扇貝柱預處理工藝優化及干燥過程中品質變化評價

韓 飛,唐偉偉,常永波,許加超,付曉婷,高 昕

(中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島 266003)

扇貝柱預處理工藝優化及干燥過程中品質變化評價

韓 飛,唐偉偉,常永波,許加超,付曉婷,高 昕*

(中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島 266003)

以櫛孔扇貝柱為實驗對象對其干燥前預處理工藝進行優化,得出最佳預處理工藝參數組合,對經過優化工藝預處理后的樣品在干燥過程中外形、營養成分、流變學特性參數的變化進行評價。結果表明:櫛孔扇貝柱干燥前預處理工藝參數組合為:扇貝柱在瓜兒豆膠和黃原膠的復配液中浸漬時間為1 h,復煮時間為1 min。在干燥過程中,工藝優化組扇貝柱樣品水分含量變化緩和,扇貝柱干品柱形完好,表面裂紋細且少,不出現凹陷和散柱現象,外形評分較高。與傳統預處理工藝相比,優化后的工藝預處理扇貝柱基本成分含量較高,營養成分損失少;流變學特性參數中硬度變化小而彈性、黏聚性和咀嚼性均顯示出增長趨勢,反映其具有彈性大、硬度小、黏結性好的特點,也說明改良的預處理工藝條件具有可行性。

扇貝柱,預處理工藝,冷風干燥,流變學特性,營養成分

扇貝(Scallop),屬軟體動物門(Mollusca),扇貝科(Pectinidae)[1],其柱肉質嫩味美,營養豐富,是深受消費者喜愛的一種貝類水產品[2]。由于鮮活扇貝易腐敗變質,大部分鮮活扇貝被制成干制品而進行貯運。然而,不同預處理條件、干燥工藝和方法的差異,會直接影響扇貝柱干品的營養成分、品質和口感[3]。目前,扇貝柱的干制方法主要是傳統自然晾曬、熱風干燥和冷風干燥三種方式。相較于自然晾曬過程不可控、產品安全性不高[4],熱風干燥高溫破壞產品組織結構及營養成分等弱點[5],冷風干燥因其能減少蛋白質熱變性、脂質氧化、色變及風味物質損失等優點,逐漸成為一種廣泛使用的新型干燥方法,尤其適用于高蛋白含量水產品的干燥[3,6-8]。

即使采用冷風干燥方法,若預處理不當,也會使扇貝柱產生裂紋,嚴重的能引起散柱、斷裂等現象,導致在后期干制過程中會有大量的散柱現象,極大的影響了生產過程中干品品質及其價值[9],究其原因,扇貝柱預處理工藝起到了極其重要的作用;因此探討干燥前的預處理工藝,避免扇貝柱在干制過程中散柱、龜裂,對扇貝柱干燥后品質的提高具有重要的意義。

本實驗以櫛孔扇貝柱為研究對象,在傳統工藝的基礎上,對干燥前扇貝柱預處理工藝進行改良,得出改良預處理工藝的最佳條件;并評價其在干燥過程中以及干燥終點(含水20%)時的外形、營養成分和流變學特性參數的變化,對感官各指標因素進行了權重矩陣分析。在此基礎上,通過綜合比較和分析得出其質構特點,為該類水產品的工業化生產提供有益的實驗和理論依據。

表1 扇貝柱感官評價標準[9]Table 1 Sensory standard of scallops adductors[9]

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮活櫛孔扇貝樣品 購自青島南山水產品批發市場,平均重量(31.6±1.8) g,殼長(5.8±1.2) cm,去殼重(14.2±0.3) g,柱肉重(3.2±0.6) g。

瓜爾豆膠(食品級) 江門食品添加劑有限公司;黃原膠(食品級) 山東阜豐發酵有限公司公司;硫酸、石油醚、無水乙醇 萊陽經濟技術開發區精細化工廠;硼酸、葡萄糖 國藥集團化學試劑有限公司;氫氧化鈉 煙臺三和化學試劑有限公司;苯酚 天津福晨化學試劑。所有試劑均為分析純。

