干燥方式對刺參品質的影響

張凡偉 - 張小燕 - 李少萍 - 李昕劼 - 韓亞芬 - 曹有福 -

(中國農業機械化科學研究院，北京 100083)

海參捕撈季節性強；且極易自溶，出海后需短時間飼養或立刻加工。據統計，全球范圍90%的海參被加工成干制品[1]。應用不同的干燥方法干制海參會使海參有不同的特性，同時不同技術應用的經濟性也有所差距。因此，海參干制新技術也成為了目前國內外海參干燥研究的熱點。

AD是一種傳統的干燥方法，是目前應用最為廣泛的干燥方法，對設備及操作技術要求不高、操作簡便、成本較低，生產過程可控且易于產業化。目前，AD被廣泛應用于干燥各種水產品，例如中國干鮑、干海參、烤魚片、海米、干貝的生產[2]。MD和VFD是食品加工新技術，MD速度快，生產效率高，在農產品加工領域擁有良好的應用前景[3]。VFD對于高附加值食品保持高品質具有獨特優勢，目前在食品加工領域大規模應用的有水果(榴蓮、藍莓等)和蜂王漿等產品干制加工，在水產品領域應用還不廣泛，但隨著設備制造水平的提高，極具產業化應用價值。MVFD干燥技術，是將微波技術與VFD相結合，利用微波對水分子的作用，將微波作為VFD的加熱方式[4]。本研究選擇食用價值較高的刺參作為研究對象[5]，研究4種海參干制方式，對干品品質、能耗和生產效率3個方面作出比較，分析各種技術的特點及適用性。

1 材料與方法

1.1 試驗原料與試劑

鮮活大連刺參：購買于北京海淀區京港水產品市場；

氫氧化鉀、乙醇、丙酮、乙醚、濃硫酸等：分析純，北京化工廠；

葡萄糖醛酸標準品：北京儀化通標科技有限公司。

1.2 主要儀器及設備

電子分析天平：TB-214型，賽多利斯科學儀器北京有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：DK-S24型，上海森信實驗儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG9023A型，上海精宏實驗設備有限公司；

紫外分光光度計：UV-2550型，日本島津公司；

微波真空冷凍干燥機：LG-0.2型，中國農業機械化科學研究院；

掃描電子顯微鏡：S-3400N型，日本日立公司；

食品物性分析儀：TMS-PRO型，美國FTC公司；

三相四線電力分析儀：TES-3600型，泰仕電子工業股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料處理 在鮮活刺參腹部頭尾處開口，去除內臟清水洗凈，沸水煮1 h后取出。刺參沸煮后體積收縮，將沸煮后的刺參浸泡在超純水中冷卻發制，每24 h換水，3 d后待刺參體壁漲發變硬，取出刺參進行后續干燥試驗。

1.3.2 干燥試驗

(1) 熱風干燥：熱風干燥溫度70 ℃以上時，因溫度超過刺參膠原蛋白的收縮溫度，刺參感官品質會明顯下降，溫度在40 ℃以下時由于干燥時間過長，刺參收縮嚴重[6]，所以干燥溫度應選擇40～70 ℃，考慮干燥溫度越高，干燥速度越快，最終確定70 ℃為干燥溫度。干燥參數：相對濕度55%～60%，干燥箱內部風速1.5 m/s，待烘箱溫度達到70 ℃后，放入刺參，過程中監測樣品含水率，直到原料的濕基含水率低于(12.0±0.5)%。

(2) 微波干燥：微波功率設定為500 W，過程中監測樣品含水率，直到原料的濕基含水率低于(12.0±0.5)%。

(3) 真空冷凍干燥：預凍溫度-35 ℃，預凍時間4 h，干燥真空度60 Pa，加熱板溫度由0 ℃勻速升溫至80 ℃，設定升溫時間6 h，達到80 ℃后保持溫度，冷阱溫度為-40 ℃，利用凍干機自帶的重力傳感器獲取質量數據，至刺參濕基含水率低于(12.0±0.5)%時，停止。

(4) 微波真空冷凍干燥：預凍溫度-35 ℃，預凍4 h，干燥真空度60 Pa，微波功率480 W，冷阱溫度為-40 ℃，過程中監測樣品含水率，直至含水率低于(12.0±0.5)%。

1.3.3 指標測定

(1) 酸性黏多糖測定：通過測定葡萄糖醛酸的含量，分析刺參酸性黏多糖含量，采用硫酸咔唑法測定，含量以干基計。

(2) 保形率：刺身干制后體型保形率能反映產品的復水性及凍干工藝水平，可按式(1)計算保形率。

(1)

