豬通脊肉脫水后體積收縮及內(nèi)部水分分布特征

張厚軍等

摘 要：研究了不同干燥條件下，豬通脊肉體積收縮以及內(nèi)部水分分布。實(shí)驗(yàn)氣流速度分別為1.0、1.5 m/s和2.0 m/s，

溫度分別為40、50 ℃和60 ℃。通過分析樣品半徑方向上不同點(diǎn)的水分含量以及體積收縮系數(shù)與時(shí)間和（無因次）水分含量之間的關(guān)系得出：豬通脊肉在脫水過程中，內(nèi)部水分遷移連續(xù)進(jìn)行，中心水分含量最高，從里到外，水分含量依次降低。豬通脊肉非各向同性，樣品同一半徑上各處水分含量不相等。風(fēng)速是影響體積收縮的主要因素，體積收縮系數(shù)與水分含量線性相關(guān)。在溫度40 ℃時(shí)，風(fēng)速對(duì)體積收縮系數(shù)的影響非單調(diào)，風(fēng)速為1.0 m/s的體積收縮系數(shù)最大，風(fēng)速為1.5 m/s時(shí)體積收縮系數(shù)最小，即S1.0>S2.0>S1.5。

關(guān)鍵詞：豬通脊肉；水分含量；體積收縮；收縮系數(shù)

Volumetric Shrinkage and Moisture Content Distribution of Dehydrated Pork Tenderloin

ZHANG Hou-jun1， CUI Jian-yun2，*， CHENG Xiao-yu3， ZHANG Shun-liang3， ZHANG Rei-mei3， WANG Shou-wei3， ZHANG Li-ping4

（1. COFCO Wuhan Meat Product Co. Ltd.， Wuhan 430200， China； 2. College of Food Science & Nutritional Engineering，

China Agricultural University， Beijing 100083， China； 3. China Meat Research Center， Beijing 100068， China；

4. COFCO Maverickfood Co. Ltd.， Wuhan 430200， China）

Abstract： The volumetric shrinkage and moisture content distribution of pork tenderloin in different drying conditions were investigated. The air was passed through the column chamber at variety of flow rates （1.0， 1.5 and 2.0 m/s） and temperatures （ 40， 50 and 60 ℃）. Shrinkage factor as a function of time and moisture content （dimensionless） was analyzed， as well as moisture content at different locations in the radial direction. The results showed that during the dehydration process of pork tenderloin， moisture migration was continuous， and the moisture content was maximum at the center， and then decreased gradually along the radial direction. The anisotropy of pork tenderloin resulted in differences in moisture content at the same radius. The volumetric shrinkage of the sample was affected mainly by air velocity， whilst effect of air temperature was negligible， moreover， the relationships between the shrinkage factor and moisture content appeared linear. The effect of air velocity on volumetric shrinkage exhibited non-monotonic behavior at 40 ℃， and the maximum volumetric shrinkage factor occurred at air velocity of 1.0 m/s， meanwhile the minimum at 1.5 m/s， which means S1.0 > S2.0 > S1.5.

Key words： pork tenderloin； moisture content； volumetric shrinkage； shrinkage factor

中圖分類號(hào)：TS202.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2014）05-0006-05

食品干制時(shí)常出現(xiàn)的物理變化有干燥、干裂、表面硬化和多孔性形成等。一般而言，細(xì)胞失去活力后，仍能不同程度地保持原有的彈性；但是，如果受力過大，超過彈性極限，即使外力消失，也難以恢復(fù)原來的狀態(tài)。干縮正是物料失去彈性時(shí)出現(xiàn)的一種變化，這也是不論有無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的食品干制時(shí)最常見的、最顯著的變化之一。干縮影響食品成品的外觀品質(zhì)，在一定程度上也會(huì)影響干燥速率。

