脈沖真空滲透預處理改善熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)

李 敏，關(guān)志強，吳陽陽，劉 巖，葉 彪

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脈沖真空滲透預處理改善熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)

李 敏，關(guān)志強※，吳陽陽，劉 巖，葉 彪

（廣東海洋大學機械與動力工程學院，湛江 524088）

為了獲得脈沖真空浸漬預處理條件對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響，以白度、脫水效率指數(shù)（DEI, dehydration efficiency index,）、Ca2+-ATPase活性、復水率和質(zhì)構(gòu)為檢測指標，結(jié)合綜合評分，進行了以循環(huán)率（真空維持時間/常壓維持時間）、循環(huán)次數(shù)、真空壓力和海藻糖濃度為預處理變化條件下單因素影響的系列試驗。結(jié)果表明：在其他條件不變的情況下，每個單因素均有一個使干燥品質(zhì)達到最佳的因素范圍和最佳值。循環(huán)率在4∶4～5∶1min/min之間變化時，其綜合品質(zhì)較好，且以循環(huán)率為4∶2min/min時，綜合評分達到最高。循環(huán)次數(shù)在3～5之間變化時，其綜合品質(zhì)與對照組相比提升幅度較高，且循環(huán)次數(shù)為4時，綜合評分最高。脈沖真空壓力在4～16 kPa之間變化時，對熱泵干燥羅非魚片的綜合品質(zhì)的提升效果較好，且真空壓力為10 kPa時，綜合評分最高。海藻糖質(zhì)量濃度在90～170 g/L的范圍內(nèi)變化時，綜合品質(zhì)的提升效果較好，且海藻糖質(zhì)量濃度在130 g/L時綜合評分值最高。與常壓滲透對照組相比，各品質(zhì)指標都得到了不同程度的提升，各指標達到的最大升幅分別為：白度17.9%，復水率80%，Ca2+-ATPase活性93.6%，差異顯著(<0.05)。脈沖真空條件下的浸漬預處理可以有效提升熱泵干燥羅非片的綜合品質(zhì)，研究結(jié)果為改善同類產(chǎn)品干燥的預處理工藝提供參考。

干燥；品質(zhì)控制；壓力；脈沖真空；浸漬；熱泵；羅非魚片；綜合評價

0 引 言

真空浸漬主要通過利用因壓差引起的水動力學原理以及變形松弛現(xiàn)象來提高其浸漬的效率[1]。水動力學認為在低溫真空條件下，細胞內(nèi)液體容易氣化，物料內(nèi)部形成大量壓力低的泡孔，此時液體在細胞內(nèi)外壓力差以及毛細管效應(yīng)的協(xié)同作用下更加容易滲入到物料組織結(jié)構(gòu)中去，從而保護物料原有性質(zhì)[2]。同時在真空的條件下，物料容易產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象而致使細胞間距增加，使得溶質(zhì)能夠快速滲入到細胞組織間隙中去，此為變形松弛現(xiàn)象。在以上兩種現(xiàn)象的共同作用下，保護劑溶液的擴散性以及滲透性得以增強，滲透效率得到提高[3-5]。

脈沖真空主要是利用真空與常壓循環(huán)操作[6]，真空和常壓的脈動循環(huán)變化能夠使物料的微觀孔道不斷地被擠壓與擴張[7]。物料細胞間隙中原本存在著的大量的空氣阻礙了細胞與滲透液之間的傳質(zhì)過程，抽真空時，滲透溶液中的物料處于負壓的狀態(tài)，為了維持體系的平衡狀態(tài)，組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空氣向外逸出；當物料所處環(huán)境恢復到常壓狀態(tài)時，滲透溶液因壓力差迅速滲入到組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部，取代組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部原有空氣，增大質(zhì)量傳遞的接觸面積[8]。已有的研究表明，利用脈沖真空對果蔬的滲透脫水可以提高許多果實的滲透脫水效率，減少干燥時間和提高產(chǎn)品質(zhì)量[9-14]。

