罗非鱼干燥加工技术的研究进展

尹凯丹，刘 军，龚 丽，龙成树，李秀平，张艳来※

（1.广东农工商职业技术学院热作系 广州 510507；2.中南林业科技大学机电工程学院 长沙 410004；3.广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

罗非鱼干燥加工技术的研究进展

尹凯丹1，刘 军2，3，龚 丽3，龙成树3，李秀平1，张艳来2，3※

（1.广东农工商职业技术学院热作系 广州 510507；2.中南林业科技大学机电工程学院 长沙 410004；3.广东省现代农业装备研究所，广州 510630）

干燥是罗非鱼加工的重要方法之一。罗非鱼干制食品在营养、色泽、风味等方面都能够满足消费者的要求，而且容易保存，广受消费者喜爱。罗非鱼干燥加工采用的主要技术有：热风干燥（HAD）、热泵干燥（HPD）、真空冷冻干燥（VFD）、真空微波干燥（VMD）、超临界CO2干燥以及组合干燥（CD)等。本文将论述近年来罗非鱼干燥加工技术的类型及优缺点、研究进展、应用现状和发展趋势。

罗非鱼 干燥 加工 节能 研究进展

0 引言

我国已成为罗非鱼养殖和生产的第一大国，近10年来其产量以平均每年14.75%左右的速度递增，产量约占全球的1/3，稳居世界首位[1]，罗非鱼是当前我国重要的淡水养殖品种之一，也是最具国际竞争力和产业化前景的淡水鱼品种之一[2]。罗非鱼具有生长速度快、肉质好、产量高、繁殖快特点，而成为世界性的养殖鱼类，经济价值较高，也被誉为未来动物性蛋白质的主要来源之一，营养丰富，味道鲜美等优点。由于罗非鱼含水量大约在70%左右，容易腐烂变质，为了保持罗非鱼肉质的品质，必须采取有效的加工技术和合理的储藏加工处理[3]。目前，罗非鱼的储藏加工方式主要是干燥加工和冷冻加工。冷冻加工比较简单，但设备初期投入较大，后期运输成本也比较高。而干燥加工是水产品保藏的传统的常用技术，也是水产品加工过程的重要工序之一。干燥是极其复杂的工艺过程[3-6]，国内外关于罗非鱼的干燥方法研究，主要包括：热风干燥（HAD）[7-12]、热泵干燥（HPD）[13-20]、真空冷冻干燥（VFD）[21，22]、真空微波干燥（VMD）[23-25]、超临界CO2干燥[26，27]、组合干燥（CD）[28-36]等。每一种干燥方式都有自身的优缺点，没有任何干燥方式能够满足产品的各方面技术要求。本文主要分析了罗非鱼干燥技术的特点，并提出了罗非鱼干燥加工技术将来的发展趋势，旨在促进我国罗非鱼深加工技术研究及发展。

1 罗非鱼加工中的干燥方式及特点

1.1 热风干燥

热风干燥是传统的水产品干燥方式，其设备投入少、操作简单，适合于对产品质量要求不严格场合。在干燥过程中，罗非鱼容易引起组织破坏、引起脂肪氧化、美拉德褐变、收缩较大等缺陷，

造成鱼干品复水率、复原率低下，硬度增加，弹性减小[6]。

热风干燥同时存在热和物质两方面的传递过程，存在温度梯度和水分蒸汽压梯度，温度是外层高，内部低，而水分蒸汽压和温度梯度恰好相反。罗非鱼的热风干燥工艺及设备已经有大量的学者开展了研究工作[6-12]。段振东[7]等通过研究建立了罗非鱼薄层热风干燥模型，同时，通过实验以及模型研究，获得薄层干燥过程中单位能耗降湿量最低为423.4g/kW·h，最高为1 147.7 g/kW·h，干燥能耗降湿量与每批干燥罗非鱼量成反比。通过罗非鱼片热风干燥过程实验研究得出，干燥过程是非恒速干燥过程，前期是快速干燥过程，到后期才近似恒速干燥。在40～60℃的热风温度干燥情况下，对干燥速度影响的主要因素是鱼片厚度，而不是干燥热风温度；在热风温度一定的情况下，给定厚度的罗非鱼片的热风干燥对鱼片主要成分粗蛋白质含量的影响，随加热时间的延长而下降[8]。

