渗透剂预处理对扇贝柱热泵干燥动力学及品质特性的影响

刘 静, 赵 亚, 石启龙

(山东理工大学 农业工程与食品科学学院, 山东 淄博 255000)

扇贝(Argopecten irradias)隶属于软体动物门扇贝科,是我国主要的海产经济贝类之一。 新鲜扇贝含水率高,在体内酶和微生物的作用下极易腐败变质。 热泵干燥(heat pump drying, HPD)凭借干燥条件温和、参数易于控制、节能和环境友好等优点,尤其适用于热敏性物料(果蔬和水产品)的干燥[1]。但是,干燥后期难以将物料内部的结合水除去,造成干燥效率低、能耗高等问题,严重限制了HPD 技术在干燥领域的应用。

为了提高干燥效率,常采用热力或非热力预处理方法进行干燥。 渗透脱水(osmotic dehydration,OD)作为一种非热力预处理手段,广泛应用于果蔬干燥领域[2]。 然而,OD 预处理在水产品干燥领域的应用相对较少[3]。 目前,OD 预处理辅助干燥的研究仅局限于通过干燥动力学曲线表征物料总含水率的变化,而未对内部水分组成及状态分布进行详细探究。 低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)作为一种快速无损检测技术,能够通过横向弛豫时间(transverse relaxation time,T2)分析物料内部水分组成、水分分布以及水分子与周围大分子间的相互作用[4],从而揭示物料干燥过程中动力学特性、干制品品质变化与水分状态分布之间的内在联系。 水产品干燥过程中,干制品品质变化与玻璃化转变密切相关[5],生物聚合物由于具有提高基质玻璃化转变温度、增强物料加工及贮藏稳定性作用,因此被用于干燥助剂[5]。 添加麦芽糊精(maltodextrin, MD)、蛋白质、亲水胶体等高分子物质,可降低南美白对虾温度与玻璃化转变温度的差值,提高干制品品质[5]。 林雯雯等[6]研究表明:MD 预处理可抑制虾仁塌陷形变,提高虾仁持水力；乳清分离蛋白(whey protein isolate, WPI)预处理降低了冻干虾仁的表观密度和虾青素损失,提高了虾仁的持水力。 糖类一般作为抗冻剂在水产品冷冻/冻藏过程中广泛使用。 石启龙等[7]研究表明,添加糖类尤其菊糖(inulin,IN)和海藻糖(trehalose,Tre)显著提高了虾肉的贮藏稳定性,延长其货架期。此外,研究表明,适宜添加剂预处理可提高罗非鱼热泵干燥[8]和冷冻干燥[9]品质。 但是,尚未见IN、Tre、MD、WPI 作为渗透剂预处理对扇贝柱HPD 动力学及品质特性影响方面的报道。 因此,本研究基于LF-NMR 技术,探究OD 种类(IN、Tre、MD、WPI)和质量浓度(50、100、150 g/L)对扇贝柱HPD 动力学和干制品品质的影响,以期为扇贝柱OD 辅助HPD 技术提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活扇贝,淄博市张店区水产市场。

WPI、IN、Tre(食品级),上海权旺生物科技有限公司；MD(食品级),山东西王集团有限公司。 NaCl(分析纯),天津市恒兴化学试剂制造有限公司。

1.2 仪器与设备

1HP-5 型热泵除湿干燥设备,青岛欧美亚科技有限公司；DHG-9140A 型电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司；LabSwift-aw型水分活度仪,大昌华嘉商业(中国)有限公司；TMS-2000 型物性分析仪,美国FTC 公司；WSC-S 型色差计,上海仪电物理光学仪器有限公司；PL203 型电子天平,梅特勒-托利多仪器有限公司；HJ-3 型恒温磁力搅拌器,江苏省常州市金坛区荣华仪器制造有限公司；PQ001 型核磁共振分析仪,苏州纽迈分析仪器股份有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

