羅非魚(yú)片熱泵-微波聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率研究

羅非魚(yú)片熱泵-微波聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率研究

中國(guó)的羅非魚(yú)養(yǎng)殖發(fā)展迅速，2009年生產(chǎn)能力約130萬(wàn)噸。它是世界上最大的羅非魚(yú)育種大國(guó)。廣東是羅非魚(yú)養(yǎng)殖的重要省份，占全國(guó)的50%。廣東省廣東省羅非魚(yú)資源豐富，占該省1.3%。目前羅非魚(yú)主要加工產(chǎn)品為冷凍全魚(yú)、凍魚(yú)片,加工方式單一,且加工量?jī)H占羅非魚(yú)總產(chǎn)量的6.2%,因此,探討羅非魚(yú)的加工問(wèn)題很有必要。干燥被認(rèn)為是農(nóng)、海產(chǎn)品保藏加工的常用技術(shù),傳統(tǒng)的干燥方法主要為日光干燥和熱風(fēng)干燥,這2種方法在衛(wèi)生、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)控制、產(chǎn)品附加值方面均存在不同程度的不足。近年來(lái)熱泵干燥、微波干燥及聯(lián)合干燥等干燥方式被廣泛研究和應(yīng)用。聯(lián)合干燥是利用各種干燥方式的優(yōu)點(diǎn),將2種或多種干燥方式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),分階段進(jìn)行的一種復(fù)合干燥技術(shù),可避免了單一干燥方式中干燥效率低、產(chǎn)品品質(zhì)差的缺點(diǎn),具有可最大程度地保留物料原有的品質(zhì)和色澤的特點(diǎn)。本研究分別考察熱泵干燥溫度、熱泵干燥風(fēng)速、微波干燥時(shí)間、微波干燥功率對(duì)羅非魚(yú)片含水率下降速率、復(fù)水率和感官品質(zhì)的影響,討論確定熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換點(diǎn)參數(shù),以期實(shí)現(xiàn)熱泵低溫干燥和微波快速干燥的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),提高干燥效率和產(chǎn)品品質(zhì),為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供因素水平組合的取值參考。1材料和方法1.1儀器和設(shè)備新鮮羅非魚(yú)廣東省湛江市東風(fēng)市場(chǎng)。熱泵干燥裝置(圖1)自制;MK823ESJ-PA微波爐廣東美的集團(tuán)有限公司;JA2003型電子天平上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司;HHS-21-4型恒溫水浴鍋杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司;210mm干燥器。1.2制備地震氧漂新鮮羅非魚(yú)→預(yù)處理(去魚(yú)鱗、內(nèi)臟、頭尾)→取2片魚(yú)片→去魚(yú)皮→流動(dòng)臭氧水中作用10min→用濾紙吸取表面水分→熱泵干燥→微波干燥→成品包裝1.3方法1.3.1初始含水率的測(cè)定將500g左右新鮮羅非魚(yú)經(jīng)去魚(yú)鱗、去頭尾、去內(nèi)臟處理,清洗干凈,直接從魚(yú)脊骨上方取肉切片,兩側(cè)各取一片。魚(yú)片取好后,進(jìn)行去皮處理,控制魚(yú)片大小為110mm×90mm×4mm,在質(zhì)量濃度11mg/L的流動(dòng)臭氧水中作用10min,達(dá)到殺菌的目的,用濾紙吸去表面水分,取樣測(cè)定初始濕基含水率為82%。首先,將制備的羅非魚(yú)片放入熱泵干燥箱內(nèi)的鐵網(wǎng)上進(jìn)行熱泵全程干燥,當(dāng)含水率降至18%時(shí)熱泵全程干燥結(jié)束。