鹽焗雞微波干燥特性及數(shù)學(xué)模型

李秋庭，吳建文

（廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

鹽焗雞微波干燥特性及數(shù)學(xué)模型

李秋庭，吳建文

（廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

為了探討鹽焗雞微波干燥過程中水分變化規(guī)律，通過測定鹽焗雞在不同微波功率條件下的干燥水分比（moisture ratio，MR）和溫度變化，并與國內(nèi)外常用的10種干燥數(shù)學(xué)模型進行擬合，結(jié)合模型的相關(guān)系數(shù)（R2）、均方根誤差（root mean square error，RMSE）以及卡方（χ2）對模型擬合優(yōu)劣進行評判，從而確定出最佳的干燥模型。結(jié)果表明：Wang and Singh模型能夠很好地反映鹽焗雞的微波干燥規(guī)律。

微波干燥；干燥特性；鹽焗雞；干燥模型

鹽焗雞是源自廣東東江地區(qū)的一種傳統(tǒng)美食。古法制作的鹽焗雞在鹽與溫度的共同作用下變得皮爽、肉滑、骨香，肉質(zhì)較為干爽。而經(jīng)過后人改良過的水焗法和汽焗法[1-2]，雖然都保留了鹽焗雞固有的滋味，卻因水分含量都比傳統(tǒng)制法高，而造成口感略為不同。傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥方式，物料的受熱方式為由外到內(nèi)，對于鹽焗雞這種大物料而言，表皮受熱后容易硬化，增大內(nèi)部水分傳遞的阻力，干燥效果與質(zhì)量不太理想。對于微波干燥而言，就不必擔(dān)心由于物料表面過熱而造成內(nèi)外干燥不均勻。物料進行微波干燥的過程中，微波能夠穿透到物料的內(nèi)部，推動其極化水分子的劇烈運動，引起分子的相互碰撞和摩擦，由內(nèi)部產(chǎn)生熱量，內(nèi)部的水分會迅速以蒸汽的形式遷移到物料表面，造成表面溫度比內(nèi)部溫度低[3-5]。微波具有干燥速度快、產(chǎn)品品質(zhì)良好且節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點[6]，被廣泛運用于工業(yè)化生產(chǎn)中。汪磊等[7]利用微波干燥對牛肉的傳統(tǒng)干燥進行優(yōu)化，在改善產(chǎn)品品質(zhì)的同時縮短了干燥時間。本實驗采用微波對鹽焗雞進行干燥，研究其微波干燥特性，通過建立干燥數(shù)學(xué)模型，探究鹽焗雞干燥加工過程的水分變化，為今后的工業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巨東茴香雞（凈雞1～1.2 kg） 廣西巨東種養(yǎng)集團有限公司；鹵水配比：15 g鹽焗雞粉、200 g食鹽、50 g冰糖、5 g沙姜、7.5 L水、30 g雞膏。鹽焗雞粉和雞膏購于南寧市味典生物科技有限公司；其他配料購于南寧市華聯(lián)超市。

1.2 儀器與設(shè)備

BCD-206KTMJ型海爾冰箱 海爾集團股份有限公司；G80F20CN2L-B8(R0)型微波爐 廣東格蘭仕集團有限公司；AZ8852型熱電偶電子溫度計 衡欣科技股份有限公司；CP64C型分析天平 奧豪斯儀器有限公司。

1.3 方法

制作工序為：活雞→宰殺→放血→燙毛→開膛→清除內(nèi)臟→清洗→腌制→焗制→瀝干→干燥

腌制：將食鹽（凈雞質(zhì)量的2.5%）均勻涂抹于雞身，然后將腌好的雞置于4 ℃冰箱中腌制10 h。焗制：將清理干凈的雞置于燒開的鹵水中焗20 min即可。將瀝干的鹽焗雞整雞放入微波爐內(nèi)，分別選用480、560、640 W進行干燥，每3 min測一次水分含量。最后將鹽焗雞的干燥曲線和已有的干燥數(shù)學(xué)模型進行擬合，找出擬合度最佳的匹配模型并建立模型方程。

1.3.1 指標(biāo)的測定

1.3.1.1 含水率的測定

1）濕基含水率

根據(jù)GB/T 9695.15—2008 《肉與肉制品 水分含量測定》[8]計算，公式如下：

2）干基含水率

式中：W1、W2、W分別表示雞腿肉、雞胸肉、整雞的濕基含水率/%；m1、m2則分別表示雞腿肉和雞胸肉的濕基質(zhì)量/g；M表示整雞的干基含水率/%。

1.3.1.2 干燥速率[9]

