响应面法设计牡蛎分段式变温热风干燥工艺*

吴群芳，苏国成，2，周常义，2

1(集美大学食品与生物工程学院，福建 厦门，361021)2(厦门市食品科技研发检测中心，福建厦门，361021)

鲜牡蛎含水量高，肉质柔嫩，营养丰富，在生产、运输和销售链中，极易受到微生物、外部环境等众多不利因子的影响，造成产品在色泽、感官以及营养成分上发生劣变，甚至导致食品腐败变质，失去食用价值［1］。关于牡蛎的加工方法，最常用的是热风干燥，牡蛎在热风干燥过程中，会发生组织、物理化学方面的变化，并且由于鲜牡蛎中含有较高的蛋白质，糖元，脂肪等［2］，所以干燥过程中因素控制对干牡蛎的营养、色泽、风味、质构等方面有着重要影响。在牡蛎热风干燥过程中，如果干燥参数选择不当，牡蛎干制品会出现不同程度的感官品质变坏，其营养及经济价值降低。为了取获外观完整，色泽诱人，风味可口，营养丰富的牡蛎干制品，有必要对牡蛎的热风干燥工艺进行优化。

分段式变温干燥是物料在干燥过程中，根据物料的特点，分段控制干燥温度，以提高干燥效率，改善干制品品质。对于分段式变温干燥，关键在于干燥过程中温度和水分含量转换点，该技术的应用已非常广泛［3-6］。本实验采用先高温后低温的分段式变温干燥方式，研究其对干燥速率及品质的影响，确定较优的工艺参数。

1 材料与方法

1.1 试验材料

去壳鲜僧帽牡蛎，购于福建厦门市集美农贸市场。去壳后质量为(7.10±1.10)g/个。

1.2 主要仪器设备

分析天平(FA10004N)，上海精密科学仪器有限公司;电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9146A)，上海精宏实验设备有限公司;数控超声波清洗器(KH5200DV)，昆山禾创超声仪器有限公司;数显恒温水浴锅(HH-4)，国华电器有限公司;色差计(WSC-S)，上海精密科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 预处理

新鲜的牡蛎，用流动的水清洗，沥干。在质量分数3%的盐水中煮制3 min捞出沥干。

1.3.2 热风干燥试验方法

本试验采用响应面实验设计，对牡蛎进行分段式变温热风干燥来优化干制工艺。以第一阶段干燥温度、水分转换点以及第二阶段干燥温度3个因素，进行3因素3水平响应面实验(表1)。在进行干燥试验时，每隔1 h对牡蛎进行称量，依次记录牡蛎的质量变化情况，直到干燥到最终湿基含水量为20%，迅速取出放在干燥器中冷却，然后放入保鲜袋中贮存，然后进行下一组试验。每组试验重复3次。

表1 分段式干燥参数的设定Table 1 Setting parameters of stage-changed drying

1.3.3 试验指标的测定

1.3.3.1 感官评价

挑选10名具有一定干制品品尝经验感官评定人员，对每组热风干燥后干牡蛎进行感官评分，结果取平均分［7］。按照牡蛎干国标GB/T 26940-2011的标准进行感官评分，感官具体内容见表2，满分30分。

表2 感官评分标准表Table 2 Sensory grading standard

1.3.3.2 干燥速率(DR)

根据试验数据计算出平均干燥速率［(d.b.%)/h］以干基［8］计算。数值越大表明干越快。

式中:DR为干燥过程中时间在t1和t2之间的牡蛎干燥速率(%/h);Mt1表示在干燥时间为t1时牡蛎的干基含水率(g/g);Mt2表示在干燥时间为t2时牡蛎的干基含水率(g/g)。

1.3.3.3 综合指标

综合考虑感官评价和干燥速率指标，采用评价函数法将2指标转化为单目标优化问题。2指标优化时尽量取最大值。为平衡各指标的量级和量纲，先采用线性型功效系数法［9］进行规范化，再用线性加权法，构造评价函数，因认为各目标分量同样重要，故采用平权处理，取 α1=0.5，α2=0.5。Y1，Y2分别是感官评价值和干燥速率，评价函数为:

1.3.3.4 复水率测定［10］

将不同温度下干燥的干牡蛎置于60℃水中做复水试验，60 min后取出沥干表面水分，每组试验重复3次，取平均值。复水率计算公式:

式(3)中:R，复水率;m2，干牡蛎复水后沥干水分的质量，g;m1，干牡蛎的质量，g。

1.3.3.5 色值的测定［11］

每一个温度下的干制品取3份样品，记录各温度下干燥的干牡蛎L*、a*、b*值，对每份样品不同部位进行3次平行测定，取其平均值。

其中，L*值表示明度，数值从0～100表示颜色由黑到白;a*值和b*值表示颜色的彩度，+a*表示红色，-a*表示绿色+b*表示黄色，-b*表示蓝色，颜色值的大小表示色调的强弱程度。

