真空微波干燥與真空冷凍干燥對魚糜干制品質(zhì)量的影響

闕婷婷，張佳琪，張 慧，鄭家聞，胡慶蘭，任西營，胡亞芹，*

(1.浙江大學(xué)食品與營養(yǎng)系，浙江杭州310058;2.浙江樹人大學(xué)，浙江杭州310015)

魚糜制品是指將魚肉絞碎后，添加2%～3%的食鹽及其他配料，擂潰而成魚漿，再制成各種形狀，并經(jīng)蒸、煮、油炸、焙烤或烘干熱處理，加工成為魚圓、魚糕、魚香腸、魚卷、魚面等各類有彈性的熟食品，是一種高蛋白質(zhì)、低膽固醇的制品。同時與谷類配，可以彌補(bǔ)單純植物性蛋白質(zhì)氨基酸組成的缺陷，使攝食的營養(yǎng)成分更齊全［1］。通常，高品質(zhì)的魚糜制品水分含量為75%～80%，蛋白成分主要以魚肉肌原纖維中水不溶性蛋白為主［2-3］，屬于高水分、高蛋白的平衡體系，而這一體系極易受細(xì)菌感染腐敗變質(zhì)，也極易被魚糜制品內(nèi)含的蛋白水解酶破壞結(jié)構(gòu)而失去其特有的黏彈性［4］。因此，如何延長魚糜制品的貨架期顯得尤為重要。低溫保藏和脫水干燥是兩種傳統(tǒng)的保鮮方法，前者雖然能夠延長產(chǎn)品的貨架期，但是凍藏過程中產(chǎn)生的冰晶會嚴(yán)重?fù)p害魚糜制品的品質(zhì)［5-7］。近年來隨著生活節(jié)奏的加快，對方便食品的需求日益增大，運(yùn)用現(xiàn)代加工技術(shù)對魚糜制品進(jìn)行脫水，開發(fā)新型魚糜方便食品，以適應(yīng)現(xiàn)代快節(jié)奏的社會生活方式，方便消費(fèi)，可以進(jìn)一步提高魚糜行業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。本文以魚糜面為實驗原料，研究真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、真空微波干燥技術(shù)對魚糜制品干燥效果的影響，并對相應(yīng)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，為實際應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

冷凍魚面 象山南方水產(chǎn)食品有限公司提供，主料為黃花魚魚糜、木薯淀粉等。

Freezon 6Plus真空冷凍干燥機(jī) 美國LABCONCO公司;全自動色差計SC-80 北京康光儀器有限公司;DHS20A鹵素快速水分測定儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司;PH070A型烘箱 上海一恒科技有限公司;WZD2S真空微波裝置 南京三樂微波技術(shù)發(fā)展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將原料魚糜面整理成一定厚度的圓形面餅狀，-80℃條件下凍藏備用。

1.2.2 真空冷凍干燥 按真空冷凍干燥儀器的真空度范圍分別設(shè)定0、77、165Pa三個不同的真空度;在預(yù)實驗的結(jié)果基礎(chǔ)上，分別設(shè)定干燥時間為6、10、17、20、26h。

1.2.3 熱風(fēng)干燥 將解凍后的魚糜面平鋪放入烘箱中進(jìn)行干燥。烘箱的溫度設(shè)定為150℃，以樣品厚度(1、2.5cm)和烘干時間(15、20、25、30min)為參數(shù)進(jìn)行實驗。

1.2.4 真空微波干燥 將解凍后的魚糜面平鋪放入樣品托盤中。以微波功率(500、900、1300W)、真空度(-70、-80、-90kPa)、干燥時間(20、30、40min)和投料量(50、100、150g)為因素，以樣品色度、復(fù)水比、復(fù)水率、WAI、WSI為測量指標(biāo)，進(jìn)行4因素3水平正交實驗。正交實驗因素水平表如表1。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal design

1.2.5 復(fù)水性能測定［8-9］準(zhǔn)確稱取成品MA置燒杯中，加入5倍的沸水并立即加蓋，復(fù)水5min后，紗布瀝干，并用吸水紙吸干表面水分，稱重MB。復(fù)水性能通過兩個指標(biāo)來衡量，一個是魚面吸水前后質(zhì)量比(復(fù)水比)，即以MB/MA表示，另一個是魚面吸收的水分與吸水前魚面質(zhì)量比(復(fù)水率):(MB-MA)/MA。

