熱風溫度對濕腌肉雞翅根干燥動力學及成品品質的影響

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(1華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640; 2.廣東無窮食品有限公司,廣東饒平 515726)

熱風溫度對濕腌肉雞翅根干燥動力學及成品品質的影響

周厚源1,李汴生1，*,阮征1,郭偉波2,林光明2

(1華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640; 2.廣東無窮食品有限公司,廣東饒平 515726)

對比分析了不同熱風溫度(60～100℃)對肉雞翅根干燥動力學及成品品質的影響。實驗結果表明,濕腌肉雞翅根熱風過程為內部水分擴散的降速干燥過程,含水率及干燥速率的變化均受溫度顯著影響(p<0.05)；肉雞翅根的水分有效擴散系數Deff隨著熱風溫度的升高而增大,在60～100℃內為3.09×10-9～11.13×10-9m2/s,擴散活化能Ea為33.08kJ/mol。對比分析了8種干燥經驗模型的回歸統計結果,確定Page方程為最佳干燥模型(平均R2=0.9994,平均χ2=0.000041),可精確預測肉雞翅根熱風過程(60～100℃)的含水率。成品品質分析表明,熱風溫度對烤翅成品硬度、咀嚼性及剪切力有顯著影響(p<0.05),而彈性、內聚性及回復性無明顯差異(p>0.05),90℃熱風干燥得到的成品硬度、咀嚼性及剪切力均最大；干燥時間對硫代巴比妥酸(TBA)值及酸價的影響要大于熱風溫度。相關性分析表明,Deff與Page方程的參數k、n值均具有顯著正相關性(p<0.05),咀嚼性與硬度、剪切力均有顯著的正相關性(p<0.05)。

熱風干燥,干燥動力學,肉雞翅根,有效擴散系數,品質

烤翅,由于具有獨特的烤香味而深受消費者喜愛。傳統烤肉制品多為現售,缺乏加工技術的工業化控制。考慮到消費者方便即食的需求,開發新型便攜的休閑烤肉制品逐漸引起重視。由于肉雞含水率較高,直接高溫烤熟的產品口感軟爛,缺乏特殊的嚼勁,而干燥脫水是一種提高硬度的有效方法[1-2]。食品干燥是一個傳熱傳質同時進行的吸濕系統,也是形態持續變化和收縮的復雜過程,其規律受到物料特性及干燥介質的影響[3]。干燥動力學可以用于評估干燥過程食品內在的動力學特性,基于菲克第二定律推導的多種經驗方程如Henderson[4],Page[5],Logaritmic[6],Midilli[7]等已普遍用于描述食品的干燥特性。熱風干燥是工業化常用的干燥方法,在一定的溫度范圍內,提高熱風溫度能夠有效地提高干燥速率,縮短干燥時間,不少研究學者通過數學模型研究熱風溫度對三文魚[2]、大魷魚片[6]、沙丁魚[8]等水產品干燥的動力學及品質特性的影響,但肉雞翅根熱風干燥動力學還未見報導。本文中烤翅是將新鮮肉雞翅根濕腌后進行熱風干燥,在水分降至45%后進行高溫烤制,降至含水率30%,最后真空包裝殺菌,即為成品。該過程熱風干燥耗時長,是關鍵工藝控制點之一。本文將濕腌后的肉雞翅根在60、70、80、90和100℃下進行熱風干燥脫水,旨在研究熱風溫度對干燥模型的影響,計算水分有效擴散系數并確定能夠擬合實驗數據的最佳數學模型；同時測定了熱風溫度對烤翅成品質構、剪切力、酸價及TBA值的影響,以期為肉雞烤翅的生產提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

原料：肉雞翅根(36～40g/只) 購自于麥德龍超市,在冰柜中貯藏；腌制液：海鹽、白砂糖、黃酒等輔料 均取自廣東無窮食品有限公司。

DZ300TN型真空包裝機 浙江兄弟包裝機械有限公司；LH4A29A型噴淋式反壓殺菌鍋 寧波銳托殺菌設備有限公司；TA-XT Plus型質構儀 英國SMS公司；DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司；MG25AF-PRR型電烤箱 美的電器有限公司；Center309型溫度測定記錄儀 Center Technology Corporation；752N型紫外可見風光光度計 上海精科；BCD218型冰箱 博西華有限公司；PL203型電子天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司。