脈沖真空輔助滲透的效果主要與滲透參數(shù)、傳質(zhì)系數(shù)和接觸面積有關(guān)[15]，但不斷地真空與常壓反復會導致細胞結(jié)構(gòu)的收縮變形，降低傳質(zhì)效率[16]。魚片預處理的方法有滲透、凍融、微波、超聲波等，通過滲透脫水的同時保護蛋白質(zhì)脫水變性，但單一的滲透脫水存在脫水效率低的問題，凍融預處理利用反復凍融使食品中水分形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，并形成有效的脫水路徑，但凍融循環(huán)次數(shù)太多會造成魚片組織結(jié)構(gòu)的損傷影響產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和口感[17]，適宜的微波和超聲波預處理可以有效改善干燥過程，但工藝條件不當也會存在同樣的問題[18]，為了有效利用滲透脫水的優(yōu)勢，結(jié)合脈沖真空作用效果，本文在已有滲透脫水研究的基礎(chǔ)上，嘗試將脈沖真空滲透應(yīng)用于羅非魚片的熱泵干燥預處理中，突破常規(guī)工藝的局限，獲得脈沖真空滲透預處理新工藝。本文通過進行單因素條件的系列研究，獲得不同因素的處理條件，以期進一步利用脈沖真空的優(yōu)勢結(jié)合滲透形成互補，達到有效利用滲透過程在樣品中添加功能性物質(zhì)，提高產(chǎn)品的品質(zhì)和成品產(chǎn)出率的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮羅非魚（質(zhì)量約750 g），湛江市霞山區(qū)工農(nóng)市場；海藻糖（其對蛋白質(zhì)保護性較好優(yōu)先采用，食品級），佳諾食品添加劑有限公司；三磷酸腺苷酶活性測試盒與考馬斯亮藍蛋白測定試劑盒，南京建成生物工程研究所。

1.2 試驗設(shè)備

熱泵干燥裝置，實驗室自行搭建[19-20]；VCD-0.2真空預冷試驗機，上海鮮綠真空保鮮設(shè)備有限公司；125均質(zhì)機，上海依背機械設(shè)備有限公司；HH.S21-6電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實業(yè)有限公司；GTR22-1高速冷凍離心機，北京時代北利離心機有限公司；UV-8000A雙光束紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；CR-10手持色度儀，日本柯尼卡美能達控股有限公司；TMS-PRO 質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC公司；DZF-6050真空干燥箱，上海精宏試驗設(shè)備有限公司；JJ600電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

將羅非魚片（100 mm′50 mm′5 mm，質(zhì)量約30 g）浸入到盛有海藻糖的玻璃燒杯中，然后將其放入真空預冷試驗機中進行一系列的脈沖真空輔助浸漬試驗，最后將預處理好的羅非魚片在45 ℃、2.5 m/s的風速條件下進行熱泵干燥，直至干基含水率為（0.3±0.02）g/g時結(jié)束（文獻[21]表明：在45 ℃條件下干燥時，2.5 m/s是其經(jīng)濟風速。故以此作為干燥條件）常壓(0.1MPa)滲透預處理作為對照組，常壓滲透時的海藻糖質(zhì)量濃度90 g/L，常壓處理時間與脈沖真空處理時間相同。

1.3.2 脈沖真空輔助滲透單因素試驗

分別考察循環(huán)率（真空維持時間/常壓維持時間）、循環(huán)次數(shù)（真空常壓循環(huán)交替次數(shù)）、真空壓力和海藻糖濃度對熱泵干燥羅非魚片白度、脫水效率指數(shù)（DEI，deh-y--dration efficiency index）、Ca2+-ATPase活性、復水率、質(zhì)構(gòu)以及綜合得分的影響。單因素試驗因素及水平見表1。

表1 脈沖真空輔助滲透單因素試驗因素及水平

1.3.3 各品質(zhì)指標的測定

1）白度的測定，復水率的測定，質(zhì)構(gòu)的測定，Ca2+- ATPase活性（表示每毫克肌動球蛋白每分鐘所釋放的無機磷量）的測定方法同文獻[19,22]。

2）DEI（dehydration efficiency index）的測定。

DEI有效反映物料在滲透脫水過程中失水率（WL，water loss rate）與固形物增加率（SG ,solid group increase rate）的相對變化。其值為失水率與固形物增加率的比值[23]。WL、SG、DEI計算公式如下[24]：

