朱科學(xué), 李 潔, 郭曉娜,彭 偉,周惠明
(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫 214122)
半干面是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型方便面制品,是以小麥粉為原料,經(jīng)過(guò)和面、熟化、壓延、切條、部分脫水、均濕、包裝而成的面條[1],水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在20%~25%,因具有煮食方便、面香味濃、有嚼勁、營(yíng)養(yǎng)健康等優(yōu)點(diǎn)而深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。然而,半干面加工工藝溫和,加之面條含水量較高,造成了其在貯藏過(guò)程中微生物生長(zhǎng)繁殖迅速、貨架期短的問(wèn)題。干燥是半干面生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié),也是有效降低半干面的含菌量而有利于延長(zhǎng)半干面貨架期的有效措施。目前用于半干面部分脫水的方式主要是電熱干燥,但存在著耗能高、占地面積大等缺點(diǎn)。紫外-微波干燥是一種新型的脫水殺菌方式,利用微波對(duì)物料進(jìn)行干燥的同時(shí),將紫外線和微波結(jié)合進(jìn)行殺菌,是目前食品清潔加工和生產(chǎn)不可或缺的手段。
作者研究了紫外-微波干燥和電熱干燥下生濕面條的干燥特性和減菌規(guī)律,比較了不同干燥條件對(duì)半干面的初始含菌量、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性的影響,旨在為半干面工業(yè)化干燥技術(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù),為產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)提供技術(shù)支持。
小麥粉(鵬泰3250):中糧集團(tuán)鵬泰(秦皇島)面粉限公司產(chǎn)品;食鹽:江蘇鹽業(yè)集團(tuán)有限公司產(chǎn)品。
小型和面機(jī):5K5SSWH,美國(guó)KitchenAid公司產(chǎn)品;面條機(jī):JMTD-168/140,北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司產(chǎn)品;紫外-微波旋轉(zhuǎn)干燥箱:JHWBMF4,廣州嘉華工業(yè)微波設(shè)備有限公司產(chǎn)品;電熱鼓風(fēng)干燥箱:GZX-9246 MBE,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品;超凈工作臺(tái):SW-CJ-1FD,蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司產(chǎn)品;物性測(cè)試儀:TA-XT2i,英國(guó)Stable Microsystems公司產(chǎn)品。
1.3.1 半干面的制作工藝 半干面的制作流程及工藝參數(shù)見(jiàn)圖1。
圖1 半干面的制作工藝Fig.1 Production process of semi-dried noodle
1.3.2 鮮濕面條的干燥處理 電熱干燥:將生鮮面條單層平鋪于鐵絲網(wǎng)上,放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥一定時(shí)間。電熱溫度分別為105℃和125℃。定時(shí)取出面條待測(cè)。紫外-微波干燥:將生鮮面條單層懸掛于支架上,放入紫外-微波旋轉(zhuǎn)干燥箱進(jìn)行干燥。微波功率分別為2 000 W和4 000 W,紫外燈功率為40 w。定時(shí)取出面條待測(cè)。
1.3.3 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及干燥速率的測(cè)定 干燥后的面條均濕3 h后,按照GB 5009.3-2010[2]的直接干燥法測(cè)定水分質(zhì)量分?jǐn)?shù),計(jì)算面條的干燥速率。
式中,Δm為相鄰兩次稱(chēng)量的質(zhì)量差,g;Δt為相鄰兩次稱(chēng)量的時(shí)間差,min。
1.3.4 半干面初始含菌量的測(cè)定 半干面菌落總數(shù)的測(cè)定,參照GB/T 4789.2-2008[3]。
1.3.5 半干面質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定 取煮過(guò)的面條放在載物臺(tái)上或固定于拉伸裝置的上下臂上進(jìn)行TPA實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)。每個(gè)樣品做6次平行,取其平均值。實(shí)驗(yàn)中的探頭選擇及參數(shù)設(shè)定參照文獻(xiàn)[4]。