1.2實驗設計

原料解凍→修剪、清洗、瀝干→4～5℃浸泡腌制12h→取出瀝干。將腌制后的樣品平鋪篩網至于烘箱,熱風溫度調整至60、70、80、90、100℃,風速1.5m/s。待溫度達到設定溫度時,開始計時,每隔1h測定一次含水率,濕基含水率降至45%±1%時熱風干燥結束,干燥過程同時記錄樣品溫度變化。將干燥過的樣品轉入高溫烤爐(175℃),終水分降至30%±1%,真空包裝殺菌(121℃-5min),即為烤翅成品。

將肉雞翅根熱風干燥曲線與現有的經驗干燥模型進行擬合,選擇擬合度高,參數少的模型；應用理論擴散模型—菲克第二定律的擬合,計算樣品干燥過程的水分有效擴散系數Deff,并結合阿累尼烏斯方程計算其擴散活化能Ea；對比不同熱風干燥溫度對烤翅成品質構特性及TBA值、酸價的影響。

1.3水分指標測定

濕基含水量W按照GB9695.15-1988方法測定：

干基含水率M由濕基來換算[1]：

式中,W、W1、W2分別表示整翅、肉、骨的濕基含水率,%；m1、m2分別表示肉、骨的濕基質量,g；M,表示整翅的干基含水率,%。

干燥速率的測定,按照Falade[9]的方法,按以下公式計算：

式中,vi,表示i時刻的樣品干燥速率,g/(100g·h)；Mi、Mt分別表示i、t時刻樣品干基含水率,%；t-i,表示i到t時刻的干燥時間段,h。

水分比用于描述樣品在一定干燥條件下的剩余水分率,按如下公式計算：

式中,MR為水分比,無量綱；Mt、M0分別表示t時刻及初始時刻樣品干基含水率,%；Me為樣品平衡含水率,%；平衡含水率的測定：以某個干燥條件下,1h內原料100g干物質質量減少小于0.1g時的含水率為平衡含水率[5]。

1.4樣品溫度測定

樣品溫度的測定采用溫度記錄儀(Center309,臺灣)。測定樣品熱風干燥過程中心及表面溫度,中心和表面的平均溫度作為樣品的測定溫度,每隔30min記一次溫度值。

1.5干燥動力學模型

阿累尼烏斯方程可用于描述有效擴散系數與溫度的關系[3]：

1.5.2 經驗模型 在菲克第二定律基礎上,國外研究學者推導出多種干燥經驗方程,本文選取了Henderson,Page,Wang,Verma,Midilli等8個常見的干燥數學模型,具體見表2,并通過決定系數R2和卡方值χ2評價其擬合優度。這些模型有如下假設條件：在干燥初始階段,樣品水分分布均勻；表面傳質阻力相比內部擴散阻力可忽略不計,水分蒸發主要受內部擴散控制；干燥過程的水分有效擴散系數不變等[11]。

1.6質構TPA及剪切力測定

1.6.1TPA樣品采用英國SMS(StableMicrosystem)公司TA-XTPlus型質構儀進行測定。對不同熱風溫度處理的雞翅根各取5塊長方體肉塊(1cm×1cm×0.5cm),選用P/36R型平底圓柱探頭(P/36RFlat-endedCylinderProbe)進行TPA測試。測試參數：測前速率1mm/s,測試速率1mm/s,測后速率5mm/s；壓縮比50%,探頭兩次測定間隔時間：5s；觸發類型：Auto-5g。

TPA測試又稱為兩次咀嚼測試(TwoBiteTest),主要通過模擬人口腔咀嚼運動,對樣品進行兩次壓縮。在雞肉的TPA測試結果中,選擇硬度、彈性、內聚性、咀嚼性和回復性這5個指標[12]。

