基于變異系數權重法評價三種干燥方法對牡蠣干品質的影響

牛改改,游 剛,*,王 培,張自然,郭德軍,林秋麗

(1.北部灣大學食品工程學院,廣西欽州 535011;2.廣西高校北部灣特色海產品資源開發與高值化利用重點實驗室,北部灣大學,廣西欽州 535011)

牡蠣(Ostreagigasthunberg),俗稱蠔,味道鮮美、營養豐富,富含蛋白質、多糖、牛磺酸及微量元素[1]。牡蠣肉水分含量較高,且營養豐富,易滋生微生物而導致腐敗變質,因此,需對牡蠣進行保鮮或一定的加工處理。牡蠣常見的加工產品有冷凍牡蠣肉、干制品、蠔油、罐頭等,其中干燥是牡蠣加工的常用方法之一,可降低牡蠣中的水分活度,抑制微生物的生長,延長貨架期。牡蠣干燥的傳統方法是日曬和熱風干燥;日曬耗時長、不易控制且產品品質較低[2]。鼓風干燥由于干燥溫度相對較高,易使產品表面產生硬殼等干燥效應,內部水分難以擴散出來,造成干燥不均勻[2],同時干燥中會發生褐變、脂肪氧化等反應,使食品品質下降。近年來真空干燥、真空冷凍干燥技術逐步應用于水產品加工[2]。真空干燥是使樣品在真空狀態下加熱,組織內部的水分由內外壓差推動而擴散到表面,進而被真空泵抽走,達到干燥目的[3];該方法傳熱均勻、低溫快速,且能較好保留產品的營養成分與風味。真空冷凍干燥是在低壓狀態下,將預先凍結到共晶點溫度以下的食品中的水分,由固態冰直接升華成氣態水蒸氣,進而達到脫水的目的[4];該方法適用于熱敏性高、極易氧化的樣品;真空冷凍干燥制得的干制品內部呈疏松多孔的海綿結構,復水性能好,可充分保留食品的色、香、味及形態,提高產品的質量。

研究表明,干燥處理制得的水產品風味獨特,口感較好[5],但干制品的風味和品質均受不同干燥方法影響:如Akonor等[6]的研究發現不同干燥方法對蝦肉物理特性和營養品質各項指標的影響不同;劉書成等[7]研究了3種干燥方法(熱風干燥、真空冷凍干燥、超臨界CO2干燥)對羅非魚片品質的影響,結果表明超臨界 CO2干燥適合羅非魚片的工業化生產;金洋等[8]針對不同干燥方法對烏賊品質的影響進行了研究,發現真空冷凍干燥烏賊在色澤、收縮率和復水率方面優于熱風干燥,在風味和質構特性方面較差;Sivashanthini等[9]的研究發現熱風干燥較傳統日曬制得的康氏似鲹具有較好的感官特性和較長的貨架期;李書紅等[10]研究了4種干燥方法對扇貝柱品質的影響,結果顯示烘箱干燥適合干制即食扇貝柱產品;以上研究均是探討不同干燥方法對水產品品質指標變化(如色澤、感官、質構特性等)的影響,未將各指標通過變異系數權重法來綜合評價不同干燥方式。

變異系數權重法是一種客觀賦權的方法,直接利用各項指標所包含的信息計算得到指標的權重[11]。當評價體系中指標較多,且各項指標的量綱不同時,不易直接比較其差別程度,為了消除量綱,則需要將標準化的數據通過加權平均的方法進行綜合評價。

實驗選用鼓風干燥、真空干燥、真空冷凍干燥3種干燥方法處理牡蠣,并以營養成分、色澤、復水率、質構、生產周期、能耗和感官評價為指標,通過變異系數權重法對3種干制品的品質進行綜合評價,以期為牡蠣干制品的生產技術選擇提供理論依據,同時為變異系數權重法在食品品質評價中的應用及發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

去殼新鮮牡蠣 個體大小相近,每個質量(60±5) g,初始含水率為78.27%±1.50%,購自欽州市東風市場;石油醚、濃鹽酸、蒽酮、濃硫酸、硼酸、氫氧化鈉、碘化鉀、葡萄糖、無水乙醇等 均為分析純。