熱風(fēng)干燥的銀耳干品收縮率較小，但干燥能耗大，平衡持水能力差，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變形和皺縮[1]。毛豆熱風(fēng)干燥的收縮程度明顯大于冷凍干燥和真空微波干燥[2]；熱風(fēng)干燥柑橘皮收縮程度大于膨化干燥和冷凍干燥[3]；而蓮藕脆片真空微波干燥收縮程度較大，熱風(fēng)干燥相對(duì)較小[4]。丁媛媛等[5]研究了不同干燥方式對(duì)甘薯產(chǎn)品品質(zhì)的影響，得出熱風(fēng)干燥的產(chǎn)品硬度最大，色澤最好，而且結(jié)構(gòu)緊密。于靜靜等[6]在研究不同干燥方式對(duì)紅棗品質(zhì)特性的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥產(chǎn)品嚴(yán)重收縮，結(jié)構(gòu)緊密。蔡林林等[7]在研究熱風(fēng)干燥溫度對(duì)凡納濱對(duì)蝦蝦仁質(zhì)構(gòu)的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)溫度是影響整個(gè)凡納濱對(duì)蝦蝦仁干燥效果的重要因素，隨著干燥溫度的升高，蝦仁硬度越大，彈性相對(duì)穩(wěn)定。

食品干制過程中，物料內(nèi)部水分分布不斷變化。在干制初期，物料內(nèi)部水分分布基本均勻；隨著脫水過程的進(jìn)行，表面水分蒸發(fā)，內(nèi)部水分向外遷移，導(dǎo)致物料從內(nèi)到外形成水分梯度，水分梯度反過來又作為內(nèi)部水分向外遷移的推動(dòng)力，保證干燥連續(xù)進(jìn)行；在干制末期，物料水分含量較低，內(nèi)部水分又趨于均勻分布。

由于食品物料各向異性、非均一，故脫水時(shí)收縮不均勻，物料形狀會(huì)發(fā)生改變。體積收縮有雙重重要性：首先，影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和其他質(zhì)量因子；其次，模擬脫水時(shí)物料內(nèi)部傳質(zhì)過程需要這方面資料。

Arnosti等[8]報(bào)道了梨、胡蘿卜、馬鈴薯、甜馬鈴薯和大蒜脫水時(shí)表觀密度與水分含量線性相關(guān)。Ramallo等[9]報(bào)道，“yerba maté”的收縮系數(shù)及表觀密度與水分含量線性相關(guān)，與溫度無關(guān)。Orzo等[10]研究了不同含水量的沙丁魚片滲透脫水時(shí)體積收縮的情況，發(fā)現(xiàn)體積收縮因子與水分含量線性相關(guān)；收縮體積與失水體積也線性相關(guān)。Lozano等[11]報(bào)道了蘋果組織不同水分含量時(shí)的體積收縮以及孔隙度的變化。水果滲透脫水時(shí)，其體積收縮取決于食品失水和溶質(zhì)的增加[12]。龐文燕等[13]研究不同干燥方式對(duì)青魚片鮮度的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，干燥溫度越高，干制品體積收縮越大，復(fù)水性越差。

在腌臘肉制品的生產(chǎn)中，成熟過程是很重要的一步。在此階段，通過脫水降低水分活度，增加產(chǎn)品穩(wěn)定性；產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生一些物理、微生物和生化反應(yīng)，形成特征外形、特征風(fēng)味或香味。腌臘肉制品加工過程中一般采用熱風(fēng)干燥方式[14]。本實(shí)驗(yàn)研究不同熱風(fēng)干燥條件，豬通脊肉脫水后干縮程度以及內(nèi)部水分分布的變化。

1 材料與方法

1.1 材料

豬通脊肉 市售；

干縮試驗(yàn)原料：豬通脊肉圓柱體樣品：ф19 mm×70 mm。

水分分布試驗(yàn)原料：豬通脊肉圓柱體樣品：ф19mm×70 mm、ф40 mm×170 mm。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9076A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；SUNON DP200A型風(fēng)扇 北京神通電器廠；D60-2F型電動(dòng)攪拌機(jī)調(diào)速器 杭州儀表電機(jī)廠；QDF-5D型熱球式電風(fēng)速計(jì) 北京環(huán)境保護(hù)儀器廠；MP502B型電子天平 上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