1.6.2 剪切力 剪切力測定參考Christensena等[13]的方法,樣品采用英國SMS(StableMicrosystem)公司TA-XTPlus型質構儀進行測定。對不同熱處理時間的雞翅各取5塊長方體肉塊(1cm×1cm×0.5cm),用燕子尾刀片沿與肌纖維方向垂直的方向剪切,剪切曲線的峰值即是剪切力值,五組剪切力值的平均值即是每個雞翅樣品的剪切力(ShearForce,SF)。測定參數參照如下：探頭類型：HDP/BSW剪切刀,測前速度(Pre-TestSpeed)為1.0mm/s,測中速度(TestSpeed)2.0mm/s,測后速度(Post-TestSpeed)為5.0mm/s,觸發類型：Auto-20g。

1.7硫代巴比妥酸(TBA)值及酸價的測定

采用改進的TBA值法測定肉制品脂肪的氧化[14]；采用改進方法測定肉制品的酸價[15]。

1.8數據處理

應用SPSS18.0和Origin8.6進行數據分析,其中R2和χ2作為模型擬合度評價指標,R2越接近1,χ2值越小,說明模型擬合度越高；采用新復極差分析法Duncan進行顯著性分析,置信區間取95%；采用皮爾遜Pearson進行相關性分析,p<0.05為顯著相關,p<0.01為極顯著相關。

2 結果與分析

2.1肉雞翅根干燥特性

水分含量對食品感官品質及儲藏穩定性均有重要影響。圖1所示為5個不同溫度(60,70,80,90,100℃)下的實驗干燥曲線,樣品的初始濕基含水率為68%,由圖1可見,隨著溫度的增加,干燥曲線變化趨勢更陡,熱風溫度對肉雞翅根的水分變化有顯著影響(p<0.05),溫度的提高使得降到相同含水率的時間減少。達到相同的目標水分45%,60～100℃下的干燥時間分別為840,522,360,252,190min,60℃的干燥時間分別是70℃的1.61倍,80℃的2.33倍,90℃的3.33倍,100℃的4.42倍。從圖1還可以發現,60～80℃的干燥曲線之間差距較大,而80～100℃之間差距相對較小,這可能是由于干燥過程,表面溫度的升高使得樣品表面蛋白質變性硬化成殼,增加了內部水分傳遞的阻力,從而降低了干燥速率[16]。Vega-Gálvez等人研究大魷魚的熱風干燥也發現類似的規律,在干燥溫度高于60℃時樣品出現表面硬化現象,降低干燥速率,使得60～80℃的干燥曲線很接近[6]。

圖1 不同溫度下干燥肉雞翅根含水率曲線圖

樣品的溫度變化曲線如圖2所示,隨著干燥的進行,樣品含水率逐漸降低,而樣品溫度逐漸增加,且在含水率為50%左右,樣品溫度變化開始平緩,與熱介質溫度的差距趨于穩定,這表明此時樣品的干燥速率較干燥初期已經降低,且趨于平緩。從圖2還可發現,當達到目標水分時,60～100℃干燥溫度下的樣品終點溫度分別為56.2、65.85、75.8、84.75、90.35℃,即熱介質溫度越高,樣品與之溫差越大,這可能是由于高溫條件下樣品能保持在一個較高的干燥速率,使得水分蒸發較快,從而帶走熱量較大,降低了樣品溫度。