DHG-9070A鼓風干燥箱 蘇州納美瑞電子科技有限公司;YZF-6250真空干燥箱 上海姚氏儀器設備廠;FD-1A-50真空冷凍干燥機 上海比朗儀器制造有限公司;CSY-R肉類水分快速測定儀 深圳市芬析儀器制造有限公司;Kjeltec2300全自動定氮分析儀、Soxtec2050全自動脂肪測定儀 瑞士FOSS公司;TU-1810紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;CS-280分光色差儀 杭州彩譜科技有限公司;CT3質構儀 美國Brookfield公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牡蠣預處理 將新鮮去殼牡蠣置于5% NaCl溶液中煮制3 min后,撈出瀝干。在不同干燥方法下干燥至水分含量為16%±1%。

1.2.2 干燥工藝 鼓風干燥:將預處理過的牡蠣平鋪于鼓風干燥箱中,干燥溫度70 ℃,風速為1.5 m/s,干燥5 h,使其水分含量為16%±1%。

真空干燥:將預處理過的牡蠣平鋪于真空干燥箱中,干燥溫度70 ℃,真空度為0.08 MPa,干燥8 h,使其水分含量為16%±1%。

真空冷凍干燥:將預處理過的牡蠣于-20 ℃冰柜中預凍后,置于真空冷凍干燥室,干燥溫度為-50 ℃,真空度為10 Pa,干燥48 h,使其水分含量為16%±1%。

干燥后的樣品分別真空包裝后,貼上標簽,恒溫25 ℃保藏待用。

1.2.3 營養成分的測定 水分含量測定采用直接干燥法,參考GB/T 5009.3-2016;粗灰分含量測定采用灼燒稱重法,參考GB/T 5009.4-2016;粗蛋白含量測定采用凱氏定氮法,參考GB/T 5009.5-2016;粗脂肪含量測定采用索氏抽提法,參考GB/T 5009.6-2016;總糖含量測定采用蒽酮比色法[12]。

1.2.4 色差測定 取大小相似質量相近的新鮮牡蠣及牡蠣干,對樣品的同一部位依次使用分光色差儀進行測定,并記錄其L*值(亮度)、a*值(紅綠值,負值為綠色,正值為紅色)和b*值(黃藍值,負值為藍色,正值為黃色),每個樣品測定3次,結果取平均值。ΔE*表示牡蠣干制品與新鮮牡蠣之間的色差,色差越大,表明干燥對樣品色澤的影響越大,其計算方法[13]如式(1)所示。

ΔE*=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

式(1)

1.2.5 復水率的測定 牡蠣干復水率的測定參考余煉等[14]的方法,并稍作修改。將干燥后的樣品(m2)置于40 ℃的恒溫水浴鍋中復水40 min,撈出瀝干表面水分,稱重(m1),復水率可通過式(2)計算:

式(2)

1.2.6 質構的測定 采用CT3質構儀的TPA模式在室溫下測定新鮮牡蠣與復水牡蠣干的彈性、硬度、咀嚼性與膠著性。選用TA11/1000探頭,預測試的速度2 mm/s,測中的速度1 mm/s,測后的速度1 mm/s,壓縮比50%;同一條件取3個樣品分別測定,結果取平均值。

1.2.7 感官評定 參照GB/T 26940-2011制定牡蠣干的感官評定標準,如表1所示。測試采用10分制,請經過培訓且感官評定經驗豐富的5名學生(3男2女)和5名教師(3女2男)分別對牡蠣干的外觀色澤、組織形態和氣味進行評定,結果取平均值。

表1 牡蠣干感官評定標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of dried oysters

1.2.8 干燥能耗的測定 干燥能耗N(kJ/kg)指每干燥一個單位質量水分所消耗的能量,其計算方法[11]如式(3)所示:

式(3)