式中：Vi為i時刻樣品的干燥速率/（g/（g·h））；Mi為i時刻物料的干基含水率/%；Mt為t時刻物料的干基含水率/%；t－i為i至t的干燥時間差/h。

1.3.1.3 水分比（MR）的測定

MR表示在一定干燥條件下樣品中剩余的水分率，其可以用來反映物料干燥速率的快慢[10]。

式中：Mt為t時刻樣品的干基含水率/%；Me為樣品干燥達到平衡時的干基含水率/%；Mo為樣品初始的干基含水率/%。相對于Mt和Mo，Me非常小，因此，MR可以簡化為[11]：

1.3.1.4 溫度的測定

將熱電偶溫度計探頭刺入雞腿內(nèi)部，每1min記錄一次溫度。

1.3.2 干燥模型的擬合

物料的干燥是一個熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的復(fù)雜過程。為了探究各種物料的干燥特性，國內(nèi)外諸多學(xué)者通過大量實驗總結(jié)出許多半理論、理論和經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，這些模型在肉制品中的應(yīng)用較為少見，本實驗選用了較為常用的10種干燥模型（表1）進行擬合對比，建立鹽焗雞微波干燥的數(shù)學(xué)模型。

表1 選用的常用干燥數(shù)學(xué)模型Table1 Selected mathematical models

相關(guān)系數(shù)（R2）、均方根誤差（RMSE）以及卡方（χ2）作為判斷干燥數(shù)學(xué)模型擬合優(yōu)劣的重要依據(jù)，R2越大，RMSE和χ2越小，表明干燥模型擬合越好[18-19]。

式中：MRexp,i表示第i次測量的水分比的實驗值，MRpre,i表示第i次測量的水分比的模型預(yù)測值；N表示實驗觀測次數(shù)；n表示干燥數(shù)學(xué)模型中常數(shù)項的個數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Matlab7.0、Origin8.0和SPSS19.0進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽焗雞微波干燥特性

2.1.1 不同微波功率干燥條件下鹽焗雞的濕基含水率

圖1 在不同微波功率干燥條件下鹽焗雞的濕基含水率曲線Fig.1 Drying curves of salt-baked chicken at different microwave powers

由圖1可知，鹽焗雞初始濕基含水率為70.3%，微波功率越大，曲線越陡，達到同一濕基含水率所需要的時間越短，微波功率的變化對鹽焗雞的濕基含水率的影響明顯。

2.1.2 不同微波功率干燥條件下鹽焗雞的干燥速率

圖2 不同微波功率干燥條件下鹽焗雞干燥速率曲線Fig.2 Drying rate curves of salt baked chicken at different microwave powers

由圖2可知，鹽焗雞在480、560W和640W的微波功率干燥條件下，其干燥速率總體趨勢是呈現(xiàn)不斷上升。這是因為剛開始鹽焗雞處于初始預(yù)熱階段，在這個階段鹽焗雞吸收的微波能主要使其本身的溫度不斷上升，而此時鹽焗雞的干燥量就相對較小，因此剛開始鹽焗雞的干燥速率也就不高；隨著鹽焗雞的溫度不斷上升，微波能主要用于干燥，其內(nèi)部的水分被逐步汽化，形成一個壓力梯度，從而推動鹽焗雞內(nèi)部水分的不斷遷移，干燥速率也隨之不斷上升，同時這個階段也是干燥的主要階段[20]。560W和480W干燥條件下的干燥速率曲線的變化規(guī)律較為接近，并且與640W所對應(yīng)的干燥速率曲線有著明顯的差異。由于微波加熱有別于傳統(tǒng)加熱，微波加熱能在物料內(nèi)部形成獨特的內(nèi)熱源，并且水分的蒸發(fā)能夠降低鹽焗雞表面的溫度，其內(nèi)部便先干燥，同時避免了傳統(tǒng)干燥中出現(xiàn)的硬殼板結(jié)阻止內(nèi)部水分的遷移[21]，所以，在微波干燥中，功率越高鹽焗雞所吸收的能量越多，干燥速率就越大。

2.1.3 不同微波功率干燥條件下鹽焗雞的溫度變化

圖3 不同微波功率干燥條件下鹽焗雞的升溫曲線Fig.3 Temperature-rising curves of salt-baked chicken at different microwave powers

