魚松壓縮成型影響因素的研究

張京, 宗力＊, 熊善柏, 李玲

(1.華中農(nóng)業(yè)大學工程技術學院,湖北武漢 430070;2.華中農(nóng)業(yè)大學食品科技學院,湖北武漢 430070)

魚松壓縮成型影響因素的研究

張京1, 宗力＊1, 熊善柏2, 李玲1

(1.華中農(nóng)業(yè)大學工程技術學院,湖北武漢 430070;2.華中農(nóng)業(yè)大學食品科技學院,湖北武漢 430070)

以影響魚松壓縮成型的因素為研究對象,將影響因素分為原料的制備(打松時間、干燥時間),壓縮模具形式(模具截面形狀與大小),壓縮工藝參數(shù)(加載速率、最終壓力、保壓時間)三個方面,以壓縮損失率和成型塊松弛比為試驗指標,確定了各因素的影響趨勢。為魚松壓縮成型設備的設計指明方向。

魚松;壓縮成型;影響因素;壓縮損失率;松弛比

魚松是一種以魚肉為原料,經(jīng)蒸煮、調味、炒制而成的魚肉制品,營養(yǎng)價值高,含蛋白質和鈣[1]。將魚松壓縮成型,加工成外形美觀、形式豐富的方便食品[2-3],實現(xiàn)低值淡水魚的2次、3次加工增值,使淡水魚加工向系列化、多樣化和高附加值方向發(fā)展,是當前淡水魚加工利用的主要研究方向,符合我國經(jīng)濟發(fā)展以及人們對食品需求變化的趨勢[4-6]。

食品成型是方便食品機械化加工過程中的重要一環(huán)[7-8]。對于散粒體農(nóng)業(yè)物料來說,壓縮成型是一種主要的成型方式。影響散粒體壓縮成型的因素包括原料的組分,原料的含水率,原料的粒徑及粒度分布,環(huán)境溫度,原料的預熱,添加劑,成型工藝參數(shù)(成型壓力,保壓時間)等等[9-14]。本研究擬以壓縮損失率和松弛比[13-14]為試驗指標,重點研究魚松原料的制備(打松時間,干燥時間),壓縮模具形式(模具截面形狀與大小),壓縮工藝參數(shù)(加載速率、最終壓力、保壓時間)3方面因素對試驗指標的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用市場上購得的風干鰱魚(產(chǎn)于湖北)。

1.2 主要儀器與設備

試驗主要設備與儀器包括:

1)魚肉打松機:作者所在實試驗室自制,主要由料筒、刀盤、機架、電機構成。該機型大小為800 ×600×800 mm,料筒直徑為210 mm,旋轉刀盤直徑為190 mm,電機轉速2 480 r/min,產(chǎn)量約為150 kg/h[15]。

2)壓縮模具四套,內徑為25 mm和30 mm圓形截面模具、邊長為25 mm和30 mm的正方形截面模具。壓縮裝置如圖1所示。

圖1 壓縮成型示意圖Fig.1 Scheme of the compression mechine

3)YXQ.SG41.280型手提式壓力蒸汽滅菌器:上海華線醫(yī)用核子儀器有限公司生產(chǎn),工作壓力為0.15MPa。

4)RGT2000-10微機控制電子萬能試驗機,由深圳瑞格爾儀器有限公司生產(chǎn),最大載荷5KN。

5)202-00臺式電熱恒溫干燥箱:天津市泰斯特儀器有限公司生產(chǎn),溫度波動±1℃,范圍50～250℃。

6)測量儀器:游標卡尺(精度0.02mm), MP200-1電子秤(量程200 g,精度0.01 g)。

1.3 試驗方法

1.3.1 工作流程 首先采用本實驗室設計的魚肉打松機及工藝流程制備魚松原料,然后通過微機控制電子萬能試驗機設置壓縮工藝參數(shù)將魚松壓縮成型,測定各次試驗壓縮損失率及成型塊松弛比。

