羅非魚片熱泵-微波聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點含水率研究

羅非魚片熱泵-微波聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點含水率研究

中國的羅非魚養(yǎng)殖發(fā)展迅速，2009年生產(chǎn)能力約130萬噸。它是世界上最大的羅非魚育種大國。廣東是羅非魚養(yǎng)殖的重要省份，占全國的50%。廣東省廣東省羅非魚資源豐富，占該省1.3%。目前羅非魚主要加工產(chǎn)品為冷凍全魚、凍魚片,加工方式單一,且加工量僅占羅非魚總產(chǎn)量的6.2%,因此,探討羅非魚的加工問題很有必要。干燥被認為是農(nóng)、海產(chǎn)品保藏加工的常用技術,傳統(tǒng)的干燥方法主要為日光干燥和熱風干燥,這2種方法在衛(wèi)生、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)控制、產(chǎn)品附加值方面均存在不同程度的不足。近年來熱泵干燥、微波干燥及聯(lián)合干燥等干燥方式被廣泛研究和應用。聯(lián)合干燥是利用各種干燥方式的優(yōu)點,將2種或多種干燥方式優(yōu)勢互補,分階段進行的一種復合干燥技術,可避免了單一干燥方式中干燥效率低、產(chǎn)品品質(zhì)差的缺點,具有可最大程度地保留物料原有的品質(zhì)和色澤的特點。本研究分別考察熱泵干燥溫度、熱泵干燥風速、微波干燥時間、微波干燥功率對羅非魚片含水率下降速率、復水率和感官品質(zhì)的影響,討論確定熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換點參數(shù),以期實現(xiàn)熱泵低溫干燥和微波快速干燥的優(yōu)勢互補,提高干燥效率和產(chǎn)品品質(zhì),為后續(xù)實驗研究提供因素水平組合的取值參考。1材料和方法1.1儀器和設備新鮮羅非魚廣東省湛江市東風市場。熱泵干燥裝置(圖1)自制;MK823ESJ-PA微波爐廣東美的集團有限公司;JA2003型電子天平上海滬粵明科學儀器有限公司;HHS-21-4型恒溫水浴鍋杭州匯爾儀器設備有限公司;210mm干燥器。1.2制備地震氧漂新鮮羅非魚→預處理(去魚鱗、內(nèi)臟、頭尾)→取2片魚片→去魚皮→流動臭氧水中作用10min→用濾紙吸取表面水分→熱泵干燥→微波干燥→成品包裝1.3方法1.3.1初始含水率的測定將500g左右新鮮羅非魚經(jīng)去魚鱗、去頭尾、去內(nèi)臟處理,清洗干凈,直接從魚脊骨上方取肉切片,兩側(cè)各取一片。魚片取好后,進行去皮處理,控制魚片大小為110mm×90mm×4mm,在質(zhì)量濃度11mg/L的流動臭氧水中作用10min,達到殺菌的目的,用濾紙吸去表面水分,取樣測定初始濕基含水率為82%。首先,將制備的羅非魚片放入熱泵干燥箱內(nèi)的鐵網(wǎng)上進行熱泵全程干燥,當含水率降至18%時熱泵全程干燥結(jié)束。其次,分析確定熱泵全程干燥中干燥速率開始緩慢下降的轉(zhuǎn)折點,作為熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換時的含水率;以此含水率為轉(zhuǎn)換點,制備魚片試樣先在熱泵干燥箱中干燥,干燥至轉(zhuǎn)換點含水率后馬上轉(zhuǎn)入微波爐干燥。1.3.2濕基含水率的測定采用GB5009.3—2010《食品中水分的測定》直接干燥法,將羅非魚片放入105℃的恒溫烘箱中進行干燥,質(zhì)量恒定后稱量,計算濕基含水率:式中,Wm為濕基含水率/%;mw為羅非魚片水分質(zhì)量/g;md為羅非魚片干物質(zhì)質(zhì)量/g。1.3.3要加密壓水,把干產(chǎn)品表面的水分。在充復水是指將干燥的產(chǎn)品浸泡在一定溫度的水中,吸水后恢復其干燥前狀態(tài)的過程。復水后的產(chǎn)品要用濾紙反復吸干產(chǎn)品表面的水分,然后稱量。