在不銹鋼圓柱風(fēng)管頂端固定一個(gè)軸流風(fēng)機(jī)（ф120 mm×308mm），將其置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)。樣品用網(wǎng)孔規(guī)格為10 mm×10 mm不銹鋼絲網(wǎng)固定于風(fēng)管內(nèi)。風(fēng)速用調(diào)速器和熱球式電風(fēng)速計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

1.3.1 水分分布

對(duì)于ф19 mm×70 mm的圓柱體樣品：用ф20 mm×100 mm的取樣器在整條豬通脊肉上取出所需肉樣品，用氰基丙稀酸乙酯將鋁箔粘貼在圓柱體兩端面，以防止水分從端面蒸發(fā)，保證內(nèi)部水分只在半徑方向上遷移。用鐵網(wǎng)固定樣品后，置于金屬筐內(nèi)，一并移入干燥箱內(nèi)金屬圓筒進(jìn)行脫水干燥。在溫度40 ℃、50 ℃，風(fēng)速1.5 m/s、2.0 m/s，相對(duì)濕度為30%的條件下，脫水不同時(shí)間后測(cè)定圓柱體半徑方向不同點(diǎn)的水分含量，包括中心點(diǎn)，距中心5 mm點(diǎn)，距中心10 mm點(diǎn)即圓柱體邊緣。

對(duì)于ф40 mm×170 mm的圓柱體樣品：用ф40 mm×100 mm的取樣器在整條豬通脊肉上取出ф40 mm×70 mm樣品，再取出2個(gè)ф40 mm×50 mm的圓柱體，分別加至ф40 mm×70 mm圓柱體兩端，連接處用氰基丙稀酸乙酯粘貼。這樣使得圓柱體長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其半徑，可近似認(rèn)為樣品為無限長(zhǎng)圓柱體，那么內(nèi)部水分軸向遷移相對(duì)于半徑方向遷移可忽略不計(jì)。然后在圓柱體兩端貼上鋁箔紙，進(jìn)一步確保內(nèi)部水分遷移只發(fā)生在半徑方向上。用鐵網(wǎng)輕微固定后，置于金屬筐內(nèi)，一并移入干燥箱內(nèi)金屬圓筒進(jìn)行脫水干燥。在溫度40 ℃，相對(duì)濕度30%，風(fēng)速1.5 m/s 條件下，脫水4、6、8 h 后測(cè)定不同點(diǎn)水分含量，包括中心點(diǎn)、距中心10 mm點(diǎn)、距中心20 mm點(diǎn)五個(gè)點(diǎn)的水分含量。對(duì)于ф40 mm×170 mm的圓柱體樣品，在橫縱2個(gè)方向取樣，分別實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 體積收縮

選取ф19 mm×70 mm的圓柱體。在脫水前，在樣品上包裹一層保鮮膜，用量筒根據(jù)排水法測(cè)定其體積，記為V0。然后在不同溫度、風(fēng)速條件下，脫水0、2、4、6、8、10 h后取出，測(cè)定體積，記為V。

脫水后體積變化為ΔV=V-V0；體積收縮系數(shù)S=V/V0[10]。

脫水試驗(yàn)控制因子及水平見表1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 12.0完成；圖形、圖像處理采用Origin 6.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分分布

三條水分分布曲線，是不同干基水分含量樣品的水分分布。d.b為干基（dry basis）。下同。

圖 1 溫度40℃、風(fēng)速1.5m/s脫水2h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布