式中:P為干燥功率,kW;t為干燥時間,h;m1為脫去水分的質量,kg。

m1的計算方法[11]見式(4),其中m為干制品質量,kg;C1為鮮樣水分含量,%;C2為干制品水分含量,%;

式(4)

1.2.9 牡蠣干品質的綜合評價方法 參考周禹含等[15]和李寶玉[16]的方法,并稍作修改,綜合評價不同干燥方法制得的牡蠣干品質。采用變異系數法確定牡蠣干各項指標的權重系數,將標準化的數據通過加權平均的方法得出牡蠣干的綜合評分。指標的變異系數采用式(5)計算:

式(5)

各項指標的權重采用式(6)計算:

式(6)

式中:Wi-第i項指標的權重值;Vi-第i項指標的變異系數。

采用Z-score標準化法將各項指標的數據進行標準化處理,按式(7)計算:

式(7)

a*值、b*值、ΔE*值、硬度、咀嚼性、膠著性與干燥能耗的指標為逆指標,標準化后需將正負號對調。將各指標標準化后的數據分別與權重相乘后,計算總和,得到3種干燥方法的綜合評分。

綜合評分M的計算公式(8)為:

M=W1×A+W2×P+W3×F+W4×TS+W5×L+W6×a+W7×b+W8×ΔE+W9×R+W10×H+W11×E+ W12×C+W13×A+W14×S+ W15×EC

式(8)

式中:W1～W15分別為15項指標的權重值;A為灰分(Ash)百分含量;P為蛋白質(Protein)百分含量;F為脂肪(Fat)百分含量;TS為總糖(Total sugar)百分含量;L為色澤亮度;a為紅度;b為黃度;ΔE為色差;R為復水率(Rehydration rate);H為硬度(Hardness);E為彈性(Elasticity);C為咀嚼性(Chewability);A為膠著性(Adhesive);S為感官評分(Sensory score);EC為能耗(Energy consumption)。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0軟件進行統計學分析,統計值使用平均值±標準差(X±S)表示;采用Duncan多重比較進行差異顯著性分析,顯著性水平為p<0.05;采用Origin 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方法對牡蠣干營養成分的影響

不同干燥方法制得的牡蠣干營養成分含量如圖1所示。3種干燥方法制得的牡蠣干水分含量為16%±1%,差異不顯著(p>0.05);3種干燥方法對牡蠣干中灰分、蛋白質和脂肪含量的影響不顯著(p>0.05),賈真等[17]的研究結果表明高溫處理對蛋白質有分解作用,冷風干燥得到的鮑魚干蛋白質含量最高,但不同干燥方法對鮑魚蛋白質含量無顯著性差異(p>0.05),與本研究結果一致。3種干燥方法顯著影響牡蠣干的總糖含量(p<0.05),其由高到低順序為真空冷凍干燥>真空干燥>鼓風干燥,其主要原因可能是鼓風干燥較大程度地破壞了牡蠣細胞結構,且干燥溫度較高,糖類物質易降解,局部焦糖化及美拉德反應程度加深,使得總糖的損失較大[18];黃忠闖等[19]的研究表明真空冷凍干燥較熱風干燥可以更多地保留芒果中的總糖,與本研究結果一致。

圖1 不同的干燥方法對牡蠣干營養成分的影響Fig.1 Effects of different drying methods on the nutritional ingredient of dried oysters注:不同字母表示同組數據差異顯著(p<0.05);圖2～圖3同。

2.2 不同干燥方法對牡蠣干色澤的影響

由表2可知干燥方法對牡蠣干的L*、a*、b*和ΔE*均影響顯著(p<0.05)。與鮮樣相比,真空冷凍干燥顯著提高了牡蠣干的L*(p<0.05),而鼓風干燥和真空干燥使牡蠣干的L*顯著降低(p<0.05),色澤變暗;3種干燥方法均顯著增加牡蠣干的a*與b*(p<0.05),其大小依次為鼓風干燥>真空干燥>真空冷凍干燥。以鮮樣為對照,真空冷凍干燥的牡蠣干ΔE*最小,鼓風干燥的ΔE*最大;這是由于鼓風干燥和真空干燥的處理溫度較真空冷凍干燥高,在干燥過程中發生了油脂氧化降解反應和美拉德反應,形成了較多的棕色產物[20-21]。因此,從色澤來看,真空冷凍干燥的牡蠣干色澤較佳,明顯優于真空干燥和鼓風干燥的。