圖2 不同溫度下干燥翅根升溫曲線圖

干燥速率是干燥產品的基本參數,其表述為在連續時間間隔內,每小時每100g干物質遷移的水分含量,g/(100g·h)。圖3為樣品的干燥速率曲線,干燥速率在初始階段很高,且隨著含水率的降低而下降,下降趨勢如圖3所示,干燥過程沒有明顯恒速階段,干燥均在降速階段進行,這說明樣品傳質的主要機理為內部水分擴散,相似的規律也在對蝦,沙丁魚及大魷魚的熱風干燥中發現[5-6,8]。從圖3曲線看,速率變化受溫度的影響是顯著的(p<0.05),這可能是由于高溫對樣品的熱穿透更強。60～70℃下的干燥速率均較低,在含水率低于55%的干燥過程中速率變化較小,平均速率分別為4.31、7.34g/(100g·h)；而80～100℃一直保持較高的干燥速率,在含水率低于50%時速率變化平緩,平均速率分別為12.7、15.15、21.16g/(100g·h),較高的干燥速率使得樣品水分蒸發較快,同時帶走熱量較大使得樣品溫度降低,這與圖1含水率變化及圖2中樣品溫度變化規律基本一致。

表2 干燥數學模型擬合結果

注：模型表達式中MR表水分比,t表時間；R2、χ2均為模型對不同溫度下干燥曲線擬合結果的均值±SD。

圖3 不同溫度下干燥翅根干燥速率曲線圖

2.2水分有效擴散系數

有效擴散系數表征的是物料整體的傳質特性。對不同熱風溫度下的干燥曲線進行菲克第二定律方程的擬合,計算樣品的水分有效擴散系數見表1。由表1可見,干燥溫度對肉雞翅根有效擴散系數的影響是顯著的,最大的擴散系數是在100℃,為11.13×10-9m2/s,而最低值為60℃的3.09×10-9m2/s,這個范圍的擴散系數值與大魷魚的50～90℃熱風干燥的擴散系數(0.78×10-9～3.2×10-9m2/s)比較接近[6],低于雞胸肉120～160℃高溫蒸汽干燥的有效擴散系數(27×10-9～77×10-9m2/s)[17],但大大高于三文魚40～60℃熱風干燥擴散系數(0.11×10-9～0.19×10-9m2/s)[2]和對蝦自然日曬干燥的擴散系數(0.11×10-9×10-9m2/s)[5],這些差異可能與肉的結構多樣性、干燥方式及溫度、肌肉狀態、脂肪含量以及是否存在表皮有關系[18]。

表1 不同溫度下水分有效擴散系數及擴散活化能

擴散系數與溫度的關系可用阿累尼烏斯方程描述,將擴散系數的自然對數值與溫度的倒數值進行線性回歸,根據直線斜率,計算出擴散活化能33.08kJ/mol,活化能越大,則脫去相同的水分需要更長的時間。

2.3干燥模型的選擇

為了描述肉雞翅根干燥過程脫水規律,對干燥時間與水分比的干燥曲線進行(圖4)Newton、Page等8個經驗模型的回歸分析,并取決定系數R2和卡方值χ2作為方程接受度的評價指標。R2越接近1,χ2越接近0,則擬合精度越優,各方程對不同溫度的平均擬合效果如表2所示。

圖4 不同溫度下干燥肉雞翅根水分比曲線圖

由表2可見,大部分經驗模型均達到較高的擬合度,Midilli-Kucuk模型回歸結果的平均R2最大,為0.9997,平均χ2最小,為0.000026,但未知參數有4個,而Page模型平均R2達到0.9994,平均χ2為0.000041,且未知參數只有兩個,故選擇Page模型用于描述肉雞翅根熱風干燥過程的脫水規律。Djendoubi等人也發現Page方程為沙丁魚熱風干燥曲線的最優模型[8]。

表3為Page模型對不同溫度干燥曲線的參數擬合結果,表達式的兩個未知數為k和n。k表示干燥常數,由表3可見,k值明顯受溫度影響,且隨著溫度增大而增大,因此k值與溫度有重要關系,其值越大表明干燥速率更高,傳熱傳質效果更好；n值表示干燥指數,從表3可見,溫度對n值影響無明顯規律,因此n值變化不依賴于溫度,可能更多的依賴于熱風流速或干燥物料組織的特殊性質[19]。