式中表示原料初始質(zhì)量，g；表示滲透后原料質(zhì)量，g；w表示原料初始濕含量，%；w表示滲透后濕含量，%。

1.3.4 綜合得分的評價

1）層次單排序以及檢驗判斷矩陣的一致性。

表2 R.I.值（m為矩陣的階數(shù)）

2）層次總排序及檢驗組合權(quán)重的一致性。

3）品質(zhì)綜合評價

首先將各指標的原始數(shù)值用極差標準化法進行無量綱化處理，化為0～1的標準化數(shù)值。公式如下：

最后將歸一化結(jié)果與組合權(quán)重做內(nèi)積，即可得各指標綜合評分。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

所有試驗平行進行3次，結(jié)果以“平均值±標準差”表示。使用軟件MATLAB 2014b計算權(quán)重，JMP 7.0進行顯著性分析，Origin 8.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于層次分析法的模糊數(shù)學模型的建立

2.1.1 評價指標的篩選

根據(jù)本文的研究目的，在簡化評價指標的同時，篩選出與熱泵干燥后羅非魚片品質(zhì)的相關(guān)指標。本試驗篩選出8個指標作為評價因子構(gòu)成指標集：={1,2,3,4,5,6,7,8}。1，白度；2，DEI；3，Ca2+-ATPase活性；4，復水率；5，硬度；6，彈性；7，膠粘性；8，咀嚼性。其中，1～4為物化指標，5～8為質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。

2.1.2 比較矩陣的建立、層次單排序及檢驗判斷矩陣的一致性

采用Saaty九標度法建立兩兩比較的判斷矩陣。通過軟件MATLAB 2014b計算矩陣的特征向量、權(quán)向量以及最大特征值，分析可知矩陣一致性檢驗指標C.R.<0.1，滿足一致性的要求。

2.1.3 層次總排序及檢驗組合權(quán)重的一致性

通過計算指標層對目標層的權(quán)重，得到組合權(quán)重集S=（0.0627，0.1645，0.1645，0.1645，0.0740，0.0740，0.0740，0.2219）。最后對其進行一致性檢驗，得到C.R.組合= 0<0.1，說明組合權(quán)重排序具有一致性。

2.2 脈沖真空輔助滲透單因素試驗結(jié)果與分析

2.2.1 不同真空循環(huán)率對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響

固定循環(huán)次數(shù)3，真空壓力10 kPa，海藻糖質(zhì)量濃度90 g/L不變，研究不同循環(huán)率對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響，結(jié)果如圖1所示。

從圖1a可以看出，與常壓（atmospheric pressure, A P）對照組相比，脈沖真空預處理能夠顯著提高熱泵干燥羅非魚片的白度（<0.05），其白度值在39.56～41.91之間波動，隨著真空維持時間的增加，白度值先上升后下降，在循環(huán)率為4∶4 min/min時達到最大值41.91。真空處理有助于糖分子的滲透，隨著循環(huán)率的增加，真空維持時間逐漸接近常壓維持時間，失水量逐漸減小，糖吸收量逐漸增加，真空滲透效果顯著，海藻糖滲入魚片組織中與有機質(zhì)結(jié)合，護色效果顯著。當真空維持時間與常壓維持時間相等時達到動態(tài)平衡，但隨著真空維持時間的進一步增加，大于常壓維持時間時，這種平衡被打破，被抽出的組織內(nèi)容物無法全部回吸而部分滯留于表面，使魚片的白度有所下降。此結(jié)果與羅環(huán)等[28]研究結(jié)果相似，真空有利于糖分子的滲入，且在高的循環(huán)率條件下，糖吸收量逐漸增加，說明提高循環(huán)率有助于加強真空滲透的效果，但過高可能引起糖類滲入的涌堵從而導致內(nèi)容物反滲到表面。

注：固定因素條件，循環(huán)次數(shù)3，真空壓力10 kPa，海藻糖質(zhì)量濃度90 g×L-1，AP表示常壓，WL表示失水率，SG表示固形物增加率，DEI表示脫水效率指數(shù)，下同。

脈沖真空滲透脫水主要利用“水合作用”原理，真空與常壓循環(huán)的過程有利于水分子及溶質(zhì)的傳質(zhì)效果。由圖1b可知，脈沖真空輔助滲透組的固形物增加率顯著高于常壓滲透組（<0.05），但真空條件保持時間過長，則會導致固形物增加量降低，這可能是因為在瞬間釋放壓力的時候，溶液快速滲入物料細胞間隙中，從而導致細胞空隙的堵塞，影響水分子與溶質(zhì)分子的傳質(zhì)效果，此結(jié)果與安可婧[29]研究結(jié)論一致。