530-312型游標卡尺 廣州市廣卓精密儀器有限公司;1HP-5型冷風干燥實驗機 青島歐美亞科技有限公司;電子調溫萬用電爐 龍口市先科儀器公司;TMS-PRO單軸向壓縮和拉伸型質構儀 美國Food Technology公司;Kjeltec 8400型全自動定氮儀 丹麥福斯集團公司;PL203型分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 復合膠的配制 參考王元蘭等的實驗結果[10-11],配制黃原膠與瓜爾豆膠復配液(4∶6),混膠的總濃度為0.3 g/100 mL。分別稱取0.48 g黃原膠和0.72 g瓜爾豆膠,慢慢加入到200 mL蒸餾水中,放入水浴鍋中80 ℃恒溫加熱。待完全溶解后,將兩種膠溶液混合,用攪拌器恒溫攪拌混合30 min,停止攪拌保溫30 min后備用。

1.2.2 預處理工藝條件的確定 傳統工藝

改良工藝

食鹽水蒸煮去殼→去裙邊、內臟、外套膜→清洗→復配液浸泡→食鹽水復煮1 min→冷風干燥

與傳統工藝相比,本文所采用的新預處理工藝在扇貝柱二次熟制前進行復配膠的浸泡處理,復配膠的浸泡時間和復煮時間是影響后期扇貝柱干燥過程中品質的關鍵因素。扇貝柱在干燥過程中的品質評價主要通過外形評價進行[9]。

1.2.3 干燥條件 冷風干燥是將經過預處理的扇貝柱放在冷風干燥機中進行干燥。干燥室分為上下2層,干燥時扇貝柱樣品整齊擺放在網架上,設定溫度 15 ℃,風速 1.5 m/s,干燥機內相對濕度為 50%～70%。

1.2.4 扇貝柱外形的評價 采用數學模糊方法進行感官評定,挑選10名經食品感官評價培訓的專業技術人員組成評定小組對不同預處理工藝后的樣品進行感官評定。

評定因素集U=(u1,u2,u3,u4)=(色澤、質地、圓滿度、龜裂度)。

評價等級集V=(v1,v2,v3,v4,v5)=(5,4,3,2,1),其中綜合評價最佳為5,最差為1。

確定各個評定因素權重:依據強制決定法[12],對評定不同預處理工藝后的樣品的各個因素指標(色澤、質地、圓滿度、龜裂度)進行兩兩比較,求出各因素的重要性程度,得到權重矩陣A=(a1,a2,a3,a4)。

單個樣品評判矩陣的確定:將各個分值的評定人數除以總的評定人數,得到樣品的評判矩陣R。

評定結果的歸一化:Y=AR[y1,y2,y3…ym-1,ym],該運算采用模糊變量運算法則即最大最小法則。根據評判結果,依據最大隸屬度原則,取Y=max(yi)(i=1,2…m),即得到相應的外形評分值。

1.2.5 基本成分測定 水分含量的測定采用常壓干燥法[13];粗蛋白質含量的測定采用凱氏定氮法[14];多糖含量的測定采用硫酸-苯酚法[15](標準曲線如圖1所示);粗脂肪含量的測定采用索氏抽提法[16]。

圖1 葡萄糖標準曲線Fig.1 The standard curve of dextrose density

1.2.6 物性學參數的確定 流變學參數測定分兩個方面進行,即應力松弛實驗(小變形實驗)和破斷實驗(大變形實驗)。應力松弛實驗使用單軸向壓縮和拉伸型質構儀于室溫下測量。測定條件:直徑3.6 mm圓柱型探頭,壓縮速率60 mm/min,形變量20%,實驗結果為6 次平行實驗的平均值。應力松弛曲線采用逐次漸近法進行分析[16-17],近似方程可以表示為:

式(1)

τi=ηi/Ei

式(2)