其次,分析確定熱泵全程干燥中干燥速率開(kāi)始緩慢下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn),作為熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換時(shí)的含水率;以此含水率為轉(zhuǎn)換點(diǎn),制備魚(yú)片試樣先在熱泵干燥箱中干燥,干燥至轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率后馬上轉(zhuǎn)入微波爐干燥。1.3.2濕基含水率的測(cè)定采用GB5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》直接干燥法,將羅非魚(yú)片放入105℃的恒溫烘箱中進(jìn)行干燥,質(zhì)量恒定后稱量,計(jì)算濕基含水率:式中,Wm為濕基含水率/%;mw為羅非魚(yú)片水分質(zhì)量/g;md為羅非魚(yú)片干物質(zhì)質(zhì)量/g。1.3.3要加密壓水,把干產(chǎn)品表面的水分。在充復(fù)水是指將干燥的產(chǎn)品浸泡在一定溫度的水中,吸水后恢復(fù)其干燥前狀態(tài)的過(guò)程。復(fù)水后的產(chǎn)品要用濾紙反復(fù)吸干產(chǎn)品表面的水分,然后稱量。測(cè)量的程序:稱取干制羅非魚(yú)片(M1)→放入40℃恒溫水浴鍋→復(fù)水40min→濾干→除去表面水分→稱量(M2),計(jì)算公式為:1.3.4干燥魚(yú)類的感官評(píng)價(jià)對(duì)經(jīng)熱泵-微波聯(lián)合干燥的羅非魚(yú)片分別進(jìn)行感官評(píng)定,感官評(píng)價(jià)的方法及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)按參考文獻(xiàn)的方法進(jìn)行。1.3.5泵-微波聯(lián)合干燥條件對(duì)羅非魚(yú)片熱泵-微波聯(lián)合干燥的影響研究熱泵干燥溫度、熱泵干燥風(fēng)速、熱泵-微波聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率、微波干燥時(shí)間和微波干燥功率對(duì)羅非魚(yú)片熱泵-微波聯(lián)合干燥效率和品質(zhì)的影響。2結(jié)果與分析2.1干燥溫度對(duì)羅非魚(yú)片品質(zhì)的影響在魚(yú)片厚度為4mm、干燥風(fēng)速為3.0m/s時(shí),分別設(shè)定熱泵干燥溫度30、35、40℃進(jìn)行干燥試驗(yàn),干燥曲線如圖2所示。圖2中曲線的斜率表征了干燥速率,不難看出,羅非魚(yú)片熱泵干燥全過(guò)程并不是恒速干燥過(guò)程,屬于內(nèi)部水分?jǐn)U散控制的降速干燥過(guò)程。圖2表明,熱泵干燥溫度越高,含水率下降越快,干燥速率越快。顯然,提高干燥溫度可縮短干燥時(shí)間和提高干燥生產(chǎn)效率。水產(chǎn)品原料是熱敏性物料,當(dāng)干燥溫度過(guò)高時(shí),將會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性、色澤變焦黃、質(zhì)地變硬、產(chǎn)品平整性較差、復(fù)水率下降等。熱泵的干燥溫度易于控制在25~32℃,在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行干燥,避免了水產(chǎn)品中不飽和脂肪酸的氧化和表面發(fā)黃,減少了蛋白質(zhì)受熱變性、物料變形、變色和呈味類物質(zhì)的損失。不同干燥溫度下羅非魚(yú)片品質(zhì)感官評(píng)價(jià)評(píng)分表如表1所示,顯然,干燥溫度低,產(chǎn)品質(zhì)量好。綜上所述,為保持羅非魚(yú)片較好的品質(zhì),宜采用低溫干燥方式;為提高干燥生產(chǎn)效率,宜提高干燥溫度。綜合考慮上述兩方面因素,聯(lián)合干燥前期熱泵干燥可選取干燥溫度為35℃。2.2化干燥速率為了考察熱泵干燥風(fēng)速對(duì)羅非魚(yú)片含水率下降速率和復(fù)水率的影響,取熱泵干燥溫度35℃、魚(yú)片厚度4mm進(jìn)行干燥試驗(yàn)。