表2 不同干燥方法對牡蠣干色澤的影響Table 2 Effects of different drying methods on the color of dried oysters

2.3 不同干燥方法對牡蠣干復水率的影響

由圖2可知,不同的干燥方法制得的牡蠣干復水率大小依次為:真空冷凍干燥>真空干燥>鼓風干燥,3種干燥方法顯著影響牡蠣干的復水率(p<0.05)。產品的復水性能主要取決于原料在干燥過程中細胞結構被破壞的程度[22]。真空冷凍干燥制得的牡蠣干復水率最大,是由于其表面與組織內部均有大量孔隙,使水分滲入速度加快[23];劉書成等[7]的研究結果表明真空冷凍干燥制得的羅非魚片復水率高于經熱風干燥或超臨界CO2干燥的魚片,支持了本研究結果。而真空干燥與鼓風干燥由于處理溫度相對較高,使得牡蠣組織內的細胞結構被破壞或錯位,且不可逆轉,進而肌肉組織收縮,結構塌陷,降低了牡蠣干的復水率[24-25]。鼓風干燥的溫度最高,得到的牡蠣干肌肉組織收縮率大,結構致密,復水的水分很難滲入,故復水率最低;龐文燕等[26]的研究表明鼓風干燥得到的青魚片復水率低于冰溫真空干燥和真空冷凍干燥,與本實驗研究結果一致。

圖2 不同干燥方法對牡蠣干復水率的影響Fig.2 Effects of different drying methods on the rehydration rate of dried oysters

2.4 不同干燥方法對牡蠣干質構特性的影響

新鮮牡蠣與3種干燥方法制得牡蠣干復水后(復水率為50%左右,且無顯著性差異,p>0.05)的質構參數見表3。由表3可知,牡蠣干復水后的硬度、彈性、咀嚼性與膠著性均顯著大于新鮮牡蠣(p<0.05),其中鼓風干燥牡蠣干復水后硬度、咀嚼性與膠著性最大,真空冷凍干燥的最小,這是由于熱干燥較大程度破壞蛋白質結構,肌原纖維密度增加,部分細胞完整性喪失,導致硬度、咀嚼性與膠著性也隨之增大[27];而真空冷凍干燥的溫度較低,蛋白質結構的破壞程度較小,董志儉等[13]的研究結果表明熱風干燥得到的南美白對蝦硬度、咀嚼性和膠著性均顯著大于冷風干燥,與本研究結果一致。3種干燥方法制得的牡蠣干復水后彈性差異不顯著(p>0.05),真空冷凍干燥得到的牡蠣干彈性最大,這與其結構疏松且多孔相關,高加龍等[28]的研究亦說明真空冷凍干燥牡蠣干復水后彈性大于對照樣品,支持了本研究結果。

表3 不同干燥方法對牡蠣干質構特性的影響Table 3 Effects of different drying methods on the texture properties of dried oysters

2.5 不同干燥方法對牡蠣干感官評分的影響

由圖3可知,3種干燥方法顯著影響牡蠣干的外觀色澤(p<0.05),真空干燥制得的牡蠣干色澤最好。這是由于鼓風干燥溫度最高,使部分肉體卷曲,體型殘缺,且美拉德反應劇烈,肉體顏色偏重;真空干燥溫度次之,美拉德反應產生亮黃色,且體型完整;真空冷凍干燥強度大,表面肌纖維束與內層纖維束之間形成較大的水分梯度,組織內部產生較大的內部應力而產生裂紋,導致牡蠣干體型略有殘缺[10]。組織狀態方面,真空冷凍干燥產品的評分最高,可能與牡蠣干的硬度、咀嚼性和膠著性相關,鼓風干燥硬度最大,使得牡蠣干質地堅硬。氣味方面,鼓風干燥產品最差,這與干燥過程中美拉德反應與脂肪氧化有關,真空干燥的牡蠣干氣味最優。綜合外觀色澤、組織狀態與氣味三個方面,真空干燥的牡蠣干評分最高。