由圖3可知，鹽焗雞在微波干燥過程中，主要有兩個階段，一個是持續(xù)升溫階段，另一個是趨于穩(wěn)定的階段。起初，鹽焗雞所吸收的微波能主要用于提升其自身的溫度，少部分用于水分蒸發(fā)和遷移，所以就呈現(xiàn)出溫度不斷上升的階段。隨著干燥的不斷進行，當(dāng)鹽焗雞吸收的微波能與其內(nèi)部水分汽化、遷移和逃逸所需的能量平衡時，鹽焗雞的溫度便趨于穩(wěn)定[22]。

2.2 干燥模型的擬合

圖4 不同微波功率干燥條件下鹽焗雞的水分比曲線Fig.4 MR Curves of salt-baked chicken at different microwave powers

由圖4可知，鹽焗雞分別在480、560、640W微波功率下進行干燥，其水分比的變化受微波功率的影響顯著。隨著干燥時間的延長，微波功率的提高使得鹽焗雞降到同一水分比的時間減少。

表2 鹽焗雞在不同干燥條件下各干燥模型擬合數(shù)據(jù)Table2 Statistical results of 10 models under different drying conditions

由表2可知，在10 個干燥模型中，Wang and Singh模型所對應(yīng)的R2值（0.999 4～0.999 9）最大。在相應(yīng)微波功率干燥條件下，Wang and Singh模型所對應(yīng)的RMSE和χ2的值與其余模型所對應(yīng)的值相比是最小的。因此，Wang and Singh模型是描述鹽焗雞微波干燥過程最好的模型。

表3 鹽焗雞在不同微波功率干燥條件下Wang and Singh模型的參數(shù)數(shù)據(jù)Table3 Statistical results of Wang and Singh model for salt-baked chicken and its coefficients under different drying conditions

由表3可知，干燥系數(shù)a值的大小跟微波功率p成反比，而b的值與微波功率無關(guān)而且數(shù)值波動很小。因此，將Wang and Singh模型中的a與微波功率進行回歸分析。得出a=－0.000 04844p＋0.017 54。由于b值隨功率的變化而變化不大，因此b取平均值－0.000 12。由此得出，鹽焗雞整雞微波干燥擬合方程為：MR=1＋（－0.000 048 44p＋0.017 54）t－0.000 12t2。

2.3 模型驗證

圖5 不同微波功率條件下Wang and Singh模型預(yù)測值與實驗值的比較Fig.5 Experimental and predicted MR changes with drying times by the Wang and Singh model under different microwave powers

由圖5可知，Wang and Singh模型的MR的實驗值與預(yù)測值能夠基本吻合，說明Wang and Singh模型能夠比較正確的反應(yīng)鹽焗雞微波干燥的規(guī)律，能夠起到預(yù)測作用。

3 結(jié) 論

通過分析不同微波功率（480、560、640W）對鹽焗雞干燥特性的影響以及國內(nèi)外10種常用的干燥模型對其擬合的情況得出如下結(jié)論：

微波功率對鹽焗雞微波干燥過程濕基含水率影響很大，達到相同的濕基含水率，功率越高所需的時間越少；鹽焗雞在微波干燥過程中，濕基含水率從70.3%降至58%的過程中，干燥速率總體呈現(xiàn)不斷上升的趨勢；微波功率越大，鹽焗雞的溫度上升越快，在微波480、560、640W干燥條件下，鹽焗雞的溫度最終都維持在98℃保持不變。通過對10種常用的干燥數(shù)學(xué)模型進行擬合比較，Wang and Singh模型能夠較好地反映鹽焗雞在微波干燥過程中水分變化規(guī)律，其數(shù)學(xué)模型為：MR=1＋（－0.000 048 44p＋0.017 54）t－0.000 12t2（MR為水分比；p為功率/W；t為干燥時間/min）。

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Characteristics and Mathematical Model of Microwave Drying for Salt-Baked Chicken

LI Qiu-ting, WU Jian-wen
(College of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

This study aimed to explore the moisture changing patterns of salt-baked chicken during microwave drying. The variations in moisture ratio (MR) and temperature with microwave power.were measured and 10 different mathematical models were used to describe the changing patterns of MR. The optimum model was chosen based on correlation coefficient (R2), root mean square error (RMSE) and chi-square (χ2). The results showed that Wang and Singh model was superior to the others in describing the microwave drying curves of salt-baked chicken.

microwave drying; drying characteristics; salt baked chicken; dry model

TS251.61

A

1002-6630（2014）11-0058-04

10.7506/spkx1002-6630-201411012

2014-03-15

南寧市科技開發(fā)計劃項目（20111435）

李秋庭（1967—），女，副教授，碩士，主要從事農(nóng)林副產(chǎn)品及天然香料加工研究。E-mail：lqtlbr@163.com