1.2 热泵干燥

在干燥机理上，热泵干燥也是热风干燥，都是通过热风对物料进行干燥的过程，只是在热源提供方式是采用热泵技术实现的。热泵技术是基于以少量高质能源（机械能、电能）或高温能源消耗为代价，吸收其它媒质中的低质热能，在冷凝器中经过冷凝释放出高质热能，提高低质能源的品质，从而有效地提高了能源的利用效率，这对缓解能源紧张具有重要意义。罗非鱼热泵干燥设备是热泵技术发展起来的一种新型干燥设备，具有能源利用率高、干燥品质高、无环境污染等优点，而且容易实现自动控制，特别对热敏性富含营养成分的海产品，可保证不破坏原有的营养物质，提高产品的附加值[14，25]。其高效节能、无污染的特点已被国内外的各种产品干燥实践所证实[13-20]。但是，受热泵循环工质的限制，升温范围有限，现在主要应用在干燥温度70℃以下条件下[18，19]。刘兰[13]等对罗非鱼的热泵干燥时间与品质的关系开展了系统的研究，陈娇娇[12]、胡光华[15]等开展了罗非鱼热泵干燥温度与品质的研究，得到干燥温度、干燥时间以及其他因素对干燥品质的影响规律。王秀芝[14]开展了罗非鱼热泵干燥过程模型及其干燥工艺研究，建立了数学模型。

1.3 真空冷冻干燥

真空冷冻干燥（也称升华干燥），其原理是将材料在低温(-10～50℃)下冻结成固，使其含有的水分变成冰块，然后在低压真空的情况下，使冰不溶解成水，直接升华而达到去水干燥的目的。真空冷冻干燥过程是在冷冻的情况下完成的，所以，干燥后的成品收缩率小，物料空隙均匀，复水性好，营养成分不会被破坏，产品品质优异。到目前为止，真空冷冻干燥工艺是干燥效果最好的方法之一，能最大限度地保持产品的色、味、香、型。但是，与其它干燥技术相比，真空冷冻干燥设备投资大，能耗高，连续化生产能力差，干燥成本较高，仅适合高价值和高附加值产品的干燥，限制了该技术的快速发展。

李敏[21]、叶彪[22]等采用正交试验方法分析了物料厚度、加热板温度、预冷温度、真空压力对罗非鱼冷冻干燥时间及能耗的影响。真空冷冻过程中，冻干过程分为两个阶段∶升华干燥和解析干燥。冷冻干燥后的罗非鱼形状变化很小，冻结温度越低，冻结速率快，鱼片中形成的晶核数量就越多，晶粒也就越细，并确定了冰点约在-6℃。在冻干过程中，物料中心温度先快后慢地上升，在温度达到6℃前，大部分冰晶完成升华，即升华冻干结束，然后进入解析干燥过程。各参数对升华能耗影响顺序为预冷温度、物料厚度、加热板温度、真空压力，单位厚度冷冻干燥能耗为0.43 kW·h/mm。

1.4 真空微波干燥

真空微波干燥是在一定的真空度下采用微波对物料进行干燥处理的方式。与传统的干燥方式比较，微波是从内部向外部对物料加热，具有加热快、热效率高、安全无害、产品品质好等优点。微波热效率可以达到80%以上，这是传统干燥方式无法达到的。在真空微波干燥过程中，由于物料处在一定的真空度环境下，降低了物料中的水分气化温度，增加了干燥速度，同时也减少干燥环境中的含氧量，降低了物料的氧化过程，提高干制品的品质。真空

微波干燥非常适合容易氧化、需要快速干燥的物料。杨毅[23，24]等对罗非鱼真空微波干燥特性及动力学开展了研究，研究结果表明：增大微波功率可以提高干燥速率；真空度的增加能降低罗非鱼最终的水分含量；在高真空度下，微波功率变化对干燥速率的影响不明显，并证明Page模型[24]与罗非鱼真空微波干燥有良好的拟合。