式中:s(t)為應力松弛過程中的應力(gf);e0為恒定的形變量;t為應力加載的時間(s);Ei為黏彈性體應力松弛過程中第i個彈性模量(E0=E1+E2+…+En,瞬時彈性模量)(dyn/cm2);τi為黏彈性體應力松弛過程中的第i個應力松弛時間(s);ηi為黏彈性體應力松弛過程中的第i個黏性模量(dyn·s/cm2)。

在本實驗中,對扇貝柱應力松弛性質的研究采用的是廣義Maxwell模型,使用Origin7.5軟件,采用逐次漸近法解析應力松弛曲線,解析至第2次為止[17-18]。扇貝柱肉的應力松弛曲線如圖2所示。

圖2 扇貝柱的應力松弛曲線Fig.2 The stress-relaxation curve of scallops adductors

破斷實驗使用與應力松弛實驗相同的質構儀,測定破斷強度(rupture strength,RS)。儀器參數:圓柱型探頭,直徑2 mm,壓縮速率50 mm/min,實驗結果為6 次平行的平均值。

TPA質構測試又稱為兩次咀嚼實驗(Two Bite Test,TBT),對食品進行兩次壓縮,可得出質地剖面曲線,如圖3所示。

圖3 質地剖面分析曲線Fig.3 The curve of texture profile analysis

本實驗中TPA實驗以柱型探頭(d=3 mm)進行測定,樣品橫截面大于探頭截面,設置形變量為60%。兩次壓縮運行程序設定如下:下行速度、實驗速度、返回速度分別為30、60、30 mm/min,兩次循環間的時間間隔為5 s,通過分析質地剖面曲線可得各參數如表5所示。

1.3 數據分析

采用Origin7.5軟件和SPSS13.0統計分析軟件對實驗中各項平行測定數據進行單因素方差分析,顯著性水平(p<0.05)由Tukey’s多項比較檢測確定。

2 結果與分析

2.1 最佳預處理工藝條件確定

2.1.1 復配膠浸泡時間對扇貝柱干燥過程品質的影響 由圖4可知,不同浸泡時間對扇貝柱樣品在干燥過程中的外形變化有所影響。浸泡30 min的扇貝柱在干燥過程中的外形評分較低;浸泡1 h后,扇貝柱外形評分有明顯增高,且隨浸泡時間延長,扇貝柱外形評分沒有明顯變化。因此,確定最佳復配膠浸泡時間為1 h。

圖4 不同浸泡時間對樣品干燥過程中外形的影響Fig.4 The appearance of scallops adductors with different dipping times

2.1.2 復煮時間對扇貝柱干燥過程品質的影響 圖5顯示出復煮時間對扇貝柱干燥過程品質的影響,不同復煮時間的扇貝柱樣品在干燥過程中的外形評分出現差異。與其他處理相比,不進行復煮的扇貝柱在干燥過程中的外形評分最低;且隨復煮時間延長,扇貝柱外形評分出現明顯降低;可能的原因是未經復煮的樣品,復配膠無法完全浸漬到扇貝柱內部;而復煮時間過長會導致散柱。因此,確定最佳復煮時間為1 min。

圖5 復煮時間對樣品干燥過程中外形的影響Fig.5 The appearance of scallops adductors with different boiling times

2.2 冷風干燥過程中扇貝柱外形變化

2.2.1 感官評定結果 通過進行扇貝柱外形的評價,對扇貝柱冷風干燥過程中兩種預處理工藝做初步比較。由圖6和表2可知,在干燥過程中,傳統工藝處理的扇貝柱在干燥過程中更早出現表面裂紋,并隨干燥時間延長裂紋變寬,干燥后期出現扇貝柱端側凹陷,甚至散柱現象;經改良工藝處理后,扇貝柱在干燥過程中柱形變化緩和,表面裂紋少且裂縫微小,且基本不存在扇貝柱兩端凹陷和散柱現象?？赡艿脑蚴菑团淠z與扇貝柱中的蛋白質形成了較好的保水結構,延緩了干制過程中水分的散失,并且復配膠在扇貝柱表面形成了一層膠殼,保護了扇貝柱的外形,防止其產生龜裂現象。