表3 Page模型參數擬合結果

表4 不同熱風溫度對烤翅成品TPA及剪切力的影響

注：烤翅終含水率30%；數值表示為均值±標準偏差,若有相同字母,表明差異不顯著(p>0.05)；若字母都不相同,表明差異性顯著(p<0.05)。

將變量溫度T分別與變量k和n進行多項式回歸分析,可以得到以下兩個回歸方程：

k=8×10-5T2-0.0077T+0.4411,R2=0.9796；

n=-4×10-6T3+0.001T2-0.0699T+2.2775,R2=0.9213。

所以,肉雞翅根在60～100℃熱風干燥條件下的干燥模型可以表述為：

MR=exp(-ktn),其中k=8×10-5T2-0.0077T+0.4411,n=-4×10-6T3+0.001T2-0.0699T+2.2775。

2.4熱風干燥溫度對烤翅成品TPA及剪切力的影響

TPA與剪切力是影響烤翅總體品質的最重要感官特性之一,直接影響著消費者對產品的接受程度,在理解食品結構及其在干燥過程變化有著非常重要的作用。原料及不同熱風溫度干燥的烤翅成品(終水分30%)質構及剪切力如表4所示。由表4可見,與新鮮原料相比,烤翅成品的質構各指標參數及剪切力值均有顯著增加(p<0.05),其中烤翅成品的硬度、咀嚼性最大值分別達到21.43、13.81kg,剪切力最高為8.29kg,分別是原料的13.22、18.17、9.01倍,這意味著成品獲得了很高的嚼勁,有別于新鮮樣品的特殊感官特性。影響質構的主要結構因素與結締組織和肌原纖維蛋白(肌球蛋白和肌動蛋白)有關,干燥及烤制引起了蛋白變性和脫水收縮,不可逆結構的改變導致質構的改變；此外,干燥及烤制過程發生溶質的濃縮和體積的收縮,使得肉質更加緊密結實,長時間的干燥可能導致部分結合水脫出,從而使得質構更加硬實[2,20]。

從表4還可發現,熱風干燥溫度對烤翅成品的彈性、內聚性及回復性均無顯著性影響(p>0.05),而對硬度、咀嚼性和剪切力有顯著作用(p<0.05)。由表4可見,烤翅成品的硬度、咀嚼性和剪切力有一致的變化規律,在60～90℃范圍內,該3個指標隨著溫度的增加而增大,這可能是高溫的脫水速率較快,使得收縮更快,結構結合更緊密。而100℃的干燥條件下,烤翅成品的硬度、咀嚼性和剪切力分別降至17.86、11.62和7.20kg,這說明干燥溫度過高可能導致肌原纖維的弱化,不利于質構的強化[21]。

2.5熱風干燥溫度對烤翅成品TBA值及酸價的影響

不同熱風溫度條件的烤翅成品酸價及TBA值如圖5所示。由圖5可見,酸價與TBA值有相似的變化趨勢。酸價用于描述肉中脂肪水解后產生的游離脂肪酸含量[22],由圖5結果可見,60～90℃條件下烤翅成品的酸價無顯著差異(p>0.05),而100℃條件下的酸價明顯低于60℃(p<0.05)；TBA值廣泛用于描述肉制品的脂肪氧化程度,表示二級脂肪氧化產物[2,22],從圖5可見,TBA值隨著干燥溫度的升高而降低,其中90～100℃條件下明顯低于60～70℃的TBA值(p<0.05)。這些差異可能是熱風干燥時間不同導致的,由圖1可知,達到相同中間水分45%,60～100℃下的干燥時間分別為840、522、360、252、190min,長時間的熱風干燥增加了脂肪的水解和氧化,這表明干燥時間對TBA值、酸價的影響要大于干燥溫度,這與Diaz-Puente[2]等人的研究是一致的。

