干燥方法对方格星虫干品质及特征风味的影响

牛改改，游刚，王培，张自然，郭德军，陈文娟

(北部湾大学 食品工程学院，钦州市特色果蔬发酵重点实验室，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，广西 钦州，535011)

方格星虫(Sipunculusnudus)，俗称沙虫，广泛分布在北部湾沿海滩涂和国内浅海区域[1-2]。方格星虫营养丰富，富含蛋白质、多糖、脂肪酸等生物活性物质[3-4]，具有重要的经济和药用价值[5]，被称为“海洋中的冬虫夏草”[6]。方格星虫除鲜销外，主要的加工产品是冷冻制品和干制品，其中干制品由于水分含量较低，可在室温下长时间贮藏，同时风味独特，携带方便，广受消费者喜爱。

鼓风干燥是目前水产品常用的干燥方法[7-8]，操作简单方便，但由于处理温度较高，干燥过程中会发生褐变、脂肪氧化等反应，其营养成分破坏较大，食品品质下降。真空干燥和真空冷冻干燥由于在真空环境下操作，降低了干燥温度，可较好地保留食品的色、香、味及形态，提高产品的质量，近年来被逐步应用于水产品加工[9]。不同干燥方法直接影响干制品的品质与风味，如AKONOR等[10]发现不同干燥方法影响虾干的营养品质和物理特性；FU等[11]和刘书成等[12]报道了不同干燥方法影响鱼片的品质和风味，其中微波真空干燥可除去部分鱼腥味、增加烧烤味，超临界CO2干燥能较好地保留鱼片营养。然而，关于不同干燥方法对方格星虫品质及特征风味的影响鲜见报道。

实验对比分析鼓风干燥、真空干燥和真空冷冻干燥3种干燥方法对方格星虫(dried sipuncalus nudus, DSN)品质的影响，以感官评价、色泽、复水率、营养成分、挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen, TVB-N)含量和干燥能耗为指标，采用变异系数权重法对3种DSN的品质进行综合评价。并采用电子鼻技术检测新鲜方格星虫及3种干制品的特征风味，以期为DSN干燥方法的选择提供理论参考，同时为变异系数权重法在水产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

方格星虫体长(10±1.6)cm，体宽(1±0.3)cm，体质量(9±1.8)g,钦州市东风市场；石油醚、浓HCl、蒽酮、浓H2SO4、硼酸、NaOH、KI、葡萄糖、无水乙醇等,国药集团化学试剂有限公司，试剂均为分析纯。

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；K1100F全自动定氮分析仪，山东海能科学仪器有限公司；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；NR110分光色差仪，深圳市三恩驰科技有限公司；PEN3电子鼻，德国Airsense公司。

1.2 实验方法

1.2.1 方格星虫预处理

将新鲜方格星虫去内脏，清洗干净，置于50 g/L NaCl溶液中煮制3 min后，捞出沥干；分别采用鼓风干燥、真空干燥和真空冷冻干燥方法进行干燥，使其水分含量为(8±1)%。

1.2.2 干燥工艺

鼓风干燥：参考文献[12]报道的方法，进行预实验，鼓风干燥温度高于70 ℃时，DSN品质会明显下降，低于40 ℃时，干燥时间过长，DSN收缩严重。最终确定方格星虫鼓风干燥的最佳参数条件为：温度60 ℃，风速1.5 m/s，干燥5 h后最终水分含量为(8±1)%。

真空干燥：参考文献[13]，并稍作修改。将经预处理的方格星虫平铺于60 ℃真空干燥箱中干燥8 h，真空度为0.08 MPa，最终水分含量为(8±1)%。

真空冷冻干燥：参考文献[12]，并稍作修改。将经预处理的方格星虫于-20 ℃冰柜中预冻12 h后，在-50 ℃真空度为10 Pa的真空冷冻干燥室内干燥48 h，最终水分含量为(8±1)%。

不同干燥方法制得的DSN分别真空包装后，恒温25 ℃保藏待用。

1.2.3 感官评定

DSN的感官评定标准参照NY/T 1712—2018制定，如表1所示。感官评定成员由10名经过筛选、培训的食品专业本科生(5名男性和5名女性)组成，测试项目包括组织状态、色泽与气味，总分10分，结果取平均值。

表1 DSN感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of DSN

1.2.4 色差测定

采用分光色差仪测定新鲜方格星虫及其干制品同一部位的色泽参数：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)，重复测定6次，结果以平均值表示；色差ΔE*以新鲜方格星虫为对照，其计算方法[14]如公式(1)所示。

ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

(1)

