提高青魚片凍干工藝效率的研究

鄭建珊，謝 堃，陳天及

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306）

我國傳統(tǒng)水產(chǎn)品加工制品，如魚蝦貝類及海參等幾乎都采用干制的方法加工而成。但采用傳統(tǒng)自然風(fēng)干或人工熱風(fēng)干燥水產(chǎn)品時(shí)，其水溶性及熱敏性等營養(yǎng)活性物質(zhì)有較大損失，同時(shí)，制品體積縮小，復(fù)水較難，表面還易出現(xiàn)結(jié)殼龜裂、脂肪氧化和變色等現(xiàn)象，影響了制品質(zhì)量的均一性和耐藏性。而采用真空冷凍干燥方法加工水產(chǎn)品，可克服上述質(zhì)量缺陷，改善產(chǎn)品品質(zhì)[1]。食品真空冷凍干燥技術(shù)（簡稱凍干）是將含水食品預(yù)先凍結(jié)，然后在真空下使其中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)，除去水分，達(dá)到干燥食品的目的[2]。與其他干燥方法相比，冷凍干燥可以最大限度地保留食品的營養(yǎng)成分、生物活性和形態(tài)，特別適用于熱敏材料的干燥，如藥品、食品、生物制品等[3]。隨著國內(nèi)外市場對(duì)凍干水產(chǎn)品需求的不斷增長，開展對(duì)水產(chǎn)品凍干工藝效率的研究，對(duì)降低凍干成本、節(jié)約凍干能耗很有必要[4]。本文以青魚片為研究對(duì)象，試驗(yàn)研究了水產(chǎn)品不同切割方式和不同凍結(jié)速率對(duì)凍干效率的影響。

1 試驗(yàn)過程及測(cè)試方法

1.1 試驗(yàn)材料的處理

試驗(yàn)用青魚片采用新鮮青魚中段，經(jīng)風(fēng)干熟化去皮去骨后切割成長寬為20 mm×10 mm，厚度不同的魚片。在青魚片預(yù)處理中將魚片的切割分為2組，一組是將青魚片的厚度方向順從青魚的紋理方向切割，簡稱順紋理魚片；另一組是將青魚片的厚度方向與青魚片的紋理方向垂直切割，簡稱為逆紋理魚片。試驗(yàn)用青魚片分別切割成厚度4、5、6、8、10 mm 5種規(guī)格的順紋理魚片及逆紋理魚片若干片，供試驗(yàn)選用。

為考察魚片凍干過程中其內(nèi)部熱質(zhì)傳遞沿魚片厚度方向的量值變化，在魚片凍結(jié)及升華的過程中，將魚片四周沿厚度方向用聚苯擠塑板進(jìn)行隔熱濕圍壁處理，具體的做法是在聚苯擠塑板上開與魚片長寬（20 mm×10 mm）相同的方孔，并在孔內(nèi)壁貼聚乙烯薄膜，試驗(yàn)時(shí)將魚片試件放入孔中，擠塑板具有同魚片厚度相同的5種厚度規(guī)格。

1.2 凍結(jié)速率的選取

在青魚片的凍干工藝過程中首先要將青魚片中的水分凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下，然后冰晶在真空狀態(tài)下加熱升華，達(dá)到除去魚片中水分的目的。凍結(jié)速率的快慢將會(huì)影響魚片中形成的冰晶顆粒的大小，進(jìn)而影響冰晶的升華速率。為了考察魚片凍結(jié)速率對(duì)魚片凍干速率的影響，試驗(yàn)將魚片分別在4種設(shè)備中完成凍結(jié)（表1）。經(jīng)4種不同凍結(jié)速率凍結(jié)，分別得到相對(duì)快速、較快速、中速和慢速凍結(jié)的魚片。所有試驗(yàn)魚片先中凍至-30℃，而后放入凍干機(jī)中，抽真空使壓力降至20～40 Pa，依據(jù)不同厚度組件加熱升華干燥。

表1 試驗(yàn)用凍結(jié)設(shè)備性能

1.3 試件凍干溫度曲線及質(zhì)量的測(cè)量

青魚片溫度采用銅－康銅熱電偶（直徑0.2 mm）測(cè)試，多點(diǎn)溫度采集儀（型號(hào)為2680A，美國Fluke公司）每分鐘采集一次，數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)。青魚片冷凍前后的質(zhì)量變化采用BJ2100D電子天平（瑞士PRECISA公司）稱量，精度為0.01 g。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 紋理特征對(duì)青魚片凍干速率的影響

表2為順、逆2種紋理特征對(duì)不同厚度的青魚片凍干速率的影響。從表中可見，當(dāng)魚片厚度為4 mm時(shí)順紋理魚片較逆紋理魚片凍干速率提高7.8%。同時(shí)，試驗(yàn)還表明，魚片越厚，其順、逆紋理魚片的凍干速率差值越大。厚度為10 mm的順、逆紋理魚片，其凍干速率的提高率是厚度為4 mm順逆紋理魚片凍干速率提高率的1.3倍，表明魚片越厚順紋理切割越有必要。

