產(chǎn)品)的干燥[1]。但是,干燥后期難以將物料內(nèi)部的結合水除去,造成干燥效率低、能耗高等問題,嚴重限制了HPD 技術在干燥領域的應用。

為了提高干燥效率,常采用熱力或非熱力預處理方法進行干燥。 滲透脫水(osmotic dehydration,OD)作為一種非熱力預處理手段,廣泛應用于果蔬干燥領域[2]。 然而,OD 預處理在水產(chǎn)品干燥領域的應用相對較少[3]。 目前,OD 預處理輔助干燥的研究僅局限于通過干燥動力學曲線表征物料總含水率的變化,而未對內(nèi)部水分組成及狀態(tài)分布進行詳細探究。 低場核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)作為一種快速無損檢測技術,能夠通過橫向弛豫時間(transverse relaxation time,T2)分析物料內(nèi)部水分組成、水分分布以及水分子與周圍大分子間的相互作用[4],從而揭示物料干燥過程中動力學特性、干制品品質(zhì)變化與水分狀態(tài)分布之間的內(nèi)在聯(lián)系。 水產(chǎn)品干燥過程中,干制品品質(zhì)變化與玻璃化轉(zhuǎn)變密切相關[5],生物聚合物由于具有提高基質(zhì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、增強物料加工及貯藏穩(wěn)定性作用,因此被用于干燥助劑[5]。 添加麥芽糊精(maltodextrin, MD)、蛋白質(zhì)、親水膠體等高分子物質(zhì),可降低南美白對蝦溫度與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的差值,提高干制品品質(zhì)[5]。 林雯雯等[6]研究表明:MD 預處理可抑制蝦仁塌陷形變,提高蝦仁持水力；乳清分離蛋白(whey protein isolate, WPI)預處理降低了凍干蝦仁的表觀密度和蝦青素損失,提高了蝦仁的持水力。 糖類一般作為抗凍劑在水產(chǎn)品冷凍/凍藏過程中廣泛使用。 石啟龍等[7]研究表明,添加糖類尤其菊糖(inulin,IN)和海藻糖(trehalose,Tre)顯著提高了蝦肉的貯藏穩(wěn)定性,延長其貨架期。此外,研究表明,適宜添加劑預處理可提高羅非魚熱泵干燥[8]和冷凍干燥[9]品質(zhì)。 但是,尚未見IN、Tre、MD、WPI 作為滲透劑預處理對扇貝柱HPD 動力學及品質(zhì)特性影響方面的報道。 因此,本研究基于LF-NMR 技術,探究OD 種類(IN、Tre、MD、WPI)和質(zhì)量濃度(50、100、150 g/L)對扇貝柱HPD 動力學和干制品品質(zhì)的影響,以期為扇貝柱OD 輔助HPD 技術提供理論依據(jù)和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活扇貝,淄博市張店區(qū)水產(chǎn)市場。

WPI、IN、Tre(食品級),上海權旺生物科技有限公司；MD(食品級),山東西王集團有限公司。 NaCl(分析純),天津市恒興化學試劑制造有限公司。

1.2 儀器與設備

1HP-5 型熱泵除濕干燥設備,青島歐美亞科技有限公司；DHG-9140A 型電熱鼓風干燥箱,上海一恒科學儀器有限公司；LabSwift-aw型水分活度儀,大昌華嘉商業(yè)(中國)有限公司；TMS-2000 型物性分析儀,美國FTC 公司；WSC-S 型色差計,上海儀電物理光學儀器有限公司；PL203 型電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司；HJ-3 型恒溫磁力攪拌器,江蘇省常州市金壇區(qū)榮華儀器制造有限公司；PQ001 型核磁共振分析儀,蘇州紐邁分析儀器股份有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

新鮮扇貝清洗、取柱,將其置于質(zhì)量分數(shù)3%的NaCl 溶液中預煮3 min,取出迅速冷卻,瀝干表面水分后,置于4 ℃冰箱中冷藏待用。 隨機抽取20 個扇貝柱,測定其滲透預處理前的初始指標。 扇貝柱質(zhì)量和直徑分別為(2.79 ±0.75) g 和(1.69 ±0.26)cm,濕基含水率及蛋白質(zhì)、脂肪、灰分質(zhì)量分數(shù)分別為(82.23 ±0.62)%、(12.23 ±1.15)%、(2.13 ±0.18)%、(1.38 ±0.12)%。

