干制鲍鱼的复水特性及动力学模型

张孙现,黄子建,池文文,郑宝东

(福建农林大学食品科学学院,福建福州350002)

干制鲍鱼的复水特性及动力学模型

张孙现,黄子建,池文文,郑宝东

(福建农林大学食品科学学院,福建福州350002)

将微波真空干燥的鲍鱼干品在室温(30～35℃)和50℃水浴中进行复水试验,研究不同微波功率、真空度和干燥前浸渍盐浓度对其复水特性的影响,并建立复水动力学模型。结果表明:微波功率、真空度、干燥前浸渍盐浓度,以及复水温度和时间对鲍鱼干品复水过程有明显影响,并以Page模型为基础进行改进,改进后的模型能较好地预测鲍鱼干品的复水过程。验证实验结果显示,改进模型的预测值与真实值拟合良好,应用该模型可以提前预测鲍鱼在复水过程中是否达到饱和状态。

鲍鱼干品;复水特性;复水动力学

鲍鱼是中国传统的名贵食材,为四大海珍品之一,也是世界上重要的海洋渔业资源,鲍鱼足部肌肉发达、味道鲜美,具有丰富的营养价值和药用价值[1-2]。

干制鲍鱼的复水过程是鲍鱼食用及进一步加工成鲍鱼产品必不可少的关键步骤,张亚琦[2]研究了干鲍在复水过程中的主要成分、肌肉组织构造和流变学参数的变化,确定干鲍的最佳发制条件为NaCO3浓度5%、碱泡时间24 h、水煮时间40 min和水泡时间4 d,同时研究结果表明,经过复水后的鲍鱼胶原蛋白、可溶性固形物等流失严重。

微波真空干燥技术集微波干燥和真空干燥的优势于一体,具有干燥速率快、产品质量好和节能环保等优点,能较好地保留物料原有的色泽、气味和营养成分[3-4]。目前,国内外已有学者将微波真空干燥技术应用于仿刺参、巴非蛤肉、扇贝柱、香脆鳙鱼片等产品的干制加工中[5-8],但将该技术应用于鲍鱼干制的研究尚未见报道。本研究中,作者首先将新鲜鲍鱼用微波真空进行干燥,再对鲍鱼干品的复水特性进行研究,其中对复水条件不选择传统的碱浸泡和水煮水发方法,而在室温和50℃水浴中进行复水试验,研究鲍鱼微波真空干燥后的复水特性和复水动力学模型,预测复水过程中鲍鱼干品的复水状态,以期为鲍鱼干制品的规模生产提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜鲍鱼购自福建省亨源海产品有限公司,食盐由市场购买。

KL-2D-4ZG微波真空干燥设备由福建农林大学和广州凯棱工业微波设备有限公司联合研制。PL602-S型电子天平为梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司产品。

1.2 方法

1.2.1 微波真空干燥试验 选取微波功率(1 000、2 000、3 000、4 000 kW)、真空度(-60、-70、-80、-90 kPa)、浸渍盐浓度(纯水、50 g/L、75 g/L、100 g/L、150 g/L、饱和NaCl)为试验因素,对新鲜鲍鱼进行微波真空干燥,当产品含水率为12%±1%时停止干燥,每组鲍鱼装载量为150 g,共制得14组鲍鱼干品。

1.2.2 复水试验

1)不同微波真空干燥参数对干品复水的影响。选用质量相近的上述各组鲍鱼干品置于500 mL烧杯中,于室温(30～35℃)下进行复水,每隔1 h取样1次,称重,重复测定3次,取其平均值,计算复水比,探讨各因素对干品复水过程的影响。2)复水温度对干品复水的影响。选取最优微波真空干燥参数条件下干燥的鲍鱼干品,分别在室温(30～35℃)和50℃恒温水浴条件下进行干品复水试验,每隔1 h取样1次,用滤纸吸干样品至表面无明显水迹,称重,重复测定3次,取其平均值,计算复水比,探讨复水温度对干品复水过程的影响。

1.2.3 计算公式

其中:RR(rehydration ratio)为复水比;mf为复水沥干后的鲍鱼质量(g);m0为复水前的干鲍鱼质量(g)。其中:Mf0为复水前干鲍鱼的初始质量;Mft为复水t时鲍鱼的质量。

1.3 数据处理

样品指标均进行3次重复试验,试验数据采用Excel、Matlab 7.1软件进行处理和统计分析。

2 结果与讨论

2.1 微波功率对鲍鱼复水特性的影响

从图1可见,在真空度为-80 kPa、浸渍盐浓度为75 g/L的条件下,微波功率对鲍鱼干品复水有显著影响。当微波功率为2 000 W时,干品的复水比最大,其次是微波功率为3 000 W时;在复水时间＜6 h时,微波功率为1 000 W时干品的复水比大于4 000 W时,复水6 h时二者的复水比达到相同值,6 h之后,微波功率为4 000 W时干品的复水比反而大于1 000 W时。这是由于物料在高功率微波干燥时,其物料组织细胞遭到严重破坏,从而影响物料的复原能力。

图1 不同微波功率下鲍鱼的复水曲线Fig.1 Rehydration curves of abalone under different microwave intensities

2.2 真空度对鲍鱼复水特性的影响

从图2可见,在微波功率为2 000 W、浸渍盐浓度为75 g/L的条件下,真空度越高,相应复水比也越大。这是由于提高真空度就增大了鲍鱼的内外压差,使物料的膨胀倾向更强,有利于鲍鱼干品结构空隙呈多孔疏松状态,使之复水比变大。但提高真空度对复水比的变化并不显著,因此,从节能和产品综合品质方面考虑,真空度不宜选择过高。

