干燥方式對半干面保鮮和品質(zhì)影響的研究

朱科學(xué)， 李 潔， 郭曉娜，彭 偉，周惠明

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

半干面是近幾年發(fā)展起來的一種新型方便面制品，是以小麥粉為原料，經(jīng)過和面、熟化、壓延、切條、部分脫水、均濕、包裝而成的面條[1]，水分質(zhì)量分數(shù)保持在20%～25%，因具有煮食方便、面香味濃、有嚼勁、營養(yǎng)健康等優(yōu)點而深受消費者的喜愛。然而，半干面加工工藝溫和，加之面條含水量較高，造成了其在貯藏過程中微生物生長繁殖迅速、貨架期短的問題。干燥是半干面生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，也是有效降低半干面的含菌量而有利于延長半干面貨架期的有效措施。目前用于半干面部分脫水的方式主要是電熱干燥，但存在著耗能高、占地面積大等缺點。紫外-微波干燥是一種新型的脫水殺菌方式，利用微波對物料進行干燥的同時，將紫外線和微波結(jié)合進行殺菌，是目前食品清潔加工和生產(chǎn)不可或缺的手段。

作者研究了紫外-微波干燥和電熱干燥下生濕面條的干燥特性和減菌規(guī)律，比較了不同干燥條件對半干面的初始含菌量、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性的影響，旨在為半干面工業(yè)化干燥技術(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)，為產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

小麥粉（鵬泰3250）：中糧集團鵬泰（秦皇島）面粉限公司產(chǎn)品；食鹽：江蘇鹽業(yè)集團有限公司產(chǎn)品。

1.2 實驗儀器

小型和面機：5K5SSWH，美國KitchenAid公司產(chǎn)品；面條機：JMTD-168/140，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司產(chǎn)品；紫外-微波旋轉(zhuǎn)干燥箱：JHWBMF4，廣州嘉華工業(yè)微波設(shè)備有限公司產(chǎn)品；電熱鼓風(fēng)干燥箱：GZX-9246 MBE，上海博迅實業(yè)有限公司產(chǎn)品；超凈工作臺：SW-CJ-1FD，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司產(chǎn)品；物性測試儀：TA-XT2i，英國Stable Microsystems公司產(chǎn)品。

1.3 實驗方法

1.3.1 半干面的制作工藝 半干面的制作流程及工藝參數(shù)見圖1。

圖1 半干面的制作工藝Fig.1 Production process of semi-dried noodle

1.3.2 鮮濕面條的干燥處理 電熱干燥：將生鮮面條單層平鋪于鐵絲網(wǎng)上，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥一定時間。電熱溫度分別為105℃和125℃。定時取出面條待測。紫外-微波干燥：將生鮮面條單層懸掛于支架上，放入紫外-微波旋轉(zhuǎn)干燥箱進行干燥。微波功率分別為2 000 W和4 000 W，紫外燈功率為40 w。定時取出面條待測。

1.3.3 水分質(zhì)量分數(shù)及干燥速率的測定 干燥后的面條均濕3 h后，按照GB 5009.3-2010[2]的直接干燥法測定水分質(zhì)量分數(shù)，計算面條的干燥速率。

式中，Δm為相鄰兩次稱量的質(zhì)量差，g；Δt為相鄰兩次稱量的時間差，min。

1.3.4 半干面初始含菌量的測定 半干面菌落總數(shù)的測定，參照GB/T 4789.2-2008[3]。

1.3.5 半干面質(zhì)構(gòu)特性的測定 取煮過的面條放在載物臺上或固定于拉伸裝置的上下臂上進行TPA實驗、剪切實驗和拉伸實驗。每個樣品做6次平行，取其平均值。實驗中的探頭選擇及參數(shù)設(shè)定參照文獻[4]。

1.3.6 半干面蒸煮特性的測定 取30根面條，稱重，放入500 mL沸騰的去離子水中煮制4.5 min，用篩網(wǎng)濾除面條，面湯冷卻至常溫后，轉(zhuǎn)入500 mL容量瓶中定容混勻，取100 mL面湯倒入已恒重的250 mL燒杯中，放在電爐上蒸發(fā)至燒杯中剩余面湯少于10 mL，將燒杯放入105℃烘箱內(nèi)烘干至恒重[5]。每個樣品做3次平行。