1.3.2 滲透預處理

根據(jù)預實驗結果,同時參考李敏等[8]滲透預處理羅非魚最佳質(zhì)量濃度范圍,本實驗分別配置不同質(zhì)量濃度(50、100、150 g/L)的IN、Tre、MD、WPI 滲透液。 將扇貝柱隨機分成16 組,每組總質(zhì)量約100 g,以料液比(g/L)1∶10 分別置于含有不同質(zhì)量濃度浸漬液的燒杯中,以等體積蒸餾水浸泡處理的扇貝柱為對照組(CK)。 將含扇貝柱的燒杯置于40 ℃水浴鍋處理60 min,同時用玻璃棒攪拌溶液,取出扇貝柱,瀝干表面水分用于HPD 處理。

1.3.3 扇貝柱HPD 處理

扇貝柱在溫度45 ℃、風速2 m/s 環(huán)境進行HPD。 HPD 過程中定期取樣稱量,扇貝柱干基含水率(0.45 ±0.05) g/g 時,干燥結束。

1.3.4 扇貝柱理化指標測定

1.3.4.1 含水率測定

初始濕基含水率測定。 采用真空干燥法[10],稱取一定質(zhì)量的新鮮扇貝柱肉,切碎后放入稱量瓶中,然后置于真空干燥箱70 ℃、真空度0.098 MPa 干燥12 h,取出置于干燥器冷卻后稱量,然后重新置于干燥箱干燥,每隔2 h 取樣、稱量,直至前后2 次樣品質(zhì)量差小于等于3 mg。 初始濕基含水率w0計算見式(1)。

式(1)中,m0為新鮮扇貝柱質(zhì)量,g；m1為新鮮扇貝柱絕干質(zhì)量,g。

干基含水率測定。 HPD 過程中,每隔1 h 取樣,稱取扇貝柱質(zhì)量,干基含水率計算見式(2)[2]。

式(2)中,Mt為HPD 過程中t時刻扇貝柱干基含水率,g/g；mt為HPD 過程中t時刻扇貝柱質(zhì)量,g；m1為扇貝柱絕干質(zhì)量,g。

1.3.4.2 水分比測定

水分比(MR)是指樣品在一定干燥條件下未被干燥除去的水分。 MR 計算見式(3)[1]。

1.3.4.3 干燥速率測定

干燥速率(DR)計算見式(4)[1]。

式(4)中,Md為干基含水率,g/g；t為干燥時間,h；Md,i為i時刻干基含水率,g/g；Md,i+1為i+1 時刻干基含水率,g/g。

1.3.4.4 水分活度測定

采用水分活度儀測定樣品的水分活度(aw),取適量樣品平鋪于樣品池,測定環(huán)境溫度25 ℃。

1.3.4.5 色差測定

使用測色色差計測定干燥過程中扇貝柱色澤。ΔE計算見式(5)[5]。

式(5)中,L、a、b為熱泵干燥扇貝柱色度值,L0、a0、b0為干燥前扇貝柱色度值。

1.3.4.6 質(zhì)構分析

參考Ortiz 等[11]的測定方法,使用物性分析儀測定樣品硬度和彈性(測試樣本容量n=15),結果取平均值。 物性分析儀參數(shù):直徑75 mm 圓柱探針,刀片厚度2 mm,測前速度1 mm/s；測量速度60 mm/s；測后速度60 mm/s,壓縮變形量50%。

1.3.4.7 復水率測定

采用朱智壯等[12]的方法,稱取一定質(zhì)量扇貝柱,置于100 ℃沸水中,維持5 min。 取出,瀝干表面水分,稱量。 復水率Rf計算見式(6)。

式(6)中,mf為復水后扇貝柱質(zhì)量,g；mg為復水前扇貝柱質(zhì)量,g。

1.3.4.8 低場核磁共振測定

使用脈沖核磁共振儀測定弛豫時間,取適量樣品置于直徑25 mm 核磁管中,測定條件:90°脈沖時間(P1)為5.52 μs,180°脈沖時間為11.04 μs,采樣點為384120,等待時間(TW)為4000 ms,累加次數(shù)為4,回波時間(TE)為0.3 ms,回波計數(shù)2000[13]。