Fig.1 Moisture content distribution after hot air dehydration for

2 h at 40 ℃， 1.5 m/s

從圖1可發(fā)現(xiàn)，總體干基水分含量為208.9%的樣品，其內(nèi)部各處水分都相應(yīng)比總體干基水分含量為194.5%和185.9%的高。圖2～4均能得出類似的結(jié)論，樣品內(nèi)部各點(diǎn)的水分含量高低與總體水分含量一致，即如果樣品整體水分含量較低，那么樣品內(nèi)部各處水分含量都較低。這點(diǎn)充分說明，豬通脊肉在脫水過程中，內(nèi)部水分遷移連續(xù)進(jìn)行，中心水分含量最高，從里到外，水分含量依次降低，不會(huì)出現(xiàn)跳躍。

圖 2 溫度40 ℃，風(fēng)速1.5 m/s脫水4 h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布

Fig.2 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 40 ℃， 1.5 m/s

圖 3 溫度40 ℃、風(fēng)速2 m/s脫水4 h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布

Fig.3 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 40 ℃， 2 m/s

由圖2、3可知，兩種條件下樣品總體干基水分含量基本相當(dāng)，進(jìn)一步證實(shí)了由前面實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論，脫水速率主要受溫度影響，風(fēng)速影響很小。

圖 4 溫度50 ℃、風(fēng)速1.5 m/s脫水4 h后豬通脊肉圓柱體樣品水分分布

Fig.4 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 50 ℃， 1.5 m/s

從圖1～4脫水強(qiáng)度依次增大，樣品內(nèi)部水分不斷降低，外部邊緣水分含量降低到一定程度后就不再繼續(xù)下降。這樣隨著干燥過程的進(jìn)行，樣品里外水分含量差異變小，水分分布趨于均勻，曲線越來越平滑。有人報(bào)道水分均勻分布會(huì)加快干燥速率[15]。

圖 5 溫度40 ℃風(fēng)速1.5m/s下分別脫水4、6、8 h后豬

通脊肉圓柱體樣品水分分布

Fig.5 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4， 6 and 8 h at 40 ℃， 1.5 m/s

由圖5可知，隨著脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品內(nèi)部各點(diǎn)水分含量逐漸降低。從圖5還可看出，內(nèi)部水分分布曲線并非中心對(duì)稱，離中心等距離點(diǎn)處水分含量不絕對(duì)相等。所以，雖然樣品取為圓柱軸對(duì)稱體，但是由于豬通脊肉各向異性，結(jié)構(gòu)及性質(zhì)非均一，樣品同一半徑上各處水分遷移阻力、脫水速率不相等，水分含量因此也不相等。

2.2 體積收縮

2.2.1 體積收縮系數(shù)的變化

從圖6、7中可知，體積收縮系數(shù)隨時(shí)間推移而降低；風(fēng)速為2.0 m/s時(shí)，體積收縮系數(shù)隨溫度升高而降低，即溫度越高，體積收縮越快；但在溫度40℃時(shí)，風(fēng)速對(duì)體積收縮系數(shù)的影響非單調(diào)，風(fēng)速為1.0 m/s的體積收縮系數(shù)最大，風(fēng)速為1.5 m/s時(shí)體積收縮系數(shù)最小，即S1.0>S2.0>S1.5。因?yàn)殡S著脫水過程進(jìn)行，水分不斷蒸發(fā)，導(dǎo)致體積不斷收縮；溫度越高，水分蒸發(fā)越快，體積收縮越大；而溫度為40 ℃時(shí)，風(fēng)速為1.5 m/s時(shí)體積收縮最快，可能是因?yàn)樵诖藴囟认拢L(fēng)速為1.5 m/s時(shí)，表面水分蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分遷移速度最接近平衡，樣品脫水速率最快；而風(fēng)速為1.0 m/s

時(shí)，表面水分蒸發(fā)速度可能小于內(nèi)部水分遷移速率；風(fēng)速為2.0 m/s時(shí)，表面水分蒸發(fā)速度大于內(nèi)部水分遷移速率，這2種情況都使得脫水效率下降，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