1.5 超临界CO2干燥

超临界CO2干燥是利用超临界CO2流体这种特殊性质开发的一种新型干燥方法，是超临界萃取和干燥技术的相互结合[21]，主要应用于化工行业，在农产品干燥中研究得很少。超临界CO2干燥具有如下特点：①CO2临界温度为31.26℃，临界压力为72.9×105Pa，临界点温度底，因此临界条件容易达到；②在超临界条件下，CO2的气液界面消失，表面张力消失，因此，因毛细管表面张力作用而导致的被干燥物料微观结构的改变也就不存在，被干燥物干燥后多孔结构保存完好；③干燥温度较低，有效地防止热敏性成分的氧化，能最大程度地保留食品的营养成分；④CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好，而且能耗较少，节约成本，符合环保节能的潮流；⑤最大的缺点就是超临界方法设备昂贵，操作复杂，

刘书成[26，27]等对罗非鱼的超临界CO2干燥方法开展了动力学及模型方面的研究，确定了温度、压力和CO2流量对超临界CO2罗非鱼干燥动力学的影响，拟合了干燥曲线方程。实验结果：温度（35～55℃）对罗非鱼的超临界CO2干燥过程有显著影响，而压力和CO2流量（15～35 L/h）对干燥过程的影响较小；Page模型适合罗非鱼的超临界CO2干燥，模拟结果与试验结果的相对误差为4.8%[21]。通过对干燥过程的分析和假设，建立超临界CO2干燥罗非鱼的传质数学模型，溶质的传质以对流扩散为主，而以轴向扩散为辅。试验验证表明，数值模拟值与试验值拟合良好（R2=0.97），相对偏差在±10%以内[27]。

1.6 组合干燥

组合干燥又称联合干燥，是指根据物料的性质，将2种或2种以上的干燥方式相结合，完成干燥作业[32]，这是现有各单一干燥方式结合而成的干燥技术。可以利用不同干燥方式的优点，进行优势互补，从而达到所需要的目的（如降低能耗并提高品质、提高效率并保证品质等）。罗非鱼组合式干燥方式主要有以下几种。

1.6.1 太阳能-热泵组合干燥

太阳能干燥是一种绿色环保的干燥技术，在农产品中有广泛的应用。但是在罗非鱼干燥的相关文献中，还没有看到单一采用太阳能技术的，都是采用太阳能和其它干燥方式相结合[28-31]完成罗非鱼的干燥。这主要是由物料本身的特点造成的，因为控制不好干燥条件和坏境，罗非鱼容易变质腐烂。太阳能-热泵组合干燥是利用太阳能干燥、热泵干燥及热风干燥的各自优点而组合于一体的干燥模式，在农产品及水产品中都有广泛应用[31]。太阳能干燥最大优点是节能环保，但其间歇性和不稳定性是其最大的缺陷，与热泵相结合，能很好地弥补了各自的缺点。郭胜兰[28]开展了罗非鱼的太阳能/热泵联合干燥装置及干燥过程、特性的系统研究，获得了干燥曲线。研究结果表明：在干燥前期，采用热泵干燥，可提高产品品质及提高干燥速度。

1.6.2 热风-微波组合式干燥

热风-微波组合式干燥在谷类、果蔬、油料、中草药等物料中有大量的应用研究，但是在水产品干燥中应用较少[32]。段振华[32]等开展了罗非鱼片的热风/微波复合干燥的动力学研究。罗非鱼首先经过40℃热风干燥1.0～1.5 h，排除表面及表层的大量水分后，采用不同功率的微波和热风同时进行干燥。比较不同热风初步干燥的鱼片在不同微波功率下的含水量的变化，获得热风加热时间对热风微波复合干燥鱼片的水分含量变化的影响规律，建立了先热风后微波的热风微波干燥工艺及干燥速率与干燥时间的关系。Zhen-hua Duan[33]等通过研究，得出罗非鱼热风微波复合干燥可以提高干燥品质和缩短干燥时间，热风温度对产品的收缩率和复水率的影响显著，热风温度增加收缩率和复水率也随着增加；前期预处理的热风干燥温度越低，复水率增加越多。