圖5 不同熱風溫度對烤翅成品酸價及TBA值的影響

表5 模型參數、質構參數及化學指標之間的相關性分析

注：Deff:水分有效擴散系數；k,n：Page方程的干燥常數及指數；*p<0.05；**p<0.01；ns：無顯著相關。

2.6指標的pearson相關性分析

pearson相關系數可用于描述各指標變量之間的聯系[23],表5即為模型參數、質構參數及化學指標之間的相關性矩陣。由表5可見,水分有效擴散系數Deff與Page方程的k值(r=0.99)及n值(r=0.91)均具有顯著正相關性,而k與n之間無顯著相關性,因此Deff更能反映物料整體的傳質特性；咀嚼性與硬度(r=0.99)、剪切力(r=0.88)均有顯著的正相關性,可見這三個指標均能直接反映樣品的感官特性,且咀嚼性更是一個綜合的感官指標；n值與剪切力(r=0.937),酸價與TBA值(r=0.90)均有顯著的正相關性；從表5還可見,TBA值及酸價與Deff、k均有顯著負相關,這是因為Deff、k越高對應的干燥溫度越高,即干燥時間縮短,從而降低了TBA值及酸價,這與2.5的結論是一致的。

3 結論

通過對比分析不同熱風溫度(60～100℃)對濕腌肉雞翅根的干燥特性、干燥動力學及烤翅成品品質的影響,得到以下結論：

3.1 濕腌肉雞翅根熱風過程為內部水分擴散的降速干燥過程,含水率及干燥速率的變化均受溫度顯著影響(p<0.05),溫度越高,樣品干燥速率越快。

3.2 肉雞翅根的Deff隨著熱風溫度的升高而增大,在60～100℃內為3.09×10-9～11.13×10-9m2/s,擴散活化能為33.08kJ/mol。

3.3 對比分析8種干燥經驗模型的回歸統計結果,確定Page方程為最佳干燥模型(平均R2=0.9994,平均χ2=0.000041),可精確預測肉雞翅根熱風過程(60～100℃)的含水率。

3.4 成品品質分析表明,熱風溫度對烤翅成品硬度、咀嚼性及剪切力有顯著影響(p<0.05),而對彈性、內聚性及回復性無明顯影響(p>0.05),90℃熱風干燥得到的成品硬度、咀嚼性及剪切力均最大；干燥時間對TBA值及酸價的影響要大于熱風溫度。

3.5 相關性分析表明,Deff與Page方程的k、n值均具有顯著正相關性(p<0.05),咀嚼性與硬度、剪切力均有顯著的正相關性(p<0.05)。

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Effect of air temperature on drying kinetics of broiler chicken wings and quality of end product

ZHOUHou-yuan1,LIBian-sheng1，*,RUANZheng1,GUOWei-bo2,LINGuang-ming2

(1.College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China； 2.Guangdong WuQiong Food company Limited,Raoping 515726,China)

The present study investigated the influence of air temperature on the drying kinetics of broiler chicken wings and quality of end product during convective dehydration at 60,70,80,90and 100℃. The results showed that the drying occurred throughout under falling rate of drying period and the predominant mechanism of mass transfer in the sample was that of internal mass transfer. The change of moisture content and drying rate had significant change at different hot air temperatures(p<0.05). The effective moisture diffusivity increased with the increase of air temperature,and the valve of Deffwas between 3.09×10-9and 11.13×10-9m2/s from 60 to 100℃,the activation energy of which was 33.08kJ/mol.Eight different empirical drying models were compared and based on statistical tests results,the Page model gave the best fits and could be used to accurately predict the moisture content of dried broiler chicken wings from 60 to 100℃. The result of quality analysis of end product showed that the value of hardness,chewiness and shear force had significant change at different air temperatures(p<0.05),while the value of springiness,cohesiveness and resilience had no significant change(p>0.05),and the value of hardness,chewiness and shear force had the maximum value under the drying temperature of 90℃;The TBA index and acid value depended more on exposure time than on temperature during drying. The value of k and n of Page model were significantly(p<0.05)correlated with Deff,and the value of hardness and shear force were significantly(p<0.05)correlated with chewiness.

hot air drying;drying kinetics;broiler chicken wings;effective moisture diffusivity;quality

2013-04-22 *通訊聯系人

周厚源(1987-)，男，碩士，主要從事食品加工和保藏研究。

廣東省教育部產學研結合項目(2011A090200041)。

TS251.1

：A

：1002-0306(2014)01-0091-07