圖6 干燥過程中扇貝柱外形變化Fig.6 The change of the appearance of scallops adductors during the cold-blast air drying

表2 干燥過程中扇貝柱感官評分結果Table 2 Scores of the appearance of scallops adductors during the cold-blast air drying

2.2.2 樣品的模糊綜合評定及分析

2.2.2.1 評定因素權重矩陣的建立 食品的種類決定其風味質量因素的權重大小不同。依據上述的強制決定法,對樣品的色澤、質地、圓滿度、龜裂度4個因素進行權重分析,建立評定因素權重矩陣A。A=(色澤、質地、圓滿度、龜裂度)=(0.2、0.35、0.25、0.2),各因素權重和為1。

2.2.2.2 樣品模糊綜合評定矩陣建立 依據感官評定結果表2,以傳統工藝與處理后干燥24 h的樣品為例,建立樣品的評判矩陣R。

同理可得:R2、R3,R4,0≤aij≤1,∑aij=1(i=1-4)。

依據評判結果可得,依照最大隸屬度原則,取Y=max(yi)=(i=1,2,3…m),即得到相應的綜合評定值,則Y1應取值為0.333,其對應的分值為3,同理,Y2應取值為0.368,其對應的分值為2,Y3應取值為0.3273,其對應的分值為4,Y4應取值為0.318,其對應的分值為3。由此可得出,經改良工藝預處理的樣品在干燥終點的分值高于經傳統工藝預處理后的樣品,即改良工藝優于傳統工藝。

2.3 冷風干燥過程中扇貝柱基本成分變化

不同預處理工藝樣品在冷風干燥過程中基本成分變化如表3所示,兩組樣品在冷風干燥過程中,重量均降低,并且傳統工藝處理后的樣品重量要低于改良工藝處理過的樣品;由于水分流失[19],其蛋白質和總糖所占比例逐漸增加,而對粗脂肪含量沒有明顯影響。改良工藝預處理扇貝柱在冷風干燥前其樣品重量和水分含量均高于傳統工藝樣品,說明用改良工藝處理過的樣品有更好的保水和保存營養成分的效果。

由于水分含量不同,根據樣品質量及各基本成分的百分含量換算其實際質量如表4所示。上述數據表明,干燥前改良工藝預處理樣品的水分含量高于傳統工藝處理樣品,其他成分基本相同;干燥過程中,其基本成分實際質量出現下降趨勢;在干燥終點(即水分含量接近20%時),改良工藝預處理的扇貝柱樣品中蛋白質、總糖和粗脂肪實際質量均高于傳統工藝,這與孫麗雯等的研究結果一致[3]?？梢?改良預處理工藝可以緩和干燥過程扇貝柱樣品各成分的變化,更好地降低冷風干燥過程中扇貝柱營養成分的損失。

表3 扇貝樣品干燥過程中基本成分的變化Table 3 Changes of proximate component contents in scallops adductors samples during the cold-blast air drying

注:同列小寫字母不同表示有顯著差異(p<0.05)。

表4 干燥過程中樣品基本成分實際質量估算結果Table 4 Actual amounts of proximate components in samples during the cold-blast air drying

表5 干燥過程中扇貝TPA特性參數的變化Table 5 Changes in TPA parameters of scallops adductors samples during the cold-blast air drying

注:表中同列數據小寫字母不同表示有顯著性差異(p<0.05);-,表示無法測出數據。

2.4 冷風干燥過程中扇貝柱流變學參數的變化

由表5可知,在干燥過程中,兩組樣品的硬度、粘聚性和彈性的變化趨勢基本相同。而咀嚼性方面,傳統工藝和改良工藝隨著干燥時間的延長均呈先增大后減小的趨勢。在干燥終點,改良工藝樣品的硬度小于傳統工藝處理樣品,而粘聚性、彈性和咀嚼性則明顯高于傳統工藝樣品。通常,硬度與破斷強度呈正相關關系,該結果與表6中破斷強度變化規律相同。