1.3.5 綜合加權評分計算

參考李敏等[8]綜合加權評分值計算方法,綜合考慮樣品aw、ΔE、Rf、硬度和彈性等指標,對HPD 扇貝柱產(chǎn)品品質(zhì)進行加權評分。 以滿分100 分計各指標權重,其中aw權重30；ΔE和Rf權重20；硬度和彈性權重15,所得總分作為最終判斷標準。

Rf、彈性值越大表示樣品品質(zhì)越好,故其評分計算見式(7)。

aw、ΔE和硬度值越小表示樣品品質(zhì)越好,故計算見式(8)。

式(7)、式(8)中,Yi為各指標加權得分；a為各指標權重分值；W0為各指標實驗優(yōu)化值；Wi為各指標對應的實際測定值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

扇貝柱OD 和后續(xù)HPD 均平行實驗3 次,相關指標測定至少重復3 次,數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。 采用SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析,差異顯著性進行Duncan’s 多重比較。 采用Matlab 2018 軟件進行線性分析,采用Origin 2018 軟件繪圖并進行Pearson 相關性分析。

2 結果與分析

2.1 滲透劑對扇貝柱熱泵干燥動力學的影響

滲透劑預處理后扇貝柱HPD 動力學特性如圖1 和圖2。 由圖1 可知,扇貝柱MR 隨干燥時間的延長逐漸降低。 與CK 組相比,適宜滲透劑預處理后扇貝柱MR 下降趨勢更明顯；相同干燥時間時,適宜種類和質(zhì)量濃度滲透劑預處理后的扇貝柱MR 更低。 扇貝柱干燥8 h 時,CK、50 g/L IN、100 g/L Tre、150 g/L Tre、150 g/L MD 和50 g/L WPI 組的MR 分別降至0.322、0.301、0.281、0.238、0.301 和0.281。李敏等[8]在羅非魚HPD 過程中發(fā)現(xiàn),滲透劑預處理后羅非魚干燥時間也有類似的下降趨勢。

同種滲透劑不同質(zhì)量濃度預處理后扇貝柱呈現(xiàn)不同的干燥趨勢。 由圖1(b)和圖1(c)可知,總體來看,扇貝柱干燥時間隨滲透劑質(zhì)量濃度的增加而顯著縮短。 與CK 組相比,Tre 預處理質(zhì)量濃度為100、150 g/L 時,可顯著縮短扇貝柱HPD 時間；然而,Tre質(zhì)量濃度為50 g/L 時,扇貝柱HPD 時間反而延長。這是由于非還原性二糖Tre 的保水吸濕性與滲透脫水性受質(zhì)量濃度影響較大,低質(zhì)量濃度(≤50 g/L)時,Tre 良好的吸濕性大于對物料的滲透脫水性,從而導致干燥時間延長；隨著Tre 溶液質(zhì)量濃度增加,Tre滲透脫水效果顯著高于保水吸濕效果,使得扇貝柱HPD 時間隨質(zhì)量濃度的增加而縮短[8,14]。 另外,高質(zhì)量濃度的MD 作為高分子物質(zhì)填充至扇貝柱組織,提高了扇貝柱的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,有效防止HPD 過程中樣品內(nèi)部組織的塌陷[6],避免物料收縮而造成的孔隙率降低,從而有效提高扇貝柱干燥效率。

圖1 不同滲透劑預處理對扇貝柱水分比的影響Fig.1 Effect of different osmotic agent pretreatments on moisture ratio of scallop adductors

此外,由圖1(a)和圖1(d)可知,與CK 組相比,IN 和WPI 質(zhì)量濃度為50 g/L 時,可顯著縮短扇貝柱HPD 時間；但是當預處理濃度為100、150 g/L 時,扇貝柱HPD 時間隨2 種滲透劑質(zhì)量濃度的增加而延長。 這是因為IN 作為一種直鏈多聚糖,結構中含有大量羥基,溶于水后會在IN 分子內(nèi)、分子間以及IN 與水分子之間形成氫鍵,進而形成三維立體網(wǎng)絡結構,水分子被包裹在IN 分子之間形成的凝膠顆粒,溶液質(zhì)量濃度越高,凝膠現(xiàn)象更顯著,從而導致扇貝柱干燥時間延長[15]。 WPI 中蛋白質(zhì)含量較高,滲透預處理及后續(xù)干燥過程中能夠使水溶液狀態(tài)下的WPI 形成凝膠,成膠過程中形成的網(wǎng)絡結構將大量水分子鑲嵌在凝膠結構中[16]。 此外,也有可能高質(zhì)量濃度WPI 溶液中溶質(zhì)滲入扇貝柱,造成扇貝柱表面黏度增大,在扇貝柱表面形成一層膜,阻礙水分擴散,從而增加了干燥時間[9]。

