白对虾真空干燥的研究

摘研究其空干燥因索对白对虾的干燥特性、质构和复原率的影响，及其空干燥的水分比与干燥时间关系的数学模型。结果表明：其空干燥温度和其空度越高，干燥越快；拟合检验显示模型的盍测值与实测值拟合良好，模型能描述白对虾的真空干燥动力学规律；50X：、0.08MPa条件下干燥的白对虾组织状态和复原性较好。
白对虾是典型的“两低一篼”食物原料，即低热童、低脂肪和高蛋白。近年来，随着产业结构的不断调整，沿海各地纷纷兴起围塘养殖，使对虾产量成倍提高，由于对虾捕捞季节集中，而产品深度加工滞后。目前，世界范围内白对虾的加工还处于初级阶段，国内外的产品只有冷冻油炸虾制品、单冻煮虾、烤虾等，不仅产品的形式单一，而且加工的量不大，远远不能满足市场需要，大大制约了白对虾养殖业的进一步发展。真空干燥具有干燥温度低、干燥速度快、有效地抑制嗜氧性细菌和某些有害微生物、减少物料氧化、产品复水性能好等优点。在比较干燥方法对白对虾品质影响时，发现真空干燥的白对虾效果仅次于冷冻干燥，且白对虾真空干燥的研究至今未见报道。
本文对白对虾的真空干燥进行研究，探讨干燥参数对白对虾品质的影响，并建立真空干燥模型，为白对虾的深度加工研究和干燥的工艺设计、参数选择及过程控制等提供依据。
1材料与方法1.1材料与仪冷冻白对虾，购于无锡大润发超市。
1.1.3主要仪器1.2试验方法1工艺流程原料虾解冻?清洗烫漂沥水?真空干煤-检烫漂：采用煮沸的质量分数为2的NaCl烫漂lmin. 2检方法2.1水分含量和干燥速率的测定水分含童的测定按照GB5009.3?2003.干燥速率根据单位时间里物料的降水率Am/At来表示。其中，m为物料含水率，t为干燥时间。
2.2水分比（A）水分比（Mi）用于表示一定干燥条件下物料还有多少水分未被干燥除去，反映物料干燥速率2.3硬度与弹性5柱形探头，测试时选取的参数值：测前速度2mm/s，测试速度3mm/s，测后速度5mm/s，测试深度（应变）50，时间5s. 2.4复原率本实验采用复原率表征白对虾复水性的好坏。
白对虾干制品于80C的恒温水浴中复水，5min后捞出，用滤纸擦干表面水分后检测质量变化。
复原率/料质量，g. 2.5硬度差以烫溧后对虾的硬度值（1 813g）为基准，按下列计算方法得到硬度差。以硬度差来衡量干燥后对虾的硬度优劣。硬度差越大，品质越差；反之，品质越好。
813，烫漂后对虾的硬度，g. 1.2.2.6干燥曲线和干燥速率曲线的绘制在进行干燥试验前，检测烫漂后白对虾含水率，即为真空干燥的初始含水率；在试验中，每隔一定时间称量样品，得出白对虾湿基含水率随干燥时间变化的干燥曲线，干燥终点含水率为30.干燥速率曲线根据单位时间物料的降水率进行绘制。
2.7温度、真空度对白对虾干燥特性、质构和复原率的影响将白对虾分别置于40、50和60C条件下，定期取样测定物料的水分含量，直到物料达到干燥终点，研究不同真空度（0.06、0.08、0.07和0.09MPa）下水分含量随时间的变化情况。将干制品进行复水试验，检测和计算其硬度差、复原率和弹性。
2结果与分析2.1白对虾干燥曲线和干燥速率曲线根据各检测点实验结果，绘出不同干燥温度条件下的干燥曲线为、和。每一个图反映了在恒定温度不同真空度时的干燥变化规律。分析这些图中曲线的变化，可以看出温度、真空度和时间都是影响白对虾真空干燥速度的重要因素。因白对虾在干燥1h之前进人恒速干燥阶段，所以干燥时间为1h时所对应的速率为01h内平均速率，对01h内的干燥速率采用虚线表示。
/嫌爷钿40X：时干燥曲线“）和干燥速率曲线（51时干燥曲线（b）和干燥速率曲线（1/）60C时干燥曲线（c）和干燥速率曲线（C生产与科研经验2.1.1白对虾干燥特性从、和中的干燥曲线a、b和c可以看出，随着时间的延长，样品含水率逐渐下降，只要干燥温度差别不太大，其干燥特性基本一致。在真空干燥初期，当内部温度与湿度场均匀的白对虾进入干燥室时，内外形成了很大的压力梯度，在此压力梯度推动下，对虾样品表面层的水分开始蒸发，并以蒸汽的形式扩散进入介质中，物料的含水量及其表面温度均随时间而变化，而温度则由初始温度升高至与空气的湿球温度相等的温度。从、和中的干燥速率曲线ab\"和可以看出，3个温度下的干燥曲线变化有类似之处。初始干燥阶段表现出了短暂的预热过程，干燥速率几乎均呈线性快速增长，差不多都在lh内进入恒速干燥阶段。在分析干燥过程中可忽略，将其作为恒速干燥阶段的一部分。这与烫漂后的白对虾还有余温有关，恒温干燥前所需的预热时间相对较短，且此时对虾肌肉表面潮湿，受热后很快汽化。
