赵洪雷 ，孟德飞 ，徐永霞 ，王明丽 ，郭晓华 ，励建荣
（1.渤海大学 食品科学与工程学院，辽宁锦州 121013；
2.国家鱼糜及鱼糜制品加工技术研发分中心，辽宁锦州 121013；
3.蓬莱京鲁渔业有限公司，山东烟台 265600；
4.山东美佳集团有限公司，山东日照 276815）
热风干燥是以热空气为干燥介质与食品进行湿热交换，同时由于物料表面的水分被汽化，物料表面与内部产生水分浓度差，从而使内部水分逐渐向表面扩散［1-2］。在干燥过程中，如果干燥参数选择不当会使能源效率降低，干燥时间延长，导致产品表面硬化，干燥不均匀［3］。目前已有大量文献研究不同物料干燥过程中水分含量的变化规律，通过建立干燥动力学模型来预测和调控干燥过程。张鹏飞等［4］建立了基于指数函数的新型干燥动力学模型，能够准确预测人造米热风干燥过程中的水分变化规律。段振华等［5］研究不同属性的罗非鱼片在40，50，60 ℃下的热风干燥特性，并建立了干燥过程的数学模型。高翠竹等［6］研究不同热风温度和时间对南极磷虾品质的影响，发现在65 ℃，1 h的条件下，南极磷虾具有良好的品质和贮藏稳定性。
鲐鱼（Scomber japonicus）是我国主要的海洋经济鱼类之一，富含蛋白质和不饱和脂肪酸等营养物质，其中EPA和DHA等多种不饱和脂肪酸具有降血脂和预防心血管疾病等保健作用［7］。鲐鱼因其价格低廉和营养丰富等特点而深受消费者的喜爱。鲐鱼在我国主要以冻品形式进行销售，只有少部分用于加工成罐头制品、干制品和鱼油制品等［8-9］。鲐鱼的肉质紧实、刺少、可食部分较多，若将其开发成肉干类休闲制品，可丰富鲐鱼加工制品的种类，提高附加值［10］。然而，目前关于鲐鱼肉干的干燥特性研究较少，尚未建立合适的动力学模型。本文主要研究不同干燥温度对鲐鱼热风干燥特性的影响，拟合确定最佳干燥动力学模型；
进一步研究不同干燥温度对鱼肉质构特性、色泽、硫代巴比妥酸（TBA）值和水分分布状态等品质指标的影响。研究旨在为鲐鱼肉干的工业化生产提供理论指导。
1.1 材料与试剂
鲐鱼（体长25～35 cm，锦州市林西路水产市场）；
白砂糖、食盐、辣椒粉、豆瓣酱、五香粉（锦州市大润发超市）；
呈味核苷酸二钠（广东肇庆星湖生物科技股份有限公司）；
氯化钾、酒石酸、氢氧化钾、磷酸二氢钾、高氯酸、甲醇（均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。
1.2 仪器与设备
DHG-9055A型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；
X3-233A型微波炉（广州美的厨房电器制造有限公司）；
TA-XT-Plus型质构分析仪（英国Stable Micro Systems公司）；
CR-400型色彩色差计（日本Konica-Minol-ta公司）；
PL602-L型电子天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）；
UV2550型紫外光谱仪（日本岛津公司）；
DK-S24型电热恒温水浴锅（上海森信实验仪器有限公司）。
1.3 方法
1.3.1 样品的制备
将鲐鱼进行去头去内脏处理，流水洗净表面和腹腔内的淤血，取背部肌肉切成6×2×1 cm的长条。将配好的调味料均匀涂抹在鱼肉表面，4 ℃条件腌制1.5 h。将腌制好的鱼肉样品用清水冲去表面的调料，于500 W下进行微波加热120 s，然后分别置于70，80，90 ℃烘箱中，每隔40 min取样测各干燥指标，烘干160 min时取样测各品质指标。
1.3.2 干燥参数的测定
含水率Mt、水分比MR和干燥速率DR分别按式（1）、式（2）和式（3）计算，含水率均以干基质量计算［11］。
式中 Gt——鲐鱼干燥至t时刻的质量，g；
G ——鲐鱼干燥至恒重的质量，g；
Mt—— 鲐鱼干燥至t时刻的干基含水率，%；
Me——鲐鱼的平衡干基含水率，%；
M0——鲐鱼的初始干基含水率，%；
Mt+dt—— 鲐鱼干燥至t+dt时刻的干基含水率，%。
1.3.3 有效水分扩散系数和活化能的计算
有效水分扩散系数（Deff）可以通过结合式（4）Fick方程和式（5）Arrhenius方程进行计算［12］，通过 ln（MR）对时间 t作图，求得直线的斜率，从而计算出不同温度下的扩散系数。利用ln（Deff）对1/T作图即可求得扩散活化能（Ea）。
式中 ts——干燥时间，s；
L ——样品厚度，m；
D0——扩散常数，m2/s；
Ea——扩散活化能，kJ/mol；
Rg——理想气体常数，8.314×10-3kJ/（mol·K）；
T ——干燥温度，K。
1.3.4 干燥模型