由圖2 可知,扇貝柱干基含水率從1.8 g/g 左右迅速降低,HPD 過程主要為降速干燥。 干燥前期,扇貝柱DR 迅速降低；干燥中后期,DR 趨于平緩。扇貝柱DR 隨MR 的降低而呈現(xiàn)顯著降低趨勢。 適宜質(zhì)量濃度的滲透劑預處理顯著提高了干燥速率,在干燥中期和后期尤為明顯,這可能是由于滲透液中溶質(zhì)的滲入提高了扇貝柱的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,分子流動性降低,有助于保持扇貝柱肌肉孔隙結構,促進干燥中后期水分的擴散,進而提高干燥速率[9]。干燥過程中,水分依靠濕度梯度由材料內(nèi)部遷移至表面,然后再通過加熱介質(zhì)釋放到周圍環(huán)境中。 隨著滲透劑的應用,扇貝柱肌肉內(nèi)部與外部水分通量的變化歸因于微觀結構的改變,滲透溶液中溶質(zhì)的填充作用維持了物料孔隙率,形成理想的水分擴散通道,從而促進了水分的去除。 未來研究應偏重于滲透預處理導致的微觀結構變化,以期進一步闡明適宜滲透劑預處理提高扇貝柱HPD 效率的機制。

圖2 不同滲透劑預處理對扇貝柱熱泵干燥速率的影響Fig.2 Effect of different osmotic agent pretreatments on heat pump drying rate of scallop adductors

2.2 滲透劑對熱泵干燥扇貝柱水分活度與品質(zhì)特性的影響

2.2.1 滲透劑對熱泵干燥扇貝柱水分活度的影響

食品中微生物的生長、各類化學反應和酶促褐變反應的發(fā)生等現(xiàn)象與aw具有密切的聯(lián)系。 微生物的生長引起食品腐敗變質(zhì),通常新鮮水產(chǎn)品aw均高于0.9,極其適宜微生物生長,對水產(chǎn)品進行干燥后aw可降至0.7 以下,該范圍可抑制大部分微生物的生長繁殖[17]。 表1 為各滲透劑預處理扇貝柱后以及HPD 后不同部位的aw。 與CK 組相比,采用IN、Tre、MD 和WPI 滲透劑預處理扇貝柱后,各組間以及組中aw無顯著差異(P＞0.05)。 這與食鹽滲透脫水處理藍圓鲹的aw變化結果不同[18]。 其原因可能是1)aw與組織中游離水含量變化相關[18],而扇貝柱含水率較高,滲透過程中組織游離水變化不大,導致aw變化不顯著；2)扇貝柱組織結構致密,使?jié)B透預處理對扇貝柱表面影響較大,而對扇貝柱內(nèi)部未產(chǎn)生顯著影響,最終未影響滲透處理后扇貝柱整體aw。 扇貝柱HPD 后,150 g/L Tre 和100 g/L WPI預處理的扇貝柱表皮aw顯著降低(P＜0.05),相比于CK 組降低了13.51%、5.41%。 結合圖1,150 g/L Tre 和100 g/L WPI 組扇貝柱干燥時間顯著縮短,促進水分擴散,從而使aw顯著降低。 但是,150 g/L IN 組與CK 組無顯著性差異(P＞0.05),其余處理組間aw值都高于CK 組。 此外,由表1 可知,各處理組未對扇貝柱內(nèi)部aw產(chǎn)生積極影響,并且WPI 組aw顯著增加,各質(zhì)量濃度與CK 組相比分別增加了5.81%、4.65%和5.81%,這是由于WPI 分子中包含親水基團和疏水基團,使WPI 在扇貝柱表面形成一層穩(wěn)定阻隔水分的蛋白膜[16],扇貝柱內(nèi)部水分無法有效擴散,僅能使表層扇貝柱肉被干燥,而內(nèi)部組織中形成的不可逆凝膠使扇貝柱內(nèi)部aw高于表面。