1.6.3 热泵-微波组合式干燥

热泵-微波组合式干燥实质是热风干燥和微波干燥组合，只是热风由热泵来提供，既具有低温热风干燥和微波干燥的特点，又具有热泵干燥的优势和节能特点，因此，这种干燥方式越来引起研究者的广泛关注[34-36]。关志强[34]等通过热泵微波联合干燥研究，讨论了干燥温度、风速、微波干燥时间、微波功率对罗非鱼片含水率、产品复水率及表观品质的影响，确定了热泵-微波联合干燥的转换点的含水率。实验结果表明：在前期热泵干燥过程中，为获得好的品质，应采用低温干燥方式，即热泵干燥温度35℃，热泵干燥风速3.0 m/s；后期微波干燥阶段，采取间歇干燥，微波干燥功率为252 W，单次干燥、单次间歇时间均为1 min。当罗非鱼片热泵干燥至40%含水率时，以这一水分点作为热泵-微波联合干燥转换时的含水率。关志强[33，34]以干燥能耗和产品复水率为目标，用热泵干燥温度、转换点含水率和微波功率为自变量，采用三因素三水平组合响应面实验分析法，获得回归模型。实验结果：基于能耗最小的优化参数为热泵干燥温度34.34℃，转换点含水率42.12%，微波功率131.69 W；基于复水率最大的优化参数为热泵干燥温度33.87℃，转换点含水率30%，微波功率201.43 W。

1.7 其它干燥方式

冰温干燥是一种新型的干燥方式，20世纪70年代，日本学者山根昭美博士提出冰温贮藏技术，并率先提出了冰温干燥这一概念[37]。冰温是指处在冷却与冻结中间的温度带，是零度至冻结点以上的未冻结温度区域[38]。目前，国内刚刚开始研究冰温干燥技术，而关于罗非鱼片冰温干燥的研究更少，只看到上海海洋大学庞文燕[38]对罗非鱼冰温干燥开展了研究工作。探索不同真空压力对冰温干燥品质的影响，利用冰温真空干燥装置，探索不同真空压力（700～800，1 300～1 400，1 900～2 000 Pa）下，对罗非鱼片的干燥速率、复水率、色泽、K值（反映水产品初期鲜度变化以及风味有关的生化指标）、游离氨基酸等指标进行实验研究。结果表明，真空压力低，干燥速度快，同时，物料的残余含水率低；冰温干燥过程对鲜度指标K值和复水率的影响较小；真空压力对游离氨基酸含量有显著性影响，真空压力通过物料残余含水率的大小和干燥速率直接影响了游离氨基酸的含量。并得到1 900～2 000 Pa真空压力下的游离氨基酸总量最高，有利于保持罗非鱼片的鲜美滋味。

李敏[39]采用热泵干燥技术工艺，结合冷冻过程的特点，将冻结工序渗透到热泵干燥工艺环节中，采用干冷互换的干燥工艺改善罗非鱼的干燥性能，以剩余含水率和复水率为实验指标开展实验研究。结果表明在相同的干燥时间内，加入冷冻干燥环节能相应降低鱼片的剩余含水率，提高产品的复水性能。冷冻时间间隔和冷冻的温度对剩余含水率和复水率产生影响，在其实验的范围内，当冷冻时间间隔为4 h，冷冻温度为-35℃时，样品的剩余含水率较低，复水率较高。

2 罗非鱼干燥现存问题及发展趋势

干燥是去除水分的有效方式之一，也是能耗较大的工业过程。在发达国家，干燥过程能耗占全部能耗的12%左右[34]。在注重食品健康安全、质量以及提倡节能减排的今天，随着人们生活水平的提高，水产品产品加工干燥的品质和质量越来越被重视。因此，罗非鱼的干燥技术及工艺也有了新的变化，正朝着高品质、低能耗方向发展。罗非鱼干燥过程一般采用联合式干燥工艺，利用不同干燥方式的优点，弥补各自的缺陷，在保证产品品质的条件下，尽可能减少能源的消耗，减少生产成本，获得最佳的生产效益。

从节约能源、改善产品质量、改善干燥环境方面考虑，热泵干燥无疑是最佳的选择，该干燥技术采用相对低的温度下，这对蛋白质含量，营养成分容易被高温破坏的罗非鱼进行干燥而言具有重要的现实意义。为了进一步提高热泵干燥系统的效能和干燥产品的质量，模块化、自动化、联合式或多干燥室的干燥系统将是热泵干燥技术的主要发展方向，特别是新型制冷剂热泵技术的发展为其提供了更广阔的发展空进。