1.3.6 半干面蒸煮特性的測(cè)定 取30根面條,稱(chēng)重,放入500 mL沸騰的去離子水中煮制4.5 min,用篩網(wǎng)濾除面條,面湯冷卻至常溫后,轉(zhuǎn)入500 mL容量瓶中定容混勻,取100 mL面湯倒入已恒重的250 mL燒杯中,放在電爐上蒸發(fā)至燒杯中剩余面湯少于10 mL,將燒杯放入105℃烘箱內(nèi)烘干至恒重[5]。每個(gè)樣品做3次平行。
式中,M1為空燒杯的質(zhì)量,g;M2為燒杯和干物質(zhì)的質(zhì)量,g;G為半干面的質(zhì)量,g;W為半干面的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。
物料干燥受干燥介質(zhì)溫度、濕度、物料本身物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、外部形狀等的影響,是一個(gè)復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程[6]。電熱干燥是目前半干面生產(chǎn)中最常用一種干燥方式,具有投資小、操作簡(jiǎn)單、容易控溫等優(yōu)點(diǎn),但也具有耗能高、效率低、占地面積大等缺點(diǎn)。而紫外-微波干燥是一種新型的脫水殺菌方式,既具有微波干燥速度快、效率高和品質(zhì)影響小等優(yōu)點(diǎn),又具有通過(guò)紫外線照射對(duì)所干燥的物料進(jìn)行同步協(xié)同殺菌的特點(diǎn),應(yīng)用前景較好。采用兩種干燥方式對(duì)鮮濕面條進(jìn)行干燥,對(duì)比研究紫外-微波干燥方式在半干面生產(chǎn)中的優(yōu)劣。
研究發(fā)現(xiàn)微波干燥的效率明顯高于電熱干燥,在試驗(yàn)的兩個(gè)功率下,干燥25~40 s就能使面條含水量降至22%左右。此外,微波功率對(duì)干燥速度有明顯的影響。微波功率越大,干燥速率越快,所需的干燥時(shí)間越短。這說(shuō)明提高微波功率,可以在面條內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量,從而加快面條內(nèi)水分的傳質(zhì)速度。由試驗(yàn)確定紫外-微波干燥不同功率的工藝參數(shù)為2 000 W/40 s和4 000 W/25 s,此時(shí)半干面的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以基本保持一致,分別為(22.50±0.43)%、(22.28±0.24)%;而電熱干燥不同溫度的工藝參數(shù)為105℃/360 s和125℃/270 s,此時(shí)半干面的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本一致,分別為(22.59±0.24)%和(22.40±0.19)%。
圖2是鮮濕面條在兩種干燥方式下的干燥速率變化曲線。從圖中可以看出,鮮濕面條的電熱干燥過(guò)程包括加速期、恒速期和降速期。其中,恒速期較短,加速期過(guò)后很快就進(jìn)入了降速干燥階段。這是由電熱干燥的機(jī)理和面條本身的性質(zhì)決定的。在干燥過(guò)程中,面條表面的水分首先受熱而蒸發(fā),面條內(nèi)部的水分向外遷移的速率小于表面水分散失的速率,面條表面變得很干燥,內(nèi)部水分向外遷移的阻力變大,從而導(dǎo)致水分的蒸發(fā)大大減少,干燥速率因此減小[7]。而從紫外-微波干燥圖中可以看出,當(dāng)微波功率為2 000 W時(shí),鮮濕面條的干燥過(guò)程主要包括一個(gè)短暫的加速期和一個(gè)較長(zhǎng)的恒速期,未出現(xiàn)明顯的降速干燥期。加速期脫去的水分較少,大量的水分在恒速干燥期脫去。這是因?yàn)?,微波能使面條中的水分子高速震動(dòng)、摩擦而產(chǎn)生大量的熱,面條表面和內(nèi)部溫度同時(shí)迅速升高,面條表面的水分首先蒸發(fā),引起表面溫度下降,面條內(nèi)外形成溫度梯度,促使內(nèi)部水分向外遷移,使蒸發(fā)速率保持恒定[8]。當(dāng)微波功率為4 000 W時(shí),恒速干燥階段不明顯,面條大量的水分在加速期內(nèi)脫去,達(dá)到最大干燥速率后,面條的含水量難以維持最大干燥速率,因此,干燥速率在干燥后期有所降低。
圖2 鮮濕面條在兩種干燥方式下的干燥速率變化曲線Fig.2 Change of dehydrating rate of fresh noodles at two different drying methods
