不同干燥處理方法對雞肉丁的干燥效果

吳滿剛，王俊山，段立昆，王家豪，劉瑞，葛慶豐，于海

1(揚州大學 食品科學與工程學院，江蘇 揚州，225127) 2(江蘇省淮揚菜產業化工程中心(揚州大學)，江蘇 揚州，225127)

雞肉是我國主要的禽肉產品之一，雞肉中蛋白質含量高，氨基酸種類豐富，易被人體消化吸收，且雞肉中含有豐富不飽和脂肪酸、磷脂及微量元素，具有很高的營養價值[1]。目前我國是世界上雞肉消費第二大國，每年會消耗大量雞肉，但雞肉在屠宰、加工、運輸、貯存、販賣等過程中品質會迅速下降，縮短雞肉的貯藏期限[2]，制約雞肉產業的發展。

隨著社會的發展，干燥技術涉及食品工業各個領域，尤其在食品保藏及脫水速食食品生產方面。目前干燥技術主要應用于谷物及果蔬等脫水保藏[3-5]，但在肉類加工方面應用較少，主要集中在牛肉干、豬肉脯等肉干類產品。干燥保藏原理是將肉中部分水分排出，降低物料中水分活度來抑制微生物的生長繁殖和酶促反應，從而達到延長保質期的目的[6]。傳統上一般采用自然風干或者熱風干燥法，傳統干燥法雖然工藝簡單，但存在干燥效率低，干燥工藝不合理，且對產品營養損失較大等問題[7-8]。隨著干燥技術的發展，微波干燥、真空冷凍干燥、微波-熱風耦合干燥、微波-氣流膨化耦合干燥等干燥新技術的出現，使得傳統干制品加工工藝得以改進，不但提高了干燥效率，也避免了許多因傳統干燥工藝而導致的問題，如營養成分的損失，色澤及質構特性較差等[9-11]。蘇秀榕等[12]研究表明，真空冷凍干燥可解決即食刺參難儲藏，棘易脫落等問題。石芳等[13]研究3種不同干燥方式對松茸品質的影響，表明真空微波干燥和真空冷凍干燥可增加松茸中氨基酸含量，且真空冷凍干燥能較好保持松茸原有色澤品質。

本研究通過研究熱風、真空冷凍和微波-熱風耦合干燥對雞肉丁物理特性的影響，以期對以后的復水速食肉丁類產品的生產開發提供理論和數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞胸肉，揚州市汊河鎮蘇果超市。

1.2 主要設備與儀器

C20-SDHJ08X型電磁爐，浙江蘇泊爾有限公司；PL203型電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；WRD2S-01型微波熱風干燥箱，南京三樂微波技術發展有限公司；ZRD-7140型全自動新型鼓風干燥箱，上海智城分析儀器制造有限公司；ALPHA 1-2-LD PLUS型凍干機，德國Marin Christ公司；CH-8853型水分活度測量儀，瑞士NOVSINA公司；XL-30 ESEM型環境掃描電子顯微鏡，荷蘭Philips公司；SC-80C型全自動色差計，北京康光光學儀器有限公司；TMS-Pro食品質構儀，美國FTC公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 原料預處理

將雞肉置于4 ℃冰箱中解凍后，清洗，去除多余骨頭、雞皮和脂肪，切成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm大小雞肉丁，剔除不規則樣品。待水燒開，將雞肉丁放入煮3 min，撈出瀝干后分別取10 g(約6～7塊)形狀較規則樣品放入干燥箱中干燥。樣品干燥條件：熱風干燥溫度為80 ℃，風速0.8 m/s，干燥時間為0～5 h；微波-熱風干燥熱風溫度為80 ℃，風速0.8 m/s，微波功率為400～500 W，微波頻率為2 450 MHz，干燥時間為0～48 min；真空冷凍干燥溫度為-75 ℃，干燥時間為24 h。

1.3.2 干燥曲線

從干燥開始，隔一定時間測定一次樣品質量,將樣品放回繼續干燥，并計算不同時間段干燥率ω，結果重復3次，取均值。因凍干機的特殊性，干燥條件未測定冷凍干燥曲線。ω表示樣品中水分含量的高低，ω越小表示含水量越大。干燥率ω的計算如式(1)所示：

(1)