從圖1c可知，當循環(huán)率為4∶2 min/min時，Ca2+- ATPase活性達到最大值，與常壓處理條件相比，提高了42.48%。這可能與羅非魚片組織結(jié)構(gòu)中滲入的保護劑海藻糖有關(guān)，Corrêa等[30]利用脈沖真空輔助滲透預處理番石榴，發(fā)現(xiàn)脈沖真空在降低番石榴水分活度的同時能夠增加固體吸收量。海藻糖滲入量越多，其質(zhì)量分數(shù)就越大，Ca2+-ATPase活性越大[17 ]。但海藻糖質(zhì)量分數(shù)過高可能導致晶體析出，從而導致其對蛋白質(zhì)的保護作用降低，所以當循環(huán)率大于4∶2 min/min后Ca2+-ATPase活性又下降。

由圖1d可以看出，當循環(huán)率在1∶5～5∶1 min/min之間時，熱泵干燥羅非魚片復水率值在0.47～0.54 g/g之間波動，其中尤以5∶1 min/min循環(huán)率最佳，與常壓對照組相比，提高了20.84%。這可能與蛋白質(zhì)的持水能力以及物料的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，Wang等[31]通過研究脈沖真空輔助鹽漬過程，發(fā)現(xiàn)其能提高蛋白的持水能力。同樣脈沖真空輔助滲透導致保護劑海藻糖分子滲入到魚肉組織內(nèi)部，高占比海藻糖物質(zhì)在魚片內(nèi)的存留提高了吸水能力，且海藻糖在組織內(nèi)部的填充可以有效保護蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)[30]，使其恢復吸水能力。

從圖1e可以看出，不同循環(huán)率對熱泵干燥羅非魚片質(zhì)構(gòu)（硬度、彈性、膠粘性和咀嚼性）影響趨勢各不相同。對于硬度而言，隨著循環(huán)率的增加，其值逐漸減小，但循環(huán)率4∶2 min/min與5∶1 min/min之間差異不顯著（>0.05）；彈性則隨著循環(huán)率的增加逐漸增大，但循環(huán)率4∶4～5∶1 min/min之間差異不顯著（>0.05）；膠粘性常壓對照組與脈沖真空處理組無顯著性差異（>0.05）；咀嚼性則在7.86～9.85 mJ之間波動，其最佳值7.86 mJ與對照組相比降低了21.69%（<0.05），差異顯著。干燥魚片的質(zhì)構(gòu)一方面與滲入固體溶質(zhì)有關(guān)，另一方面也與物料中蛋白質(zhì)變性有關(guān)。海藻糖的較高保留率使其填充入組織間隙，使得魚片復水后的硬度增大，另一方面其對蛋白質(zhì)有保護作用，兩方面共同主導著干制品的質(zhì)構(gòu)。

由圖1f可知，隨著循環(huán)率的增加，熱泵干燥羅非魚片綜合得分先上升后下降，在循環(huán)率4∶2 min/min時達到最大值0.92。

2.2.2 不同真空循環(huán)次數(shù)對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響

固定循環(huán)率4∶2 min/min，真空壓力10 kPa，海藻糖質(zhì)量濃度90 g.L-1不變，研究不同循環(huán)次數(shù)對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2a可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，熱泵干燥羅非魚片白度值逐漸增加，在循環(huán)次數(shù)為5時，白度值達到最大值41.08，與對照組相比提高了16.98%，但當循環(huán)次數(shù)大于4時，白度值之間差異不顯著（>0.05）。這說明隨著循環(huán)次數(shù)的增加，海藻糖滲入效果越好，可能是魚片內(nèi)部有機物滲出表面以及表面氧化機率減少，但當循環(huán)次數(shù)大于4之后，物料組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外界基本達到一個平衡狀態(tài)，時間再加長也對其無顯著影響[31]。從滲透時間來說，溶質(zhì)擴散進入物料組織內(nèi)部的主要推動力是濃差，隨著時間的增加，物料內(nèi)外濃度達到平衡狀態(tài)，時間的影響作用減小。