新鲜扇贝清洗、取柱,将其置于质量分数3%的NaCl 溶液中预煮3 min,取出迅速冷却,沥干表面水分后,置于4 ℃冰箱中冷藏待用。 随机抽取20 个扇贝柱,测定其渗透预处理前的初始指标。 扇贝柱质量和直径分别为(2.79 ±0.75) g 和(1.69 ±0.26)cm,湿基含水率及蛋白质、脂肪、灰分质量分数分别为(82.23 ±0.62)%、(12.23 ±1.15)%、(2.13 ±0.18)%、(1.38 ±0.12)%。

1.3.2 渗透预处理

根据预实验结果,同时参考李敏等[8]渗透预处理罗非鱼最佳质量浓度范围,本实验分别配置不同质量浓度(50、100、150 g/L)的IN、Tre、MD、WPI 渗透液。 将扇贝柱随机分成16 组,每组总质量约100 g,以料液比(g/L)1∶10 分别置于含有不同质量浓度浸渍液的烧杯中,以等体积蒸馏水浸泡处理的扇贝柱为对照组(CK)。 将含扇贝柱的烧杯置于40 ℃水浴锅处理60 min,同时用玻璃棒搅拌溶液,取出扇贝柱,沥干表面水分用于HPD 处理。

1.3.3 扇贝柱HPD 处理

扇贝柱在温度45 ℃、风速2 m/s 环境进行HPD。 HPD 过程中定期取样称量,扇贝柱干基含水率(0.45 ±0.05) g/g 时,干燥结束。

1.3.4 扇贝柱理化指标测定

1.3.4.1 含水率测定

初始湿基含水率测定。 采用真空干燥法[10],称取一定质量的新鲜扇贝柱肉,切碎后放入称量瓶中,然后置于真空干燥箱70 ℃、真空度0.098 MPa 干燥12 h,取出置于干燥器冷却后称量,然后重新置于干燥箱干燥,每隔2 h 取样、称量,直至前后2 次样品质量差小于等于3 mg。 初始湿基含水率w0计算见式(1)。

式(1)中,m0为新鲜扇贝柱质量,g；m1为新鲜扇贝柱绝干质量,g。

干基含水率测定。 HPD 过程中,每隔1 h 取样,称取扇贝柱质量,干基含水率计算见式(2)[2]。

式(2)中,Mt为HPD 过程中t时刻扇贝柱干基含水率,g/g；mt为HPD 过程中t时刻扇贝柱质量,g；m1为扇贝柱绝干质量,g。

1.3.4.2 水分比测定

水分比(MR)是指样品在一定干燥条件下未被干燥除去的水分。 MR 计算见式(3)[1]。

1.3.4.3 干燥速率测定

干燥速率(DR)计算见式(4)[1]。

式(4)中,Md为干基含水率,g/g；t为干燥时间,h；Md,i为i时刻干基含水率,g/g；Md,i+1为i+1 时刻干基含水率,g/g。

1.3.4.4 水分活度测定

采用水分活度仪测定样品的水分活度(aw),取适量样品平铺于样品池,测定环境温度25 ℃。

1.3.4.5 色差测定

使用测色色差计测定干燥过程中扇贝柱色泽。ΔE计算见式(5)[5]。

式(5)中,L、a、b为热泵干燥扇贝柱色度值,L0、a0、b0为干燥前扇贝柱色度值。

1.3.4.6 质构分析

参考Ortiz 等[11]的测定方法,使用物性分析仪测定样品硬度和弹性(测试样本容量n=15),结果取平均值。 物性分析仪参数:直径75 mm 圆柱探针,刀片厚度2 mm,测前速度1 mm/s；测量速度60 mm/s；测后速度60 mm/s,压缩变形量50%。