1.2.6 吸水指數(shù)(WAI)和水溶解指數(shù)(WSI)測定這兩個指數(shù)是國際上通用的對于凍干制品吸水及持水能力的評判指標(biāo)［10］。取干燥后的樣品 Ma(約0.1g)溶解于15mL裝有10mL蒸餾水的離心管中，在25℃水浴中，用漩渦振蕩器間歇振蕩1h，后于3000r離心15min，上清液烘干測固定物的質(zhì)量為Mb，沉淀物干燥后測其質(zhì)量為Mc，計算WAI，WSI。

1.2.7 色度測定 使用全自動色差計以標(biāo)準(zhǔn)白板校色，平行測定5個樣品，所得數(shù)據(jù)采用Hunter白度計算方法［11-12］。計算公式為:

表2 色度隨樣品厚度的變化Table 2 Effect of thickness on the color of FD products

其中，L*表示明度;a*和b*表示色度;a*正值表示偏紅，負(fù)值表示偏綠;b*正值表示偏黃，負(fù)值表示偏藍(lán)。

2 結(jié)果與分析

2.1 真空冷凍干燥

2.1.1 樣品厚度對真空冷凍干燥制品性能的影響

2.1.1.1 樣品厚度對制品色度及水分含量的影響從表2中可以看出，樣品厚度對于凍干制品的白度值和色彩角影響不大，但凍干后樣品的水分含量卻有明顯差異，即樣品越厚，凍干后的水分含量越大(如圖2)，樣品3和4的水分含量甚至超過了干燥制品最高含水量12%的技術(shù)指標(biāo)，表明凍干效果隨著樣品厚度的增加而降低。

圖2 樣品厚度對凍干制品水分含量的影響Fig.2 Effect of thickness on the moisture content of FD products

2.1.1.2 樣品厚度對制品復(fù)水性能的影響 吸水指數(shù)(water absorption index，WAI)是國際通用的吸水及持水能力的評價指標(biāo)，在本研究中用于反映魚面在干燥脫水之后重新吸水的能力及持水性，同時也可以從另一側(cè)面反應(yīng)復(fù)水性能。水溶解指數(shù)(water solubility index，WSI)是反映干制品重新復(fù)水后，在水相中溶解的固態(tài)物質(zhì)占干制品的比例。

由于本實驗對魚糜速食面的技術(shù)指標(biāo)要求終產(chǎn)品的水分含量在12%以下，而由圖2可知，樣品3和4的水分含量顯然超過了12%，因此已失去了研究意義。而進(jìn)一步對樣品1、2進(jìn)行復(fù)水性能以及WSI/WAI的測定，結(jié)果見表3。從表3數(shù)據(jù)分析可知，兩個樣品凍干后的復(fù)水性能都很好，復(fù)水率均超過了300%，復(fù)水比超過3倍，而樣品2即厚度為4.79cm的樣品復(fù)水性能又稍優(yōu)于樣品1。

2.1.2 真空度對真空冷凍干燥制品的性能的影響 真空冷凍干燥是在高真空狀態(tài)下，利用升華原

理，使預(yù)先凍結(jié)的物料中的水分直接以冰態(tài)升華為水蒸氣，從而達(dá)到冷凍干燥的目的［13-14］。因此，較高真空度是保證樣品干燥效果的重要條件。從表4可以看出，真空度對樣品色澤的影響不大，但相對來說，在0Pa下的白度值略高。從樣品凍干后的水分含量看(圖3)，隨著真空度的增大，其水分含量逐漸降低，到0Pa時，凍干樣品中的水分含量只有4.03%，已低于5%的常溫保藏指標(biāo)，干燥效果明顯。從WAI值來看，持水能力基本相近，都在5.0～6.0之間;而WSI值表明，隨著真空度的增大，其值逐漸降低，即面條中可溶性固形物的損失減小，從而面的質(zhì)量也隨著提高。因此，真空度越大，干燥的效果越好，本實驗中0Pa下得到的樣品干燥效果最佳。

表3 樣品厚度對凍干制品復(fù)水性能、WSI及WAI的影響Table 3 Effect of thickness on the water recovery ability，WAI and WSI

表4 真空度對凍干制品各項指標(biāo)的影響Table 4 Effect of vacuum value on the index of freeze-drying products

圖3 不同真空度條件下干燥所得魚面物性值Fig.3 Effect of vacuum value on the index of freeze-drying products