注：固定因素條件，循環(huán)率4∶2 min·min-1，真空壓力10 kPa，海藻糖質(zhì)量濃度90 g·L-1

由圖2b可以看出，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，WL、SG、DEI三者均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，當循環(huán)次數(shù)為3時，DEI達到最大值。這可能是因為當脈沖真空循環(huán)3次時，物料組織結(jié)構(gòu)內(nèi)外達到平衡，當繼續(xù)增加循環(huán)次數(shù)時，由于真空與常壓的循環(huán)，導致細胞內(nèi)部失水和細胞體積縮小[32]，胞內(nèi)濃度增大，同時，組織間隙液濃度增大，使得保護劑相對滲入量減少，固形物增幅減少。

從圖2c可知，當循環(huán)次數(shù)大于2時，脈沖真空能夠顯著提高熱泵干燥羅非魚片的Ca2+-ATPase活性（< 0.05），但在3～5次循環(huán)之間，Ca2+-ATPase活性差異不顯著（>0.05），在循環(huán)次數(shù)為4次時達到最佳值0.955 μmol×mg-1×h-1，與對照組相比提升了93.6%。當循環(huán)次數(shù)過多（6次），Ca2+-ATPase活性開始下降。保護劑海藻糖的滲入量以及物料細胞組織結(jié)構(gòu)的形態(tài)均能夠影響羅非魚片熱泵干燥的品質(zhì)，當循環(huán)次數(shù)超過6次以后，由于魚片的脫水和海藻糖質(zhì)量分數(shù)過高而析出晶體，對蛋白質(zhì)的保護作用反而會減弱從而降低了Ca2+-ATPase活性。

由圖2d可知，循環(huán)次數(shù)為1～6時，熱泵干燥羅非魚片復水率在0.37～0.54 g/g之間波動，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，復水率先增加后減小，在循環(huán)次數(shù)為4次時達到最佳值0.54 g/g，但其與3次循環(huán)無顯著性差異（>0.05），與對照組相比提升了80%。干燥過程中物料的物理、化學以及生化變化，如物料體積的收縮、孔道的變化以及微觀結(jié)構(gòu)的破壞均會影響產(chǎn)品的復水率。在負壓條件下，細胞體積縮小[32]，物料組織結(jié)構(gòu)可能會稍許收縮變形，導致組織內(nèi)空隙減少，外界溶質(zhì)滲入量降低，尤其是反復的真空常壓循環(huán)，對物料組織結(jié)構(gòu)影響更大。

從圖2e可以看出，硬度隨著循環(huán)次數(shù)的增加逐漸下降并趨于平緩，當循環(huán)次數(shù)大于3時，硬度之間無顯著性差異（>0.05）；而對彈性來說，循環(huán)次數(shù)對其無顯著性影響（>0.05）；膠粘性則在6.47～7.16 N之間波動；咀嚼性隨著循環(huán)次數(shù)的增加先下降后緩慢上升，在循環(huán)次數(shù)為3時達到最佳值6.47 mJ，與對照組相比降低了23.34%，但循環(huán)次數(shù)大于3，咀嚼性之間差異不顯著（>0.05）。

由圖2f可知，當循環(huán)次數(shù)為4時，熱泵干燥羅非魚片綜合得分最高，其分值為0.94，當循環(huán)次數(shù)過高，綜合得分反而下降。

2.2.3 不同真空壓力對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響

固定循環(huán)率4∶2 min/min，循環(huán)次數(shù)3，海藻糖質(zhì)量濃度90 g/L不變，研究不同真空壓力對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響,結(jié)果如圖3所示。

從圖3a可以看出，當真空壓力在1～16 kPa時，熱泵干燥羅非魚片白度值在39.28%～40.35%之間波動，當真空壓力為16 kPa時，白度值達到最大，與對照組相比提高了14.89%，但當真空壓力大于4 kPa時，白度值之間無顯著差異（>0.05）。

從圖3b可知，隨著真空壓力的增加，固形物增加率先增加后減小，在7 kPa時達到最大值，綜合考慮失水率與固形物增加率，得知在真空壓力10 kPa時，滲透效果最好。真空度過高，一方面會導致細胞結(jié)構(gòu)的破壞，另一方面當物料所處的真空環(huán)境釋放到常壓狀態(tài)時，由于壓力差值較大，滲透溶液的瞬時滲入導致細胞結(jié)構(gòu)間隙的堵塞，影響保護劑的滲入量[33]。