表1 不同滲透劑預處理對熱泵干燥扇貝柱水分活度的影響Tab.1 Effects of different osmotic agent pretreatments on aw of heat pump dried scallop adductors

2.2.2 滲透劑對熱泵干燥扇貝柱品質(zhì)的影響

滲透處理后HPD 的扇貝柱品質(zhì)指標變化見表2。 色差是評價食品品質(zhì)的重要指標,產(chǎn)品色澤的改變直接反映食品品質(zhì)變化。 由表2 可知,與CK 組相比,滲透預處理組扇貝柱ΔE顯著降低,不同滲透劑處理組間ΔE也存在顯著差異(P＜0.05)。 且溶液質(zhì)量濃度越低,ΔE越小。 與CK 組相比,IN 質(zhì)量濃度為50、100、150 g/L 時,ΔE分別減小12.83%、10.17%、3.96%；WPI 質(zhì)量濃度為50、100、150 g/L時,ΔE分別減小36.68%、19.72%、14.02%。 另外,Tre、MD 組ΔE相比于CK 組約降低40.00%,組間ΔE無顯著差異(P＞0.05)。 結合圖1,IN 和WPI組ΔE隨干燥時間的延長而增大,這是由于經(jīng)過滲透處理,大量溶質(zhì)附著在扇貝柱組織中加劇了美拉德反應,隨著干燥的進行,含水率逐漸降低,由美拉德反應引起的非酶褐變迅速發(fā)生[19],導致扇貝柱亮度值降低,顏色變黃。 Tomaschunas 等[20]在制備香腸的實驗中,同樣發(fā)現(xiàn)添加IN 會導致產(chǎn)品色澤加深。 Chuaychan 等[21]研究發(fā)現(xiàn),隨MD 比例的增加,斑點擬緋鯉明膠和明膠粉末白度值有所提高,褐變程度有所降低,MD 水平直接影響到明膠和明膠粉末的特性和抗氧化活性。

表2 不同滲透劑預處理后熱泵干燥扇貝柱的品質(zhì)參數(shù)Tab.2 Quality parameters of heat pump dried scallop adductors with different osmotic agent pretreatments

干燥影響扇貝柱質(zhì)構特性,進而影響到消費者對產(chǎn)品的接受度。 干燥扇貝柱硬度和彈性的變化在一定程度上可以反映產(chǎn)品質(zhì)地和組織結構特性的變化。 由表2 可知,與CK 組相比,除質(zhì)量濃度100、150 g/L IN 和WPI 預處理組外,各滲透劑預處理組扇貝柱硬度顯著減小(P＜0.05)。 其中,100、150 g/L Tre 處理組硬度最小,比CK 組分別降低了17.38%、15.24%,更接近新鮮扇貝柱硬度。 張正敏等[22]探究Tre 部分替代蔗糖對豬肉脯品質(zhì)特性的影響,結果表明:適宜濃度Tre 可顯著改善豬肉脯質(zhì)構特性。 另外,結合圖1 可知,干燥時間與硬度的變化呈正相關,干燥時間越短硬度越小,這是由于較短的干燥時間,能有效避免蛋白質(zhì)變性,組織結構更接近新鮮狀態(tài)。 Keenan 等[23]發(fā)現(xiàn),添加IN 使香腸具有滑嫩的口感,但也使肉質(zhì)硬度增加,與本研究中100、150 g/L IN 處理組扇貝柱硬度變化一致。 不同處理組扇貝柱彈性差異顯著(P＜0.05)。 150 g/L IN 和WPI 組彈性較CK 組分別增加了6.50%、3.23%,但是Tre 組彈性顯著降低,這可能是由于高質(zhì)量濃度Tre 進入組織間隙,與組織內(nèi)部水分間形成2 種速率的競爭平衡,Tre 對物質(zhì)傳輸通道產(chǎn)生壓縮,對內(nèi)部結構造成破壞,從而導致硬度降低的同時彈性降低[24]。