1.2.5 复水率的测定

参考刘书成等[12]的方法测定DSN的复水率。将DSN置于40 ℃的恒温水浴锅中复水，每隔5 min捞出，用滤纸吸干表面水分，称重，通过公式(2)计算复水率，直到复水平衡。

(2)

式中：m1，复水后质量，g;m2，DSN质量，g。

1.2.6 营养成分的测定

参考GB 5009.3—2016中直接干燥法测定水分含量；参考GB 5009.4—2016中灼烧称重法测定粗灰分含量；参考GB 5009.5—2016中凯氏定氮法测粗蛋白含量；参考GB 5009.6—2016中索氏抽提法测定粗脂肪含量；参考GB 9695.31—2008中分光光度法测定总糖含量。

1.2.7 挥发性盐基氮的测定

根据GB 5009.228—2016《食品中挥发性盐基氮的测定》中的自动凯氏定氮仪法进行测定。

1.2.8 干燥能耗的测定

干燥能耗N(kJ/kg)的计算方法[15]如公式(3)所示，可反映每干燥1个单位质量水分所消耗的能量。

(3)

式中：P,干燥功率,kW；t,干燥时间,h；m1,脱去水分的质量，kg。

m1的计算方法[15]见公式(4)，

(4)

式中：m，干制品质量,kg；C1，鲜样水分含量,%；C2，干制品水分含量,%。

1.2.9 DSN品质的综合评价

3种干燥方法制得的DSN品质由变异系数权重法[16-17]进行综合评价。干制品的综合评分由各项指标的权重值和标准化数据通过加权平均的方法得到。采用公式(5)计算指标的变异系数：

(5)

采用公式(6)计算各项指标的权重，

(6)

式中：Wi，第i项指标的权重值；Vi，第i项指标的变异系数。

各项指标数据的标准化处理采用Z-score标准化法，如公式(7)所示，

(7)

指标a*值、b*值、ΔE*值、挥发性盐基氮与干燥能耗为逆指标，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值相乘后，计算总和，得到3种干制品的综合评分。

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×N+W11×S+W12×EC

(8)

式中：W1～W12分别为12项指标的权重值；A为灰分百分含量；P为蛋白质百分含量；F为脂肪百分含量；TS为总糖百分含量；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)；N为挥发性盐基氮；S为感官评分；EC为能耗(energy consumption)。

1.2.10 电子鼻风味的测定

分别精确称取1.00 g新鲜方格星虫(绞碎)和DSN(粉碎)，置于20 mL顶空瓶中，加盖密封，50 ℃水浴加热10 min后进行电子鼻分析。设定参数为：传感器室流量300 mL/min，测量样品流量300 mL/min，清洗120 s，检测90 s。传感器名称和敏感物质如下：1(W1C，芳香苯类);2(W5S，氮氧化物);3(W3C，氨类);4(W6S，氢气);5(W5C，烷烃);6(W1S，甲烷);7(W1W，无机硫化氢类);8(W2S，乙醇);9(W2W，有机硫化氢类);10(W3S，芳香烷烃)。

1.3 数据处理

实验数据采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，结果以平均值±标准差表示；差异显著性分析采用Duncan多重比较法，P<0.05表示差异显著；采用WinMuster软件对电子鼻数据进行分析。采用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方法对DSN感官评分的影响

由图1可知，真空干燥与真空冷冻干燥对DSN组织状态评分影响无显著性差异(P>0.05)，但两者显著大于鼓风干燥(P<0.05)，这可能是由于鼓风干燥温度较高，制得的DSN质地较硬，虫体表面开裂。3种干燥方法显著影响DSN的色泽(P<0.05)，真空干燥制得的干制品色泽评分最高，这是由于真空干燥温度适中，美拉德反应产生亮黄色，有光泽；而鼓风干燥的高温，使美拉德反应剧烈，肉体颜色偏重。3种干燥方法对DSN的气味影响不显著(P>0.05)。总分显示3种干燥方法间差异显著(P<0.05)，真空干燥的评分最高，鼓风干燥最低。

图1 不同干燥方法对DSN感官评分的影响Fig.1 Effects of different drying methods on the sensory score of DSN注：不同字母表示不同干燥方式间差异显著(P<0.05)。下同。