表2 不同紋理特性對(duì)魚片凍干速率的影響

當(dāng)魚片擱置在凍干機(jī)層板上凍干時(shí)，經(jīng)順紋理切割的青魚片在凍干升華階段其內(nèi)部水汽的溢出將會(huì)順從青魚的紋理方向溢出，而經(jīng)逆紋理切割的青魚片其內(nèi)部水汽溢出將較困難，故經(jīng)2種不同紋理切割的青魚片，在相同凍干升華時(shí)間后其剩余質(zhì)量相差較大。隨魚片厚度增加，失重率略有降低，順紋理魚片失重率為81.2%～80.3%，平均80.7%，而逆紋理魚片的失重率為75.4%～72.8%，平均73.7%。

圖1為6 mm厚的順、逆紋理青魚片中心溫度的凍干曲線。從圖中可看到順紋理魚片較逆紋理魚片的升華干燥結(jié)束時(shí)間早1 h完成。

2.2 不同凍結(jié)速率對(duì)青魚片凍干速率的影響

將不同厚度的順紋理青魚片放入表1所示的4種凍結(jié)設(shè)備中凍至-30℃，而后依次取出放入凍干機(jī)中升華干燥。凍干機(jī)凍結(jié)室抽真空壓力降至20～40 Pa，依據(jù)魚片厚度加熱升華干燥不同時(shí)間。

圖1 6 mm凍干青魚片中心溫度曲線

經(jīng)不同凍結(jié)速率凍結(jié)的青魚片，由于在魚片中形成的冰晶大小不同，以及對(duì)魚片內(nèi)部組織的影響，使其相同厚度的魚片，經(jīng)不同凍結(jié)速率凍結(jié)后其升華速率差別較大。從表3中可見，魚片凍結(jié)速率越快，其平均升華速率（失水量/時(shí)間·厚度）越慢。如厚度4 mm的魚片，當(dāng)凍結(jié)速率從0.92 cm/h增至3.83 cm/h時(shí)，平均升華速率從0.016 7 g/h·mm降到0.012 7 g/h·mm，減少了24.0%；同樣，厚度 10 mm 的青魚片其凍結(jié)速率從0.62 cm/h增至2.17 cm/h時(shí)，平均升華速率從0.006 9 g/h·mm降到0.003 5 g/h·mm，減少了49.3%。由此可知，魚片厚度增加，凍結(jié)速率的提高能更明顯提高干燥效率。

表3 青魚片的試驗(yàn)凍結(jié)速率及升華速率

圖2 4種凍結(jié)速率下失水量與厚度的關(guān)系

圖2 為青魚片在4種凍結(jié)方式下失水量隨厚度的變化關(guān)系的比較。從圖2中可見，不同厚度下的青魚片經(jīng)慢凍的凍干失水量多于經(jīng)快凍的凍干失水量，其差值在0.03～0.17g之間?？梢妼?duì)于青魚片凍干速率的提高，慢凍優(yōu)于快凍，同時(shí)，還可看到隨著魚片厚度的增加，效果呈現(xiàn)更好的趨勢(shì)。圖3為4種凍結(jié)速率下的單位失水率隨厚度的變化關(guān)系的比較，從圖3可見，單位失水率隨厚度增加而減少。

圖3 4種凍結(jié)速率下的單位失水率與厚度的關(guān)系

3 結(jié)論

經(jīng)順紋理切割的青魚片其凍干速率明顯大于逆紋理魚片的凍干速率，并隨厚度的增加其二者的差值越大。試驗(yàn)表明當(dāng)魚片厚度從4 mm增加到10 mm時(shí)，順紋理切割魚片較逆紋理魚片的凍干速率增加值從7.8%提高到10.3%，可見青魚片以順紋理切割較好，魚片越厚順紋理切割越顯必要。

經(jīng)快凍的青魚片其升華速率小于慢凍魚片的升華速率；且魚片越厚，升華速率越低，同時(shí)其升華速率隨魚片厚度增加而降低幅度越大；魚片越厚，失水量越大而單位失水率卻越小，說明魚片越厚水分在升華過程中溢出阻力越大。因此，在魚片加工過程中，宜選用順紋理切割、慢凍方式，可提高凍干效率，并最大限度的保留營養(yǎng)成分。同時(shí)注意厚度選用不宜過大。

[1]馮志哲，沈月新.食品冷藏學(xué) [M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2002.

[2]華澤釗.冷凍干燥新技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[3]Tang X L,Steven L N,Micheal JP.Freeze-drying process design by manometric measurement:design of a smart freeze-dryer[J].Pharmaceutical Research,2005,22（4）:685-700.

[4]關(guān)志強(qiáng)，孫小紅，蔣小強(qiáng)，等.文蛤肉真空冷凍干燥時(shí)間影響因素的實(shí)驗(yàn)研究[J].食品研究與開發(fā)，2006，27（4）：151-154.