水產(chǎn)品加工干燥技術(shù)的研究進展

岑琦瓊，張燕平，戴志遠，王宏海

（浙江工商大學水產(chǎn)品加工研究所，浙江 杭州 310012）

水產(chǎn)品加工干燥技術(shù)的研究進展

岑琦瓊，張燕平*，戴志遠，王宏海

（浙江工商大學水產(chǎn)品加工研究所，浙江 杭州 310012）

干燥是水產(chǎn)品加工的重要方法之一，制成的干制品易貯存，廣受群眾的喜愛。水產(chǎn)品加工采用的主要干燥技術(shù)有：熱風干燥（AD）、真空冷凍干燥（FD）、微波干燥（MD）、熱泵干燥（HPD）等。本文主要論述近年來各種水產(chǎn)品加工干燥技術(shù)的優(yōu)缺點、研究進展、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

水產(chǎn)品；干燥；加工；研究進展

新鮮的魚、蝦含水量豐富，部分含水量多達80%，儲存時間短，極易發(fā)生腐敗，因此水產(chǎn)品原料必須及時采取有效的保鮮措施或進入加工的環(huán)節(jié)。干制加工是傳統(tǒng)加工中保藏性最好的加工方法[1]。它是通過降低細菌和霉菌生長所必需的水分，抑制酶的活性，從而提高制品保藏性[2]。由于干燥可使產(chǎn)品重量減少,進而降低包裝、儲存和運輸成本[3]，同時還可避免因低溫鏈過長引起的品質(zhì)降低[4]，因此，水產(chǎn)品的干燥生產(chǎn)是水產(chǎn)品加工的重要方法之一。此外,很多水產(chǎn)干制品因其具有獨特風味而受到人們的青睞,如干咸鱈魚、干咸鯊魚、干咸沙丁魚等是世界很多地區(qū)人們非常喜愛的食品[5]，各種烤魚片、魷魚干、蝦干、干海參、干鮑魚等也深受中國消費者歡迎。

1 天然干燥

早在人類進入文明時代之前，就存在將食品自然曬干或風干來延長儲存期這種自然干燥的方法。天然干燥的特點是設(shè)備簡單、操作簡便、節(jié)省能耗。但是，天然干制品由于受氣候條件的限制存在不少難以控制的因素（如溫度、風速等），難以形成品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品。同時還需要大面積的曬場和勞動力，勞動生產(chǎn)率低。此外，容易遭受灰塵、昆蟲等污染及鳥類、嚙齒類動物的侵襲，產(chǎn)生損耗又不衛(wèi)生[1]。很難滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要和當代消費者對食品品質(zhì)的更高要求。由于天然干燥法的局限性,該方法目前還僅限于在陽光充足、空氣干燥的地區(qū)廣泛使用[4]。

2 人工干燥

人工干燥的方法有很多，用于水產(chǎn)品干制的主要有熱風干燥、真空冷凍干燥、微波干燥、熱泵干燥等。

2.1 熱風干燥（AD）

AD是將加熱后的熱空氣進行循環(huán)，當它流經(jīng)原料表面時，加速原料中水分蒸發(fā)，并同時帶走其表面的濕空氣而達到干燥目的[6]。該方法設(shè)備投資少、操作簡單、生產(chǎn)率高，制品質(zhì)量基本保持原有的色香味和形態(tài)，是20世紀以來應(yīng)用最廣泛的一種人工干燥方法[7]。但當干燥過程中工藝方法不得當時，則會增加干燥時間、出現(xiàn)干燥不均勻等現(xiàn)象，產(chǎn)品品質(zhì)也會明顯下降。因此在熱風干燥工藝條件優(yōu)化方面研究報道有很多。馬先英等[8]針對隧道式熱風干燥設(shè)備干燥過程中存在干燥室內(nèi)上下、左右熱風風速不均、偏弱等，導(dǎo)致整體干燥速度不一致，干燥不均勻，干燥時間延長，制品質(zhì)量下降等問題，對魷魚胴體進行了2組不同工藝方法的實驗研究，結(jié)果表明，在干燥條件相同情況下，不同工藝操作方法對魷魚的干燥效果產(chǎn)生很大影響。干燥過程中采用定時翻簾、串簾、回潮等工藝操作的實驗方案得到的干制品感官質(zhì)量好，干燥速度快，明顯改善干燥中存在的干燥速度不一致、干燥不均勻等問題，并且使得干燥時間縮短約2 h。張瓊等[9]以草魚為研究對象對其熱風干燥特性進行了研究，以不同厚度的新鮮草魚魚片和解凍草魚魚片分別在40、50、60℃熱風溫度下進行干燥，通過實驗結(jié)果建立了草魚魚片熱風干燥的數(shù)學模型。葉盛權(quán)等[10]研究了不同厚度的羅非魚魚片在40、45、50℃等不同熱風溫度下干燥速度的變化和熱風干燥對魚片的主要成分含量的影響。實驗得出最佳的溫度為45℃，最佳厚度為10 mm。

