魷魚鲞復水過程中食用品質及水分變化動力學模型研究

曹蓉露 袁高峰 陳小娥， 方旭波 項德勝 楊會成 王一錚

（1浙江海洋大學食品與藥學學院，浙江 舟山 316022；2浙江國際海運職業技術學院，浙江 舟山 316021；3浙江大洋興和食品有限公司，浙江 舟山 316014；4浙江省海洋開發研究院，浙江 舟山 316101；5舟山鮮撈坊食品科技有限公司，浙江 舟山 316104）

魷魚屬于海洋頭足類動物，是我國遠洋漁業捕撈的重要組成部分［1］，也是我國水產品加工和出口創匯的主要品種。秘魯魷魚是迄今為止發現的個體最大、資源最豐富的魷魚種類之一，也是舟山魷釣作業的主要品種［2］。秘魯魷魚的加工方式多種多樣，除了加工成魷魚圈、魷魚片、魷魚胴等冷凍品外，還被加工成鹵魷魚、魷魚絲、魷魚鲞等風味食品。魷魚鲞［3］是一種傳統的魷魚干制加工方式，因風味獨特、能常溫貯存而深受消費者喜愛。魷魚鲞在烹飪前需進行復水處理，但不同的復水條件和方法會影響魷魚鲞的口感品質和營養價值，因此，研究不同復水工藝條件對魷魚鲞的品質特性影響有重要意義。

海產干制品可通過物理［4］或化學［5］手段進行復水處理，民間主要以堿發法［6］（如純堿、小蘇打等）對魷魚鲞進行復水處理。但堿濃度過高可能導致復水后漂洗不干凈，從而造成堿殘留問題，而堿濃度過低則需延長復水時間，導致魷魚營養成分流失或變質。多聚磷酸鹽是一種良好的保水劑，適量添加可以改善肉制品的品質，提高出品率［7］。六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉等多聚磷酸鹽在水產品中使用較為廣泛［8］。在生產實踐中，單一使用多聚磷酸鹽具有局限性，采用復配磷酸鹽更為經濟，而且保水效果比單一磷酸鹽強，保水性因混合濃度的不同而有所差異。尚珊等［9］選用不同濃度的復配磷酸鹽與海藻糖制成抗凍劑，發現加入復配磷酸鹽能提高鱘魚肉在工業加工過程中的凍融穩定性；張建友等［10］研究了不同濃度復配磷酸鹽對鰹魚腌制品品質的影響，發現與食鹽組對照相比，復配磷酸鹽不僅能提高鰹魚的保水性，還能降低鰹魚肉質的酸性；熊曉輝等［5］以中國槍烏賊干為研究對象，將堿與不同濃度的磷酸鹽復配成復水液進行復水試驗，發現添加適量的磷酸鹽復水液可以顯著改善魷魚復水后的物性。

食品的復水動力學模型通過模擬復水時水分變化情況，能夠從理論角度解釋復水過程中水分變化的內在關系，同時在復水后的水分含量預測方面也有一定的參考價值，這對后續工業化的生產應用具有重要意義。目前，已有學者在海參［11］、獼猴桃干［12］、馬鈴薯方便粥［13］等食品復水過程中建立動力學模型，而有關秘魯魷魚鲞復水工藝的動力學模型研究較少。本試驗以秘魯魷魚鲞為原料，研究在堿發條件下，不同質量分數的復配磷酸鹽對魷魚鲞復水的品質特性影響。同時，依據3 種動力學公式建立秘魯魷魚鲞的復水動力學模型，旨在研究復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞復水品質的影響，提高魷魚鲞復水后的品質。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

秘魯魷魚鲞由舟山市海利遠洋漁業有限公司提供，水分含量以20%計。六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、碳酸鈉等均為食品級，其他試劑均為國產分析純。

CR-10Plus 色差儀，日本柯尼卡美能達公司；CT3質構儀，美國博勒飛公司；pHS-3B 精密pH 計，上海精密科學儀器有限公司；F8 手持式勻漿機，上海弗魯克科技發展有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 魷魚鲞復水試驗 將魷魚鲞切成長寬為5 cm×5 cm 的塊狀，混合均勻隨機取樣。將選取的樣品在去離子水中浸泡1 h（不計入復水時間）使其回軟，然后在0.4%純堿（Na2CO3）溶液中分別加入質量分數0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的復配磷酸鹽（六偏磷酸鈉∶三聚磷酸鈉為1∶1）制成復水液浸泡魷魚鲞，在（20±2） ℃條件下進行復水試驗（料液比1∶50），去離子水漂洗后測定試驗數據。