式中：ω為干燥率，%；m1為所取樣品干燥前質量，g；m2為所取樣品干燥后質量，g。

1.3.3 水分活度的測定

采用李美君等[14]處理方法加以改進后測定。待干燥后的樣品冷卻至室溫，切成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm左右大小顆粒，取2 g樣品，利用水分活度測量儀測定水分活度(Aw)，樣品的測定溫度為室溫，結果重復3次，取均值。

1.3.4 色澤

將干燥后的樣品切開橫截面，用全自動色差計測定樣品的亮度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*)。利用標準白板調白，黑板調零后，測定樣品的反射色，結果重復3次，取平均值。本試驗將色差影響參數e值作為評價雞丁色澤的主要參數，該值計算方式為紅度值與亮度值之比和紅度值與黃度值之比求和，表示在亮度值和黃度值影響下樣品的偏紅度值[15]，該參數的計算如式(2)所示：

(2)

式中：e為色差影響參數；a*為紅度值；b*為黃度值；L*為亮度值。

1.3.5 雞肉丁干燥前后的微觀結構觀察

參照HAGA等[16]樣品處理方法并加以改動，干燥后經高真空離子濺射鍍膜機噴金后用環境掃描電鏡進行掃描觀察并拍照，加速電壓為20 kV。

1.3.6 復水時間與復水比

將干燥后的樣品放入70 ℃熱水中，水浴加熱，每隔30 s拿出，用濾紙吸干表面水分并測定一次質量，直到其質量不再變化，記錄時間與復水后的質量，結果重復3次，取平均值。復水比R計算如式(3)所示：

(3)

式中：R為復水比；ma為復水前樣品質量，g；mb為復水后樣品質量，g。

1.3.7 復水后樣品質構特性(texture prafile analysis,TPA)分析

將未經干燥的煮熟雞肉丁作為對照，分別取約1 cm×1 cm×1 cm大小的未經干燥雞肉丁及復水后雞肉丁，用濾紙將表面水分吸干，利用TMS-Pro食品質構儀測定雞肉沿肌纖維方向的硬度(hardness, N)，彈性(springiness, mm)，咀嚼性(chewiness, mJ)，膠黏性(adhesiveness, N)。測定條件：25.4 mm圓柱探頭，測試力1 400 g，觸發力5 g，測試速度1.00 mm/s，2次循環壓縮，結果重復測定3次取均值。

1.3.8 感官評定

本試驗邀請10位具有感官評定經驗的食品學院的學生組成評定小組，男女各5位，對復水后的雞肉進行感官評定[17]。

本試驗主要評定產品的色澤、氣味、手感、口感和組織狀態，每項指標的最高得分為10分，最低為1分，評分標準見表1，根據評分判定樣品的優劣。

表1 復水后雞丁感官品質評分標準

注：總得分=色澤×20%+氣味×10%+手感×20%+口感×30%+組織結構×20%。

2 結果與分析

2.1 干燥曲線

由于冷凍干燥中途無法停止，所以本試驗僅測定熱風與微波-熱風耦合干燥曲線。熱風干燥溫度為80 ℃，風速0.8 m/s，每隔1 h測定一次樣品質量；微波-熱風耦合干燥中熱風溫度為80 ℃，微波功率為400～500 W，微波頻率為2 450 MHz，風速0.8 m/s對樣品進行連續加熱，每8 min測定一次樣品質量，計算其干燥率。干燥過程中干燥率隨時間變化見圖1。從圖中可以看出，熱風干燥與微波-熱風耦合干燥的干燥率變化趨勢基本一致，呈指數下降，干燥率隨干燥時間的延長降低并逐漸趨于平緩。微波-熱風耦合干燥達到平衡明顯比熱風干燥更快(熱風干燥約5 h達到的干燥率，微波-熱風耦合干燥只需約48 min即可達到)，這是由于微波能以電磁輻射形式進入濕樣品中，樣品受熱由內到外產生水蒸汽形成氣壓差，進而驅動樣品中水蒸氣向表面遷移。由于極性分子的摩擦運動和生熱效應，熱量由內而外進行釋放。這樣，樣品的傳熱、溫度梯度和蒸汽遷移方向一致，同時熱風加快樣品表面水分的蒸發，所以大大提高了干燥速率[18-19]。而熱風干燥利用熱風將熱量傳遞給樣品表面，樣品表面水分受熱蒸發，當樣品表面水分含量低于內部水分含量時形成由內到外的水分梯度，內部水分便向表面遷移，直到樣品中的水分下降到一定程度。與此同時，受熱后物料表面溫度高于樣品中心溫度形成由外到內的溫度梯度，由于熱風干燥過程中水分梯度和傳熱方向相反，且熱源為單一的外部熱源，表面水分蒸發后，內部水分不能及時轉移到表面，所以熱風干燥速率較為緩慢。