測量的程序:稱取干制羅非魚片(M1)→放入40℃恒溫水浴鍋→復水40min→濾干→除去表面水分→稱量(M2),計算公式為:1.3.4干燥魚類的感官評價對經(jīng)熱泵-微波聯(lián)合干燥的羅非魚片分別進行感官評定,感官評價的方法及評分標準按參考文獻的方法進行。1.3.5泵-微波聯(lián)合干燥條件對羅非魚片熱泵-微波聯(lián)合干燥的影響研究熱泵干燥溫度、熱泵干燥風速、熱泵-微波聯(lián)合干燥的轉(zhuǎn)換點含水率、微波干燥時間和微波干燥功率對羅非魚片熱泵-微波聯(lián)合干燥效率和品質(zhì)的影響。2結(jié)果與分析2.1干燥溫度對羅非魚片品質(zhì)的影響在魚片厚度為4mm、干燥風速為3.0m/s時,分別設定熱泵干燥溫度30、35、40℃進行干燥試驗,干燥曲線如圖2所示。圖2中曲線的斜率表征了干燥速率,不難看出,羅非魚片熱泵干燥全過程并不是恒速干燥過程,屬于內(nèi)部水分擴散控制的降速干燥過程。圖2表明,熱泵干燥溫度越高,含水率下降越快,干燥速率越快。顯然,提高干燥溫度可縮短干燥時間和提高干燥生產(chǎn)效率。水產(chǎn)品原料是熱敏性物料,當干燥溫度過高時,將會導致蛋白質(zhì)嚴重變性、色澤變焦黃、質(zhì)地變硬、產(chǎn)品平整性較差、復水率下降等。熱泵的干燥溫度易于控制在25~32℃,在此溫度范圍內(nèi)進行干燥,避免了水產(chǎn)品中不飽和脂肪酸的氧化和表面發(fā)黃,減少了蛋白質(zhì)受熱變性、物料變形、變色和呈味類物質(zhì)的損失。不同干燥溫度下羅非魚片品質(zhì)感官評價評分表如表1所示,顯然,干燥溫度低,產(chǎn)品質(zhì)量好。綜上所述,為保持羅非魚片較好的品質(zhì),宜采用低溫干燥方式;為提高干燥生產(chǎn)效率,宜提高干燥溫度。綜合考慮上述兩方面因素,聯(lián)合干燥前期熱泵干燥可選取干燥溫度為35℃。2.2化干燥速率為了考察熱泵干燥風速對羅非魚片含水率下降速率和復水率的影響,取熱泵干燥溫度35℃、魚片厚度4mm進行干燥試驗。前期試驗結(jié)果表明,在上述試驗條件下,風速大于3.0m/s時,羅非魚片表面易過早變硬而影響羅非魚片脫水速率和羅非魚片干品品質(zhì)。由于羅非魚片干燥過程屬于內(nèi)部水分擴散控制的降速干燥過程,也難以通過持續(xù)提高風速來有效地強化干燥速率。所以試驗選擇風速為2.0、2.5、3.0m/s,分別測定羅非魚片干燥過程含水率變化情況,繪制干燥曲線,如圖3所示。干燥結(jié)束后,測其復水率,復水率變化情況如圖4所示。由圖3可以看出,熱泵干燥風速對含水率變化的影響與普通熱風干燥相似,風速越大,含水率下降越快。但如前所述,風速大于3.0m/s時,魚片表面過早“硬殼”,影響內(nèi)部水分向表面遷移,降低干制品品質(zhì)。當采用前期熱泵干燥后期微波干燥的聯(lián)合模式時,為了提高前期干燥速率,熱泵干燥過程應在保證干制品品質(zhì)的前提下盡量提高干燥風速。因此,聯(lián)合干燥前期熱泵干燥風速可選取3.0m/s。圖4給出了在不同風速下干燥的羅非魚片干制產(chǎn)品復水率的變化情況。從圖4可以看出,產(chǎn)品復水率隨復水時間逐漸增大,當復水時間增至40min后,復水率增加的速度逐漸降低。在控制風速不超過3.0m/s、保證魚片表面不硬化的試驗條件下,產(chǎn)品復水率隨干燥時風速的增大而略呈增加的趨勢。導致這一現(xiàn)象產(chǎn)生的可能原因:由于試驗在羅非魚片不易出現(xiàn)“硬殼”的較高風速下進行,風速較高,脫水速率較快,致使羅非魚片干品質(zhì)構(gòu)比低風速下更為疏松,從而更易復水。2.3微波干燥對羅非魚片含水率的影響如圖2所示,在熱泵干燥溫度取35℃、熱泵干燥風速取3.0m/s的工況下,當含水率降至40%左右,圖中曲線斜率逐漸變平緩,含水率下降速率逐漸變慢,內(nèi)部水分擴散控制明顯占主導地位,此時轉(zhuǎn)換為微波干燥,更有利于內(nèi)部水分向表面遷移,提高干燥效率。