魚松制備工藝流程為:腌制風干鰱魚→切塊→蒸煮→自然冷卻→打擊成絨

其中切塊:把整魚切成約40 mm×40 mm的正方形魚塊,降低魚塊因大小不均勻對成絨產(chǎn)生的影響;蒸煮:將切好的魚塊放入壓力蒸汽滅菌器,蒸煮20min,溫度控制在121℃左右;自然冷卻:蒸煮后直接取出魚塊,自然冷卻至室溫,打擊成絨:將魚塊自然平鋪與打松機料筒內,精確控制打松時間,將魚肉打擊成魚松,裝袋密封待壓縮成型;指標測定:每次稱取m0為5g魚松原料進行壓縮成型,精確測量成型后的質量m、成型時的厚度h、成型塊靜置松弛1h時的松弛厚度hs,計算求得試驗指標。

1.3.2 試驗指標

其中m0為初始重量(g);m為壓縮后重量(g)。

2)成型塊松弛比:成型塊出模后會出現(xiàn)一定的回復變形,松弛比是評價這一特性的重要指標,松弛比為成型塊壓縮密度與松弛密度的比值,由于成型塊截面方向幾乎不發(fā)生松弛,因此松弛比也等于松弛厚度與成型厚度的比值。松弛比越小,則成型塊越穩(wěn)定。

其中ρ為壓縮密度(kg/m3),ρs:松弛密度(kg/m3);h:成型厚度(mm);hs:松弛厚度(mm)

1.3.3 因素及水平 本試驗將影響魚松壓縮成型的因素分為原料制備(打松時間、干燥時間),模具形式(截面形狀與大小)和壓縮工藝參數(shù)(加載速率、最終壓力、保壓時間)3方面,其中原料粒徑各水平通過魚肉打松機的打松時間來控制,含水率各水平通過干燥時間來控制,壓縮工藝參數(shù)通過試驗機參數(shù)設置實現(xiàn)。采用單因素輪換試驗研究影響趨勢,即固定其它因素,改變被研究因素的水平。各因素水平及試驗重復數(shù)見表1,通過預備試驗分析選定因素被固定時的水平取值。

2 結果與分析

2.1 原料的制備

2.1.1 打松時間對試驗指標的影響 打松時間是影響魚松粒徑大小及粒徑分布的關鍵因素。打松時間短,魚松粒徑大,粒徑分布不均勻,打松時間長魚松粒徑小,粒徑分布均勻。如圖2所示,壓縮損失率曲線隨打松時間的延長呈現(xiàn)先下降后平穩(wěn)的趨勢,而松弛比變化不明顯。當打松時間為30s時魚松壓縮損失率和松弛比分別為0.90%和1.35,此后兩指標趨于平穩(wěn)。

表1 因素水平表Tab.1 Factor and Level

圖2 打松時間與試驗指標Fig.2 Effect of striking time on the Indexes

分析認為粗粒徑分布不均勻魚松壓縮損失率高于細粒徑分布均勻魚松,原因在于細粒徑魚松在被壓縮過程中排出空氣,填充空隙的重排列能力高于粗粒徑魚松,從而降低了粒子間相互擠壓引起的壓縮損失。而高于30s的打松時間對壓縮損失率的影響不大,可以認為30s為最佳打松時間。

最后，基于實定法已將“綠色原則”確定為民法基本原則來證成“綠色原則”應當成為一項基本原則的論證思維，違反法律邏輯。但是，若從維護法的穩(wěn)定性和權威性的角度考量，如此思維則意義重大。雖然存在上述關于“綠色原則”的質疑，“綠色原則”在很大程度上也更具有形式意義上的法律宣示效果，但是，在《民法總則》已經(jīng)生效實施的情況下，更需從立法論轉為解釋論的考量，依此對《民法典》分編中涉及該項原則，尤其是對環(huán)境污染行為予以必要規(guī)制，使“綠色原則”蘊含的生態(tài)文明理念真正在私法制度層面落實。