Numerical analysis on bearing behavior of box-shaped steel reinforced concrete member under pure torsion

圖1 不同干燥方式的干燥曲線

Fig.1 Drying curves of different drying methods

2.2 水分活度

水分活度影響微生物體內酶的活性，通過干燥處理，降低肉品的水分活度，抑制微生物生長繁殖，從而延長肉品的保藏期。本實驗將經不同干燥方式干燥的樣品干燥至質量穩定時(穩定后樣品干燥率見圖2)取出，切碎，放入水分活度儀中測定，測定結果如圖3。結果表明，經不同干燥方式干燥后，雞丁的水分活度均降低，熱風干燥的水分活度最高，為0.812，其次為微波-熱風耦合干燥組，為0.671，真空冷凍干燥的水分活度最低，僅為0.366。真空冷凍干燥的樣品水分活度顯著低于熱風干燥和微波-熱風耦合干燥(P<0.05)。結合干燥率與干燥時間考慮，較短時間的微波-熱風耦合干燥能有效降低雞肉水分活度，且效果比熱風干燥效果更好。而真空冷凍干燥由于長時間恒定低溫干燥，可有效降低樣品干燥率與水分活度。低的水分活度可以抑制微生物的生長代謝以及一些酶類的活性。通常適合微生物生長的Aw下限為0.7～0.75[20]。而辜雪冬等[21]表明，肉中細菌在微波的高頻振蕩作用下，會使其蛋白質結構發生變化，從而失去活性，使菌體死亡或受嚴重干擾而無法繁殖。同時在微波作用下，細菌內細胞器的生理活性發生變化，造成細胞膜功能障礙，破壞其正常的生理代謝活動，同時樣品中的水分活度降低，使其停止生長直至死亡[22]。所以微波-熱風耦合干燥由于其微波與熱風耦合作用會顯著降低其水分活度，并且能有效抑制微生物的生長繁殖；而冷凍干燥由于其水分活度較低，對細菌的抑制效果也較好，而熱風干燥效果相對較差。

圖2 不同干燥方式下干燥完成后的干燥率

Fig.2 Drying rates of different drying methods注：小寫字母不同表示顯著性差異，P<0.05，下同。

圖3 不同干燥方式下干燥完成后樣品的水分活度

Fig.3 Water activity of samples dried by different drying methods

2.3 色澤

色澤是肉類感官評價中重要指標之一，良好的色澤可有效提高產品經濟效益。肉樣的色澤主要由肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白這三種蛋白決定，其中肌紅蛋白呈暗紅色，氧合肌紅蛋白呈鮮紅色，高鐵肌紅蛋白呈灰棕色。氧合肌紅蛋白含量越高，肉樣色澤越鮮艷[23]。而且血紅素鐵是構成氧合肌紅蛋白的主要鐵元素，其含量可以直接反映氧合肌紅蛋白的變化[24]。此外，翁江來等[25]研究表明美拉德褐變也是干燥后雞肉色澤變化的主要原因。

本實驗通過測定不同樣品的L*、a*和b*，并分別計算e值，結果表明(圖4)，3個實驗組樣品的e值存在極顯著差異(P<0.01)，其中熱風干燥樣品e值最小，僅為0.006 8，真空冷凍干燥樣品e值最大，為0.170 6。這可能是因為隨著干燥溫度和時間的增加，熱風干燥樣品中的肌紅蛋白被氧化，而微波-熱風干燥因為干燥時間較短(約為熱風干燥的20%)，其能減少氧合肌紅蛋白氧化成高鐵肌紅蛋白，從而增加氧合肌紅蛋白和血紅素鐵的含量，但由于這二者干燥過程中溫度較高會發生美拉德褐變，所以色澤較次于真空冷凍干燥[26]。而真空冷凍干燥e值最高可能是因為低溫真空條件有效地保護肌紅蛋白不被氧化[27]，且干燥溫度較低，未發生美拉德褐變，所以表現出良好的色澤。