图2 不同真空度下鲍鱼的复水曲线Fig.2 Rehydration curves of abalone under different vacuum degrees

2.3 浸渍盐浓度对鲍鱼复水特性的影响

从图3可见,真空度为-80 kPa、微波功率为2 000 W的条件下,纯水浸渍和浸渍盐浓度为75 g/L时干品的复水比较大,当盐浓度达到150 g/L和饱和时,干品的复水比反而较低。这主要是因为在较高盐浓度下进行干燥时样品的水分由内向外传递的同时,将大量盐分带到了鲍鱼的表面,且盐浓度越高,表面硬化现象越严重,不利于干品复水。

图3 不同浸渍盐浓度下鲍鱼的复水曲线Fig.3 Rehydration curves of abalone under different salt concentrations

2.4 复水温度对鲍鱼复水特性的影响

选取在真空度-80 kPa、功率为2 000 W、浸渍盐浓度为75 g/L条件下干燥的鲍鱼样品,在室温和50℃水浴中复水。由图4可知,温度对鲍鱼复水的影响显著,复水温度越高,复水比越大,但在复水7 h后,室温条件与水浴条件下的复水比接近。这是因为高温下复水会加速复水过程中鲍鱼营养物质的流失,因此,复水温度也并非越高越好。

图4 不同复水温度下鲍鱼的复水曲线Fig.4 Rehydration curves of abalone under different temperatures

2.5 微波真空干燥鲍鱼干品的复水动力学模型

2.5.1 复水模型的选择 韦伯和菲克第二定律被广泛应用于干制品的复水模型[9-11],但韦伯和菲克第二定律属半经验模型[12],模型验证时拟合度较低。

鲍鱼干品的复水过程近似于干燥的逆过程。在干燥动力学模型中,水分比的计算公式为

其中:Mt为t时刻物料干基含水率(%);M0为初始干基含水率(%)。同时考虑消除鲍鱼初始质量不一致性的影响,而干燥动力学模型中水分比MR是小于1的,即复水动力学模型中的质量比Mf是复水比的倒数。因此,在复水动力学模型中引入质量比的概念,质量比Mf=Mf0/Mft。

分析不同时刻鲍鱼干品的复水试验数据,随机选取两组数据进行线性拟合,用一元一次方程和一元二次方程分别进行拟合,结果发现,一元二次方程的拟合度更高(图5)。从图5可以判断,ln t与ln(-ln Mf)呈线性关系,这表明鲍鱼的复水动力学模型可以考虑以Page方程进行改进。

图5 ln t与ln(-ln Mf)的拟合曲线Fig.5 Relationship between ln t and ln(-ln Mf)

2.5.2 复水动力学模型的建立 复水试验结果表明,复水质量的变化与干燥功率、真空度、浸泡浓度等微波真空干燥参数有关。同时,鲍鱼复水也与复水时间、复水温度有直接关系。因此,利用Matlab 7.1软件进行数据处理,根据 Page模型ln(-ln Mf)=ln r+N ln t和上面得到的二次拟合方

其中:x1为微波功率;x2为真空度;x3为浸渍盐浓度;x4为温度(室温、水浴);x5为ln t。

对复水动力学模型进行显著性检验,得到回归方程的复相关系数 R=0.9498,接近于 1,F= 137.4147,P＜0.001,表明复水动力学模型式(4)的拟合程度较高。

2.6 复水动力学模型的验证

随机选取一组试验条件:微波功率为2 000 W,真空度为-80 kPa,浸渍盐浓度为50 g/L,在室温条件下验证上述复水动力学模型拟合的准确性,并将实际值与预测值进行比较。由图6可知,用鲍鱼复水动力学方程(4)计算的预测值与实测值吻合程度较高,说明改进的Page模型能够准确描述鲍鱼复水过程的水分变化规律。

图6 相同试验条件下鲍鱼复水质量比的实际值与预测值比较Fig.6 Comparison between the observed values and the predicted values in abalone rehydration under the same condition

3 结论

1)将微波真空干燥的鲍鱼干品在室温(30～35℃)和50℃水浴中进行复水试验,结果表明,干燥时的微波功率、真空度、浸渍盐浓度,以及复水温度和时间对鲍鱼复水过程有明显影响。

2)应用Matlab 7.1软件进行线性回归分析,经拟合发现,鲍鱼复水过程符合改进的Page模型,其中R=0.9498,接近1,而模型拟合 P=0.00＜0.001,说明拟合程度极高。

3)验证实验结果显示,改进的鲍鱼复水动力学模型的预测值与实际值拟合良好,能够较准确的预测鲍鱼复水过程的复水状态。应用该模型可以提前预测鲍鱼在复水过程中是否达到饱和状态。

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Rehydration characters and kinetics of dried abalone

ZHANG Sun-xian,HUANG Zi-jian,CHI Wen-wen,ZHENG Bao-dong
(College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

The rehydration of abalone dried by microwave-vacuum drying were conducted at room temperature(30-35℃)and 50℃ bath to evaluate effects of microwave power,vacuum degree and salt solution concentration on rehydration characteristics.It was found that the microwave power,vacuum degree and salt solution concentration, rehydration temperature and time significantly affected the rehydration characteristics.The rehydration of dried abalone was exactly predicted by the model improved by Page mode,and the results showed that the predicted values were nearly consistent with the experimental results.

dried abalone;rehydration characteristics;rehydration kinetics

TS254.4

A

2013-10-01

福建省高等学校科技创新团队支持计划(闽教科 [2012]03号)

张孙现(1980-),男,博士研究生。E-mail:john.fj.fz@126.com

郑宝东(1967-),男,教授。E-mail:zbdfst@163.com

2095-1388(2013)06-0610-04