1.3.4.7 复水率测定

采用朱智壮等[12]的方法,称取一定质量扇贝柱,置于100 ℃沸水中,维持5 min。 取出,沥干表面水分,称量。 复水率Rf计算见式(6)。

式(6)中,mf为复水后扇贝柱质量,g；mg为复水前扇贝柱质量,g。

1.3.4.8 低场核磁共振测定

使用脉冲核磁共振仪测定弛豫时间,取适量样品置于直径25 mm 核磁管中,测定条件:90°脉冲时间(P1)为5.52 μs,180°脉冲时间为11.04 μs,采样点为384120,等待时间(TW)为4000 ms,累加次数为4,回波时间(TE)为0.3 ms,回波计数2000[13]。

1.3.5 综合加权评分计算

参考李敏等[8]综合加权评分值计算方法,综合考虑样品aw、ΔE、Rf、硬度和弹性等指标,对HPD 扇贝柱产品品质进行加权评分。 以满分100 分计各指标权重,其中aw权重30；ΔE和Rf权重20；硬度和弹性权重15,所得总分作为最终判断标准。

Rf、弹性值越大表示样品品质越好,故其评分计算见式(7)。

aw、ΔE和硬度值越小表示样品品质越好,故计算见式(8)。

式(7)、式(8)中,Yi为各指标加权得分；a为各指标权重分值；W0为各指标实验优化值；Wi为各指标对应的实际测定值。

1.4 数据处理

扇贝柱OD 和后续HPD 均平行实验3 次,相关指标测定至少重复3 次,数据以平均值±标准差表示。 采用SPSS 19.0 软件对数据进行单因素方差分析,差异显著性进行Duncan’s 多重比较。 采用Matlab 2018 软件进行线性分析,采用Origin 2018 软件绘图并进行Pearson 相关性分析。

2 结果与分析

2.1 渗透剂对扇贝柱热泵干燥动力学的影响

渗透剂预处理后扇贝柱HPD 动力学特性如图1 和图2。 由图1 可知,扇贝柱MR 随干燥时间的延长逐渐降低。 与CK 组相比,适宜渗透剂预处理后扇贝柱MR 下降趋势更明显；相同干燥时间时,适宜种类和质量浓度渗透剂预处理后的扇贝柱MR 更低。 扇贝柱干燥8 h 时,CK、50 g/L IN、100 g/L Tre、150 g/L Tre、150 g/L MD 和50 g/L WPI 组的MR 分别降至0.322、0.301、0.281、0.238、0.301 和0.281。李敏等[8]在罗非鱼HPD 过程中发现,渗透剂预处理后罗非鱼干燥时间也有类似的下降趋势。

同种渗透剂不同质量浓度预处理后扇贝柱呈现不同的干燥趋势。 由图1(b)和图1(c)可知,总体来看,扇贝柱干燥时间随渗透剂质量浓度的增加而显著缩短。 与CK 组相比,Tre 预处理质量浓度为100、150 g/L 时,可显著缩短扇贝柱HPD 时间；然而,Tre质量浓度为50 g/L 时,扇贝柱HPD 时间反而延长。这是由于非还原性二糖Tre 的保水吸湿性与渗透脱水性受质量浓度影响较大,低质量浓度(≤50 g/L)时,Tre 良好的吸湿性大于对物料的渗透脱水性,从而导致干燥时间延长；随着Tre 溶液质量浓度增加,Tre渗透脱水效果显著高于保水吸湿效果,使得扇贝柱HPD 时间随质量浓度的增加而缩短[8,14]。 另外,高质量浓度的MD 作为高分子物质填充至扇贝柱组织,提高了扇贝柱的玻璃化转变温度,有效防止HPD 过程中样品内部组织的塌陷[6],避免物料收缩而造成的孔隙率降低,从而有效提高扇贝柱干燥效率。

图1 不同渗透剂预处理对扇贝柱水分比的影响Fig.1 Effect of different osmotic agent pretreatments on moisture ratio of scallop adductors