但是熱風干燥時間長，能耗較高，同時也降低了產(chǎn)品的品質(zhì)[7]。段振華等[11]在實驗研究中發(fā)現(xiàn)3 mm厚羅非魚片經(jīng)50℃熱風干燥4 h的水分含量降至34%，而這樣的條件要干燥魚片到安全水分至少需要15 h。高昕等[12]以鮮活鮑魚為原料，在40℃溫度下進行熱風干燥，當干基含水率從初始的238%降至16%時，所需時間為50 h。而對于尺寸較大和難于干燥的水產(chǎn)品，經(jīng)常采用間歇罨蒸的方法，即將水產(chǎn)品干燥一段時間后，停止干燥，將被干燥物料堆積蒙蓋起來保持一段時間，以利于其內(nèi)部水分繼續(xù)向外擴散[13]。張亞琦等[14]和王興禮等[15]分別在鮑魚的熱風干燥中和鯉魚魚干片的加工制作中采用了間歇罨蒸的方法。由于長時間的高溫干燥，會導(dǎo)致水產(chǎn)品中的一些熱敏性成分和生理活性成分遭到很大破壞，還會引起脂肪氧化和美拉德褐變，從而使產(chǎn)品品質(zhì)嚴重降低。張亞琦等[14]在研究中就指出熱風干燥鮑魚易出現(xiàn)褐變，且亮度低于自然干燥。

2.2 真空冷凍干燥（FD）

FD是指先將濕物料凍結(jié)到共晶點溫度以下，使水分變成固態(tài)的冰，然后在較高的真空條件下，使冰直接升華為水蒸氣，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝，從而獲得干燥制品的技術(shù)[16]。干燥在高真空度、低壓、低溫下進行,避免水產(chǎn)品氧化變質(zhì),使其中易揮發(fā)的熱敏性成分不致變性或失去活力。干燥時能排除95%～99%左右的水分[16]。凍結(jié)時被干燥的物料可形成“骨架”,干燥后保持原形且內(nèi)部呈疏松多孔的海綿結(jié)構(gòu)，因此復(fù)水性極好，其色澤、品質(zhì)與鮮品基本相同。鄭立靜等[17]以櫛孔扇貝閉殼肌為實驗材料，凍干后的貝柱，顏色雪白，形態(tài)上與新鮮貝柱幾乎一樣，保持了原有的風味特點，口感好。復(fù)水后貝柱形態(tài)、色澤、口味與新鮮貝柱都非常接近。錢炳俊等[18]以青魚為材料進行凍干實驗，結(jié)果表明真空冷凍干燥可以很好地保持青魚的風味和營養(yǎng)。葉彪等[19]將羅非魚片進行凍干后魚片形狀變化很小，但魚片含水量大大減少，干燥程度大大提高。

雖然冷凍干燥能帶來極高的產(chǎn)品質(zhì)量，但是由于生產(chǎn)周期長，導(dǎo)致了加工成本高，生產(chǎn)效率低，能耗大等問題[20]，而且設(shè)備一次性投資大，如國產(chǎn)凍干機價格一般在150萬元/臺之上，進口設(shè)備價格一般為國產(chǎn)設(shè)備的4倍[21]。因此近年來許多研究者以不同的水產(chǎn)品作為研究對象，在凍干過程中尋找合理的工藝參數(shù)，旨在找到降低生產(chǎn)能耗、提高生產(chǎn)率的方法。鄭立靜等[17]在凍干過程中取貝柱厚度為10 mm，采用2次變溫和1次變壓的過程參數(shù)調(diào)節(jié)法即開始時將真空室壓力設(shè)為80 Pa，加熱板溫度設(shè)為39℃，當物料溫度1℃時將加熱板溫度調(diào)至28℃，當物料中心溫度達到5℃時將加熱板溫度調(diào)至36℃，真空室的壓力調(diào)為25 Pa進行凍干實驗，結(jié)果表明：這樣的變溫使得樣品的復(fù)水率和復(fù)水速度最大，品質(zhì)最好，且干燥能耗也最少。錢炳俊等[18]以青魚為試材，采用正交設(shè)計方法研究青魚片的真空冷凍干燥工藝。結(jié)果表明，最佳干燥工藝為：真空室壓力120 Pa，解析時加熱板溫度為45℃，預(yù)凍溫度為-20℃，升華時加熱板溫度為15℃。李敏等[22]以羅非魚為材料，通過四因素三水平正交試驗,研究了真空冷凍干燥主要參數(shù)：預(yù)凍溫度、物料厚度、壓力和加熱板溫度對羅非魚凍干的影響。結(jié)果表明,這些主要參數(shù)對能耗的影響大小順序依次為預(yù)凍溫度、物料厚度、加熱板溫度、壓力，并且得出了物料厚度為10mm，預(yù)凍溫度為-62℃，加熱板溫度為40℃，壓力為160 Pa時凍干升華干燥的單位厚度能耗最小。