圖4 不同干燥方式對雞丁色澤影響

Fig.4 Effects of different drying methods on the color of minced chicken

2.4 微觀結構分析

微觀結構如圖5所示，A為掃描電子顯微鏡觀察到的未經干燥的雞肉微觀結構，B為熱風干燥后雞肉微觀結構，C為微波-熱風耦合干燥后雞肉微觀結構，D為真空冷凍干燥后雞肉微觀結構。從圖5B-5D可以看出，干燥后的雞肉丁中存在于內肌束膜與肌肉纖維間的水分明顯減少，肌肉纖維的清晰度與完整度區別較大。與干燥前樣品微觀結構進行比較，真空冷凍干燥的肌肉纖維最清晰明顯，而且最完整，肌束間隙最接近未經干燥樣品，這可能是因為樣品在真空冷凍干燥時溫度迅速降到共晶點以下，水分直接升華與物料分離，在物料內部留下孔隙，從而保持了樣品的肌纖維結構[28]；熱風干燥肌肉條紋清晰度稍低，且有部分肌肉纖維斷裂，肌束間空隙變化不明顯；微波-熱風耦合干燥的肌肉纖維幾乎連為一體，肌束間空隙很難看清，不過肌肉線條較為完整。謝小雷等[24]研究表明，熱風干燥會導致肌纖維結構完整性喪失，肌束收縮，肌束間空隙變大，致密結構遭到破壞。OFFER等[29]報道了加熱能夠使肌球蛋白及構成肌束膜的蛋白變性，從而破壞肌束膜的結構，減小肌原纖維對水的束縛力，增大肌束的收縮，降低肌原纖維結構的完整。所以不同干燥方式對雞肉內部肌纖維以及肌束間水分有較大影響，而且不同干燥方式的影響程度也有較大差異，從雞肉丁微觀結構來看，真空冷凍干燥對其影響最小，微波-熱風耦合干燥其次，熱風干燥影響最大。

A-未經干燥;B-熱風干燥;C-微波-熱風耦合干燥;D-真空冷凍干燥圖5 不同干燥處理后雞肉的微觀結構(×800)

Fig. 5 Microstructures of chicken after different drying treatments(800 times)

2.5 復水性

不同干燥方式對雞肉丁復水性影響實驗表明：復水所用時間為：微波-熱風耦合干燥>熱風干燥>真空冷凍干燥，真空冷凍干燥樣品復水時間顯著低于熱風干燥與微波-熱風耦合干燥(P<0.05)；復水比大小為：真空冷凍干燥>微波-熱風耦合干燥>熱風干燥，真空冷凍干燥復水比顯著高于其他2組(P<0.05)，復水效果較好。熱風干燥由于樣品依靠熱空氣加熱流動進行干燥導致樣品內外熱密度不均勻，所以樣品表面水分蒸發過快，而內部水分傳遞速率低于蒸發速率，使得表面發生皺縮硬化[30]。且隨著水分向外轉移汽化，雞肉中的礦物質會殘留在樣品表面加重其表面硬化，因此，熱風干燥樣品復水所用時間較長，復水效果也較差。微波-熱風耦合干燥過程中對外部熱源依賴較小，熱量主要是從樣品內部向外傳遞，但在微波作用下會使得細胞壁變得混亂，進而影響復水能力和復水后的物理性質。而真空冷凍干燥樣品在干燥過程中水分以冰晶態升華汽化，其雞肉纖維結構保持比較完整，且冰晶升華后會在其原位置形成小孔并形成疏松結構,提高其復水效果[31]。所以真空冷凍干燥樣品的復水所用時間最短，復水比最大。