面條在生產(chǎn)過(guò)程中,由于面粉未經(jīng)過(guò)滅菌處理,壓面切面的過(guò)程也不是在無(wú)菌室中進(jìn)行的,所以,鮮濕面條中含有大量的微生物,經(jīng)過(guò)測(cè)定,未經(jīng)過(guò)干燥的半干面菌落總數(shù)可達(dá)2.0×104cfu/g。半干面的脫水處理,一方面可以降低面條的含水量,使面條在貯藏過(guò)程中不易產(chǎn)生粘連的問(wèn)題,另一方面,也能在一定程度上起到殺菌的作用。圖3是鮮濕面條在兩種干燥方式下的菌落總數(shù)變化曲線。由圖可知,對(duì)于電熱干燥來(lái)說(shuō),在半干面水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)由31%降至27%的范圍內(nèi),菌落總數(shù)大幅度降低,在此階段內(nèi)殺滅的微生物占半干面菌落總數(shù)的85%以上,隨溫度的升高,菌落總數(shù)降低越快;在半干面水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)由27%降至22%的范圍內(nèi),菌落總數(shù)降低趨勢(shì)平緩,此階段內(nèi)殺滅的微生物較少。這可能因?yàn)?,在電熱干燥初期,由于面條表面和熱空氣間存在溫度差,熱空氣中的熱量首先傳到面條表面,此時(shí)面條表面的微生物因難以耐受環(huán)境高溫而死亡;隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),面條內(nèi)部因溫度梯度的存在而達(dá)到與表面相同的溫度,內(nèi)部的一些微生物也因受熱而死亡,而部分耐熱微生物,如芽孢桿菌等因具有良好的耐熱性而得以存活。在此過(guò)程中,熱空氣的溫度越高,熱量傳遞速度越快,面條內(nèi)外升溫越迅速,干燥前期微生物數(shù)量的降低也越迅速。
圖3 鮮濕面條在兩種干燥方式下的菌落總數(shù)變化曲線Fig.3 Change of total bacterial count of fresh noodles at two different drying methods
而與電熱干燥相比,紫外-微波干燥中,面條菌落總數(shù)的變化呈現(xiàn)出不同的降低趨勢(shì)。在半干面水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)由31%降至29%的過(guò)程中,殺滅的微生物數(shù)量較少,隨著水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步降低,菌落總數(shù)快速下降。紫外-微波干燥的殺菌機(jī)制主要包括3個(gè)方面。一是微波的熱效應(yīng),即微波引起水、核酸、蛋白質(zhì)等極性分子劇烈震動(dòng)、相互摩擦而產(chǎn)熱,溫度升高,微生物細(xì)胞內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)等發(fā)生改性、失活而死亡[9]。二是微波的非熱效應(yīng),即微波引起微生物的細(xì)胞膜功能發(fā)生障礙、生理活性物質(zhì)產(chǎn)生變化、生存環(huán)境有所破壞等使得微生物的生長(zhǎng)繁殖受到抑制,甚至死亡[10]。三是紫外與微波的協(xié)同殺菌作用,即紫外輻射與微波輻射相結(jié)合,兩者達(dá)到協(xié)同增效的效果。有文獻(xiàn)表明[11-12],在紫外線輻射時(shí)加入微波輻射,則紫外線變異的效果得到加強(qiáng);劉鐘棟等人研究發(fā)現(xiàn)[13],微波與紫外線有著較好的協(xié)同殺菌作用,殺菌效果明顯優(yōu)于兩者單獨(dú)殺菌。
電熱干燥和紫外-微波干燥均能使半干面的初始含菌量得以降低,從而為半干面貨架期的延長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件。圖4是對(duì)電熱干燥和紫外-微波干燥降低面條含菌量的比較。從圖可知,對(duì)于電熱干燥,干燥溫度越高,面條含菌量越低,尤其是當(dāng)溫度升高到125℃時(shí),半干面的菌落總數(shù)顯著下降。這是因?yàn)?,在電熱干燥的條件下,熱的穿透力較差,微生物的耐熱性較強(qiáng),提高干燥溫度有利于達(dá)到更好的滅菌效果。從圖中可以看出,經(jīng)紫外-微波干燥的半干面,其含菌量顯著低于電熱干燥的半干面,說(shuō)明在脫水的同時(shí),紫外-微波干燥起到更好的殺菌作用,這對(duì)進(jìn)一步延長(zhǎng)半干面的保質(zhì)期非常有利。在兩個(gè)不同的干燥功率下,面條的含菌量沒(méi)有顯著差異,2 000 W比4 000 W時(shí)含菌量略低。一般來(lái)說(shuō),較高的微波功率對(duì)殺菌更有利,因?yàn)槲⒉üβ试礁?,電?chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng),食品中微生物吸收的微波能也就越多,從而更能加劇其死亡[14]。 但是由于4 000 W干燥效率高,達(dá)到相同含水量是所需的時(shí)間短,微波致死效應(yīng)和紫外致死效應(yīng)降低[15],所以在4 000 W的微波功率下不能獲得更好的殺菌效果。
