基于变异系数权重法评价三种干燥方法对牡蛎干品质的影响

牛改改,游 刚,*,王 培,张自然,郭德军,林秋丽

(1.北部湾大学食品工程学院,广西钦州 535011;2.广西高校北部湾特色海产品资源开发与高值化利用重点实验室,北部湾大学,广西钦州 535011)

牡蛎(Ostreagigasthunberg),俗称蚝,味道鲜美、营养丰富,富含蛋白质、多糖、牛磺酸及微量元素[1]。牡蛎肉水分含量较高,且营养丰富,易滋生微生物而导致腐败变质,因此,需对牡蛎进行保鲜或一定的加工处理。牡蛎常见的加工产品有冷冻牡蛎肉、干制品、蚝油、罐头等,其中干燥是牡蛎加工的常用方法之一,可降低牡蛎中的水分活度,抑制微生物的生长,延长货架期。牡蛎干燥的传统方法是日晒和热风干燥;日晒耗时长、不易控制且产品品质较低[2]。鼓风干燥由于干燥温度相对较高,易使产品表面产生硬壳等干燥效应,内部水分难以扩散出来,造成干燥不均匀[2],同时干燥中会发生褐变、脂肪氧化等反应,使食品品质下降。近年来真空干燥、真空冷冻干燥技术逐步应用于水产品加工[2]。真空干燥是使样品在真空状态下加热,组织内部的水分由内外压差推动而扩散到表面,进而被真空泵抽走,达到干燥目的[3];该方法传热均匀、低温快速,且能较好保留产品的营养成分与风味。真空冷冻干燥是在低压状态下,将预先冻结到共晶点温度以下的食品中的水分,由固态冰直接升华成气态水蒸气,进而达到脱水的目的[4];该方法适用于热敏性高、极易氧化的样品;真空冷冻干燥制得的干制品内部呈疏松多孔的海绵结构,复水性能好,可充分保留食品的色、香、味及形态,提高产品的质量。

研究表明,干燥处理制得的水产品风味独特,口感较好[5],但干制品的风味和品质均受不同干燥方法影响:如Akonor等[6]的研究发现不同干燥方法对虾肉物理特性和营养品质各项指标的影响不同;刘书成等[7]研究了3种干燥方法(热风干燥、真空冷冻干燥、超临界CO2干燥)对罗非鱼片品质的影响,结果表明超临界 CO2干燥适合罗非鱼片的工业化生产;金洋等[8]针对不同干燥方法对乌贼品质的影响进行了研究,发现真空冷冻干燥乌贼在色泽、收缩率和复水率方面优于热风干燥,在风味和质构特性方面较差;Sivashanthini等[9]的研究发现热风干燥较传统日晒制得的康氏似鲹具有较好的感官特性和较长的货架期;李书红等[10]研究了4种干燥方法对扇贝柱品质的影响,结果显示烘箱干燥适合干制即食扇贝柱产品;以上研究均是探讨不同干燥方法对水产品品质指标变化(如色泽、感官、质构特性等)的影响,未将各指标通过变异系数权重法来综合评价不同干燥方式。

变异系数权重法是一种客观赋权的方法,直接利用各项指标所包含的信息计算得到指标的权重[11]。当评价体系中指标较多,且各项指标的量纲不同时,不易直接比较其差别程度,为了消除量纲,则需要将标准化的数据通过加权平均的方法进行综合评价。

实验选用鼓风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥3种干燥方法处理牡蛎,并以营养成分、色泽、复水率、质构、生产周期、能耗和感官评价为指标,通过变异系数权重法对3种干制品的品质进行综合评价,以期为牡蛎干制品的生产技术选择提供理论依据,同时为变异系数权重法在食品品质评价中的应用及发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

去壳新鲜牡蛎 个体大小相近,每个质量(60±5) g,初始含水率为78.27%±1.50%,购自钦州市东风市场;石油醚、浓盐酸、蒽酮、浓硫酸、硼酸、氢氧化钠、碘化钾、葡萄糖、无水乙醇等 均为分析纯。