2.1.3 真空冷凍干燥時間對于魚糜面性能的影響以 0Pa 為參數(shù)，分別干燥6、10、17、20、26h，檢測樣品凍干性能。

表5中顯示了白度值和色彩角隨著凍干時間的延長變化的情況。隨著干燥時間的延長，白度值有了明顯的增大，而色彩角變化不大，這表明凍干后樣品的色調(diào)還是和原樣屬于同一個色調(diào)系，但是其面條的顏色更加潔白，感官更佳。同時，隨著干燥時間的延長，復(fù)水比和WAI都有略微上升的趨勢，而WSI有了比較明顯的下降趨勢(如圖4)，即凍干面條的復(fù)水性能及其可溶性固形物的保持能力都隨著干燥時間的延長而有了提高，從而魚面的質(zhì)量也隨之提高。此外，樣品的水分含量一直呈下降趨勢(如圖5)，直到26h之后才達(dá)到制品指標(biāo)12%以下。因此可以推斷在20～26h之間，凍干樣品進(jìn)入解析過程，結(jié)合水開始緩慢進(jìn)入升華階段。根據(jù)凍干原理，這個時間段的過程非常重要，若樣品過早取出，易進(jìn)入物性破壞狀態(tài)，不利于樣品保存。所以未經(jīng)預(yù)脫水處理的樣品應(yīng)凍干處理26h以上。

圖4 凍干時間對制品物性的影響Fig.4 Effect of FD time on the moisture content of products

圖5 凍干時間對制品水分含量的影響Fig.5 Effect of FD time on the moisture content of products

表5 凍干時間對凍干制品色澤的影響Table 5 Effect of drying time on the chromaticity of freeze-dried products

2.2 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥在實際生產(chǎn)上具有廣泛的用途，本研究將烘干溫度設(shè)置為150℃，實驗測得各組數(shù)據(jù)見表6。

圖6 烘干時間對制品水分含量的影響Fig.6 Effect of drying time on the moisture content of hot-air-dried products

表6中顯示了不同厚度的樣品的白度值和色彩角隨著干燥時間的延長變化的情況。兩種不同厚度的樣品隨著干燥時間的延長白度值均下降;1cm厚的樣品色彩角隨著時間的延長逐漸減小，但2.5cm厚的樣品則逐漸增大。

表6 烘干時間對烘干制品色度的影響Table 6 Effect of drying time on the color of the dried products

在水分含量方面(圖6)，兩種樣品隨著時間的延長，水分含量均逐漸降低，但是1cm厚度的樣品水分含量明顯比2.5cm厚的樣品水分含量降得快，到25min時，烘干樣品水分含量已降為11.84%，達(dá)到了方便面水分含量12%的保藏指標(biāo)，而后者在30min后水分含量依然高于12%，而此時的魚糜面不僅發(fā)生了嚴(yán)重的褐變，而且上下層水分含量分布不均勻，上層較干，中下層水分含量較高。因而熱風(fēng)干燥只宜單層烘干，不適合復(fù)層烘干。

進(jìn)一步對干燥后1cm厚度的魚糜面進(jìn)行復(fù)水性能及持水性能進(jìn)行研究，結(jié)果如表7所示，隨著干燥時間的延長，樣品的復(fù)水率、復(fù)水比均有略微增大，而WAI、WSI均略微下降，但變化都不明顯。但是相對于真空冷凍干燥來說，不論是干燥后樣品的白度、色度，還是復(fù)水性能，水分含量等方面均不是很理想。

表7 150℃熱風(fēng)干燥對制品復(fù)水性能、WSI及WAI的影響Table 7 Effect of hot air drying(150℃)on the water recovery，WSI and WAI

表8 正交實驗設(shè)計表及數(shù)據(jù)處理Table 8 Orthogonal design and data processing

2.3 真空微波干燥

正交實驗結(jié)果如表8所示。

從色澤上感官判斷真空微波干燥樣品略帶微黃，雖然不如真空冷凍干燥色澤潔白，但是相比于熱風(fēng)干燥法得到的產(chǎn)品感官上依然屬于令人愉悅的范圍，能夠被接受。樣品白度和色彩角變化不大，所以真空微波干燥技術(shù)用于魚面的干燥，色澤問題不是主要的影響因素。而從終產(chǎn)物水分含量角度考慮，樣品3、4、6、7、8、9 都是符合本速食面的水分含量指標(biāo)的樣品，樣品1、2、5則屬于不合格產(chǎn)品。因此，正交實驗析因、最優(yōu)方案均須結(jié)合考慮水分含量指標(biāo)，不合格產(chǎn)品的干燥條件不能成為優(yōu)選方案。