圖 6 風(fēng)速2.0 m/s溫度、時(shí)間與體積收縮系數(shù)的關(guān)系

Fig.6 Shrinkage factor as a function of drying time at an air flow rate of 2.0 m/s

圖 7 溫度40 ℃風(fēng)速、時(shí)間與體積收縮系數(shù)的關(guān)系

Fig.7 Shrinkage factor as a function of drying time at 40 ℃

圖 8 風(fēng)速2.0m/s溫度、體積收縮系數(shù)與水分含量的關(guān)系

Fig.8 Shrinkage factor as a function of moisture content at an air flow rate of 2.0 m/s

圖 9 溫度40 ℃風(fēng)速、體積收縮系數(shù)與水分含量的關(guān)系

Fig.9 Shrinkage factor as a function of moisture content at a drying temperature of 40 ℃

如圖8、9所示，由于樣品之間的初始水分含量不同，風(fēng)速與水分含量對(duì)體積收縮系數(shù)的影響無明顯規(guī)律。為了消除因初始水分含量不同給分析樣品水分含量與體積收縮之間的關(guān)系帶來影響，轉(zhuǎn)而研究體積收縮系數(shù)（S）與無因次水分含量（X/X0）的關(guān)系，如圖10、11。

由圖11知，風(fēng)速對(duì)體積收縮系數(shù)的影響要明顯大于溫度對(duì)體積收縮系數(shù)的影響。當(dāng)溫度恒定為40 ℃時(shí)，無因次水分含量一定，風(fēng)速對(duì)體積收縮系數(shù)存在一個(gè)臨界點(diǎn)，當(dāng)無因次水分含量（X/X0）大于0.63時(shí)，S2.0>S1.0>S1.5；當(dāng)無因次水分含量（X/X0）小于0.63時(shí)，S1.0>S2.0>S1.5。前面已經(jīng)論述了風(fēng)速為1.5 m/s時(shí)體積收縮系數(shù)小于風(fēng)速為2.0、1.0 m/s的原因。對(duì)于S2.0與S1.0之間的大小關(guān)系在無因次水分含量等于0.63處存在變化，這可能是因?yàn)樵诟咚趾繀^(qū)，豬通脊肉彈性完好并呈飽滿狀態(tài)，增加風(fēng)速至2.0 m/s時(shí)，豬通脊肉能夠全面均勻失水，豬通脊肉隨著水分消失均衡地進(jìn)行線性收縮，即圓柱體大?。ㄩL(zhǎng)度、面積和容積）均勻地按比例縮小，這樣比不均勻縮小時(shí)的表觀體積的變化小。

2.2.2 模擬體積收縮系數(shù)

由線性回歸結(jié)果可知，公式（1）、（2）能夠在置信水平為95%上，解釋95%～99%體積收縮系數(shù)的變異性，相關(guān)系數(shù)R都大于0.99，標(biāo)準(zhǔn)誤差均很小。從上述兩表還可以看出，公式（1）、（2）線性回歸的相關(guān)系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)誤差相等，而且直線的截距相等。截距相等的意義就是當(dāng)水分含量小到趨于0的時(shí)候，兩種模型計(jì)算的體積收縮系數(shù)相等。

3 結(jié) 論

3.1 對(duì)于脫水時(shí)樣品內(nèi)部水分分布得出以下結(jié)論：1）豬通脊肉在脫水過程中，內(nèi)部水分遷移連續(xù)進(jìn)行，中心水分含量最高，從里到外，水分含量依次降低；2）隨著干燥過程的進(jìn)行，樣品里外水分含量差異變小，水分分布趨于均勻；3）豬通脊肉非各向同性，結(jié)構(gòu)及性質(zhì)非均一，樣品同一半徑上各處水分遷移阻力、脫水速率不相等，水分含量均不相等。