式中，M1為空燒杯的質(zhì)量，g；M2為燒杯和干物質(zhì)的質(zhì)量，g；G為半干面的質(zhì)量，g；W為半干面的水分質(zhì)量分數(shù)，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種干燥對鮮濕面條的干燥特性的影響

物料干燥受干燥介質(zhì)溫度、濕度、物料本身物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、外部形狀等的影響，是一個復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)過程[6]。電熱干燥是目前半干面生產(chǎn)中最常用一種干燥方式，具有投資小、操作簡單、容易控溫等優(yōu)點，但也具有耗能高、效率低、占地面積大等缺點。而紫外-微波干燥是一種新型的脫水殺菌方式，既具有微波干燥速度快、效率高和品質(zhì)影響小等優(yōu)點，又具有通過紫外線照射對所干燥的物料進行同步協(xié)同殺菌的特點，應(yīng)用前景較好。采用兩種干燥方式對鮮濕面條進行干燥，對比研究紫外-微波干燥方式在半干面生產(chǎn)中的優(yōu)劣。

研究發(fā)現(xiàn)微波干燥的效率明顯高于電熱干燥，在試驗的兩個功率下，干燥25～40 s就能使面條含水量降至22%左右。此外，微波功率對干燥速度有明顯的影響。微波功率越大，干燥速率越快，所需的干燥時間越短。這說明提高微波功率，可以在面條內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量，從而加快面條內(nèi)水分的傳質(zhì)速度。由試驗確定紫外-微波干燥不同功率的工藝參數(shù)為2 000 W/40 s和4 000 W/25 s，此時半干面的水分質(zhì)量分數(shù)可以基本保持一致，分別為（22.50±0.43）%、（22.28±0.24）%；而電熱干燥不同溫度的工藝參數(shù)為105℃/360 s和125℃/270 s，此時半干面的水分質(zhì)量分數(shù)基本一致，分別為（22.59±0.24）%和（22.40±0.19）%。

圖2是鮮濕面條在兩種干燥方式下的干燥速率變化曲線。從圖中可以看出，鮮濕面條的電熱干燥過程包括加速期、恒速期和降速期。其中，恒速期較短，加速期過后很快就進入了降速干燥階段。這是由電熱干燥的機理和面條本身的性質(zhì)決定的。在干燥過程中，面條表面的水分首先受熱而蒸發(fā)，面條內(nèi)部的水分向外遷移的速率小于表面水分散失的速率，面條表面變得很干燥，內(nèi)部水分向外遷移的阻力變大，從而導(dǎo)致水分的蒸發(fā)大大減少，干燥速率因此減小[7]。而從紫外-微波干燥圖中可以看出，當(dāng)微波功率為2 000 W時，鮮濕面條的干燥過程主要包括一個短暫的加速期和一個較長的恒速期，未出現(xiàn)明顯的降速干燥期。加速期脫去的水分較少，大量的水分在恒速干燥期脫去。這是因為，微波能使面條中的水分子高速震動、摩擦而產(chǎn)生大量的熱，面條表面和內(nèi)部溫度同時迅速升高，面條表面的水分首先蒸發(fā)，引起表面溫度下降，面條內(nèi)外形成溫度梯度，促使內(nèi)部水分向外遷移，使蒸發(fā)速率保持恒定[8]。當(dāng)微波功率為4 000 W時，恒速干燥階段不明顯，面條大量的水分在加速期內(nèi)脫去，達到最大干燥速率后，面條的含水量難以維持最大干燥速率，因此，干燥速率在干燥后期有所降低。

圖2 鮮濕面條在兩種干燥方式下的干燥速率變化曲線Fig.2 Change of dehydrating rate of fresh noodles at two different drying methods