2.1.2 干燥時間對試驗指標的影響 含水率測定方法采用105℃常壓干燥法[16]。試驗之初,精確稱取10 g魚松原料21份,用鋁盒盛放,放入105℃干燥箱。每隔10、20、40min隨機取出6份樣品(其中3份用于壓縮成型,3份記錄干燥損失用于計算相應含水率),最后剩余3份干燥至絕干用于計算本次試驗原料含水率。經(jīng)計算隨著干燥時間的延長,干燥四水平原料的含水率(濕基)分別為23.57%、19.32%、10.39%和5.13%。如圖3所示,

隨著含水率的降低,魚松壓縮損失率及成型塊松弛比均呈現(xiàn)下降趨勢,壓縮損失率從5.80%降至0.47%,松弛比從1.40降至1.09。(干燥40min時原料損失率高的原因在于含水率過低而使得魚松粒子間粘結力下降,成型塊出模后邊角易碎,而非壓縮過程的重量損失。)

分析認為,含水率的降低是壓縮損失率降低的主要原因。干燥不僅降低了含水率,而且使得魚松粒子堅硬化,可壓縮性和回復性變小,脆性增大。對蒸煮后的魚松進行干燥可以降低壓縮損失率及成型塊穩(wěn)定性,但水分含量過低(低于10%左右)的魚松粘結力下降,粒子堅硬,不易咀嚼,成型后易破碎。

圖3 干燥時間與試驗指標Fig.3 Effect of drying time on the Indexes

2.2 模具形式

本試驗用4套模具對魚松進行壓縮成型,研究模具截面形狀及截面大小對試驗指標的影響。為減小其它因素的影響,使得模具形式四水平試驗指標之間的差異只是來自模具因素,試驗以?30模具加入5 g魚松為基準,按照截面面積為比例關系確定其它3種截面模具的魚松量。經(jīng)計算得到?25、30、25模具對應魚松量為3.47、6.37、4.42g。試驗結果如圖4所示,兩試驗指標變化均不明顯,壓縮損失率波動范圍為3.92%～4.53%,松弛比波動范圍為1.33～1.38。

圖4 模具形式與試驗指標Fig.4 Effect of mole form on the Indexes

2.3 壓縮工藝參數(shù)

2.3.1 加載速率對試驗指標的影響 相同條件下,隨著加載速率的增加,壓縮損失率和松弛比趨勢相同,先減小后增加,見圖5。

圖5 加載速率與試驗指標Fig.5 Effect of loading velocity on the indexes

當加載速率為30 mm/min時壓縮損失率和松弛比達到最小,分別為3.00%和1.37,即得率最高且成型塊最穩(wěn)定,可以認為30 mm/min為最佳加載速率。加載速率過低或過高都會有利于魚松中水分、油脂以及所攜帶的營養(yǎng)成分的滲出。分析認為偏低的加載速率相當于延長了壓縮的進程,從而導致成分損失的增多;而過高的加載速率使得魚松粒子在未能充分有效地填充間隙排出空氣時就過早的參與到粒子間的相互擠壓,為壓縮損失率的提高做出了貢獻。而過高或過低的加載速率又不利于魚松成型塊的穩(wěn)定。原因在于魚松在壓縮成型過程中粒子的重排列、間隙的填充、空氣的排出需要一定的時間,過高或過低的加載速率將不利于這一過程的充分實現(xiàn)。高或低的加載速率下的成型塊樣品體積的縮小中粒子的壓縮變形參與過多,而非空隙的填充和空氣的排出,這也正是靜置松弛時魚松粒子回復能力比適中的加載速率獲得的樣品大的原因。

2.3.2 最終壓力對試驗指標的影響 從圖6可以看出,相同條件下,最終壓力對壓縮損失率和松弛比的影響趨勢相反,隨著最終壓力的增加,魚松的壓縮損失率增加,而松弛比先減小后趨于平穩(wěn),見圖6。分析認為,隨著壓縮力的增加,魚松只有通過體積的縮小來抵抗,當間隙被填充,粒子間的擠壓變形變得更加劇烈,成分的滲出也就成了必然趨勢。過高的最終壓力不利于魚松養(yǎng)分的保持,在實際加工中應盡量避免。