表9 真空微波干燥所得制品色度和水分含量結(jié)果Table 9 Chromaticity and moisture content of the MD products

從正交表8中可以得到，對于不同的指標(biāo)選出的優(yōu)選方案略有不同，其中真空度和微波功率的大小對于不同指標(biāo)來說，效果不完全一致，綜合設(shè)備成本、能耗等考慮，真空度選擇-80kPa，微波功率選擇中間值900w。根據(jù)此優(yōu)選方案進(jìn)行驗證實驗(樣品10、11、12)，結(jié)果表明，11 號樣品，即微波功率 900w，真空度-80kPa，投料量為100g的條件下，干燥30min后色澤、復(fù)水率和復(fù)水比等均非常理想，吸水指數(shù)和水溶指數(shù)和干燥40min的樣品無顯著差異。兩者最大的差別就在于干燥30min的制品水分含量比干燥40min樣品略高，前者6%左右，后者為5%左右，均遠(yuǎn)低于方便面的指標(biāo)12%。從產(chǎn)業(yè)化角度考慮，干燥30min更為有利，因而通過正交設(shè)計實驗，得出最佳干燥條件為:微波功率900w，真空度-80kPa，投料量100g，干燥30min;可得到30g略多的干面餅，每兩塊面餅做成一個包裝，與市售方便面普通包裝相當(dāng)。

3 討論

從上述實驗結(jié)果可以看出，從干燥速率上看，真空冷凍干燥法不如熱風(fēng)干燥和真空微波干燥法，但是從最終的干燥結(jié)果來看，不論是從產(chǎn)品的含水量，還是產(chǎn)品的復(fù)水比、吸水指數(shù)、水溶指數(shù)、色度等指標(biāo)來看，真空冷凍干燥法優(yōu)于其他兩種方法。比如在水分含量方面，真空冷凍干燥法和真空微波法均能使產(chǎn)品的含水量降低到5%以下，水分含量越低，產(chǎn)品越容易保存，而熱風(fēng)干燥產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生很大的變化;在復(fù)水比方面，真空冷凍干燥法高出熱風(fēng)干燥法2～4倍;在色度方面，真空冷凍干燥法幾乎不改變產(chǎn)品的原有色度，凍干后顏色呈現(xiàn)均勻的乳白色，而真空微波干燥后的產(chǎn)品效果次之，熱風(fēng)干燥法得到的產(chǎn)品效果最差。

因此，從產(chǎn)品最終品質(zhì)上來看，真空冷凍干燥無疑是最好的選擇，但是在實際生產(chǎn)當(dāng)中，不僅要考慮到產(chǎn)品品質(zhì)，還要考慮生產(chǎn)成本，而真空冷凍干燥相對于其他干燥技術(shù)，耗時長，能耗比熱風(fēng)干燥高出4～8倍［15-16］，這也限制該技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用，目前主要用于高品質(zhì)脫水食品中。

4 結(jié)論

隨著人們工作和生活節(jié)奏的加快，方便食品開始成為首選［17］，與此同時，免油炸方便食品引起了人們越來越多的關(guān)注［18］。本研究中應(yīng)用的三種干燥技術(shù)，均采用非油炸技術(shù)，生產(chǎn)出的魚糜為原料的速食面產(chǎn)品各項指標(biāo)均符合要求，并且效果較好。通過對所得產(chǎn)品中水分含量、WAI、WSI、白度值的測定，表明真空冷凍干燥效果最佳，其上述各個指標(biāo)分別可達(dá)4.03%、5.60、18.66%、91.82;而熱風(fēng)干燥產(chǎn)品為11.84%、2.35、27.65%、72.54;真空微波干燥產(chǎn)品為6.16%、5.52、15.01%、80.24。因此真空冷凍干燥技術(shù)優(yōu)于熱風(fēng)干燥法和真空微波干燥技術(shù)，用該法生產(chǎn)出的魚糜速食面水分含量低，白度高，吸水指數(shù)高，水溶解指數(shù)低，復(fù)水性能極好，是集“天然，營養(yǎng)，安全，方便”于一身的新型高檔方便食品。

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