此外,由图1(a)和图1(d)可知,与CK 组相比,IN 和WPI 质量浓度为50 g/L 时,可显著缩短扇贝柱HPD 时间；但是当预处理浓度为100、150 g/L 时,扇贝柱HPD 时间随2 种渗透剂质量浓度的增加而延长。 这是因为IN 作为一种直链多聚糖,结构中含有大量羟基,溶于水后会在IN 分子内、分子间以及IN 与水分子之间形成氢键,进而形成三维立体网络结构,水分子被包裹在IN 分子之间形成的凝胶颗粒,溶液质量浓度越高,凝胶现象更显著,从而导致扇贝柱干燥时间延长[15]。 WPI 中蛋白质含量较高,渗透预处理及后续干燥过程中能够使水溶液状态下的WPI 形成凝胶,成胶过程中形成的网络结构将大量水分子镶嵌在凝胶结构中[16]。 此外,也有可能高质量浓度WPI 溶液中溶质渗入扇贝柱,造成扇贝柱表面黏度增大,在扇贝柱表面形成一层膜,阻碍水分扩散,从而增加了干燥时间[9]。

由图2 可知,扇贝柱干基含水率从1.8 g/g 左右迅速降低,HPD 过程主要为降速干燥。 干燥前期,扇贝柱DR 迅速降低；干燥中后期,DR 趋于平缓。扇贝柱DR 随MR 的降低而呈现显著降低趋势。 适宜质量浓度的渗透剂预处理显著提高了干燥速率,在干燥中期和后期尤为明显,这可能是由于渗透液中溶质的渗入提高了扇贝柱的玻璃化转变温度,分子流动性降低,有助于保持扇贝柱肌肉孔隙结构,促进干燥中后期水分的扩散,进而提高干燥速率[9]。干燥过程中,水分依靠湿度梯度由材料内部迁移至表面,然后再通过加热介质释放到周围环境中。 随着渗透剂的应用,扇贝柱肌肉内部与外部水分通量的变化归因于微观结构的改变,渗透溶液中溶质的填充作用维持了物料孔隙率,形成理想的水分扩散通道,从而促进了水分的去除。 未来研究应偏重于渗透预处理导致的微观结构变化,以期进一步阐明适宜渗透剂预处理提高扇贝柱HPD 效率的机制。

图2 不同渗透剂预处理对扇贝柱热泵干燥速率的影响Fig.2 Effect of different osmotic agent pretreatments on heat pump drying rate of scallop adductors

2.2 渗透剂对热泵干燥扇贝柱水分活度与品质特性的影响

2.2.1 渗透剂对热泵干燥扇贝柱水分活度的影响

食品中微生物的生长、各类化学反应和酶促褐变反应的发生等现象与aw具有密切的联系。 微生物的生长引起食品腐败变质,通常新鲜水产品aw均高于0.9,极其适宜微生物生长,对水产品进行干燥后aw可降至0.7 以下,该范围可抑制大部分微生物的生长繁殖[17]。 表1 为各渗透剂预处理扇贝柱后以及HPD 后不同部位的aw。 与CK 组相比,采用IN、Tre、MD 和WPI 渗透剂预处理扇贝柱后,各组间以及组中aw无显著差异(P＞0.05)。 这与食盐渗透脱水处理蓝圆鲹的aw变化结果不同[18]。 其原因可能是1)aw与组织中游离水含量变化相关[18],而扇贝柱含水率较高,渗透过程中组织游离水变化不大,导致aw变化不显著；2)扇贝柱组织结构致密,使渗透预处理对扇贝柱表面影响较大,而对扇贝柱内部未产生显著影响,最终未影响渗透处理后扇贝柱整体aw。 扇贝柱HPD 后,150 g/L Tre 和100 g/L WPI预处理的扇贝柱表皮aw显著降低(P＜0.05),相比于CK 组降低了13.51%、5.41%。 结合图1,150 g/L Tre 和100 g/L WPI 组扇贝柱干燥时间显著缩短,促进水分扩散,从而使aw显著降低。 但是,150 g/L IN 组与CK 组无显著性差异(P＞0.05),其余处理组间aw值都高于CK 组。 此外,由表1 可知,各处理组未对扇贝柱内部aw产生积极影响,并且WPI 组aw显著增加,各质量浓度与CK 组相比分别增加了5.81%、4.65%和5.81%,这是由于WPI 分子中包含亲水基团和疏水基团,使WPI 在扇贝柱表面形成一层稳定阻隔水分的蛋白膜[16],扇贝柱内部水分无法有效扩散,仅能使表层扇贝柱肉被干燥,而内部组织中形成的不可逆凝胶使扇贝柱内部aw高于表面。