通過預試驗確定復水條件：魷魚鲞→去離子水浸泡1 h→復水液浸泡10 h→去離子水漂洗1 h。

1.2.2 復水比測定 用濾紙將復水后的樣品表面水分拭去，稱量，計算復水比，每組3個平行樣，結果取各組平均值。計算公式：

式中，m1為魷魚鲞復水后的質量（g）；m2為魷魚鲞復水前的質量（g）。

1.2.3 魷魚鲞質構測定 參考余慧琳等［14］的測定方法，將5 組復水后的樣品切割成2 cm×2 cm×1 cm 的小塊，在室溫（25 ℃）下對樣品進行全質構測定，每組3個平行樣。測定條件：采用TPA 模式，探頭型號TA50，循環次數2 次，觸發值5 g，測試速度1 mm·s-1，返回速度1 mm·s-1。

1.2.4 魷魚鲞感官評價 參照劉雪飛等［15］的方法并略作修改。根據《GB/T 16291.1-2012 感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1 部分：優選評價員》［16］，選擇5名男性和5名女性評定人員，根據表1的評價標準進行評分，最后結果取總分平均值，對總評分結果進行綜合分析。

1.2.5 魷魚鲞色澤測定 每組隨機選3 個樣品，采用標準白色樣板校準色差儀后，測定復水后樣品的a*值、b*值、L*值并按公式（2）計算色差值（ΔE）［17］，每組3 個樣品，最后結果取平均值。

式中，L1*表示所測樣品的L*值；L0*為魷魚鲞的初始L*值；a1*表示樣品的a*值；a0*為魷魚鲞的初始a*值；b1*表示樣品的b*值；b0*為魷魚鲞的初始b*值。

1.2.6 魷魚鲞pH 值測定 參照《GB 5009.237-2016食品安全國家標準 食品pH 值的測定》［18］的方法。取5 g 樣品進行均質，然后在均質化的試樣中加入約50 mL 0.1 mol·L-1氯化鉀溶液，測定pH值，每組3個樣品，最后結果取平均值。

1.2.7 動力學模型

1.2.7.1 魷魚鲞水分含量測定 采用直接干燥法［19］測定水分含量，每組3個平行樣，最終結果取各組平均值。水分含量計算公式如下：

式中，Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量（g·g-1，干基）；Md為魷魚鲞干燥至恒重的質量（g）。

1.2.7.2 Fick 模型 Fick 擴散定律及其導出的方程已在食品領域中得到廣泛應用。假設在復水過程中，水分擴散系數為常數且不受體積變化的影響，在樣品浸沒后表面濃度瞬間達到飽和，則魷魚鲞復水試驗的Fick第二定律方程可以表示為［20］：

式中，Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量（g·g-1，干基）；Me為平衡時的水分含量（g·g-1，干基）；M0為初始水分含量（g·g-1，干基）；t為復水時間（h）；2r為樣品厚度（mm）；Def為有效擴散系數（mm2·h-1）。

當處理時間足夠長，可以根據無限傅里葉級數解得第一項估計擴散參數，方程4可以近似為：

將方程5進行適當轉換為方程6，可用于本研究魷魚鲞復水的計算。

1.2.7.3 Weibull 模型 Weibull 模型也常用于模擬干制品復水，具體方程如下［21］：

式中，Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量（g·g-1，干基）；Me為平衡時的水分含量（g·g-1，干基）；M0為初始水分含量（g·g-1，干基）；t為復水時間（h）；α表示形狀參數；β表示尺寸參數。

1.2.7.4 Peleg 模型 該模型是一種簡單的非指數經驗模型，可用于模擬干物質漸進平衡含水量的復水過程。本研究中，魷魚鲞復水的Peleg方程如下［22］：

式中，Mt表示魷魚鲞在t時的水分含量（g·g-1，干基）；M0為初始水分含量（g·g-1，干基）；t為復水時間（h）；k1為速率常數（h·%-1），k1越小，水分吸收速率越大；k2為容量常數（%-1），k2越小，樣品的持水力越大。