圖3 不同干燥方法對牡蠣干感官評分的影響Fig.3 Effects of different drying methods on the sensory score of dried oysters

2.6 不同干燥方法對牡蠣干干燥能耗的影響

由表4可知,3種干燥方法的干燥時間與能耗差異顯著(p<0.05)。鼓風干燥耗時最短,能耗最低;真空冷凍干燥耗時最長,能耗最高,分別為鼓風干燥和真空干燥能耗的5.34倍與1.28倍。

表4 不同干燥方法對牡蠣干干燥能耗的影響Table 4 Effects of different drying methods on the energy consumption of dried oysters

2.7 不同干燥方法制得牡蠣干的綜合評分

影響牡蠣干品質的因素較多,且每種干燥方法對不同評價指標影響結果不一致,較難判斷出不同干燥方法的優劣;因此,采用變異系數法計算出牡蠣干各指標的平均值、標準差、變異系數和權重值,結果如表5所示;各指標標準化數據及綜合評分分別見表6～表7。

表5 牡蠣干綜合評價各項指標的權重Table 5 Weights of various indicators for comprehensive evaluation of dried oysters

表6 牡蠣干品質評價指標標準化數據Table 6 Standardized data and scores of quality evaluation indices dried oysters

表7 牡蠣干品質的綜合評分Table 7 Comprehensive quality evaluation of dried oysters

由表5可知,L*、硬度、咀嚼性、膠著性和干燥能耗的權重值較大,分別為0.105、0.112、0.121、0.109、0.120,表明這5個指標對牡蠣干品質的評價占較大比重,干燥方法對這5個指標有較大影響。由表7可知,真空冷凍干燥制得的牡蠣干綜合評分(0.780)最高,品質顯著優于真空干燥(綜合評分:-0.074)與鼓風干燥(綜合評分:-0.707),但其生產周期長,設備投資大,能耗高,限制了其工業化應用;真空干燥制得的牡蠣干品質次之,且干燥速度快、成本低,適合牡蠣干燥加工的工業化生產。

3 結論

不同干燥方法對牡蠣干蛋白質、脂肪、灰分含量和彈性影響不顯著(p>0.05),對總糖含量、色澤、復水率、硬度、咀嚼性、膠著性和感官評分影響顯著(p<0.05)。其中,真空冷凍干燥制得的牡蠣干總糖含量最高,色差最小,復水率與質構特性(硬度、咀嚼性和膠著性)顯著優于鼓風干燥與真空干燥的(p<0.05),但其生產周期最長、能耗最高;真空干燥牡蠣干體型完整、有光澤、質地適中、鮮香味濃、感官評分最高。

3種干燥方式下,牡蠣干L*、硬度、咀嚼性、膠著性和干燥能耗的權重值較大,分別為0.105、0.112、0.121、0.109、0.120;綜合評分顯示,真空冷凍干燥牡蠣干品質最佳(綜合評分:0.780),其次是真空干燥(綜合評分:-0.074),鼓風干燥牡蠣干(綜合評分:-0.707)品質最差。變異系數權重法評價牡蠣干品質可行有效,可應用于水產品加工技術的優選。

綜合來看,真空冷凍干燥可較好保留牡蠣的色澤、風味及營養成分,是一種較為理想的牡蠣干燥方法;但由于其干燥時間較長(48 h),能耗較高,分別為鼓風干燥和真空干燥能耗的5.34倍與1.28倍,設備投資大,限制了真空冷凍干燥技術的大范圍應用;節約能耗,提高干燥效率是未來冷凍干燥技術發展的趨勢。真空干燥制得的牡蠣干品質次之,但感官評分最高,且生產周期較短(8 h)、設備投資小、成本低,適合牡蠣干的工業化生產。