表1 不同渗透剂预处理对热泵干燥扇贝柱水分活度的影响Tab.1 Effects of different osmotic agent pretreatments on aw of heat pump dried scallop adductors

2.2.2 渗透剂对热泵干燥扇贝柱品质的影响

渗透处理后HPD 的扇贝柱品质指标变化见表2。 色差是评价食品品质的重要指标,产品色泽的改变直接反映食品品质变化。 由表2 可知,与CK 组相比,渗透预处理组扇贝柱ΔE显著降低,不同渗透剂处理组间ΔE也存在显著差异(P＜0.05)。 且溶液质量浓度越低,ΔE越小。 与CK 组相比,IN 质量浓度为50、100、150 g/L 时,ΔE分别减小12.83%、10.17%、3.96%；WPI 质量浓度为50、100、150 g/L时,ΔE分别减小36.68%、19.72%、14.02%。 另外,Tre、MD 组ΔE相比于CK 组约降低40.00%,组间ΔE无显著差异(P＞0.05)。 结合图1,IN 和WPI组ΔE随干燥时间的延长而增大,这是由于经过渗透处理,大量溶质附着在扇贝柱组织中加剧了美拉德反应,随着干燥的进行,含水率逐渐降低,由美拉德反应引起的非酶褐变迅速发生[19],导致扇贝柱亮度值降低,颜色变黄。 Tomaschunas 等[20]在制备香肠的实验中,同样发现添加IN 会导致产品色泽加深。 Chuaychan 等[21]研究发现,随MD 比例的增加,斑点拟绯鲤明胶和明胶粉末白度值有所提高,褐变程度有所降低,MD 水平直接影响到明胶和明胶粉末的特性和抗氧化活性。

表2 不同渗透剂预处理后热泵干燥扇贝柱的品质参数Tab.2 Quality parameters of heat pump dried scallop adductors with different osmotic agent pretreatments

干燥影响扇贝柱质构特性,进而影响到消费者对产品的接受度。 干燥扇贝柱硬度和弹性的变化在一定程度上可以反映产品质地和组织结构特性的变化。 由表2 可知,与CK 组相比,除质量浓度100、150 g/L IN 和WPI 预处理组外,各渗透剂预处理组扇贝柱硬度显著减小(P＜0.05)。 其中,100、150 g/L Tre 处理组硬度最小,比CK 组分别降低了17.38%、15.24%,更接近新鲜扇贝柱硬度。 张正敏等[22]探究Tre 部分替代蔗糖对猪肉脯品质特性的影响,结果表明:适宜浓度Tre 可显著改善猪肉脯质构特性。 另外,结合图1 可知,干燥时间与硬度的变化呈正相关,干燥时间越短硬度越小,这是由于较短的干燥时间,能有效避免蛋白质变性,组织结构更接近新鲜状态。 Keenan 等[23]发现,添加IN 使香肠具有滑嫩的口感,但也使肉质硬度增加,与本研究中100、150 g/L IN 处理组扇贝柱硬度变化一致。 不同处理组扇贝柱弹性差异显著(P＜0.05)。 150 g/L IN 和WPI 组弹性较CK 组分别增加了6.50%、3.23%,但是Tre 组弹性显著降低,这可能是由于高质量浓度Tre 进入组织间隙,与组织内部水分间形成2 种速率的竞争平衡,Tre 对物质传输通道产生压缩,对内部结构造成破坏,从而导致硬度降低的同时弹性降低[24]。