Rf是評價干制品品質(zhì)的重要指標之一,Rf越高,表明干制品復水后狀態(tài)越接近新鮮制品[12]。 不同滲透劑預處理組扇貝柱熱泵干燥Rf見表2。 滲透劑預處理對Rf影響顯著(P＜0.05),除150 g/L IN 處理組外,各滲透劑處理組扇貝柱Rf均隨滲透劑質(zhì)量濃度的增加而增大。 其中,150 g/L Tre 組Rf值最高,相比于CK 組增加了22.79%,其次是150 g/L MD 組。 滲透劑中溶質(zhì)滲入組織內(nèi)部,不僅增加了物料固形物比值,還具有一定的組織孔隙維系能力,在復水過程中,水分滲入的同時溶質(zhì)滲出,使組織結構得到有效的復原。 另外,WPI 組Rf最接近CK 組,這是由于WPI 與扇貝柱蛋白質(zhì)相互作用,改變了蛋白質(zhì)的空間結構,使其疏水基團暴露,疏水性增強進而導致Rf較低[6]。 林雯雯等[6]研究預處理對凍干南美白對蝦仁貯藏品質(zhì)的影響中也得到了相似的結論。

2.3 熱泵干燥扇貝柱綜合加權評分分析

不同種類和質(zhì)量濃度滲透劑預處理扇貝柱HPD產(chǎn)品綜合加權評分如圖3。 由圖3 可得,IN、Tre、MD和WPI 4 種滲透劑預處理后扇貝柱綜合評分顯著提高,表明滲透劑作為扇貝柱HPD 預處理方式是有效的。 以綜合加權評分為最終評判指標,IN、Tre、MD、WPI 的優(yōu)化質(zhì)量濃度為100、150、100、50 g/L,其中以150 g/L Tre 處理組綜合加權得分最高,相比于CK 組提高了12.76%。 結合圖1,Tre 在提高干燥速率方面也同樣具有顯著優(yōu)勢。 選取4 種滲透劑綜合評分最高的處理組進行LF-NMR 分析,探究滲透預處理對扇貝柱HPD 過程中水分狀態(tài)分布的影響。

圖3 不同滲透劑預處理對熱泵干燥扇貝柱綜合加權評分的影響Fig.3 Effect of different osmotic agent pretreatments on comprehensive weighted scores of heat pump dried scallop adductors

2.4 熱泵干燥扇貝柱LF-NMR 分析

不同種類和質(zhì)量濃度滲透劑預處理扇貝柱HPD 過程中橫向弛豫時間如圖4。 圖4 中,3 個峰(T21、T22、T23)分別代表扇貝柱肌肉組織中存在的3種不同狀態(tài)的水分(結合水、不易流動水、自由水)[25]。A21、A22和A23分別代表T21、T22和T23這3 種水分峰的峰面積,即扇貝柱自由水、不易流動水和結合水在總水分含量中所占的比例。 據(jù)報道,新鮮扇貝柱中自由水與結合水占比之和小于2%[13],扇貝柱肌肉組織中絕大多數(shù)水分流動性較低,因此在干燥過程中很難除去。

由圖4 可知,隨著干燥時間的延長,對照組與處理組扇貝柱的NMR 反演譜峰總面積呈減少趨勢,譜峰整體向左偏移,表明干燥可以改變扇貝柱水分組成和狀態(tài)分布。 扇貝柱中T21峰面積A21呈略微增加趨勢,但變化幅度不大,這是由于結合水與生物大分子緊密結合,隨著干燥的進行,結合水的流動性未受影響。 隨著干燥的進行,扇貝柱組織中T22、T23峰向左遷移。 這表明,與T21相比,T22和T23與扇貝柱組織的結合程度更低,流動性更強[26]。 例如,在相同干燥時間下,各處理組扇貝柱T21峰值分別下降至5.18、4.87、4.80、4.95、4.92 ms,由此可得,在扇貝柱HPD 過程中,扇貝柱組織中結合水變化很小,幾乎沒有偏移；而不易流動水和自由水的弛豫時間顯著減少。 Zang 等[27]在利用LF-NMR 技術分析發(fā)現(xiàn),完整小黃魚熱風干燥過程中不易流動水顯著減少,水分比與峰面積間有較好的相關性。 Song 等[28]發(fā)現(xiàn),隨著熱風干燥的進行,鮑魚組織中強結合水幾乎不發(fā)生變化；弱結合水和不易流動水則顯著下降。

圖4 不同滲透劑預處理對扇貝柱熱泵干燥過程中弛豫時間的影響Fig.4 Effect of different osmotic agent pretreatments on transverse relaxation time of scallop adductors during heat pump drying