圖4 紫外微波干燥和電熱干燥對(duì)半干面初始菌落總數(shù)的影響Fig.4 Effects of ultraviolet-microwave and electric drying on initial total bacterial count in semidried noodle
質(zhì)構(gòu)分析作為一種評(píng)價(jià)面條品質(zhì)的客觀測(cè)試手段,能夠排除主觀因素的干擾,是一種準(zhǔn)確、有效的評(píng)價(jià)面條的方法。質(zhì)構(gòu)特性中的硬度、最大剪切力與面條的筋道感呈高度正相關(guān),質(zhì)構(gòu)特性中的彈性與面條的彈性呈顯著正相關(guān),質(zhì)構(gòu)特性中的拉斷距離與面條的滑口感、筋道感呈高度正相關(guān)[16]。從表1可以看出,對(duì)于電熱干燥來(lái)說(shuō),隨著干燥溫度的升高,半干面的硬度、最大剪切力變大,彈性、拉斷距離變小。說(shuō)明提高干燥溫度,雖然能降低面條的含菌量,但面條的品質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化,這可能是由于在較高的干燥溫度下,面條表面水分蒸發(fā)迅速,內(nèi)部水分來(lái)不及向外擴(kuò)散,表面容易形成干硬膜[17],從而影響了面條的品質(zhì)。對(duì)于紫外-微波干燥來(lái)說(shuō),不同加熱功率對(duì)半干面的質(zhì)構(gòu)特性影響較明顯,在功率達(dá)到4 000 W時(shí),半干面的硬度、最大剪切力、彈性、拉斷距離均小于2 000 W的面條,這可能是由于,在高的干燥功率下,面條中心的溫度立刻升高,水分迅速向外遷移的過(guò)程中使面條的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞[18],面條的品質(zhì)下降。
表1 紫外微波干燥和電熱干燥對(duì)半干面質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effects of ultraviolet-microwave and electric drying on texture characteristic of semi-dried noodle
蒸煮損失率是指面條煮制過(guò)后,面湯中殘余干物質(zhì)的含量。蒸煮損失率可以反映出面條的蒸煮品質(zhì),蒸煮損失率越小,面條的蒸煮品質(zhì)越好[19]。圖5是電熱干燥和紫外微波干燥對(duì)半干面蒸煮損失率的影響。由圖可知,電熱干燥溫度越高,半干面的蒸煮損失率越大。這可能是因?yàn)?,在電熱干燥過(guò)程中,由于溫度高、干燥時(shí)間長(zhǎng),使得面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮,面條的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的塌陷。對(duì)于紫外-微波干燥,不同功率下的蒸煮損失均高于電熱干燥的面條,不同功率間的差異顯著。這可能是由于在微波的作用下,水分的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其蒸發(fā)速率,水分急劇蒸發(fā),使得面條緊密的組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了細(xì)小的蒸發(fā)通道[20],微波功率越高,水分蒸發(fā)速度越劇烈,對(duì)面條組織結(jié)構(gòu)的破壞就越大,因而面條的淀粉、蛋白質(zhì)更容易損失。
鮮濕面條在紫外-微波干燥和電熱干燥下所呈現(xiàn)的失水特性和減菌規(guī)律有所不同。電熱干燥效率相對(duì)較低,恒速期短,在干燥前期,面條的菌落總數(shù)迅速降低,后期殺菌效果不明顯;紫外-微波干燥效率相對(duì)較高,干燥的后期面條的含菌量迅速下降。對(duì)于電熱干燥,提高干燥溫度能降低半干面的含菌量,但面條的品質(zhì)也隨之變差。紫外-微波干燥的半干面,其含菌量顯著低于電熱干燥,但不同微波功率間差異很小。當(dāng)微波功率為4 000 W時(shí),半干面的質(zhì)構(gòu)和蒸煮品質(zhì)明顯降低;微波功率為2 000 W時(shí),面條的質(zhì)構(gòu)特性與125℃電熱干燥下的半干面接近,是較為合適的微波干燥功率。
圖5 電熱干燥和紫外微波干燥對(duì)半干面蒸煮損失率的影響Fig.5 Effects of ultraviolet-microwave and electric drying on cooking loss of semi-dried noodles
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