2.2 不同干燥方法对DSN色泽的影响

由表2可知，与新鲜方格星虫相比，真空冷冻干燥制得的DSNL*显著增大(P<0.05)，而鼓风干燥和真空干燥制得的DSNL*显著减小(P<0.05)，且两者间无显著性差异(P>0.05)。真空冷冻干燥a*与新鲜方格星虫无显著性差异(P>0.05)，而鼓风干燥和真空干燥a*显著增大(P<0.05)。3种干燥方法制得的DSNb*均显著大于新鲜方格星虫(P<0.05)，且三者间差异显著(P<0.05)。以鲜样为对照，鼓风干燥的ΔE*显著大于真空冷冻干燥(P<0.05)，真空干燥居中，这是由于鼓风干燥温度较高且处于敞开环境，脂肪氧化，方格星虫肌肉中蛋白质的氨基与结缔组织内的还原糖发生美拉德反应，生成棕色物质，而真空干燥与真空冷冻干燥环境密闭绝氧，减缓了脂肪氧化，真空冷冻干燥温度较低，抑制了美拉德反应，色差最小[18]。因此，从色泽来看，真空冷冻干燥的DSN色泽较佳。

表2 不同干燥方法对DSN色泽的影响Table 2 Effects of different drying methods on the color of DSN

注：不同字母表示同行数据差异显著，P<0.05。

2.3 不同干燥方法对DSN复水率的影响

由图2可知，3种干燥方法显著影响DSN的复水率(P<0.05)，真空冷冻干燥的复水速度与复水率最大，真空干燥次之，鼓风干燥最小。干燥过程中样品细胞结构的破坏程度决定了干制品的复水性能[19]。真空冷冻干燥制得的DSN表面与肌肉纤维间存在大量的孔隙[20]，水分渗入速度快且复水率高；金洋等[21]的研究发现真空冷冻干燥制得乌贼的复水速度与复水率均大于自然晾晒干燥与热风干燥，与本研究结果一致。真空干燥与鼓风干燥由于干燥温度相对较高，干燥过程中方格星虫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[22-23]，DSN的复水率减小；鼓风干燥温度最高，制得的DSN内部的肌肉纤维排列致密，复水的水分难以渗入，复水率最低。

图2 不同干燥方法对DSN复水率的影响Fig.2 Effects of different drying methods on the rehydration rate of DSN

2.4 不同干燥方法对DSN营养成分的影响

由图3可知，3种干燥方法制得的DSN水分含量为(8±1)%，差异不显著(P>0.05)；3种干燥方法显著影响DSN蛋白质和总糖含量(P<0.05)，对DSN灰分和脂肪含量影响不显著(P>0.05)。DSN蛋白质和总糖含量顺序均为真空冷冻干燥>真空干燥>鼓风干燥，这主要是由于鼓风干燥温度较高，蛋白质与糖类物质易降解，美拉德反应加剧，增大了蛋白质与糖类物质的消耗量。贾真等[24]的研究发现冷风干燥后鲍鱼的蛋白质含量高于热风干燥，高温对蛋白质的破坏较大，与本研究结果一致。周禹含等[16]比较研究了真空冷冻干燥、真空干燥与热风干燥对枣粉品质的影响，发现真空冷冻干燥总糖含量显著大于真空干燥与鼓风干燥(P<0.05)，与本研究结果一致。

图3 不同的干燥方法对DSN营养成分的影响Fig.3 Effects of different drying methods on the nutritional ingredient of DSN

2.5 不同干燥方法对DSN TVB-N含量的影响

TVB-N主要指的是蛋白质分解而产生的氨以及胺类等碱性含氮化合物，由图4可知，3种干燥方法显著提高方格星虫TVB-N含量(P<0.05)，其中鼓风干燥与真空干燥制备DSN的TVB-N含量差异不显著(P>0.05)，但显著大于真空冷冻干燥(P<0.05)。鼓风干燥TVB-N含量最高，这主要是由于其干燥温度最高，蛋白质易在酶及热作用下降解，导致DSN品质变差[25]。

图4 不同的干燥方法对DSN TVB-N含量的影响Fig.4 Effects of different drying methods on the TVB-N content of DSN

2.6 不同干燥方法对DSN干燥能耗的影响

由图5可知，不同干燥方法显著影响DSN干燥时间与干燥能耗(P<0.05)。鼓风干燥耗时最短，能耗最低；真空干燥次之，真空冷冻干燥时间最长，能耗最高，分别为鼓风干燥和真空干燥能耗的5.26倍与1.28倍。任广跃等[15]的研究表明真空冷冻干燥制备怀山药全粉的能耗是热风干燥的4倍，说明真空冷冻干燥能耗较大，与本研究结果一致。

图5 不同干燥方法对DSN干燥能耗的影响Fig.5 Effects of different drying methods on the energy consumption of DSN

2.7 不同干燥方法制得DSN的综合评分

由于干燥方法对不同评价指标影响的结果不一致，较难判断出不同干燥方法的优劣，因此，采用变异系数法对DSN的品质进行综合评价，各指标的平均值、标准差、变异系数和权重值见表3，a*与干燥能耗的权重值较大，分别为0.192、0.241，表明干燥方法对这2个指标有较大影响。