式中：

K——保形率，%；

l1——干前體長，mm；

l2——干后體長，mm。

(3) 復水比：將干燥海參浸于室溫純凈水中，保持5 h后取出刺參原料并瀝干表面水分，用電子天平稱量獲取結果，按式(2)計算復水比。

(2)

式中：

Y——復水比；

m1——復水前干海參質量，g；

m2——干海參復水瀝干后的質量，g。

(4) 質構試驗：選取20 mm的圓柱形探頭，下降速度60 mm/min，下降位移15 mm，測定復水刺參的彈性。

(5) 感官評分：由10名經培訓的感官評價員根據干品及復水品外觀、風味、口感3個方面表現進行打分，求平均值，得出最終結果。感官評定方法考慮干刺參本身特點，并參考其他研究者選取感官評價指標的方法[7]及相關國家標準[8]，評分方法見表1。

表1 凍干刺參感官評價標準?Table 1 Sensory evaluation of VFD Stichopus japonicus

? 外觀、口感、風味3個指標總得分分別為5、3、2分。

(6) 含水率測定：按式(3)計算刺參水分含量，然后在干燥過程中選取時間節點測量樣品重量，設備有重力傳感器的可以直接讀數。濕基含水率按式(4)計算：

(3)

式中：

H——刺參的水分含量，%；

m1——干燥前鋁制干燥盒和刺參的總質量，g；

m2——干燥后鋁制干燥盒和刺參樣品的總質量，g；

m3——鋁制干燥盒的質量，g。

(4)

式中：

M——濕基含水量，%；

H——原料水分含量，%；

m0——原料質量，g；

m1——干燥過程中刺參質量，g。

(7) 能耗的測定：在刺參干燥過程中，采用平均功率與干燥時間的乘積作為干燥能耗。

(8) 表面微觀結構觀察：切取約1 mm厚的海參干品表皮，噴鍍一層厚度<100 nm的鉑金膜，在掃描電鏡下觀察樣品表面微觀結構。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式刺參品質的對比分析

2.1.1 酸性黏多糖含量 由圖1可知，VFD刺參酸性黏多糖含量最高(5.02 g/100 g)，MD刺參酸性黏多糖含量最低(4.66 g/100 g)，4種方式酸性黏多糖含量平均值為4.88 g/100 g，可以看出含量最低的MD刺參酸性黏多糖含量與平均值差值僅為0.2 g，說明4種干燥方式對刺參酸性黏多糖含量的影響不明顯。MD刺參酸性黏多糖含量略少于其他干燥方式，原因是微波加熱速度較快有局部溫度過高的現象，導致少量酸性黏多糖分子變性。

圖1 不同干燥方式酸性黏多糖的對比Figure 1 Relation of the acid mucopolysaccharide and drying methods

2.1.2 保形率 物料在干燥過程中隨著水分的喪失，會產生收縮現象。由圖2可知，AD和MD產品的收縮嚴重，保形率分別為63.0%和68.4%，而VFD產品能保證90.0%以上的保形率，MVFD刺參略差于VFD。主要是因為VFD干燥時的水分處于固態，屬于升華干燥，所以能較好地保形。AD和MD干燥過程中水分以液體氣化的方式去除，刺參不斷收縮，而且MD干燥過程中刺參溫度較高所以變形量大。

2.1.3 復水比 干刺參的復水泡發是消費者食用干刺參重要的環節，傳統方式干制的刺參復水非常困難，一般需要3 d。由圖3可知，VFD海參具有最高的復水比，遠高于其他干燥方式的產品。MVFD產品的復水比也較高，而AD和MD產品的復水比則很低，尤其是AD產品復水最差。VFD刺參復水比最高達到10.13，而AD刺參復水比最低(5.58)。從感官上觀察也是如此，AD和MD產品皺縮嚴重，表面硬化結殼，因此復水非常困難。這是因為AD干燥時間長，溫度高，水分遷移過程中，大量鹽分也遷移至表面，形成了硬化層，而且AD刺參收縮嚴重，內部組織密度大，可供水分擴散的孔道很少，所以在復水時水分很難進入刺參內部。而MD干燥則主要是因為微波能量強，溫度上升快，且溫度傳導方向與水分傳導方向一致，干燥溫度高，容易形成表面硬化層，導致產品復水性差。VFD由于在真空狀態脫水，物料能一定程度保持形態，內部組織較為疏松，復水性相對較好，脫水過程相對于MVFD更均勻，物料內部能形成均勻的孔洞結構。