前期試驗(yàn)結(jié)果表明,在上述試驗(yàn)條件下,風(fēng)速大于3.0m/s時(shí),羅非魚(yú)片表面易過(guò)早變硬而影響羅非魚(yú)片脫水速率和羅非魚(yú)片干品品質(zhì)。由于羅非魚(yú)片干燥過(guò)程屬于內(nèi)部水分?jǐn)U散控制的降速干燥過(guò)程,也難以通過(guò)持續(xù)提高風(fēng)速來(lái)有效地強(qiáng)化干燥速率。所以試驗(yàn)選擇風(fēng)速為2.0、2.5、3.0m/s,分別測(cè)定羅非魚(yú)片干燥過(guò)程含水率變化情況,繪制干燥曲線,如圖3所示。干燥結(jié)束后,測(cè)其復(fù)水率,復(fù)水率變化情況如圖4所示。由圖3可以看出,熱泵干燥風(fēng)速對(duì)含水率變化的影響與普通熱風(fēng)干燥相似,風(fēng)速越大,含水率下降越快。但如前所述,風(fēng)速大于3.0m/s時(shí),魚(yú)片表面過(guò)早“硬殼”,影響內(nèi)部水分向表面遷移,降低干制品品質(zhì)。當(dāng)采用前期熱泵干燥后期微波干燥的聯(lián)合模式時(shí),為了提高前期干燥速率,熱泵干燥過(guò)程應(yīng)在保證干制品品質(zhì)的前提下盡量提高干燥風(fēng)速。因此,聯(lián)合干燥前期熱泵干燥風(fēng)速可選取3.0m/s。圖4給出了在不同風(fēng)速下干燥的羅非魚(yú)片干制產(chǎn)品復(fù)水率的變化情況。從圖4可以看出,產(chǎn)品復(fù)水率隨復(fù)水時(shí)間逐漸增大,當(dāng)復(fù)水時(shí)間增至40min后,復(fù)水率增加的速度逐漸降低。在控制風(fēng)速不超過(guò)3.0m/s、保證魚(yú)片表面不硬化的試驗(yàn)條件下,產(chǎn)品復(fù)水率隨干燥時(shí)風(fēng)速的增大而略呈增加的趨勢(shì)。導(dǎo)致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的可能原因:由于試驗(yàn)在羅非魚(yú)片不易出現(xiàn)“硬殼”的較高風(fēng)速下進(jìn)行,風(fēng)速較高,脫水速率較快,致使羅非魚(yú)片干品質(zhì)構(gòu)比低風(fēng)速下更為疏松,從而更易復(fù)水。2.3微波干燥對(duì)羅非魚(yú)片含水率的影響如圖2所示,在熱泵干燥溫度取35℃、熱泵干燥風(fēng)速取3.0m/s的工況下,當(dāng)含水率降至40%左右,圖中曲線斜率逐漸變平緩,含水率下降速率逐漸變慢,內(nèi)部水分?jǐn)U散控制明顯占主導(dǎo)地位,此時(shí)轉(zhuǎn)換為微波干燥,更有利于內(nèi)部水分向表面遷移,提高干燥效率。從圖2也可以看出,4mm厚的羅非魚(yú)片經(jīng)35℃熱泵干燥,其含水率由82%降至40%只需干燥4.5h,而要將魚(yú)片含水率由40%繼續(xù)降至18%,還需要干燥9h,是此前干燥時(shí)間的2倍。如果在后期改為微波干燥,如圖4所示,在252W微波功率下將魚(yú)片含水率由40%繼續(xù)降至18%,只需要8min的干燥總時(shí)間就可以達(dá)到目的,可見(jiàn)微波干燥可以大大縮短干燥時(shí)間。因此,選取含水率40%作為熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換時(shí)的含水率。微波干燥的主要缺點(diǎn)是耗電量大、干燥成本較高,因此,熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率越高,干燥總能耗和總成本就越大。為節(jié)省能耗,可適當(dāng)降低轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,如轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率控制在30%左右,熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥時(shí)間比單純熱風(fēng)干燥縮短3/4,能耗比單純微波干燥減少3/4。2.4微波功率對(duì)1.2不同干燥時(shí)間1in的影響在前期熱泵干燥階段,取干燥溫度35℃,風(fēng)速3.0m/s,當(dāng)含水率降至40%時(shí)轉(zhuǎn)為微波干燥。