表6 干燥過程中樣品流變學特征參數的變化Table 6 Rheological properties of samples during the cold-blast air drying

注:表中同列數據小寫字母不同表示有顯著性差異(p<0.05);二次解析的實驗數據E2、τ2、η2未顯示;-,表示無法測出數據。

從表6中的數據可以看出,相比傳統工藝,改良工藝預處理樣品的流變學參數值(E0、E1、τ1、η1和RS)均發生變化。隨干燥過程進行,兩組樣品的E0、E1、η1和RS逐漸增大,τ1逐漸減小。當水分降至適宜水平(接近20%,傳統工藝24 h,改良工藝28 h)時,改良工藝預處理扇貝柱樣品的E0、E1和η1均高于傳統工藝處理樣品,τ1和RS均低于傳統工藝處理樣品。

干燥前扇貝柱水分含量較高,水分在纖維空隙中削弱了彈性成分,導致彈性模量較小,干燥過程中水分散失,彈性模量變大;應力松弛時間τ的長短則反映肌原纖維蛋白質分子間滑動所需的時間[20-22]。隨干燥進行,貝柱的破斷強度的增大可能是由于高蛋白質中間水分食品的蛋白質聚類使樣品變硬引起的[23]。經冷風干燥后,相較于傳統工藝,改良工藝預處理的樣品具有彈性大,硬度小、黏結性好的優點。

3 結論

本實驗通過在傳統工藝的基礎上,在扇貝柱預處理工藝中創新性利用瓜爾豆膠和黃原膠的復配液,通過對復配膠浸泡時間、復煮時間的研究,得出復配膠預處理扇貝柱的最佳工藝條件:復配膠浸泡1 h后進行二次熟制1 min,可顯著改善扇貝柱樣品在干燥過程中的品質。在干燥過程中,改良工藝扇貝柱樣品水分含量變化緩和,扇貝柱干品柱形美觀,表面裂紋細且少,營養成分損失少,基本成分含量高于傳統預處理工藝。從流變學特性參數可知,改良工藝扇貝柱干品具有彈性大,硬度小、黏結性好的特點,各項指標均優于傳統預處理工藝。

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Improvement on pretreatment process of Scallops and evaluation of its quality during drying

HAN Fei,TANG Wei-wei,CHANG Yong-bo,XU Jia-chao,FU Xiao-ting,GAO Xin*

(College of Food Science and Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)

In order to improve the quality of scallops during drying,optimal conditions for pretreatment process were improved. Changes in appearance characteristics,nutritional ingredient and rheological parameters during the cold-blast air drying were investigated in comparison to traditionally processed samples. The optimal experimental conditions for pretreatment process were dipping the fresh scallop in the mixture of carrageenan and xanthan gum for 1 h,and the reboiling time was 1 min. Results showed that during drying,the variation tendency of moisture content were moderate,and the appearance scores were better in the optimized samples with beautiful shape,good integrity,and less number of cracks on the surface. In comparison with the traditional technology,the optimized process can effectively prevent nutritional ingredients losing during drying. In addition,rheological parameters such as hardness,flexibility,cohesiveness,and chewiness in the optimized samples were superior to those of the traditionally processed samples. Overall,the quality of samples by optimized pretreatment process was more nutritious with better texture during subsequent cold-blast air drying.

Scallops;pretreatment process;cold-blast air drying;rheological properties;nutritional ingredient

2016-08-22

韓飛(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：水產品加工，E-mail：13026511816@163.com。

*通訊作者:高昕(1968-)，男，博士，教授，研究方向：水產品加工，E-mail：xingao@ouc.edu.cn。

國家自然科學基金面上項目(31571865);青島市科技惠民計劃(15-9-2-107-NSH)。

TS254.1

B

:1002-0306(2017)03-0221-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.03.034