Rf是评价干制品品质的重要指标之一,Rf越高,表明干制品复水后状态越接近新鲜制品[12]。 不同渗透剂预处理组扇贝柱热泵干燥Rf见表2。 渗透剂预处理对Rf影响显著(P＜0.05),除150 g/L IN 处理组外,各渗透剂处理组扇贝柱Rf均随渗透剂质量浓度的增加而增大。 其中,150 g/L Tre 组Rf值最高,相比于CK 组增加了22.79%,其次是150 g/L MD 组。 渗透剂中溶质渗入组织内部,不仅增加了物料固形物比值,还具有一定的组织孔隙维系能力,在复水过程中,水分渗入的同时溶质渗出,使组织结构得到有效的复原。 另外,WPI 组Rf最接近CK 组,这是由于WPI 与扇贝柱蛋白质相互作用,改变了蛋白质的空间结构,使其疏水基团暴露,疏水性增强进而导致Rf较低[6]。 林雯雯等[6]研究预处理对冻干南美白对虾仁贮藏品质的影响中也得到了相似的结论。

2.3 热泵干燥扇贝柱综合加权评分分析

不同种类和质量浓度渗透剂预处理扇贝柱HPD产品综合加权评分如图3。 由图3 可得,IN、Tre、MD和WPI 4 种渗透剂预处理后扇贝柱综合评分显著提高,表明渗透剂作为扇贝柱HPD 预处理方式是有效的。 以综合加权评分为最终评判指标,IN、Tre、MD、WPI 的优化质量浓度为100、150、100、50 g/L,其中以150 g/L Tre 处理组综合加权得分最高,相比于CK 组提高了12.76%。 结合图1,Tre 在提高干燥速率方面也同样具有显著优势。 选取4 种渗透剂综合评分最高的处理组进行LF-NMR 分析,探究渗透预处理对扇贝柱HPD 过程中水分状态分布的影响。

图3 不同渗透剂预处理对热泵干燥扇贝柱综合加权评分的影响Fig.3 Effect of different osmotic agent pretreatments on comprehensive weighted scores of heat pump dried scallop adductors

2.4 热泵干燥扇贝柱LF-NMR 分析

不同种类和质量浓度渗透剂预处理扇贝柱HPD 过程中横向弛豫时间如图4。 图4 中,3 个峰(T21、T22、T23)分别代表扇贝柱肌肉组织中存在的3种不同状态的水分(结合水、不易流动水、自由水)[25]。A21、A22和A23分别代表T21、T22和T23这3 种水分峰的峰面积,即扇贝柱自由水、不易流动水和结合水在总水分含量中所占的比例。 据报道,新鲜扇贝柱中自由水与结合水占比之和小于2%[13],扇贝柱肌肉组织中绝大多数水分流动性较低,因此在干燥过程中很难除去。

由图4 可知,随着干燥时间的延长,对照组与处理组扇贝柱的NMR 反演谱峰总面积呈减少趋势,谱峰整体向左偏移,表明干燥可以改变扇贝柱水分组成和状态分布。 扇贝柱中T21峰面积A21呈略微增加趋势,但变化幅度不大,这是由于结合水与生物大分子紧密结合,随着干燥的进行,结合水的流动性未受影响。 随着干燥的进行,扇贝柱组织中T22、T23峰向左迁移。 这表明,与T21相比,T22和T23与扇贝柱组织的结合程度更低,流动性更强[26]。 例如,在相同干燥时间下,各处理组扇贝柱T21峰值分别下降至5.18、4.87、4.80、4.95、4.92 ms,由此可得,在扇贝柱HPD 过程中,扇贝柱组织中结合水变化很小,几乎没有偏移；而不易流动水和自由水的弛豫时间显著减少。 Zang 等[27]在利用LF-NMR 技术分析发现,完整小黄鱼热风干燥过程中不易流动水显著减少,水分比与峰面积间有较好的相关性。 Song 等[28]发现,随着热风干燥的进行,鲍鱼组织中强结合水几乎不发生变化；弱结合水和不易流动水则显著下降。

图4 不同渗透剂预处理对扇贝柱热泵干燥过程中弛豫时间的影响Fig.4 Effect of different osmotic agent pretreatments on transverse relaxation time of scallop adductors during heat pump drying