圖2 不同干燥方式保形率的對比Figure 2 Relation of the Shape-preserving rate and drying methods

圖3 不同干燥方式復水比的對比Figure 3 Relation of rehydration and drying methods

2.1.4 彈性 利用質構試驗測定彈性主要是與感官評分互為補充，在食品的質地測量方面形成主觀評價和客觀結果的綜合結論。全面測評比較4種干燥方式對刺參質地的影響(圖4)可知，VFD復水品彈性最好，達到90%以上，最差的是AD刺參，低于70%；MVFD略差于VFD，彈性值低約5%。

圖4 不同干燥方式彈性的對比Figure 4 Relation of the elasticity and drying methods

2.1.5 感官品質 由表2可知，AD和MD干制刺參外觀評分很低，主要原因是刺參發生了較嚴重的收縮和色變，隨著水分不斷被除去，刺參體積逐漸縮小，顏色加深，體表參刺逐漸萎縮，腹部的開口處逐漸張開。VFD外觀形態最好，整體只有較輕微的收縮，表面能清晰地看到海綿狀的組織形態，且基本能保持干燥前的色澤，顏色鮮艷飽滿，能看到清晰的顏色變化層次，參刺圓潤直立，開口處筆直。MVFD刺參外觀形態較VFD刺參差，色澤較暗，缺乏光彩，體型不如VFD產品飽滿均勻。在復水品口感方面，VFD口感最佳，MVFD僅次于VFD，復水后體壁彈性十足，有嚼勁，AD和MD刺參復水后，口感較差，部分位置質地較硬，沒嚼勁。在風味方面，VFD刺參有濃郁的刺參鮮味，MVFD鮮味較淡，AD和MD刺參因為形成了表面硬殼，基本聞不到刺參的鮮味[11]。綜上，在感官評價方面，VFD刺參優勢明顯，各方面品質均較好，商品價值最高，其次為MVFD。AD和MD刺參感官較差，無商品價值。

表2 感官評價結果Table 2 Sensory evaluation results

2.2 不同干燥方式干燥時間和能耗的對比分析

2.2.1 干燥時間 由圖5可知，MD干燥速度最快1.5 h內即可完成干燥，其次為MVFD和AD，VFD需要約16.5 h才能使刺參濕基含水率達到12%以下。MVFD因為加熱效率較高，相對于VFD，將干燥過程縮短了約8 h。

2.2.2 能耗 由表3可知，VFD能耗最高，MVFD相對于VFD能節能約60%。

圖5 不同干燥方式的干燥曲線Figure 5 Drying curve of different drying methods表3 不同干燥方法的能耗Table 3 Relation of energy consumption and drying methods

方法功率/kW能耗/(kW·h)AD0.4844.484MD0.2240.336VFD1.81229.898MVFD1.38211.056

2.3 不同干燥方式表面微觀結構的對比分析

由圖6可知，VFD產品形成了均勻多孔的海綿狀結構，這是冰晶升華形成的孔洞，孔洞細密且均勻。MVFD產品與VFD產品相比孔洞均勻性差，MD和AD產品無較好的孔隙結構。微觀結構一定程度說明4種干燥方式在感官和質地等方面存在差異的原因是干燥條件影響了刺參的組織結構。

3 結論

采用AD、MD、MVFD和VFD 4種方法干燥刺參，分析了干燥方法對刺參酸性黏多糖含量的影響，并對比了相應干刺參產品的復水性、收縮率及感官特性，同時分析比較了不同干燥方法的干燥時間及能耗。

圖6 不同干燥方式產品表面微觀結構圖Figure 6 Relation of surface microstructure and drying method (×800)

(1) 分析表明VFD刺參品質較好，MD方法速度最快、能耗最低，MVFD能一定程度地保證產品品質且降低能耗并縮短干燥時間。

(2) 通過對比干刺參表面微觀結構，發現VFD刺參形成了疏松多孔的骨架，相較于其他3種方法干燥的刺參產品，孔洞更為均勻密集，是凍干刺參復水性好的原因之一。

(3) 研究中選取的MVFD干燥方法工藝復雜，參數較多，后續工作中可通過工藝優化，在產品品質及工藝經濟性方面作出有效改善，為干海參大規模生產加工提供參考。同時，也可選取多種海參活性物質作為研究對象，重點分析干燥方法對刺參活性物質的影響。

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