表3 各项指标的权重Table 3 Weights of various indices of DSN

各指标标准化数据如表4所示，标准化数据与权重值相乘后求和得到的综合评分见表5。由表5可知，鼓风干燥综合评分(-0.421)最低，真空干燥综合评分(-0.091)居中，真空冷冻干燥综合评分(0.520)最高，说明真空冷冻干燥制备的DSN品质最优。

2.8 电子鼻分析

2.8.1 传感器的G/G0响应值分析

PEN 3电子鼻具有10个传感器，每个传感器代表一类有机或无机物质的气味，挥发性物质的含量通过传感器电导率G与初始电导率G0的比值表示，G/G0越偏离1(小于或者大于1)，表示响应气体浓度越大，G/G0值接近甚至等于1表示没有感应气体或气体浓度低于检测线[26, 27]。由图6可知，干燥方法改变了新鲜方格星虫的特征风味，DSN(3种)的6号(甲烷)、7号(无机硫化氢类)、8号(乙醇)与9号(有机硫化氢类)传感器的响应值较鲜样偏离1更大，说明干制品对应的特征气味含量较高；3种干制品的2号(氨氧化物)传感器的响应值较鲜样离1更近，说明氨氧化物含量在干燥过程中减少。不同干燥方法制备的DSN特征气味相对含量顺序为：鼓风干燥>真空冷冻干燥>真空干燥。后续实验将通过气相色谱-质谱联用技术研究不同干燥方法对DSN挥发性风味成分种类及含量的影响。

表4 DSN品质评价指标标准化数据Table 4 Standardized data of quality evaluation indices of DSN

表5 DSN品质的综合评分Table 5 Comprehensive quality evaluation of DSN

图6 不同干燥方法制备DSN电子鼻气味响应值的雷达图Fig.6 Response value radar chart of odor in DSN prepared by different drying methods

2.8.2 主成分分析

不同干制品的主成分分析(principal component analysis，PCA)见图7。由图7可知，第一主成分PC1的贡献率为92.52%，第二主成分PC2的贡献率为6.80%，两者之和99.32%，说明2个成分可以代表4个样品的特征风味。图7中每个椭圆代表1个样品的数据采集点，各个样品间没有交叉，说明PCA可较好地区分不同干燥方法制备的DSN气味；3种干制品与新鲜方格星虫的数据点相离较远，说明干燥方法改变了新鲜方格星虫的特征风味，该结果与传感器的G/G0响应值分析结果相吻合。

图7 不同干燥方法制备DSN的PCA图Fig.7 Principal component analysis of DSN prepared by different drying methods

2.8.3 传感器负荷加载分析

负荷加载分析(Loadings)可体现传感器在识别模式中的重要程度，若传感器在坐标轴上的位置接近(0, 0)，则该传感器的识别能力可忽略不计，若离零点较远，则其负载参数较大[28]。DSN的Loadings分析见图8。6、7、8、9号传感器对第一主成分的贡献率较大，2号传感器对第二主成分的贡献率较大，说明甲烷、无机硫化氢类、乙醇与有机硫化氢类是DSN的主要特征风味物质，这与前文传感器的G/G0响应值分析结果相呼应。

图8 不同传感器第 1主成分和第 2主成分的载荷分析Fig.8 Loadings analysis related to the PC1 and PC2 responed by different sensors

3 结论

比较分析3种干燥方法(鼓风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥)对方格星虫干(DSN)品质的影响，发现不同干燥方法对DSN蛋白质和总糖含量、复水率、感官评分及干燥能耗影响显著(P<0.05)，对DSN灰分和脂肪含量影响不显著(P>0.05)。变异系数权重法评价结果显示3种干燥方式下，DSN的a*和干燥能耗权重值较大，综合评分结果：真空冷冻干燥(综合评分：0.520)>真空干燥(综合评分：-0.091)>鼓风干燥(综合评分：-0.421)，变异系数权重法能够有效评价DSN品质。电子鼻可较好区分不同干燥方法制备的DSN气味，且甲烷、无机硫化氢类、乙醇与有机硫化氢类是区别DSN的主要特征风味物质。

真空冷冻干燥是一种较为理想的方格星虫干燥方法，可较好保留方格星虫的色泽、风味及营养成分；但由于其干燥时耗长，能耗高，工业化应用受到限制。真空干燥制备的方格星虫干品质次之，但感官评分最高，且耗时短，设备投资小，适合方格星虫干的工业化生产。鼓风干燥制备的方格星虫干品质最差，但其特征气味相对含量最高。后续实验将研究新型干燥方法或干燥技术联用来提高方格星虫干品质，同时增加其特征风味含量。