DHG-9070A鼓风干燥箱 苏州纳美瑞电子科技有限公司;YZF-6250真空干燥箱 上海姚氏仪器设备厂;FD-1A-50真空冷冻干燥机 上海比朗仪器制造有限公司;CSY-R肉类水分快速测定仪 深圳市芬析仪器制造有限公司;Kjeltec2300全自动定氮分析仪、Soxtec2050全自动脂肪测定仪 瑞士FOSS公司;TU-1810紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;CS-280分光色差仪 杭州彩谱科技有限公司;CT3质构仪 美国Brookfield公司。

1.2 实验方法

1.2.1 牡蛎预处理 将新鲜去壳牡蛎置于5% NaCl溶液中煮制3 min后,捞出沥干。在不同干燥方法下干燥至水分含量为16%±1%。

1.2.2 干燥工艺 鼓风干燥:将预处理过的牡蛎平铺于鼓风干燥箱中,干燥温度70 ℃,风速为1.5 m/s,干燥5 h,使其水分含量为16%±1%。

真空干燥:将预处理过的牡蛎平铺于真空干燥箱中,干燥温度70 ℃,真空度为0.08 MPa,干燥8 h,使其水分含量为16%±1%。

真空冷冻干燥:将预处理过的牡蛎于-20 ℃冰柜中预冻后,置于真空冷冻干燥室,干燥温度为-50 ℃,真空度为10 Pa,干燥48 h,使其水分含量为16%±1%。

干燥后的样品分别真空包装后,贴上标签,恒温25 ℃保藏待用。

1.2.3 营养成分的测定 水分含量测定采用直接干燥法,参考GB/T 5009.3-2016;粗灰分含量测定采用灼烧称重法,参考GB/T 5009.4-2016;粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法,参考GB/T 5009.5-2016;粗脂肪含量测定采用索氏抽提法,参考GB/T 5009.6-2016;总糖含量测定采用蒽酮比色法[12]。

1.2.4 色差测定 取大小相似质量相近的新鲜牡蛎及牡蛎干,对样品的同一部位依次使用分光色差仪进行测定,并记录其L*值(亮度)、a*值(红绿值,负值为绿色,正值为红色)和b*值(黄蓝值,负值为蓝色,正值为黄色),每个样品测定3次,结果取平均值。ΔE*表示牡蛎干制品与新鲜牡蛎之间的色差,色差越大,表明干燥对样品色泽的影响越大,其计算方法[13]如式(1)所示。

ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

式(1)

1.2.5 复水率的测定 牡蛎干复水率的测定参考余炼等[14]的方法,并稍作修改。将干燥后的样品(m2)置于40 ℃的恒温水浴锅中复水40 min,捞出沥干表面水分,称重(m1),复水率可通过式(2)计算:

式(2)

1.2.6 质构的测定 采用CT3质构仪的TPA模式在室温下测定新鲜牡蛎与复水牡蛎干的弹性、硬度、咀嚼性与胶着性。选用TA11/1000探头,预测试的速度2 mm/s,测中的速度1 mm/s,测后的速度1 mm/s,压缩比50%;同一条件取3个样品分别测定,结果取平均值。

1.2.7 感官评定 参照GB/T 26940-2011制定牡蛎干的感官评定标准,如表1所示。测试采用10分制,请经过培训且感官评定经验丰富的5名学生(3男2女)和5名教师(3女2男)分别对牡蛎干的外观色泽、组织形态和气味进行评定,结果取平均值。

表1 牡蛎干感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of dried oysters

1.2.8 干燥能耗的测定 干燥能耗N(kJ/kg)指每干燥一个单位质量水分所消耗的能量,其计算方法[11]如式(3)所示:

式(3)

式中:P为干燥功率,kW;t为干燥时间,h;m1为脱去水分的质量,kg。

m1的计算方法[11]见式(4),其中m为干制品质量,kg;C1为鲜样水分含量,%;C2为干制品水分含量,%;