2.3 熱泵干燥（HPD）

HPD是利用熱泵從低溫熱源吸收熱量,將其在較高溫度下釋放,而對物料進行干燥的方法[4]。由于熱泵干燥裝置中加熱空氣的熱量主要來自于回收干燥室排出的低溫濕空氣中所含的顯熱和潛熱，需要輸入的能量只有熱泵壓縮機的耗功，因而熱泵具有消耗少量功即可制取大量熱量的優(yōu)勢，是一種節(jié)能環(huán)保型新技術(shù)。此外，熱泵干燥技術(shù)可實現(xiàn)在-20℃～100℃條件下對物料進行干燥，且濕度、風速等條件易于控制，整個干燥系統(tǒng)處于密閉狀態(tài)[23]。內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生，可避免水產(chǎn)品中不飽和脂肪酸的氧化和表面發(fā)黃，減少蛋白質(zhì)的受熱變性、物料變形、變色和風味類物質(zhì)的損失[24]。所生產(chǎn)的水產(chǎn)干制品具有良好的品質(zhì)。吳耀森等[25]研究魷魚低鹽腌制和傳統(tǒng)高鹽腌制處理以及緩蘇變溫變濕工藝對熱泵干燥魷魚干的外形、色澤和干燥速率等的影響。結(jié)果表明，低鹽腌制的魷魚經(jīng)熱泵干燥結(jié)合緩蘇工藝所得的魷魚干產(chǎn)品質(zhì)地好、色澤均勻、透明性好，且含鹽量降低1/2，干燥所需時間短。劉蘭[26]以羅非魚片為實驗材料，采用熱泵變溫干燥模式，所得產(chǎn)品色澤較好，比較接近新鮮的羅非魚片的色澤，味道也保持了其特有的鮮味，肉質(zhì)具有韌性，口感較好。張國琛等[27]報道了當熱泵干燥溫度由-2℃～0℃增加到20℃時，干燥北極蝦（整蝦、去頭北極蝦、去殼北極蝦）的收縮率、復(fù)水能力、水分保持能力和所需的剪切力增大；干燥溫度對干燥蝦的色澤影響不顯著;解凍處理不利于蝦色澤的保持并使之收縮增加。與熱風干燥相比，利用熱泵干燥北極蝦可獲得高質(zhì)量干燥產(chǎn)品。

在中國，熱泵干燥技術(shù)在水產(chǎn)品加工上的應(yīng)用并不普及。究其原因在于它在應(yīng)用中存在一些問題，如干燥中后期，干燥速度慢、干燥時間長，間歇工作、干燥規(guī)模小，不能實現(xiàn)物料的連續(xù)作業(yè)，難于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)；熱泵只能在一定的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)變溫運行等。為了解決這些問題，一些研究者將重點放在了不同水產(chǎn)品與熱泵相適應(yīng)的干燥工藝和聯(lián)合干燥技術(shù)的研究上。石啟龍等[28]針對竹莢魚進行了熱泵變溫干燥。研究結(jié)果表明:采用適宜的初始溫度和循環(huán)時間，熱泵變溫干燥能夠縮短干燥時間，顯著提高半干竹莢魚片的色澤。最適合于竹莢魚熱泵變溫干燥的條件應(yīng)為:20℃（3.5 h）→25 ℃（3.5 h）→30 ℃（3.5 h）→35 ℃（3.5 h）。Shi等[29]發(fā)現(xiàn)影響竹莢魚熱泵干燥特性的主要因素包括裝料量、干燥溫度、風速和旁通比。干燥時間隨著裝料量的增加，干燥溫度和風速的降低而延長。綜合考慮干燥速率、特定的水分蒸發(fā)率和色差，竹莢魚熱泵干燥最適宜的工藝參數(shù)為：裝料6 kg/m2，溫度20℃～30℃，滲透液中NaCl質(zhì)量分數(shù)10%，旁通比0.6～0.8，風速2.0 m/s～3.0 m/s。叢?；ǖ萚30]在熱風干燥的基礎(chǔ)上，利用熱泵－熱風組合干燥的方式干燥腌漬海參，對不同干燥方式下海參的干燥特性進行測定，對干燥結(jié)束后海參的復(fù)水品質(zhì)與傳統(tǒng)的熱風干燥進行分析比較，結(jié)果表明：組合干燥海參的平均收縮系數(shù)最小，為16.64，而平均復(fù)水倍數(shù)為10.18，遠高于熱風干燥產(chǎn)品；產(chǎn)品流變學特性及硬度、彈性、柔韌度，黏性均較熱風處理后海參理想。因此組合干燥可以明顯提高干燥后海參的復(fù)水倍數(shù)和復(fù)水品質(zhì)，產(chǎn)品的感官品質(zhì)好。任愛清等[31]報道了魷魚熱泵-熱風聯(lián)合干燥最佳工藝參數(shù)：熱泵干燥溫度4.3℃、水分轉(zhuǎn)換點32.3%和熱風干燥溫度43.5℃，在此條件下聯(lián)合干燥得到的魷魚干品質(zhì)高于熱風干燥，而且干燥能耗降低了38.67%。