为更好地了解鲐鱼在干燥过程中的脱水规律，试验中选用4种数学模型（表1）进行预测［13］。利用Origin 2019软件对干燥曲线进行非线性回归模拟，将卡方检验（χ2）、均方根误差（RMSE）和决定系数（R2）作为模型拟合的评价指标［14-15］，χ2、RMSE和 R2值的计算分别如式（6）、式（7）和式（8）。
表1 模拟干燥曲线的数学模型Tab.1 Mathematical models for simulating drying curves
式中 MRexp,i——第i个试验含水率，%；
MRpre,i——第i个预测含水率，%；
N ——观察次数；
n ——常数个数。
1.3.5 硫代巴比妥酸值的测定
参考GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的测定》中的分光光度法。
1.3.6 质构的测定
将干燥后的鲐鱼样品切成2×2×1 cm的鱼块进行测试。探头型号为P/50，测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，压缩程度60%，时间间隔5 s，压缩次数2次。
1.3.7 色泽的测定
采用色差计测定鱼肉样品的色度，采用3点测试法测定样品L*、a*和b*值。
1.3.8 水分分布状态的测定
将鲐鱼样品切成5×5×15 mm的小块，放入专用核磁管中，然后置于低场核磁共振仪中进行测定。参数设置为 P90：5.6 μs；
P180：12 μs；
SW：200 kHz；
Tw：4 000 ms；
NECH：8 000；
TE：0.1 ms；
NS：32。
1.4 数据统计与分析
采用Origin 2019b进行绘图，SPSS 19.0进行显著性分析（p＜0.05为差异性显著），取不同处理组样品各3块平行测定3次，结果取平均值。
2.1 不同热风温度对鲐鱼干燥特性的影响
如图1所示，热风干燥温度越高，鱼肉的失水速率越快，干燥所需时间越短，鲐鱼肉在70，80，90 ℃下达到干燥终点所需要的时间分别为480，320，240 min。
图1 不同温度下鲐鱼肉的干燥曲线Fig.1 Drying curves of scomber japonicus muscle at different temperatures
鲐鱼干燥速率随时间以及干基含水率的变化曲线如图2所示。从图2（a）可以看出，热风温度越高，鲐鱼肉的失水速率越快，干燥所需的时间越短。在干燥初期，鱼肉的水分含量相对较高，水分与热风的接触面积较大，所以干燥速率较高；
随着干燥时间的延长，鱼肉的含水量逐渐降低，鱼肉表面的收缩与硬化加剧，增加了水分扩散的阻力，使得水分更难蒸发，从而导致干燥速度逐渐降低［16］。从图2（b）可以看出，在不同的干燥温度下，鱼肉的干基含水率与干燥速率呈正相关，随着水分含量的减少，鱼肉的干燥速率逐渐降低。鱼肉的表面水分较低，干燥过程中内部水分不易向表面扩散，因此整个干燥过程以降速干燥为主。
图2 不同温度下鲐鱼肉的干燥速率曲线Fig.2 Drying rate curves of scomber japonicus muscle at different temperatures
2.2 鲐鱼干燥中水分扩散系数和活化能的计算
Deff可用来衡量物料在干燥过程中的脱水能力，Deff越高，其脱水能力越强，水分扩散所需的活化能越低［17］。从表2可以看出，在不同的干燥温度下，鲐鱼的Deff为（4.856 7～9.411 1）×10-10m2/s。此外，鲐鱼热风干燥的Deff与干燥温度呈正相关，温度越高，Deff越大。
表2 不同温度下鲐鱼肉水分有效扩散系数Tab.2 Effective moisture diffusivity of scomber japonicus muscle at different temperatures
鲐鱼肉干燥过程中Deff与温度之间的关系可用Arrhenius方程描述。将Deff的自然对数值与温度的倒数值进行线性回归，得到其R2为0.987 7，根据直线的斜率计算出鲐鱼热风干燥的Ea为 33.587 7 kJ/mol。
2.3 鲐鱼热风干燥数学模型的建立
水分比表示在特定的干燥条件下，物料被干燥后剩余的水分，可用来表示鱼肉干燥速度的快慢［18］。图3表示鲐鱼肉在70～90 ℃的热风干燥条件下，MR随时间的变化曲线。可以看出，热风温度越高，鲐鱼肉的失水速率越快，干燥所需时间越短，到达干燥终点时鲐鱼的水分比在0.25左右。
图3 水分比随时间的变化曲线Fig.3 Change curves of moisture ratio with drying time
采用4种干燥模型对试验数据进行拟合，不同模型的模型常数和评价标准见表3。可以看出，Page模型和Logaritmic经验模型均有较高的R2、较低的RMSE和χ2，说明这2个模型均具有较好的拟合度［19］。