2.2 不同干燥方式下面條含菌量的變化規(guī)律

面條在生產(chǎn)過程中，由于面粉未經(jīng)過滅菌處理，壓面切面的過程也不是在無菌室中進行的，所以，鮮濕面條中含有大量的微生物，經(jīng)過測定，未經(jīng)過干燥的半干面菌落總數(shù)可達2.0×104cfu/g。半干面的脫水處理，一方面可以降低面條的含水量，使面條在貯藏過程中不易產(chǎn)生粘連的問題，另一方面，也能在一定程度上起到殺菌的作用。圖3是鮮濕面條在兩種干燥方式下的菌落總數(shù)變化曲線。由圖可知，對于電熱干燥來說，在半干面水分質(zhì)量分數(shù)由31%降至27%的范圍內(nèi)，菌落總數(shù)大幅度降低，在此階段內(nèi)殺滅的微生物占半干面菌落總數(shù)的85%以上，隨溫度的升高，菌落總數(shù)降低越快；在半干面水分質(zhì)量分數(shù)由27%降至22%的范圍內(nèi)，菌落總數(shù)降低趨勢平緩，此階段內(nèi)殺滅的微生物較少。這可能因為，在電熱干燥初期，由于面條表面和熱空氣間存在溫度差，熱空氣中的熱量首先傳到面條表面，此時面條表面的微生物因難以耐受環(huán)境高溫而死亡；隨著干燥時間的延長，面條內(nèi)部因溫度梯度的存在而達到與表面相同的溫度，內(nèi)部的一些微生物也因受熱而死亡，而部分耐熱微生物，如芽孢桿菌等因具有良好的耐熱性而得以存活。在此過程中，熱空氣的溫度越高，熱量傳遞速度越快，面條內(nèi)外升溫越迅速，干燥前期微生物數(shù)量的降低也越迅速。

圖3 鮮濕面條在兩種干燥方式下的菌落總數(shù)變化曲線Fig.3 Change of total bacterial count of fresh noodles at two different drying methods

而與電熱干燥相比，紫外-微波干燥中，面條菌落總數(shù)的變化呈現(xiàn)出不同的降低趨勢。在半干面水分質(zhì)量分數(shù)由31%降至29%的過程中，殺滅的微生物數(shù)量較少，隨著水分質(zhì)量分數(shù)的進一步降低，菌落總數(shù)快速下降。紫外-微波干燥的殺菌機制主要包括3個方面。一是微波的熱效應(yīng)，即微波引起水、核酸、蛋白質(zhì)等極性分子劇烈震動、相互摩擦而產(chǎn)熱，溫度升高，微生物細胞內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)等發(fā)生改性、失活而死亡[9]。二是微波的非熱效應(yīng)，即微波引起微生物的細胞膜功能發(fā)生障礙、生理活性物質(zhì)產(chǎn)生變化、生存環(huán)境有所破壞等使得微生物的生長繁殖受到抑制，甚至死亡[10]。三是紫外與微波的協(xié)同殺菌作用，即紫外輻射與微波輻射相結(jié)合，兩者達到協(xié)同增效的效果。有文獻表明[11-12]，在紫外線輻射時加入微波輻射，則紫外線變異的效果得到加強；劉鐘棟等人研究發(fā)現(xiàn)[13]，微波與紫外線有著較好的協(xié)同殺菌作用，殺菌效果明顯優(yōu)于兩者單獨殺菌。

2.3 干燥方式對半干面初始含菌量的影響

電熱干燥和紫外-微波干燥均能使半干面的初始含菌量得以降低，從而為半干面貨架期的延長創(chuàng)造有利條件。圖4是對電熱干燥和紫外-微波干燥降低面條含菌量的比較。從圖可知，對于電熱干燥，干燥溫度越高，面條含菌量越低，尤其是當(dāng)溫度升高到125℃時，半干面的菌落總數(shù)顯著下降。這是因為，在電熱干燥的條件下，熱的穿透力較差，微生物的耐熱性較強，提高干燥溫度有利于達到更好的滅菌效果。從圖中可以看出，經(jīng)紫外-微波干燥的半干面，其含菌量顯著低于電熱干燥的半干面，說明在脫水的同時，紫外-微波干燥起到更好的殺菌作用，這對進一步延長半干面的保質(zhì)期非常有利。在兩個不同的干燥功率下，面條的含菌量沒有顯著差異，2 000 W比4 000 W時含菌量略低。一般來說，較高的微波功率對殺菌更有利，因為微波功率越高，電場強度越強，食品中微生物吸收的微波能也就越多，從而更能加劇其死亡[14]。 但是由于4 000 W干燥效率高，達到相同含水量是所需的時間短，微波致死效應(yīng)和紫外致死效應(yīng)降低[15]，所以在4 000 W的微波功率下不能獲得更好的殺菌效果。