1.3 數據分析

魷魚鲞復水動力學模型采用Origin 2021軟件進行曲線擬合，使用線性回歸系數（R2）和均方根誤差（root mean square error，RMSE）來評價模型的擬合質量［23-24］。魷魚鲞色澤及質構數據采用SPSS 25軟件進行數據分析，使用Duncan新復極差法對數據進行差異顯著性分析。

式中，Mi表示魷魚鲞水分含量的預測值（g·g-1，干基）；表示魷魚鲞水分含量預測值的平均值（g·g-1，干基）；Mt表示魷魚鲞水分含量的實測值（g·g-1，干基）；N為樣本個數。

2 結果與分析

2.1 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞復水比的影響

由圖1 可知，同一堿濃度下，當復配磷酸鹽質量分數范圍在0%～0.5%時，復水比隨復配磷酸鹽質量分數的增加而上升，當添加的復配磷酸鹽質量分數為0.7%時，復水比反而略有下降，為3.09。表明添加一定質量分數的復配磷酸鹽有利于提高魷魚鲞的復水比，且當復配磷酸鹽質量分數在0.5%時較為合適。

圖1 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞復水比的影響Fig.1 Effect of compounded phosphate mass fraction on the rehydration ratio of dry squid

2.2 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞質構特性的影響

質構特性中硬度、膠著性、咀嚼性數值越大，說明咀嚼時越費力［25］。使用不同質量分數的復配磷酸鹽進行復水試驗，魷魚鲞的硬度、彈性、膠著性等均發生改變，結果如表2 所示。各組咀嚼性由好到差依次為0.7%組＞0.5%組＞0.3%組＞0.1%組＞0%組。隨著復配磷酸鹽質量分數的增加，魷魚鲞復水后的硬度、膠著性和咀嚼性整體顯著降低（P＜0.05），而彈性變化不顯著（P＞0.05）。可見復配磷酸鹽在增強肉質嫩度方面有一定功效，這與陳秋妹等［26］的研究結果一致。本試驗中，當復配磷酸鹽質量分數在0.5%～0.7%時質構特性最佳。

2.3 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞感官品質的影響

由圖2 可知，同一堿濃度下，隨著復配磷酸鹽質量分數的增加，魷魚鲞復水后的感官品質呈先變好后變壞的趨勢，且當復配磷酸鹽質量分數為0.5%時，魷魚鲞復水感官評價最優。因此，添加適量復配磷酸鹽可以提高魷魚鲞復水后的品質，濃度過低，保水性不明顯，水分吸收不足；濃度過高，可能使魷魚鲞略帶有苦味［27］，從而影響感官評分。

圖2 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞感官品質的影響Fig.2 Effect of compounded phosphate mass fraction on the sensory quality of dry squid

2.4 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞色澤的影響

由表3 可知，隨著復配磷酸鹽質量分數的增加，魷魚鲞樣品的a*值和b*值總體均呈上升趨勢，表面a*值和b*值變化不顯著（P＞0.05）；ΔE值總體呈下降趨勢，0.5%組的ΔE值最低。當復配磷酸鹽質量分數在0.3%～0.5%時，魷魚鲞樣品的a*值和b*值增速較快，且內部a*值變化顯著（P＜0.05）。由表3 還可知，隨著復配磷酸鹽質量分數的增加，魷魚鲞樣品的L*值總體呈下降趨勢，在復配磷酸鹽質量分數為0.5%時最低，其表面L*值為52.92，內部L*值為46.81。由于復配磷酸鹽具有保水的功效，當魷魚鲞肌肉保水性增強時，堆積在肌肉表面的水分減少，肌肉的顏色反射率減弱，使得L*值下降［28］。由此可知，魷魚鲞復水試驗中，其色澤主要因水分含量變化而變化。

表3 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞色澤的影響Table 3 Effect of compounded phosphate mass fraction on colour of dry squid

2.5 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞pH值的影響

pH值是評價水產品品質的重要因素之一。由圖3可知，在本研究范圍內，未添加復配磷酸鹽組pH 值最高，為8.83，隨著復配磷酸鹽質量分數的升高，pH值呈下降趨勢。在復水過程中，由于微生物作用，蛋白質降解為生物胺等堿性物質，會使pH 值升高［15］。加入不同質量分數的復配磷酸鹽進行復水試驗，pH 值較未添加組有所降低，可能是因為在復配磷酸鹽的緩沖作用下，肌肉中的肌球蛋白和肌動蛋白等電點偏離，使得pH 值降低［8］。總體來看，各試驗組的pH 值均在8～9之間，說明不同質量分數的復配磷酸鹽對魷魚鲞復水后的pH值影響不大。