2.4 微波干燥（MD）

微波是一種電磁波,可產(chǎn)生高頻電磁場,介質(zhì)材料中的極性分子在電磁場中隨著電磁場的頻率不斷改變極性取向,使分子來回振動,產(chǎn)生摩擦熱。由于濕物料中液態(tài)水介質(zhì)損耗較大,便可大量吸收微波能并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使物料溫度不斷升高,且透入物料內(nèi)部的微波可對物料進行整體加熱,即所謂無溫度梯度加熱,進而得到更佳的干燥效果[32]。由于微波能夠深入到物料內(nèi)部，使被加熱體本身成為發(fā)熱體，避免了傳統(tǒng)加熱過程中產(chǎn)生由外向內(nèi)形成的溫度梯度而導(dǎo)致的物料表面硬化或不均勻現(xiàn)象，具有干燥速度快且均勻、選擇性好、能源利用率高，便于控制和節(jié)省空間等優(yōu)點[33]，可以保持食品的色、香、味，減少營養(yǎng)成分的損失。Tao Wu等[7]比較了AD和MD對草魚魚片在營養(yǎng)和風味上的影響，結(jié)果表明相比于AD，采用MD的制品在營養(yǎng)方面脂肪損失低，蛋白溶解性高，羰基值低，而在產(chǎn)品的風味上沒有顯著的差異。

目前，微波干燥技術(shù)在水產(chǎn)品方面研究的方向主要是微波與其他干燥技術(shù)相結(jié)合的聯(lián)合干燥技術(shù)，包括微波與真空干燥技術(shù)，微波與熱風干燥技術(shù)，微波與熱泵干燥技術(shù)等。何學連等[34]采用L9（34）正交優(yōu)化試驗研究了南美白對蝦冷凍和微波真空最佳聯(lián)合干燥工藝，試驗表明，各因素對復(fù)原率影響的主次順序為轉(zhuǎn)換點水分含量>微波功率>微波時間>微波真空度,最佳組合為轉(zhuǎn)換點水分含量50%、微波時間25 s、微波功率330 W、微波真空度0.07 MPa。段續(xù)等[35]以海刺參為實驗材料，對比了熱風干燥、冷凍干燥、微波干燥、真空微波干燥（VMD）這4種不同干燥方式的干燥特性，分別將預(yù)處理后的海參干燥至最終含水率為7%。結(jié)果表明：AD和FD整個干燥過程耗時分別為8 h和18 h，MD和VMD的干燥速率則要快得多，分別耗時150 min和120 min。在產(chǎn)品品質(zhì)方面，F(xiàn)D與VMD海參的復(fù)水性遠高于其余2種海參，且口感相比于其余2種海參也較好。另外段續(xù)等還研究了海參的凍干-微波聯(lián)合干燥效果，考察了FD-VMD聯(lián)合干燥過程中轉(zhuǎn)換含水率對干海參的復(fù)水性能的影響，結(jié)果表明：FD處理后水分含量越低，聯(lián)合干燥產(chǎn)品的質(zhì)量越好，但另一方面FD過程越長，總耗時也越多，總能耗也就越大，因此綜合考慮，采用30%左右的轉(zhuǎn)換含水率比較合適。在能耗方面，F(xiàn)D的能耗最高，為每公斤水72628.6 kJ，F(xiàn)D-VMD聯(lián)合干燥的能耗為每公斤水43862.4 kJ，雖然遠高于AD和MD，但比FD節(jié)約了近40%的能耗。在海參品質(zhì)下降不大的前提下，F(xiàn)D-VMD聯(lián)合干燥技術(shù)在一定程度上可以替代FD技術(shù)。段振華等[36]以羅非魚片（30 mm×20 mm×5 mm）為材料，通過測定羅非魚片先在40℃熱風溫度下分別干燥1 h～5 h，再在200、400 W不同微波功率下干燥10 min的水分含量，進行熱風微波復(fù)合干燥的動力學研究。得出不同熱風時間和微波功率對魚片的熱風微波復(fù)合干燥中的水分含量及干燥速率的影響規(guī)律。Duan Z H等[37]研究了微波-熱風聯(lián)合干燥法對羅非魚魚片品質(zhì)及特性的影響。結(jié)果表明，聯(lián)合干燥法所得產(chǎn)品的最終含水量隨著微波功率的增加和熱風溫度的提高而減少，但是產(chǎn)品的品質(zhì)卻會隨之下降。因此，較低的熱風溫度和微波功率有利于羅非魚片品質(zhì)的保持；與熱風干燥相比，微波-熱風聯(lián)合干燥法可以有效地減少干燥時間，改善產(chǎn)品品質(zhì)。