3.2 對(duì)于體積收縮得出了以下結(jié)論：1）體積收縮系數(shù)隨時(shí)間推移而降低；體積收縮系數(shù)隨溫度升高而降低；2）風(fēng)速對(duì)體積收縮系數(shù)的影響非單調(diào)，風(fēng)速為1.0 m/s的體積收縮系數(shù)最小，風(fēng)速為1.0 m/s時(shí)體積收縮系數(shù)最大，即S1.0>S2.0>S1.5；3）溫度對(duì)體積收縮系數(shù)的影響相對(duì)于風(fēng)速對(duì)體積收縮系數(shù)的影響可以忽略不計(jì)；4）溫度一定時(shí)，體積收縮系數(shù)與（無因次）水分含量線性相關(guān)；5）實(shí)驗(yàn)涉及的2個(gè)線性模型都能很好的模擬體積收縮系數(shù)與（無因次）水分含量之間的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃立行， 黃艷， 鄭寶東， 等. 不同干燥方式對(duì)銀耳品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)， 2010， 10（2）： 167-173.

[2] 胡慶國(guó)， 張慜， 杜衛(wèi)華， 等. 不同干燥方式對(duì)顆粒狀果蔬品質(zhì)變化的影響[J]. 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)， 2006， 25（2）： 28-32.

[3] 黃壽恩， 李忠海， 何新益， 等. 干燥方法對(duì)脫水柑橘皮品質(zhì)特性的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)， 2011， 11（3）： 118-122.

[4] 李麗娟， 劉春泉， 李大婧， 等. 不同干燥方式對(duì)蓮藕脆片品質(zhì)的影響[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2013， 27（11）： 1697-1703.

[5] 丁媛媛， 畢金峰， 木泰華， 等. 不同干燥方式對(duì)甘薯產(chǎn)品品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué)， 2011， 32（16）： 108-112.

[6] 于靜靜， 畢金峰， 丁媛媛. 不同干燥方式對(duì)紅棗品質(zhì)特性的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技， 2011， 27（6）： 610-614.

[7] 蔡林林， 吳冬梅， 李小禹. 熱風(fēng)干燥溫度對(duì)凡納濱對(duì)蝦蝦仁質(zhì)構(gòu)的影響[J]. 食品工業(yè)， 2013， 34（11）： 108-110.

[8] ARNOSTI S， FREIRE J T， SARTOTRI D J M. Analysis of shrinkage phenomenon in Bachiaria brizantha seeds[J]. Drying Technology， 2000， 18（6）： 1339-1348.

[9] RAMALLO L A， POKOLENKO J J， BALAMACEDA G Z， et al. Moisture diffusivity， shrinkage and apparent density variation during drying of leaves at high temperatures[J]. International Journal of Food Properties， 2001， 4（1）： 163-170.

[10] CORZO O， BRACHO N. Shrinkage of osmotically dehydrated sardine sheets at changing moisture contents[J]. Journal of Food Engineering， 2004， 65（3）： 333-339.

[11] LOZANO J E， ROTSTEIN E， URBICAIN M J. Total porosity and open porosity in the drying of fruit[J]. Journal of Food Science， 1980， 45（5）： 1403-1407.

[12] VIBERG U， FREULER S， GEKAS V， et al. Osmotic pretreatment of strawberries and shrinkage effects[J]. Journal of Food Engineering， 1998， 35（2）： 135-145.

[13] 龐文燕， 萬金慶， 姚志勇， 等. 不同干燥方式對(duì)青魚片鮮度的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013（15）： 124-126.

[14] 蔣愛民， 南慶賢. 畜產(chǎn)食品工藝學(xué)[M]. 2版. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2008： 1-12.

[15] KONISHI Y， KOBAYASHI M. Characteristic innovation of a food drying process revealed by the physicochemical analysis of dehydration dynamics[J]. Journal of Food Engineering， 2003， 59（2）： 277-283.