图5 为渗透预处理对扇贝柱干燥过程中T21、T22和T23峰面积占比的影响。 随着干燥的进行,A22显著下降,表明扇贝柱中不易流动水极不稳定。 将扇贝柱中A22降至74%左右,CK、IN、Tre、MD 和WPI处理组所用时间分别为11、8、8、9、7 h。 这表明渗透预处理可以加快扇贝柱中不易流动水的迁移速率,其中150 g/L Tre 和50 g/L WPI 促进效果最显著,这与图1、图2 的干燥动力学分析结果相对应。 随着干燥的进行,扇贝柱A21呈增大趋势,并在干燥后期基本趋于稳定,这是由于干燥前期不易流动水含量较高,部分不易流动水在干燥过程中向结合水转换,随着干燥的进行,不易流动水含量降低,导致其向结合水的转化逐渐减弱。 Luo 等[29]对热泵干燥过程中罗非鱼水态分布的研究中得到了相似的结论。A23占比基本保持在1% ～2%,这是由于干燥过程中自由水的去除与不易流动水向自由水的转化一直处于平衡状态,使得组织中自由水基本维持在稳定范围内。 随着干燥的进行,扇贝柱中各水分组成及状态分布变化为:结合水峰面积占比逐渐增加,不易流动水峰面积占比逐渐降低,而自由水峰面积占比略有增加,但总体变化不大。

图5 不同渗透剂预处理对扇贝柱热泵干燥过程中弛豫时间峰面积占比的影响Fig.5 Effect of different osmotic agent pretreatments on peak area percentage of transverse relaxation time of scallop adductors during heat pump drying

扇贝柱肌肉组织中不易流动水占绝对优势,干燥过程中,不易流动水的扩散直接影响干燥效率。因此,明确扇贝柱T22与干基含水率间的相关性有助于进一步探究扇贝柱干燥进程。 图6 为各处理组扇贝柱T22与干基含水率相关性分析。 由图6 可知,T22与干基含水率具有极强的相关性(R2＞0.920)。由此可以得出结论,扇贝柱干燥过程中,不易流动水的去除决定了扇贝柱含水率变化。 Zhu 等[13]在探究超声波功率对扇贝柱干燥过程中水分状态分布的研究中发现,扇贝柱干燥过程中含水率的变化与T22显著相关(R2＞0.867)。 Song 等[28]在热风干燥鲍鱼LF-NMR 分析中发现,将LF-NMR 测定的不易流动水与实际热风干燥鲍鱼水分含量变化之间具有显著相关性(R2=0.935)。 将LF-NMR 应用于快速无损监测食品干燥过程中水分状态变化,同时确定食品干燥程度是简单有效的。

图6 不同渗透剂预处理后扇贝柱T22与干基含水率的相关性Fig.6 Correlation between T22 and moisture content in dry basis of scallop adductors after pretreatment with different osmotic agents

3 结论

本研究基于综合加权评分法和LF-NMR 技术,探究不同种类和质量浓度渗透剂预处理对扇贝柱HPD 干燥动力学、品质特性、水分状态组成和分布规律的影响,以期为优化扇贝柱HPD 工艺提供理论依据。 适宜质量浓度渗透剂预处理能够显著提高扇贝柱HPD 效率,缩短干燥时间,改善干制品品质。150 g/L Tre 渗透预处理所得HPD 扇贝柱干制品品质较优,综合加权评分与CK 组相比提高12.76%。扇贝柱HPD 遵循降速干燥规律,水分扩散起主导作用。 渗透剂预处理后,干燥过程中扇贝柱组织中结合水峰面积占比增加,自由水峰面积占比保持稳定,不易流动水弛豫时间显著缩短,峰面积占比显著降低。 扇贝柱干燥过程中,含水率变化与不易流动水T22变化密切相关,LF-NMR 可快速、无损检测扇贝柱HPD 过程中含水率变化,进而调控扇贝柱HPD进程。