式(4)

1.2.9 牡蛎干品质的综合评价方法 参考周禹含等[15]和李宝玉[16]的方法,并稍作修改,综合评价不同干燥方法制得的牡蛎干品质。采用变异系数法确定牡蛎干各项指标的权重系数,将标准化的数据通过加权平均的方法得出牡蛎干的综合评分。指标的变异系数采用式(5)计算:

式(5)

各项指标的权重采用式(6)计算:

式(6)

式中:Wi-第i项指标的权重值;Vi-第i项指标的变异系数。

采用Z-score标准化法将各项指标的数据进行标准化处理,按式(7)计算:

式(7)

a*值、b*值、ΔE*值、硬度、咀嚼性、胶着性与干燥能耗的指标为逆指标,标准化后需将正负号对调。将各指标标准化后的数据分别与权重相乘后,计算总和,得到3种干燥方法的综合评分。

综合评分M的计算公式(8)为:

M=W1×A+W2×P+W3×F+W4×TS+W5×L+W6×a+W7×b+W8×ΔE+W9×R+W10×H+W11×E+ W12×C+W13×A+W14×S+ W15×EC

式(8)

式中:W1～W15分别为15项指标的权重值;A为灰分(Ash)百分含量;P为蛋白质(Protein)百分含量;F为脂肪(Fat)百分含量;TS为总糖(Total sugar)百分含量;L为色泽亮度;a为红度;b为黄度;ΔE为色差;R为复水率(Rehydration rate);H为硬度(Hardness);E为弹性(Elasticity);C为咀嚼性(Chewability);A为胶着性(Adhesive);S为感官评分(Sensory score);EC为能耗(Energy consumption)。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析,统计值使用平均值±标准差(X±S)表示;采用Duncan多重比较进行差异显著性分析,显著性水平为p<0.05;采用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方法对牡蛎干营养成分的影响

不同干燥方法制得的牡蛎干营养成分含量如图1所示。3种干燥方法制得的牡蛎干水分含量为16%±1%,差异不显著(p>0.05);3种干燥方法对牡蛎干中灰分、蛋白质和脂肪含量的影响不显著(p>0.05),贾真等[17]的研究结果表明高温处理对蛋白质有分解作用,冷风干燥得到的鲍鱼干蛋白质含量最高,但不同干燥方法对鲍鱼蛋白质含量无显著性差异(p>0.05),与本研究结果一致。3种干燥方法显著影响牡蛎干的总糖含量(p<0.05),其由高到低顺序为真空冷冻干燥>真空干燥>鼓风干燥,其主要原因可能是鼓风干燥较大程度地破坏了牡蛎细胞结构,且干燥温度较高,糖类物质易降解,局部焦糖化及美拉德反应程度加深,使得总糖的损失较大[18];黄忠闯等[19]的研究表明真空冷冻干燥较热风干燥可以更多地保留芒果中的总糖,与本研究结果一致。

图1 不同的干燥方法对牡蛎干营养成分的影响Fig.1 Effects of different drying methods on the nutritional ingredient of dried oysters注:不同字母表示同组数据差异显著(p<0.05);图2～图3同。

2.2 不同干燥方法对牡蛎干色泽的影响

由表2可知干燥方法对牡蛎干的L*、a*、b*和ΔE*均影响显著(p<0.05)。与鲜样相比,真空冷冻干燥显著提高了牡蛎干的L*(p<0.05),而鼓风干燥和真空干燥使牡蛎干的L*显著降低(p<0.05),色泽变暗;3种干燥方法均显著增加牡蛎干的a*与b*(p<0.05),其大小依次为鼓风干燥>真空干燥>真空冷冻干燥。以鲜样为对照,真空冷冻干燥的牡蛎干ΔE*最小,鼓风干燥的ΔE*最大;这是由于鼓风干燥和真空干燥的处理温度较真空冷冻干燥高,在干燥过程中发生了油脂氧化降解反应和美拉德反应,形成了较多的棕色产物[20-21]。因此,从色泽来看,真空冷冻干燥的牡蛎干色泽较佳,明显优于真空干燥和鼓风干燥的。