圖5 為滲透預處理對扇貝柱干燥過程中T21、T22和T23峰面積占比的影響。 隨著干燥的進行,A22顯著下降,表明扇貝柱中不易流動水極不穩(wěn)定。 將扇貝柱中A22降至74%左右,CK、IN、Tre、MD 和WPI處理組所用時間分別為11、8、8、9、7 h。 這表明滲透預處理可以加快扇貝柱中不易流動水的遷移速率,其中150 g/L Tre 和50 g/L WPI 促進效果最顯著,這與圖1、圖2 的干燥動力學分析結果相對應。 隨著干燥的進行,扇貝柱A21呈增大趨勢,并在干燥后期基本趨于穩(wěn)定,這是由于干燥前期不易流動水含量較高,部分不易流動水在干燥過程中向結合水轉(zhuǎn)換,隨著干燥的進行,不易流動水含量降低,導致其向結合水的轉(zhuǎn)化逐漸減弱。 Luo 等[29]對熱泵干燥過程中羅非魚水態(tài)分布的研究中得到了相似的結論。A23占比基本保持在1% ～2%,這是由于干燥過程中自由水的去除與不易流動水向自由水的轉(zhuǎn)化一直處于平衡狀態(tài),使得組織中自由水基本維持在穩(wěn)定范圍內(nèi)。 隨著干燥的進行,扇貝柱中各水分組成及狀態(tài)分布變化為:結合水峰面積占比逐漸增加,不易流動水峰面積占比逐漸降低,而自由水峰面積占比略有增加,但總體變化不大。

圖5 不同滲透劑預處理對扇貝柱熱泵干燥過程中弛豫時間峰面積占比的影響Fig.5 Effect of different osmotic agent pretreatments on peak area percentage of transverse relaxation time of scallop adductors during heat pump drying

扇貝柱肌肉組織中不易流動水占絕對優(yōu)勢,干燥過程中,不易流動水的擴散直接影響干燥效率。因此,明確扇貝柱T22與干基含水率間的相關性有助于進一步探究扇貝柱干燥進程。 圖6 為各處理組扇貝柱T22與干基含水率相關性分析。 由圖6 可知,T22與干基含水率具有極強的相關性(R2＞0.920)。由此可以得出結論,扇貝柱干燥過程中,不易流動水的去除決定了扇貝柱含水率變化。 Zhu 等[13]在探究超聲波功率對扇貝柱干燥過程中水分狀態(tài)分布的研究中發(fā)現(xiàn),扇貝柱干燥過程中含水率的變化與T22顯著相關(R2＞0.867)。 Song 等[28]在熱風干燥鮑魚LF-NMR 分析中發(fā)現(xiàn),將LF-NMR 測定的不易流動水與實際熱風干燥鮑魚水分含量變化之間具有顯著相關性(R2=0.935)。 將LF-NMR 應用于快速無損監(jiān)測食品干燥過程中水分狀態(tài)變化,同時確定食品干燥程度是簡單有效的。

圖6 不同滲透劑預處理后扇貝柱T22與干基含水率的相關性Fig.6 Correlation between T22 and moisture content in dry basis of scallop adductors after pretreatment with different osmotic agents

3 結論

本研究基于綜合加權評分法和LF-NMR 技術,探究不同種類和質(zhì)量濃度滲透劑預處理對扇貝柱HPD 干燥動力學、品質(zhì)特性、水分狀態(tài)組成和分布規(guī)律的影響,以期為優(yōu)化扇貝柱HPD 工藝提供理論依據(jù)。 適宜質(zhì)量濃度滲透劑預處理能夠顯著提高扇貝柱HPD 效率,縮短干燥時間,改善干制品品質(zhì)。150 g/L Tre 滲透預處理所得HPD 扇貝柱干制品品質(zhì)較優(yōu),綜合加權評分與CK 組相比提高12.76%。扇貝柱HPD 遵循降速干燥規(guī)律,水分擴散起主導作用。 滲透劑預處理后,干燥過程中扇貝柱組織中結合水峰面積占比增加,自由水峰面積占比保持穩(wěn)定,不易流動水弛豫時間顯著縮短,峰面積占比顯著降低。 扇貝柱干燥過程中,含水率變化與不易流動水T22變化密切相關,LF-NMR 可快速、無損檢測扇貝柱HPD 過程中含水率變化,進而調(diào)控扇貝柱HPD進程。