由圖3c可以看出，Ca2+-ATPase活性隨著真空壓力的增加而增加，但當真空壓力大于10 kPa時，各處理組之間差異不顯著（>0.05）。究其原因，主要與海藻糖滲入量有關(guān)，且10 kPa以上的壓力，海藻糖滲入量達到一個平衡狀態(tài)，維持酶的活性。其原理類似于真空壓力對DEI的影響。

從圖3d可知，復水率隨著真空壓力的增加而增加，當真空壓力大于10 kPa時，復水率趨于平衡。其原理類似于Ca2+-ATPase活性，真空壓力太小，脈沖調(diào)節(jié)時會發(fā)生海藻糖擁堵效應(yīng)，合適的真空壓力會與海藻糖的滲入速度調(diào)節(jié)平衡，熱泵干燥過程中羅非魚片組織結(jié)構(gòu)因海藻糖滲入量等原因保護較好，從而改變產(chǎn)品的復水率。

由圖3e可知，在真空壓力1～16 kPa條件下，熱泵干燥羅非魚片硬度在7.84～9.06之間波動，在真空壓力為10kPa時達到最低值，但真空壓力大于7 kPa時，各處理組之間的差異并不顯著（>0.05）；對于彈性而言，處理組與對照組之間無顯著性差異（>0.05）；膠粘性與咀嚼性都是隨著真空度的降低而減小，并且當真空壓力大于10 kPa時，處理組之間差異不明顯（>0.05）。由此說明，當真空壓力達到10 kPa左右時，羅非魚片質(zhì)量保持較佳。

從圖3f可以看出，在試驗條件范圍內(nèi)，隨著真空壓力的增加，熱泵干燥羅非魚片綜合得分逐漸增加，在真空壓力為10 kPa時，達到最大值0.93，其后綜合得分趨于穩(wěn)定。

注：固定因素條件，循環(huán)率4∶2min·min-1，循環(huán)次數(shù)3，海藻糖質(zhì)量濃度90 g·L-1

2.2.4 不同海藻糖濃度對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響

固定循環(huán)率4∶2 min/min，循環(huán)次數(shù)3，真空壓力10 kPa不變，研究不同海藻糖質(zhì)量濃度對熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)的影響，結(jié)果如圖4所示。

注：固定因素條件，循環(huán)率4∶2min·min-1，循環(huán)次數(shù)3，真空壓力10 kPa

從圖4a可知，隨著海藻糖濃度的增加，熱泵干燥羅非魚片白度值先增加后減少，在130 g/L時達到最大值41.41，與對照組相比提升了17.9%。過高濃度并不有利于魚片的白度。在海藻糖質(zhì)量濃度小于130 g/L時，可能達到質(zhì)量濃度130 g/L時，表層質(zhì)量傳遞與內(nèi)層質(zhì)量傳遞速度相等，使?jié)B入羅非魚片組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部的保護劑含量增加，濃度進一步增加后，表層傳質(zhì)速度大于內(nèi)層傳質(zhì)速度，保護劑可能停留在魚肉的表面，從而在干燥過程中發(fā)生一系列的變化。

從圖4b可以看出，當海藻糖濃度在10～170 g/L范圍內(nèi)，失水率在-0.025～0.184之間波動，固形物增加率則在0.033～0.149之間波動，綜合指標DEI在-0.645～1.310之間波動。失水率與固形物增加率在海藻糖濃度130 g/L達到最大值，而綜合評價指標在170 g/L達到最大值，說明海藻糖濃度的增加有利于其滲入的過程。Betoret等[34]用不可逆熱力學計算空氣干燥過程中的自由能，同時避免樣品結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形及破裂的現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)用海藻糖替代蔗糖有明顯的效果，且熱力學計算發(fā)現(xiàn)海藻糖具有更大的自由能以維持樣品的蜂窩結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

由圖4c可知，隨著海藻糖濃度的增加，Ca2+-ATPase活性逐漸增加，但當質(zhì)量濃度大于90 g/L時，濃度的增加對魚肉的酶活并沒有顯著影響（>0.05），且若海藻糖濃度過低，則其與對照組差異不明顯（>0.05），說明保護劑海藻糖的應(yīng)用雖然能夠提高物料的酶活[35]，但其需要在合適的濃度范圍之內(nèi)。