圖3 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞pH值的影響Fig.3 Effect of compounded phosphate mass fraction on the pH value of dry squid

2.6 魷魚鲞復水動力學模型確定

2.6.1 復配磷酸鹽質量分數對魷魚鲞水分含量的影響 采用不同質量分數的復配磷酸鹽進行復水試驗后，魷魚鲞水分吸收曲線見圖4。結果表明，魷魚鲞水分含量隨時間的增加而增加，在初始階段（0～3 h），各組水分含量增速較快，而后增速明顯減緩。在試驗后期，魷魚鲞復水程度趨于飽和，魷魚鲞的水分吸收曲線符合經典物質吸水曲線［6］，而后將魷魚鲞的水分變化數據分別代入3 種模型進行擬合，選取最適合的模型建立魷魚鲞的復水動力學模型。

圖4 魷魚鲞的水分吸收曲線Fig.4 Water absorption curves of dry squid

2.6.2 Fick模型 Fick模型擬合參數見表4。同一堿濃度下，Def值與復配磷酸鹽的質量分數呈正比，且當復配磷酸鹽質量分數在0.55%時，Def值最大。Def值越大，表明復水時水分擴散越快［20］。雖然大部分食品復水可以由Fick 模型表述，但魷魚鲞的復水過程并不能簡單地用水分子擴散來描述，一般來說R2越大（R2＞0.99），RMSE 越小時，模型擬合越可靠。而表4中Fick模型的R2均小于0.9，說明Fick 模型無法較好地描述魷魚鲞的復水過程。

表4 Fick模型擬合參數Table 4 Fick model fit parameters

2.6.3 Weibull 模型 Weibull 模型擬合參數見表5。Weibull 模型中的α為形狀參數，與復水過程中物料水分遷移過程有關［29］，不同復水條件下，魷魚鲞復水后的形狀參數在0.321～0.575 之間，且形狀參數最大值比最小值增加了44.17%。β越小，魷魚鲞復水速率越高［24］，當復配磷酸鹽質量分數為0%～0.5%時，隨著復配磷酸鹽質量分數的升高，β值整體逐漸降低，說明魷魚鲞復水速率在上升，這與前兩個模型所得結果一致。與Fick 模型相比，Weibull 模型的R2值更接近于1，因此Weibull模型能更好地描述魷魚復水過程。

表5 Weibull模型擬合參數Table 5 Weibull model fit parameters

2.6.4 Peleg模型 表6為Peleg模型擬合參數。同一堿濃度下，K1、K2值隨復配磷酸鹽質量分數的增加而減小，且K2較K1減小的幅度更大。K1值在復配磷酸鹽質量分數為0.5%時減小幅度最大，表明0.5%組相較于其他低濃度組水分擴散速率有明顯提升。K2值在復配磷酸鹽質量分數為0.3%時下降最快，說明當添加的復配磷酸鹽質量分數達到0.3%時，魷魚鲞復水的保水能力有所提高。當復配磷酸鹽質量分數為0.5%時，K2值最小，說明該質量分數下復水后魷魚鲞的保水性最好。

表6 Peleg模型擬合參數Table 6 Peleg model fit parameters

模型擬合數據的R2越大，RMSE 越小，說明此模型擬合程度越好［30］。由表4～6 的擬合參數可知，Peleg模型的R2值最接近1，其RMSE 值也較其他兩個模型小，因此選擇Peleg模型作為魷魚鲞的復水動力學模型較為合適。

2.7 魷魚鲞復水動力學模型建立

Peleg 模型中的參數K1、K2與復配磷酸鹽質量分數的關系如圖5～6 所示。通過曲線求得K1、K2與復配磷酸鹽質量分數（X）的關系為K1=1.269-0.366X，K2=1.969-0.573X，把K1、K2代入Peleg模型得到魷魚鲞的復水動力學模型方程：Mt=M0+t/［1.269-0.366X+（1.969-0.573X）t］。

圖5 K1與復配磷酸鹽質量分數的關系Fig.5 Relationship between K1 and mass fraction of compounded phosphate

圖6 K2與復配磷酸鹽質量分數的關系Fig.6 Relationship between K2 and mass fraction of compounded phosphate