微波連續(xù)干燥會(huì)影響干制品品質(zhì),因此,后期微波干燥應(yīng)采取間歇干燥方式,即干燥和緩蘇交替進(jìn)行。取單次干燥時(shí)間分別為1.0、1.5、2.0min,單次間歇時(shí)間1min,微波功率取252W,干燥至含水率為18%時(shí)取樣品進(jìn)行復(fù)水,每隔10min,測(cè)量產(chǎn)品復(fù)水率,復(fù)水后進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。如圖5所示,在微波功率252W、單次間歇時(shí)間1min的條件下,單次干燥時(shí)間1min的產(chǎn)品復(fù)水率高于單次干燥時(shí)間1.5、2.0min的產(chǎn)品復(fù)水率。這可能是由于單次干燥時(shí)間較長(zhǎng),會(huì)加速熱敏性食品蛋白質(zhì)的熱變性,持水力變差。由表2可知,在微波功率252W、單次間歇時(shí)間1min的條件下,單次干燥時(shí)間1min時(shí),魚(yú)片的口感較好,保持了魚(yú)肉特有的味道和口感,肉質(zhì)具有韌性。單次干燥時(shí)間1.5、2.0min時(shí),隨著單次干燥時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)品的口感逐漸變硬,失去了魚(yú)肉特有的鮮味,色澤也開(kāi)始變黃。綜上所述,聯(lián)合干燥后期微波干燥試驗(yàn)中選取單次干燥時(shí)間1min,單次間歇時(shí)間1min。2.5微波功率對(duì)羅非魚(yú)片品質(zhì)的影響在前期熱泵干燥階段,取熱泵干燥溫度35℃,風(fēng)速3.0m/s,當(dāng)含水率降至40%時(shí)轉(zhuǎn)為微波干燥,微波功率分別設(shè)為252、538、700W。每次干燥時(shí)間1min,間歇干燥時(shí)間1min。在干燥過(guò)程中取樣測(cè)量魚(yú)片含水率,干燥至含水率18%時(shí)取樣進(jìn)行復(fù)水,每隔10min,測(cè)量產(chǎn)品復(fù)水率,復(fù)水后進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。圖6給出了不同微波功率下羅非魚(yú)片微波干燥累計(jì)時(shí)間10min的干燥曲線,圖6顯示,含水率下降速率隨微波功率的增加而增大(圖6中干燥時(shí)間不計(jì)間歇時(shí)間)。圖7給出了在不同微波功率下干燥所獲到的羅非魚(yú)片干制產(chǎn)品復(fù)水率的變化情況,圖7顯示,魚(yú)片的復(fù)水率隨復(fù)水時(shí)間的延長(zhǎng)而升高;當(dāng)復(fù)水時(shí)間相等時(shí),干制魚(yú)片產(chǎn)品的復(fù)水率隨干燥時(shí)微波功率的增加而降低。當(dāng)干燥時(shí)微波功率252W時(shí),干制魚(yú)片產(chǎn)品的復(fù)水性能最好。表3給出了在不同微波功率下干燥所獲到的魚(yú)片品質(zhì)感官評(píng)價(jià),顯然,微波功率越高,熱敏性食品蛋白質(zhì)熱變性越嚴(yán)重,持水力越差。當(dāng)微波功率539、700W時(shí),羅非魚(yú)片的色澤焦黃,質(zhì)地較硬,品質(zhì)較差。因此,聯(lián)合干燥后期微波干燥選取微波功率252W。3熱泵-微波聯(lián)合干燥后分散劑干燥3.1熱泵-微波聯(lián)合干燥前期熱泵干燥階段,為避免羅非魚(yú)片蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性、營(yíng)養(yǎng)成分損失、色澤變焦黃、質(zhì)地變硬等,宜采用低溫干燥方式,取熱泵干燥溫度35℃;為避免魚(yú)片表面“硬殼”效應(yīng),影響羅非魚(yú)片干燥速率和干品品質(zhì),取熱泵干燥風(fēng)速3.0m/s。3.2熱泵-微波聯(lián)合干燥后期微波干燥階段,連續(xù)干燥會(huì)影響干制品品質(zhì),宜采用間歇干燥方式。隨著單次干燥時(shí)間的延長(zhǎng),產(chǎn)品的口感