從圖4d可以看出，海藻糖對熱泵干燥羅非魚片復水率的影響規(guī)律類似于Ca2+-ATPase活性，高濃度條件下差異不明顯（>0.05）。這與海藻糖滲入量對物料在干燥過程中體積的收縮、孔道的變化以及微觀結(jié)構(gòu)的破壞影響等有關(guān)[36]。

由圖4e可以看出，當海藻糖質(zhì)量濃度在10~170 g/L范圍內(nèi)，硬度在7.74～9.36N之間進行波動，在濃度為130 g/L時達到最小值，與對照組相比，降低了20.12%，但濃度90～170 g/L之間差異性不明顯（>0.05）；對于彈性而言，海藻糖濃度的變化對其無顯著性作用（>0.05）；膠粘性隨著海藻糖濃度的增加逐漸降低，在濃度130 g/L時達到最小值6.17，與對照組相比，降低了16.95%；咀嚼性變化的規(guī)律類似于膠粘性，但其在高濃度條件下，即海藻糖濃度大于90 g/L時，各處理組之間差異不明顯（>0.05）。干燥魚片質(zhì)構(gòu)的變化既與滲入固體溶質(zhì)有關(guān)，同時也與物料中蛋白質(zhì)變性程度有關(guān)，海藻糖的滲入量影響著干燥魚片質(zhì)構(gòu)的變化。

從圖4f可知，綜合得分隨著保護劑海藻糖濃度的增加先上升后稍微有所下降，但不明顯，在130 g/L時達到最大值0.97，顯著高于（<0.05）對照組。

3 結(jié) 論

1）通過以循環(huán)率、循環(huán)次數(shù)、真空壓力和海藻糖濃度為變量，在建立熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)模糊數(shù)學模型的基礎(chǔ)上篩選了品質(zhì)評價指標，確定了評價指標的權(quán)重并獲得綜合評分的計算方法，以各品質(zhì)綜合得分為評價指標，實施了脈沖真空的循環(huán)率、循環(huán)次數(shù)、真空壓力和浸漬的海藻糖濃度等單因素試驗，確定了脈沖真空循環(huán)率、循環(huán)次數(shù)、真空壓力與保護劑海藻糖濃度的最佳范圍和最佳值。

2）固定因素條件，循環(huán)次數(shù)3，真空壓力10 kPa，海藻糖質(zhì)量濃度90 g/L，隨著循環(huán)率的增加，熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)指標的綜合得分先上升后下降，脈沖真空循環(huán)率的最佳范圍為4∶4～5∶1 min/min，且循環(huán)率為4∶2 min/min時綜合評分達到最大值0.92。不同的循環(huán)率可以不同程度的提升干制魚片的綜合品質(zhì)，且以循環(huán)率4∶2 min/min較好。

3）固定因素條件，循環(huán)率4∶2 min/min，真空壓力10 kPa，海藻糖質(zhì)量濃度90 g/L，循環(huán)次數(shù)的最佳范圍在3～5之間，當循環(huán)次數(shù)為4時，熱泵干燥羅非魚片綜合得分最高，其分值為0.94。合適的循環(huán)次數(shù)可以更有效地提升熱泵干燥羅非魚片的綜合品質(zhì)。

4）固定因素條件，循環(huán)率4∶2 min/min，循環(huán)次數(shù)3，海藻糖質(zhì)量濃度90 g/L，隨著真空壓力的增加，熱泵干燥羅非魚片品質(zhì)綜合得分逐漸增加，在真空壓力為10 kPa時，達到最大值0.93，其后綜合得分趨于穩(wěn)定，真空壓力的最佳范圍是4～16 kPa。

5）固定因素條件，循環(huán)率4∶2 min/min，循環(huán)次數(shù)3，真空壓力10 kPa，隨著保護劑海藻糖濃度的增加各品質(zhì)的綜合得分先上升后稍微有所下降，在130 g/L時達到最大值0.97，且海藻糖濃度的最佳范圍在90～170 g/L之間。所有經(jīng)脈沖真空輔助滲透預處理的樣品品質(zhì)指標均優(yōu)于常壓滲透預處理組。所以，在脈沖真空條件下的浸漬預處理可以有效改善熱泵干燥羅非魚片的綜合品質(zhì)。