圖4 紫外微波干燥和電熱干燥對半干面初始菌落總數(shù)的影響Fig.4 Effects of ultraviolet-microwave and electric drying on initial total bacterial count in semidried noodle

2.4 干燥方式對半干面質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)分析作為一種評價面條品質(zhì)的客觀測試手段，能夠排除主觀因素的干擾，是一種準確、有效的評價面條的方法。質(zhì)構(gòu)特性中的硬度、最大剪切力與面條的筋道感呈高度正相關(guān)，質(zhì)構(gòu)特性中的彈性與面條的彈性呈顯著正相關(guān)，質(zhì)構(gòu)特性中的拉斷距離與面條的滑口感、筋道感呈高度正相關(guān)[16]。從表1可以看出，對于電熱干燥來說，隨著干燥溫度的升高，半干面的硬度、最大剪切力變大，彈性、拉斷距離變小。說明提高干燥溫度，雖然能降低面條的含菌量，但面條的品質(zhì)也會發(fā)生變化，這可能是由于在較高的干燥溫度下，面條表面水分蒸發(fā)迅速，內(nèi)部水分來不及向外擴散，表面容易形成干硬膜[17]，從而影響了面條的品質(zhì)。對于紫外-微波干燥來說，不同加熱功率對半干面的質(zhì)構(gòu)特性影響較明顯，在功率達到4 000 W時，半干面的硬度、最大剪切力、彈性、拉斷距離均小于2 000 W的面條，這可能是由于，在高的干燥功率下，面條中心的溫度立刻升高，水分迅速向外遷移的過程中使面條的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到一定程度的破壞[18]，面條的品質(zhì)下降。

表1 紫外微波干燥和電熱干燥對半干面質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effects of ultraviolet-microwave and electric drying on texture characteristic of semi-dried noodle

2.5 干燥方式對半干面蒸煮特性的影響

蒸煮損失率是指面條煮制過后，面湯中殘余干物質(zhì)的含量。蒸煮損失率可以反映出面條的蒸煮品質(zhì)，蒸煮損失率越小，面條的蒸煮品質(zhì)越好[19]。圖5是電熱干燥和紫外微波干燥對半干面蒸煮損失率的影響。由圖可知，電熱干燥溫度越高，半干面的蒸煮損失率越大。這可能是因為，在電熱干燥過程中，由于溫度高、干燥時間長，使得面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮，面條的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的塌陷。對于紫外-微波干燥，不同功率下的蒸煮損失均高于電熱干燥的面條，不同功率間的差異顯著。這可能是由于在微波的作用下，水分的擴散速率遠遠小于其蒸發(fā)速率，水分急劇蒸發(fā)，使得面條緊密的組織結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了細小的蒸發(fā)通道[20]，微波功率越高，水分蒸發(fā)速度越劇烈，對面條組織結(jié)構(gòu)的破壞就越大，因而面條的淀粉、蛋白質(zhì)更容易損失。

3 結(jié)語

鮮濕面條在紫外-微波干燥和電熱干燥下所呈現(xiàn)的失水特性和減菌規(guī)律有所不同。電熱干燥效率相對較低，恒速期短，在干燥前期，面條的菌落總數(shù)迅速降低，后期殺菌效果不明顯；紫外-微波干燥效率相對較高，干燥的后期面條的含菌量迅速下降。對于電熱干燥，提高干燥溫度能降低半干面的含菌量，但面條的品質(zhì)也隨之變差。紫外-微波干燥的半干面，其含菌量顯著低于電熱干燥，但不同微波功率間差異很小。當(dāng)微波功率為4 000 W時，半干面的質(zhì)構(gòu)和蒸煮品質(zhì)明顯降低；微波功率為2 000 W時，面條的質(zhì)構(gòu)特性與125℃電熱干燥下的半干面接近，是較為合適的微波干燥功率。

圖5 電熱干燥和紫外微波干燥對半干面蒸煮損失率的影響Fig.5 Effects of ultraviolet-microwave and electric drying on cooking loss of semi-dried noodles

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