1.3.4 数据处理

利用统计软件Minitab15进行模型求解和方差分析，响应面图形釆用Design Expert 7.1.3软件绘制。

2 结果与分析

2.1 响应面法优化热风联合干燥试验结果

为了探讨各参数对牡蛎热风干燥性能的影响，确定最优干燥工艺参数，进行了3因素3水平的Box-Behnken优化试验设计，以综合指标为试验指标进行优化。试验设计和结果见表3。

表3 响应面法设计与实验结果Table 3 Design and experimental results of RSM

2.2 实验结果模型的建立

用Minitab15软件对试验数据进行回归分析，并剔去影响不显著因素后，得以下方程:

2.3 模型检验

对回归方程进行方差分析和显著性，结果见表4，建立的模型具有较高的总决定系数R2=0.984 1，说明二次回归方程与试验结果具有较好的拟合度，综合评定指标与全体自变量之间的关系高度显著，且误差项较小。

表4 方程回归系数及显著性检验Table 4 Coefficients and test for regression equation

2.4 模型分析及最佳联合干燥条件的确定

分别将第一阶段干燥温度X1，水分转换点X2，第二阶段干燥温度X3三个中的一个因素固定在0水平，根据上述回归方程(4)做出响应面分析图和等高线图，如图1～图3所示。

图1 第一阶段干燥温度和水分转换点对综合评分的影响Fig.1 The effect of the first phase temperature and moisture content conversion point on the influence of comprehensive score

图1～图3中直观地反映了各因素对响应值的影响，由响应面图可以看出取值最优点在三维立体图的中心，等高线图取极值的条件在圆心处。由响应面模型可得出牡蛎联合干燥的最佳条件为:干燥第一阶段(X1=75.25℃)，水分转换点(X2=25.5%)和干燥第二阶段(X3=43.80℃)，该条件下模型的综合指标为0.977。考虑到实际操作可行性，将最佳干燥条件修正为:干燥第一阶段(X1=75℃)水分转换点(X2=25%)和干燥第二阶段为(X3=44℃)。胡光华［12］等对罗非鱼变温干燥的研究也证实了变温干燥具有可行性，能提高干燥速度，改善干制品品质。

图2 第一阶段干燥温度和第二阶段干燥温度对综合评分的影响Fig.2 The effect of the first phase temperature and second phase temperature on the influence of the comprehensive score

图3 水分转换点和第二阶段干燥温度对综合评分的影响Fig.3 The effect of the moisture content conversion point and second phase temperature on the influence of the comprehensive score

2.5 热风分段式干燥与单一温度干燥的品质比较

2.5.1 复水率

由表5可得，在60℃热风温度干燥条件所得的干牡蛎复水率最低，复水性能最差，与其他3组复水效果差异明显。70℃和80℃热风干制所得牡蛎干的复水性能相当，差异不明显。热风干燥温度由60℃升高到80℃，复水率值也逐步增大;但与组合干燥方式相比，复水增重率降低。过高的温度有可能使蛋白质变性，从而造成复水增重率的降低。复水效果最好的是热风分段式干燥所得的干牡蛎，这与张国琛［13］等对扇贝柱的热风研究结果相似，在恒温干燥的条件下，小于55℃时，扇贝柱的复水率最高;而采用变温干燥的方法，先在70℃热风温度下干燥一段时间(3～4 h)，后期再将温度降至55℃以下干燥到结束，可显著提高干燥速率，且复水率好。原因是分段温度干燥方式对干制品的组织结构破坏较小，复水时能较好地恢复原状。

表5 不同干燥方式牡蛎干复水率测定结果Table 5 Rehydration ratio of dried oyster with different drying ways

2.5.2 色差值

色泽是干制品的一个重要指标之一，牡蛎在干燥过程中发生直观最明显的变化是颜色的差异。由表6可知，采用不同干燥方式干燥的干牡蛎，颜色差异较明显，特别是亮度指标L*值，L*值越大，表明干牡蛎表明越光泽，亮度好。由表可知组合干燥的牡蛎干亮度最好。a*和b*值在4种热风干燥条件下显著性差异不是很明显，都是偏黄绿。此结果与祁兴普［14］等对白鲢鱼肉粒热风干燥的结果相似，随着温度的升高，干制品的亮度下降。

表6 不同干燥方式牡蛎干色差值测定结果Table 6 Chromatic aberration of dried oyster with different drying ways

3 结论

(1)在牡蛎热风干燥试验中，以第一阶段干燥温度(X1)、水分转换点(X2)及第二阶段干燥温度(X3)3个因素，进行三因素三水平响应面实验。采用各组热风干燥后干牡蛎的综合评分为指标建立了工艺组合模型，方程为。

(2)釆用design expert7.1.3软件以综合评分为指标绘制响应面图，得到的最佳干燥条件为干燥第一阶段(X1=75℃)水分转换点(X2=25%)和干燥第二阶段为(X3=44℃)。所得干制品的复水率、色差值比单一温度热风干燥条件处理的效果好。

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