6）綜合分析各單因素對應(yīng)的指標，與各對照組相比，白度，復水率，Ca2+-ATPase活性均有不同程度的提升。各指標在試驗范圍的不同的條件下能達到的最大升幅分別為：白度17.9%，復水率80%，Ca2+-ATPase活性93.6%。

為了進一步獲得各類條件的相互影響關(guān)系，下一步將進行交互影響綜合試驗，以期獲得較好品質(zhì)的綜合工藝。

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Pulse vacuum osmosis pretreatment improving quality of heat pump dried tilapia fillets

Li Min, Guan Zhiqiang※, Wu Yangyang, Liu Yan, Ye Biao

(, 524088,)

Pulsed vacuum takes advantage of the circulatory operation between normal pressure and vacuum pressure. It has been applied to the drying and thawing process of fruits and vegetable. Previous studies have shown that suitable pulsed vacuum pretreatment can effectively improve the drying quality of fruits and vegetables, and is beneficial to the extraction of bioactive substances. However, it is rarely reported about the application of pulsed vacuum pretreatment in fish drying. In order to effectively take the advantages of osmotic dehydration combined with pulsed vacuum effect, this paper attempted to apply pulse vacuum infiltration pretreatment in heat pump drying of tilapia fillet on the basis of osmotic dehydration research. These would break through the limitations of conventional technology and a new process of pulsed vacuum infiltration pretreatment for heat pump drying process of tilapia fillets was obtained. Therefore, in order to obtain the effect of pulsed vacuum impregnation as a pretreatment on the quality of heat pump dried tilapia fillets, whiteness, DEI (dehydration efficiency index), Ca2+-ATPase activity, rehydration rate and texture, as well as the comprehensive scores were evaluated for the quality assessment of tilapia fillets. The relevant evaluation criteria were screened to develop the evaluation factor set according to the test purpose. The weight coefficient of each criterion was determined using the analytic hierarchy process to construct the hierarchical structure models of target layer, factor layer and project layer. A series of single-factor experiments were conducted, and the factors included circulation rate, cycle times, vacuum pressure and trehalose concentration. The results showed: Compared with the control group, the pulse cycle rate could effectively improve the comprehensive quality of the heat pump dried fish fillets, and when the circulation rate was 4:2 within the range of 4:4-5:1, not only the comprehensive score reached the maximum, but also Ca2+-ATPase activity was increased by 42.48%; the cycle number could effectively improve the comprehensive quality of the heat pump dried fish fillets; when the cycle number was 4 within the range of 3-5, the whiteness of fillets got the peak value of 41.08 and increased by 16.98% compared to the control group; the vacuum pressure could effectively improve the comprehensive quality of the heat pump dried fish fillets, and when the vacuum pressure was 10 kPa within the range of 4-16 kPa, the results were better and rehydration rate obtained the balance gradually; when the trehalose concentration was at 130 g/L within the range of 90-170 g/L, the research got the maximum comprehensive score. Moreover, compared with the atmosphere pressure control group, the whiteness, rehydration rate, and Ca2+-ATPase activity of dried tilapia fillets were increased pronouncedly by17.9%, 80%, and 93.6% respectively. By changing the vacuum pressure, vacuum circulation rate, cycle times and the concentration of trehalose, the quality of the heat pump dried tilapia fillets could be promoted with different degrees. Impregnation under pulsed vacuum condition can improve the comprehensive quality of heat pump dried tilapia fillets effectively, which provides a reference for improving the pretreatment process of similar dried products, and also provides technical guidance for similar product technological update.

drying; quality control; pressure; pulsed vacuum; dipping; heat pump; tilapia fillets; comprehensive evaluation

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.040

S983

A

1002-6819(2017)-23-0306-09

2017-08-25

2017-11-13

廣東省自然科學基金項目（2015A030313613）;廣東科技廳項目資助（2014A020208115）。

李 敏，湖南益陽人，教授，從事制冷及水產(chǎn)品冷凍冷藏和干燥貯藏加工方面的研究。Email：limin2080@163.com。

關(guān)志強，廣東陽江人，教授，從事制冷及水產(chǎn)品加工及貯藏工程的研究。Email：Mmcgzq@163.com。