2.8 魷魚鲞復水動力學模型驗證

圖7 為魷魚鲞復水動力學模型實測值與預測值關系圖。為驗證所得模型擬合準確度，將試驗得到Mt的實測值與模型計算所得的預測值進行比較，當圖中的數據點越接近直線y=x，說明預測值越接近實測值。結果表明，預測值和實測值吻合度較高，說明此模型可以較好地預測魷魚鲞復水時的水分變化情況，可為實際生產中制定魷魚鲞復水條件提供參考。

圖7 魷魚鲞復水動力學模型實測值與預測值關系圖Fig.7 The relationship of dry squid rehydration kinetic model measured value and predict value

3 討論

與其他遠洋魷魚相比，秘魯魷魚原料具有含水量高（一般在85%左右，其他魷魚的水分含量在75%左右）、肉質松軟和異酸味重等特點［31］，在加工和食用前通常需要進行脫酸處理［32］。魷魚鲞的加工方式已趨于成熟，以秘魯魷魚為原料的魷魚鲞，可在復水時進行脫酸處理，能節省前期加工步驟，節約成本。雖然我國對魷魚鲞的加工已有明確標準（《SC/T 3208-2017魷魚干、墨魚干》［33］規定：淡干魷魚鲞水分含量≤20 g·100g-1、咸干魷魚鲞水分含量≤30 g·100g-1），但其產品形式較為單一。因此，本試驗以秘魯魷魚鲞為原料，優化魷魚鲞復水條件，為拓展魷魚鲞產業鏈提供了理論參考。

復水是一種海產干制品的前處理方式，通過物理或化學的手段使干制品的含水量、質構等盡可能恢復到原有狀態。王珊等［6］以北太平洋白魷魚干為研究對象，通過建立魷魚干復水的Peleg 吸水模型，研究不同質量分數堿（NaOH）對復水魷魚品質特性的影響，發現不同質量分數堿發條件下，pH 值的改變使得魷魚復水后水分含量和蛋白質變性程度不一，進而影響魷魚復水品質特性，說明堿發法對魷魚復水有促進作用。研究表明，復配磷酸鹽可以通過改變蛋白質電荷的電勢來提高魷魚肉體系的離子強度，使得電荷間相互排斥，肉組織包容更多水分，從而達到保水的目的［8］。本試驗以堿發法為基礎，經過預試驗將質量分數0.4%純堿與質量分數0%～0.7%復配磷酸鹽（六偏磷酸鈉∶三聚磷酸鈉為1∶1）復配成復水液，對魷魚鲞進行復水試驗，結果表明，當復配磷酸鹽質量分數為0.5%時復水效果最佳。

食品復水動力學模型可以分為理論模型和經驗模型［21］。Fick 模型是常見的理論模型，可以描述復水過程中水分的動態變化。而經驗模型主要有Peleg模型、Weibull 模型等，相較于理論模型，經驗模型雖然不能描述復水時水分變化過程，但因其涉及參數少、在實際運用中便于計算，而被廣泛接受［24］。本試驗分別采用Fick 模型、Peleg 模型和Weibull 模型對魷魚鲞復水過程進行模型擬合，由R2和RMSE 判斷擬合度最好的模型為Peleg模型。根據復配磷酸鹽質量分數與參數K1、K2的關系，求出魷魚鲞的復水動力學模型方程：Mt=M0+t/［1.269-0.366X+（1.969-0.573X）t］，通過驗證所得模型準確度可知，實測值與預測值較接近，說明所得模型具有預測魷魚鲞復水過程中水分變化的作用。

4 結論

在同一堿濃度下，添加不同質量分數的復配磷酸鹽對魷魚鲞復水后的品質特性有重要影響。隨著添加復配磷酸鹽質量分數的增加，魷魚鲞的復水比呈上升趨勢；在食用品質方面，魷魚鲞復水后的硬度、膠著性、咀嚼性和內聚性整體顯著降低，而彈性變化不顯著，感官品質呈先變好后變壞的趨勢，說明適量復配磷酸鹽能改善魷魚鲞復水后的品質；魷魚鲞樣品的a*值和b*值總體均呈上升趨勢，pH 值、L*和ΔE值則隨復配磷酸鹽質量分數的增加而略有下降。魷魚鲞的水分吸收曲線符合經典物質吸水曲線，復水動力學模型方程為Mt=M0+t/［1.269-0.366X+（1.969-0.573X）t］。通過驗證模型準確度可知，所得預測值和實測值吻合度較高，可以用于預測魷魚鲞復水時的水分變化情況。