3 水產(chǎn)品干燥技術(shù)的發(fā)展展望

干燥是能耗比較大的單元操作，據(jù)國外報道，干燥過程中的能耗占工業(yè)總能源消耗的15%[38]。因此，高效、節(jié)能和環(huán)保的干燥技術(shù)是今后的發(fā)展方向。太陽能干燥方法就是一種節(jié)能、環(huán)保的方法。與其他能源相比,太陽能的優(yōu)點為無害、普遍、長久。但是這種干燥技術(shù)還存在很多缺點，如：一般收集太陽輻射的設(shè)備占地面積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高,故投資大,回報周期長,不利于推廣應(yīng)用。因此這種干燥技術(shù)的大規(guī)模的使用要有待于太陽能集熱器集熱效率的進一步提高和成本的進一步降低[4]。在水產(chǎn)品加工方面使用該技術(shù)的研究報道還很少。由于各種干燥技術(shù)既有各自的優(yōu)點，又有其不同的局限性。因此，在不斷完善各種干燥技術(shù)自身技術(shù)方法和設(shè)備的同時，根據(jù)物料的特點，將2種或2種以上的干燥方法優(yōu)勢互補，分階段或同時進行聯(lián)合干燥已經(jīng)成為一大趨勢[39]。這種干燥方法被稱為聯(lián)合干燥，它不僅可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時又能提高干燥速率、節(jié)約能源，尤其對熱敏性物料最為適用。在水產(chǎn)品加工中主要的聯(lián)合方式有：熱泵－微波真空聯(lián)合干燥[37]，熱泵-熱風組合干燥[30-31]，微波真空冷凍聯(lián)合干燥[34-35]，微波-熱風聯(lián)合干燥[37]等等。但是由于水產(chǎn)品種類繁多，不同種類組織狀態(tài)相差很大，因此聯(lián)合干燥工藝并非固定不變，工藝參數(shù)及干燥轉(zhuǎn)換點的確定、機理的研究及合理的數(shù)學模型的建立還需要大量的實驗工作。

4 結(jié)論

干燥技術(shù)是一門交叉學科,涉及的知識面廣，應(yīng)用的領(lǐng)域也很廣。目前我國水產(chǎn)品干燥技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進展，為我國帶來了巨大的經(jīng)濟效益。但是在加工生產(chǎn)過程中仍有很多的問題亟需解決，因此開展水產(chǎn)品干燥技術(shù)的研究對提高中國水產(chǎn)品加工技術(shù)水平,促進漁業(yè)經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

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The Researches and Advances of Aquatic Products Drying Technology

CEN Qi-qiong，ZHANG Yan-ping*，DAI Zhi-yuan，WANG Hong-hai
（Institute of Aquatic Products Processing，Zhejiang Gongshang University，Hangzhou 310012，Zhejiang，China）

The aquatic products drying technology is one of the most important ways of aquatic product processing，the masses like eat the products very much.The mainly using drying technology are：hot air drying（AD），vacuum freeze drying（FD），microwave drying（MD），heat pump drying（HPD）and so on.This article introduces the advantages and disadvantages of various aquatic products drying technology and the research results，application in recent years，as well as the development trends.

book=7,ebook=7

aquatic products；drying；processing；research advance

2011-04-07