表2 不同方式干燥后雞肉的復水效果

注：數據結果表示平均值±標準誤差，n=3。下同。

2.6 復水后雞肉質構特性

經不同干燥方式干燥的雞肉丁復水后，其質構特性發生明顯變化。質構特性是食品品質重要指標，其中硬度、彈性、咀嚼性和膠黏性是評價肉類品質的重要指標，而咀嚼性更是硬度、彈性與膠黏性的綜合表現，其值越大，表示肉類從咀嚼到吞咽所消耗能量越大。由表3可以看出，復水后的雞肉丁的硬度、彈性、咀嚼性和膠黏性均顯著高于未經干燥樣品(P<0.05)；經過不同干燥方式干燥后復水的雞肉的硬度存在極顯著性差異(P<0.01)，熱風干燥樣品硬度最大，微波-熱風耦合干燥樣品次之，真空冷凍干燥樣品的硬度最小；而微波-熱風耦合干燥和熱風干燥樣品咀嚼性無顯著差異，真空冷凍干燥樣品咀嚼性最小；經過干燥的3組樣品之間彈性不存在顯著性差異(P>0.05)。因此，熱風干燥對復水后雞肉質構影響最大，其復水性與復水后的質構最差，這可能是由于雞肉在干燥過程中熱傳遞效率較低，表面水分蒸發快，內部水分不能及時轉移至表面造成雞肉內外水分不均一，表面形成硬殼造成內軟外硬的現象，進而影響其復水后的質構特性，這與BANOUT等[32]研究結果一致。而真空冷凍干燥復水后質構特性最接近對照組樣品可能是由于真空冷凍干燥過程中水分以冰晶態升華汽化，樣品保持了原有的骨架形態[33]。喬曉玲等[34]研究表明經凍干的牛肉肌纖維和內肌束膜間的水分會被去除，肌纖維內部也會發生脫水，但肌纖維與肌纖維，肌纖維與內肌束膜、內肌束膜與內肌束膜之間的距離并未發生改變，所以肌束脫水后仍保持其空間結構不變，解釋了為什么凍干后肌肉還能保持原有形狀。微波-熱風耦合干燥復水后質構特性介于真空冷凍干燥和熱風干燥之間可能是由于干燥時間較短，且微波和熱風共同作用能夠保持一定原有結構，但樣品還是會受到微波與熱風作用影響發生一定的塌陷和表面硬化[35]。

表3 不同方式干燥后的雞肉復水后的質構分析(TPA)

2.7 感官評定

從圖6中可以看出，本試驗從色澤、氣味、手感、口感、組織結構幾個方面對復水后的雞肉的整體感官進行評價。根據文獻，本實驗選取色澤亮白，肉香味濃郁，回復性好，口感嫩滑、細膩，組織結構完整的產品為最優組。從圖6中可以看出，真空冷凍干燥處理組品質明顯優于其他2組，氣味主要考慮的是產品的肉香味，因本實驗未添加任何調味品，故各處理組的氣味感官得分幾乎無差別，而因為干燥方式的不同，產品的色澤、手感、口感和組織結構有明顯的差別，因為經過熱風干燥和微波-熱風耦合干燥，肌紅蛋白會發生氧化和美拉德褐變[17]，使得經過這2種干燥方式處理的樣品色澤較暗，且組織結構較為致密，復水后手感、口感及組織結構均較差。而真空冷凍干燥處理組由于蛋白未發生氧化[26]，組織結構未遭破壞，復水后表現出良好的感官品質，其色澤、手感、口感和組織結構優于其他2組，更接近未經處理的對照樣品。

圖6 不同干燥方式的雞肉復水后感官評定結果

Fig.6 Sensory evaluation of differently dried chicken after rehydration

3 結論

本文研究了3種不同干燥方式干燥雞肉丁的干燥特性，測定了干燥樣品的水分活度、色澤、微觀結構、復水性、復水后質構特性及復水后感官特性。結果表明：不同干燥方式脫水均可降低雞肉的水分活度，延長保質期，但干燥耗時差別較大，真空冷凍干燥耗時最長，熱風干燥其次，微波-熱風耦合干燥用時最短。經不同干燥方式干燥的雞肉的色澤、組織結構、復水性和復水后質構特性存在較大差異，熱風干燥與微波-熱風耦合干燥的雞肉色澤較差，且組織結構較為致密；真空冷凍干燥的雞肉色澤較好，組織結構較為疏松，較好地保持了雞肉原有品質，復水后感官品質與未經干燥樣品較為接近。熱風干燥與微波-熱風耦合干燥雞肉復水性相對較差，復水達平衡所耗時間分別為150 min和187.5 min，復水比分別為1.57和1.97；真空冷凍干燥雞肉復水性良好，復水時間為23 min，復水比為2.29。復水后熱風干燥與微波-熱風耦合干燥雞肉的硬度、彈性和膠黏性均高于真空冷凍干燥和未經干燥的對照組雞肉丁，存在極顯著差異(P<0.01)。綜上所述，真空冷凍干燥能較好保留雞肉組織結構，且復水性較好，適合生產對品質要求較高的產品，但其干燥耗時較長，可改進加工工藝或與其他干燥方式進行聯合干燥。熱風干燥產品品質較差，耗時較長，適合生產附加值較低的產品，對于其工藝上的不足，與其他干燥方式進行聯合干燥是較好的突破口。微波-熱風耦合干燥耗時較短，但產品復水性相對較差，對于提高其復水性還有待進一步研究。