表2 不同干燥方法对牡蛎干色泽的影响Table 2 Effects of different drying methods on the color of dried oysters

2.3 不同干燥方法对牡蛎干复水率的影响

由图2可知,不同的干燥方法制得的牡蛎干复水率大小依次为:真空冷冻干燥>真空干燥>鼓风干燥,3种干燥方法显著影响牡蛎干的复水率(p<0.05)。产品的复水性能主要取决于原料在干燥过程中细胞结构被破坏的程度[22]。真空冷冻干燥制得的牡蛎干复水率最大,是由于其表面与组织内部均有大量孔隙,使水分渗入速度加快[23];刘书成等[7]的研究结果表明真空冷冻干燥制得的罗非鱼片复水率高于经热风干燥或超临界CO2干燥的鱼片,支持了本研究结果。而真空干燥与鼓风干燥由于处理温度相对较高,使得牡蛎组织内的细胞结构被破坏或错位,且不可逆转,进而肌肉组织收缩,结构塌陷,降低了牡蛎干的复水率[24-25]。鼓风干燥的温度最高,得到的牡蛎干肌肉组织收缩率大,结构致密,复水的水分很难渗入,故复水率最低;庞文燕等[26]的研究表明鼓风干燥得到的青鱼片复水率低于冰温真空干燥和真空冷冻干燥,与本实验研究结果一致。

图2 不同干燥方法对牡蛎干复水率的影响Fig.2 Effects of different drying methods on the rehydration rate of dried oysters

2.4 不同干燥方法对牡蛎干质构特性的影响

新鲜牡蛎与3种干燥方法制得牡蛎干复水后(复水率为50%左右,且无显著性差异,p>0.05)的质构参数见表3。由表3可知,牡蛎干复水后的硬度、弹性、咀嚼性与胶着性均显著大于新鲜牡蛎(p<0.05),其中鼓风干燥牡蛎干复水后硬度、咀嚼性与胶着性最大,真空冷冻干燥的最小,这是由于热干燥较大程度破坏蛋白质结构,肌原纤维密度增加,部分细胞完整性丧失,导致硬度、咀嚼性与胶着性也随之增大[27];而真空冷冻干燥的温度较低,蛋白质结构的破坏程度较小,董志俭等[13]的研究结果表明热风干燥得到的南美白对虾硬度、咀嚼性和胶着性均显著大于冷风干燥,与本研究结果一致。3种干燥方法制得的牡蛎干复水后弹性差异不显著(p>0.05),真空冷冻干燥得到的牡蛎干弹性最大,这与其结构疏松且多孔相关,高加龙等[28]的研究亦说明真空冷冻干燥牡蛎干复水后弹性大于对照样品,支持了本研究结果。

表3 不同干燥方法对牡蛎干质构特性的影响Table 3 Effects of different drying methods on the texture properties of dried oysters

2.5 不同干燥方法对牡蛎干感官评分的影响

由图3可知,3种干燥方法显著影响牡蛎干的外观色泽(p<0.05),真空干燥制得的牡蛎干色泽最好。这是由于鼓风干燥温度最高,使部分肉体卷曲,体型残缺,且美拉德反应剧烈,肉体颜色偏重;真空干燥温度次之,美拉德反应产生亮黄色,且体型完整;真空冷冻干燥强度大,表面肌纤维束与内层纤维束之间形成较大的水分梯度,组织内部产生较大的内部应力而产生裂纹,导致牡蛎干体型略有残缺[10]。组织状态方面,真空冷冻干燥产品的评分最高,可能与牡蛎干的硬度、咀嚼性和胶着性相关,鼓风干燥硬度最大,使得牡蛎干质地坚硬。气味方面,鼓风干燥产品最差,这与干燥过程中美拉德反应与脂肪氧化有关,真空干燥的牡蛎干气味最优。综合外观色泽、组织状态与气味三个方面,真空干燥的牡蛎干评分最高。