圖6顯示,相同條件下,最終壓力為3 MPa時松弛比為1.23,此后趨于平穩(wěn)。高壓力(3、4、5 MPa)獲得的樣品比低壓力(1、2)獲得的樣品穩(wěn)定的原因在于魚松粒子發(fā)生不可回復的塑性變形更多。低壓力下大部分魚松粒子還具有較大的彈性回復能力,松弛比高也就成為可能。試驗過程發(fā)現(xiàn)低于3 MPa的最終壓力壓縮制成的魚松樣品粘結力小,易松散,持久性差。加工過程中,最終壓力對于兩試驗指標的影響是個矛盾,兼顧兩者考慮, 3MPa為最佳。

圖6 最終壓力與試驗指標Fig.6 Effect of final pressure on the indexes

2.3.3 保壓時間對試驗指標的影響 相同條件下,保壓時間與兩試驗指標的關系相反,見圖7。

圖7 保壓時間與試驗指標Fig.7 Effect of the pressure keeping time on the indexes

壓縮損失率隨著保壓時間的延長呈先增大后趨于平穩(wěn)的趨勢。保壓時間低于60s時,壓縮損失率與保壓時間成正比例關系,雖然壓縮進程已經(jīng)終止,但魚松中產(chǎn)生的內應力還沒完全松弛,魚松中的液態(tài)物質攜帶著營養(yǎng)成分隨著保壓時間的延長而不斷的流失。當最終壓力一定時,損失達到最大值后,單純的延長保壓時間不會對魚松質量的損失產(chǎn)生影響。這并非是由于損失已經(jīng)達到極限值,而是在壓力達到最大值時,成型塊樣品的壓縮損失隨著內應力松弛的結束而結束。也可以說以加載速率為30 mm/min,最終壓力為3 MPa對魚松壓縮成型后,魚松的內應力松弛將在60 s左右的時間達到極限。

從圖7還可以看出,保壓時間越長,成型塊越穩(wěn)定,而大于30s的保壓時間并不會對魚松的穩(wěn)定做出顯著貢獻。圖示同樣也揭示了保壓比不保壓顯著提高了魚松成型塊樣品的穩(wěn)定性。在實際加工過程中,保持壓力是必不可少的環(huán)節(jié),而過長的保壓不但不會顯著提高魚松成型塊的穩(wěn)定性反而降低生產(chǎn)效率,增加能耗。

3 結 語

1)打松時間對壓縮損失率影響顯著,而對松弛比影響不顯著。打松時間為30 s時最佳。

2)含水率對兩試驗指標影響均顯著,含水率低于10%左右時魚松成型塊易破碎。

3)模具載面形狀和大小對魚松的壓縮損失率和成型塊松弛比影響不顯著。

4)最終壓力為3 MPa時,10～40 mm/min的加載速率對兩試驗指標的影響不顯著。

5)最終壓力對壓縮損失率影響顯著,而對成型塊松弛比影響不顯著。最終壓力為3 MPa時為最佳。

6)保壓時間對兩試驗指標影響均顯著,30 s為最佳保壓時間。

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(責任編輯:楊萌)

Experimental Studies on Factors Affecting Compression Molding of Shred Fish

ZHANGJing1, ZONG Li＊1, XION G Shan-bo2, LI Ling1
(1.College of Engineering and Technology,HuaZhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;2.College of Food Science and Technology HuaZhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

This manuscript study the optimum factors compositions that affecting compression molding of shred fish.for this,the loss percentage of compression and the relaxation ratio used at indexes to investigate effect of material factors(particle diameter,water ratio),mold form(shap and size of cross section),processing parameter(loading velocity,final pressure,keeping time)on the shred fish.This study provided that the research direction for the design of compression molding equipment of shred fish.

shred fish,compression molding,factors,loss percentage of compression,relaxation ratio

s 377

:A

1673-1689(2010)04-0548-05

2009-08-16

湖北省重大科技攻關資助項目(2006AA204A03)。

＊通信作者:宗力(1956-),男,湖北武漢人,教授,主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與裝備研究。Email:zongli@mail.hzau.edu.cn