從圖2也可以看出,4mm厚的羅非魚片經(jīng)35℃熱泵干燥,其含水率由82%降至40%只需干燥4.5h,而要將魚片含水率由40%繼續(xù)降至18%,還需要干燥9h,是此前干燥時間的2倍。如果在后期改為微波干燥,如圖4所示,在252W微波功率下將魚片含水率由40%繼續(xù)降至18%,只需要8min的干燥總時間就可以達到目的,可見微波干燥可以大大縮短干燥時間。因此,選取含水率40%作為熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換時的含水率。微波干燥的主要缺點是耗電量大、干燥成本較高,因此,熱泵-微波聯(lián)合干燥轉(zhuǎn)換點含水率越高,干燥總能耗和總成本就越大。為節(jié)省能耗,可適當降低轉(zhuǎn)換點含水率。據(jù)文獻報道,如轉(zhuǎn)換點含水率控制在30%左右,熱風-微波聯(lián)合干燥時間比單純熱風干燥縮短3/4,能耗比單純微波干燥減少3/4。2.4微波功率對1.2不同干燥時間1in的影響在前期熱泵干燥階段,取干燥溫度35℃,風速3.0m/s,當含水率降至40%時轉(zhuǎn)為微波干燥。微波連續(xù)干燥會影響干制品品質(zhì),因此,后期微波干燥應采取間歇干燥方式,即干燥和緩蘇交替進行。取單次干燥時間分別為1.0、1.5、2.0min,單次間歇時間1min,微波功率取252W,干燥至含水率為18%時取樣品進行復水,每隔10min,測量產(chǎn)品復水率,復水后進行感官評價。如圖5所示,在微波功率252W、單次間歇時間1min的條件下,單次干燥時間1min的產(chǎn)品復水率高于單次干燥時間1.5、2.0min的產(chǎn)品復水率。這可能是由于單次干燥時間較長,會加速熱敏性食品蛋白質(zhì)的熱變性,持水力變差。由表2可知,在微波功率252W、單次間歇時間1min的條件下,單次干燥時間1min時,魚片的口感較好,保持了魚肉特有的味道和口感,肉質(zhì)具有韌性。單次干燥時間1.5、2.0min時,隨著單次干燥時間的延長,產(chǎn)品的口感逐漸變硬,失去了魚肉特有的鮮味,色澤也開始變黃。綜上所述,聯(lián)合干燥后期微波干燥試驗中選取單次干燥時間1min,單次間歇時間1min。2.5微波功率對羅非魚片品質(zhì)的影響在前期熱泵干燥階段,取熱泵干燥溫度35℃,風速3.0m/s,當含水率降至40%時轉(zhuǎn)為微波干燥,微波功率分別設為252、538、700W。每次干燥時間1min,間歇干燥時間1min。在干燥過程中取樣測量魚片含水率,干燥至含水率18%時取樣進行復水,每隔10min,測量產(chǎn)品復水率,復水后進行感官評價。圖6給出了不同微波功率下羅非魚片微波干燥累計時間10min的干燥曲線,圖6顯示,含水率下降速率隨微波功率的增加而增大(圖6中干燥時間不計間歇時間)。圖7給出了在不同微波功率下干燥所獲到的羅非魚片干制產(chǎn)品復水率的變化情況,圖7顯示,魚片的復水率隨復水時間的延長而升高;當復水時間相等時,干制魚片產(chǎn)品的復水率隨干燥時微波功率的增加而降低。當干燥時微波功率252W時,干制魚片產(chǎn)品的復水性能最好。表3給出了在不同微波功率下干燥所獲到的魚片品質(zhì)感官評價,顯然,微波功率越高,熱敏性食品蛋白質(zhì)熱變性越嚴重,持水力越差。當微波功率539、700W時,羅非魚片的色澤焦黃,質(zhì)地較硬,品質(zhì)較差。因此,聯(lián)合干燥后期微波干燥選取微波功率252W。3熱泵-微波聯(lián)合干燥后分散劑干燥3.1熱泵-微波聯(lián)合干燥前期熱泵干燥階段,為避免羅非魚片蛋白質(zhì)嚴重變性、營養(yǎng)成分損失、色澤變焦黃、質(zhì)地變硬等,宜采用低溫干燥方式,取熱泵干燥溫度35℃;為避免魚片表面“硬殼”效應,影響羅非魚片干燥速率和干品品質(zhì),取熱泵干燥風速3.0m/s。3.2熱泵-微波聯(lián)合干燥后期微波干燥階段,連續(xù)干燥會影響干制品品質(zhì),宜采用間歇干燥方式。隨著單次干燥時間的延長,產(chǎn)品的口感