图3 不同干燥方法对牡蛎干感官评分的影响Fig.3 Effects of different drying methods on the sensory score of dried oysters

2.6 不同干燥方法对牡蛎干干燥能耗的影响

由表4可知,3种干燥方法的干燥时间与能耗差异显著(p<0.05)。鼓风干燥耗时最短,能耗最低;真空冷冻干燥耗时最长,能耗最高,分别为鼓风干燥和真空干燥能耗的5.34倍与1.28倍。

表4 不同干燥方法对牡蛎干干燥能耗的影响Table 4 Effects of different drying methods on the energy consumption of dried oysters

2.7 不同干燥方法制得牡蛎干的综合评分

影响牡蛎干品质的因素较多,且每种干燥方法对不同评价指标影响结果不一致,较难判断出不同干燥方法的优劣;因此,采用变异系数法计算出牡蛎干各指标的平均值、标准差、变异系数和权重值,结果如表5所示;各指标标准化数据及综合评分分别见表6～表7。

表5 牡蛎干综合评价各项指标的权重Table 5 Weights of various indicators for comprehensive evaluation of dried oysters

表6 牡蛎干品质评价指标标准化数据Table 6 Standardized data and scores of quality evaluation indices dried oysters

表7 牡蛎干品质的综合评分Table 7 Comprehensive quality evaluation of dried oysters

由表5可知,L*、硬度、咀嚼性、胶着性和干燥能耗的权重值较大,分别为0.105、0.112、0.121、0.109、0.120,表明这5个指标对牡蛎干品质的评价占较大比重,干燥方法对这5个指标有较大影响。由表7可知,真空冷冻干燥制得的牡蛎干综合评分(0.780)最高,品质显著优于真空干燥(综合评分:-0.074)与鼓风干燥(综合评分:-0.707),但其生产周期长,设备投资大,能耗高,限制了其工业化应用;真空干燥制得的牡蛎干品质次之,且干燥速度快、成本低,适合牡蛎干燥加工的工业化生产。

3 结论

不同干燥方法对牡蛎干蛋白质、脂肪、灰分含量和弹性影响不显著(p>0.05),对总糖含量、色泽、复水率、硬度、咀嚼性、胶着性和感官评分影响显著(p<0.05)。其中,真空冷冻干燥制得的牡蛎干总糖含量最高,色差最小,复水率与质构特性(硬度、咀嚼性和胶着性)显著优于鼓风干燥与真空干燥的(p<0.05),但其生产周期最长、能耗最高;真空干燥牡蛎干体型完整、有光泽、质地适中、鲜香味浓、感官评分最高。

3种干燥方式下,牡蛎干L*、硬度、咀嚼性、胶着性和干燥能耗的权重值较大,分别为0.105、0.112、0.121、0.109、0.120;综合评分显示,真空冷冻干燥牡蛎干品质最佳(综合评分:0.780),其次是真空干燥(综合评分:-0.074),鼓风干燥牡蛎干(综合评分:-0.707)品质最差。变异系数权重法评价牡蛎干品质可行有效,可应用于水产品加工技术的优选。

综合来看,真空冷冻干燥可较好保留牡蛎的色泽、风味及营养成分,是一种较为理想的牡蛎干燥方法;但由于其干燥时间较长(48 h),能耗较高,分别为鼓风干燥和真空干燥能耗的5.34倍与1.28倍,设备投资大,限制了真空冷冻干燥技术的大范围应用;节约能耗,提高干燥效率是未来冷冻干燥技术发展的趋势。真空干燥制得的牡蛎干品质次之,但感官评分最高,且生产周期较短(8 h)、设备投资小、成本低,适合牡蛎干的工业化生产。