表3 鲐鱼肉干燥经验模型拟合结果Tab.3 Fitting results of drying empirical model of scomber japonicus muscle
2.4 鲐鱼热风干燥动力学模型验证
为进一步验证模型的拟合效果，将page模型和logarithmic模型拟合方程分别在70，80，90 ℃热风条件下的预测值与试验值进行对比。由图4可见，预测值与试验值的2条曲线非常接近，说明page模型和logarithmic模型可以很好地反映鲐鱼肉的热风干燥过程。
图4 鲐鱼肉热风干燥数学模型验证曲线Fig.4 Verification curves of hot air drying mathematical model of scomber japonicus muscle
2.5 干燥温度对鲐鱼肉干色差的影响
色泽是干制食品的一个重要品质属性，在一定程度上决定消费者的购买欲［20］。L*不仅跟鱼肉的结构特性、水分含量和分布有直接的关系，还与蛋白质的变化有关［21］。由表4可知，当热风干燥温度从70 ℃升到80 ℃时，鱼肉干的L*值略增大但变化不显著（p＞0.05）；
当温度升高到90 ℃时，L*值明显下降（p＜0.05）。随着干燥温度的升高，a*、b*值均显著增大（p＜0.05）。鲐鱼属于红肉鱼，其肌红蛋白含量高，随着干燥温度的升高，肌红蛋白的氧化作用增强，同时美拉德反应和脂质氧化作用也加剧，从而使其颜色加深［22］。
表4 不同干燥温度对鲐鱼肉干色泽的影响Tab.4 Effects of different drying temperatures on color of scomber japonicus muscle
2.6 干燥温度对鲐鱼肉干质构和TBA值的影响
由表5可知，随着热风干燥温度的升高，鱼肉干的硬度和咀嚼性显著增加，弹性下降，主要是因为高温使鲐鱼肌肉组织变性收缩、硬度增加。ERDOĞDU等［23］研究表明，高温致使水分蒸发迅速，肌肉纤维收缩，形成致密的网络组织结构，使肌肉弹性降低。贺雪华［24］研究了不同热风温度对秋刀鱼质构特性的影响，结果表明鱼肉的硬度随烘干温度的升高而不断增加，弹性先增加后降低，与本试验的研究结果类似。总体来看，烘干温度对鲐鱼肉干质地的影响显著，当烘干温度为80 ℃时能够给予鲐鱼肉干较好的组织状态，肉质紧实有嚼劲。鲐鱼富含不饱和脂肪酸，在高温条件下极易发生氧化，TBA值是评定鱼肉脂肪氧化程度的良好指标。随着烘干温度的升高，鱼肉干的TBA值逐渐增大，在90 ℃时TBA值显著增大。
表5 不同干燥温度对鲐鱼肉干质构和TBA值的影响Tab.5 Effects of different drying temperatures on texture and TBA value of scomber japonicus muscle
2.7 干燥温度对鲐鱼肉干水分分布状态的影响
不同热风干燥温度下鲐鱼肉干的T2弛豫时间如图5所示，共出现3个弛豫峰，分别用T21，T22和T23表示，其中T22的H质子振幅最高，主要代表束缚在肌肉组织中的不易流动水，T21和T23分别代表结合水和自由水［25］。随着烘干温度的升高，鱼肉干的T2曲线明显左移，表明各状态水分所受的束缚力增强，此时再干燥脱水会越来越困难。如表6所示，各组样品中不易流动水的相对百分含量均最高，且随着温度的升高，鱼肉中不易流动水的含量显著降低（p＜0.05），而结合水的含量显著升高（p＜0.05）。姜秀丽等［26］的研究也表明，温度升高会加快肌纤维结构收缩与蛋白质凝固，不易流动水与肌肉蛋白的结合程度降低，进而导致水分的流失。
图5 不同干燥温度下鲐鱼肉的T2弛豫时间谱图Fig.5 Water relaxation time（T2） spectrum of scomber japonicus muscle at different drying temperatures
表6 不同烘干温度下鲐鱼肉中3种状态水的相对百分含量Tab.6 Relative contents (%) of three states of water in scomber japonicus muscle at different drying temperatures
鲐鱼肉的热风干燥主要是降速干燥过程，在不同干燥温度下的有效水分扩散系数范围为（4.856 7～9.411 1）×10-10m2/s，且随着温度的升高而增大；
扩散活化能为33.587 7 kJ/mol。在所选的4种干燥模型中，Page和Logarithmic模型适合用来描述鲐鱼肉热风干燥过程。随着干燥温度的升高，鲐鱼肉干的硬度和咀嚼性显著增大，弹性在80 ℃时达最大值；
TBA、a*和b*值呈显著上升趋势；
LF-NMR结果表明，不易流动水是鲐鱼肉干中含量最多的水分，且随干燥温度的升高，不易流动水的含量逐渐减少，结合水含量升高。