真空冷冻干燥是对罗非鱼营养成分破坏最少的

方式之一，能最大限度保持产品原有营养成分和表观特征，氧化变质小，不会使易挥发的热敏性成分变性或失去活力。被冷冻干燥的罗非鱼形成“骨架”结构，内部呈疏松多孔的海绵结构且干燥后保持原形，因此，复水性极好，其色泽、品质与鲜品基本相同。但是，单位产品干燥的设备庞大，生产周期长，效率较低，能耗高，生产成本相对较高，制约了该技术推广应用。

微波干燥具有介电加热特性，将传统的从表到里的加热方式，改为里外同时加热，使干燥物料瞬间干燥、快速升温。这种新技术具有加热均匀、加热速度快、干燥强度大、生产效率高、易瞬时控制、节能高效、安全无害等特点，以及干燥后质量高的优点，使其在海产品加工中得到日益广泛的应用。但是，在罗非鱼干燥过程中，很少单一使用该技术，一般都是结合其它干燥方式一起对罗非鱼干燥，比如：热风微波干燥、真空微波干燥、热泵与微波结合干燥等，从而提高能源的利用效率，改善罗非鱼的品质，并且提高生产效率，降低生产成本。

在实际生产应用中，采用单一方式对罗非鱼干燥技术主要是采用热风或热泵，而其它形式的干燥方式很少单独采用，都是采用各种干燥方式组合。组合式干燥方式也是现在干燥技术发展的主要方向之一。利用不同干燥工艺手段，采取优势互补，取长补短，可以获得很好的干燥效果以及达到节能减排的目的。但是，联合干燥的模式及要求不同，各工艺间的协调、工艺参数及干燥转换点的确定、机理及合理模型建立都需要大量的实验经行验证，因此，罗非鱼组合式干燥研究将是主要的研究方向之一。同时，为了改善罗非鱼干燥效果及品质，对各种干燥机理的研究也是主要方向之一[40，41]。

3 结论

干燥技术是一门交叉科学，涉及的知识多，应用的领域很广泛。罗非鱼干燥涉及物料的理化特性及产品的性质，传热、传质、流体力学和空气动力学等能量传递理论，以及不同的干燥处理手段的特点和实用性能等方面的内容。干燥过程要同时考虑3项基本技术指标，即干燥操作要保证产品品质和质量，干燥作业对环境无污染，干燥过程要尽量节能及降低生产成本。罗非鱼的干燥技术研究也主要围绕这几方面展开的。基础理论研究主要围绕产品质量的提高和工艺的改进，实际应用的研究主要在基础理论研究的基础上，更注重节能环保和降低成本[42-44]。因此，为了满足生产实际的需要，组合式干燥方式的研究是目前研究的一个热点。通过几种干燥方式的优势互补，分阶段或同时进行物料的联合干燥已经成为一种趋势[45]。但联合干燥的干燥工艺、工艺参数以及干燥转换点的确定、机理研究、合理的模型建立还需要大量的实验工作，这是罗非鱼干燥的一个发展方向。因此，开展干燥工艺及设备的深入研究，对提高罗非鱼的加工水平，促进我国渔业经济发展具有重要意义。

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Research Progress on Drying Technology of Tilapia

Yin Kaidan1，Liu Jun2，3,Gong Li3,Long Chengshu3,Li Xiuping1,Zhang Yanlai2，3※
(1.Guangdong AIB Polytechnic College,Tropical crops department，Guangzhou 510507; 2.College of Mechanical and Electrical Engineering,Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004; 3.Guangdong Agricultural Machinery Research Institute,Guangzhou 510630)

Drying is one of the important methods of tilapia processing.Dried tilapia is easy to save and meet the requirements of consumers in nutrition,color,flavor,etc.The common technology used in drying tilapia are∶hot air drying(HAD),the heat pump drying(HPD),vacuum freeze drying(VFD),vacuum microwave drying (VMD),supercritical CO2drying and combined drying(CD)and so on.The dry processing technology of the tilapia will be discussed advantages and disadvantages of various types in recent years.And introduced research progress,application status and development trend.

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尹凯丹（1966-），女，吉林省延吉市人，副教授。主要研究方向：农产品质量检测，农产品加工储藏等。Email：yinkaidan@163.com.

※通信作者：张艳来（1970-），男，黑龙江绥棱人，博士，副教授，硕士生导师。主要研究方向：干燥技术、农产品加工储藏、过程节能、强化传热、储能蓄热、太阳能光热利用等。E-mail:ceylzhang@scut.edu.cn.