从、和可知，白对虾的真空干燥具有典型的恒速干燥阶段。当干燥速率由零迅速增至篼值后，干燥速率基本保持不变，即物料表面水分蒸发速度基本等于内部水分扩散速度，白对虾肌肉表面水分被热空气带走后，浅表层和内部细胞之间的非结合水快速传递到表面，加人的热量作为汽化潜热和各项热损失。与初始干燥阶段相比，恒速干燥速率要略高，并随着温度的升高，这种趋势越明显。随着真空干燥温度和真空度的提高，恒速干燥阶段时间缩短。这主要是因为处于恒速干燥阶段的白对虾，物料表面保持湿润，干燥的快慢取决于表面水分的汽化速率，而表面汽化速率又与温度、外界压强有关，温度越篼，干燥越快；压强越低，水分的汽化速率越高。汽化的蒸汽由真空系统不断地排出，保持蒸发表面与空气的压力差，使干燥持续进行到终点。
2.1.2度和真空度对白对虾干燥特性的影响白对虾的含水率随着干燥时间的延长，接近直线下降。温度和真空度2个因素的改变，导致不同的干燥速率。
从、和可看出，温度对白对虾干燥速度的影响很大，温度越篼，干燥越快。例如真空度为0.08MPa时，40C时干燥时间比较长；60X：时干燥速度比50X：时要快，干燥2.5h后含水率达到32.44；在51：条件下，干燥所需的时间与41：相比缩短了2h左右，而在60C条件下的干燥时间比50X：缩短了1.5h左右。从干燥速率上来看，当白对虾干燥处于恒速干燥阶段时，在40、50、60C干燥条件下，干燥速率分别为11. 67、7.86和7.20/h，40C、50C干燥速率相差相对较小。真空度为0.06MPa时，在50C时达到平衡所需的时间与40C相比缩短了2h，而在60C条件下的干燥时间比50C缩短了2h；同样真空度为0.09、0.07MPa时，在较高温度下的干燥时间要比较低温度下的干燥时间少几小时。根据Trabert理论w，自由静水表面的水分蒸发量E.可用下式表示：￡。=CXTXVX心其中，C为比例常数，了为温度（K），V为风速（m/s），d为某温度下饱和蒸汽压和现存的空气的水蒸气压力之差（MPa）。由此可以看出，温度了升高可以加快水分蒸发，从而提篼物料的干燥速率。
对干燥曲线和干燥速率曲线进行比较，可以发现，和均反映出同一干燥温度下不同真空度对白对虾干燥特性的影响很明显。
中不同曲线的斜率明显不同。比较相同时间段所对应干燥曲线的切线斜率时发现，0.09MPa的曲线斜率大，恒速干燥阶段干燥速率大，随着真空度的降低，干燥曲线斜率和干燥速率都会下降。真空度越高，干燥越快；相反，真空度越低，干燥越慢。从干燥起始至达到干燥终点所需的时间，可以具体反映真空度的不同对干燥速度的影响程度，如在40X：条件下，随着真空度的降低，干燥时间分别为5、6、7.5、8.5h；又如0.09MPa条件干燥的白对虾在50T：干燥所需的时间（4h），与真空度为0.07MPa、6TC条件下时干燥所需的时间相当；再如在真空度为。
温度40C下干燥所需的时间（5h），与真空度0.07MPa、温度501干燥的时间相当。试验结果显示，真空度越大，在恒速干燥阶段的干燥速率越大，这与理传导主要是依靠压力差。
2.2白对虾真空千燥数学模型的建立2.2.1常见的薄层干燥数学模型干燥数学模型对干燥过程的优化和控制具有重要的意义，人们一直希望通过干燥理论的研究建立干燥的模型，以期更好地控制生产过程。表1为常见的用于描述农产品物料薄层干燥的数学模型。Lewis模型是描述农产品物料薄层干燥的简单的模型，这种模型考虑了物料表面边界层对水分运动的阻力。Page模型用了2个常数来描述物料的薄层干燥，可以用于描述稻谷、大豆、向日葵、玉米、人参、罗非鱼片及鳙鱼鱼片等多种物料的薄层干燥特性。Hender-son-Pabis模型也用了2个常数来反映物料的薄层干燥，被用来描述带穗谷物、小麦和玉米等物料的干燥。
为了确定能够较好地描述白对虾真空干燥动力学的数学模型，需要对各模型进行线性化处理，得到线性化处理后的数学模型。为了确定能够较好地描述白对虾真空干燥动力学的数学模型，需要对各模型进行线性化处理，得到线性化处理后的数学模型。
表1描述干燥曲线的常见数学模S模塑编号模型名称线性化处理后的数学棋型注il）棋型中4一时间i、A、n?待定系败。
2.2.2白对虾其空干煤数学模型的建立白对虾真空干燥条件下MRr、lm关系图分别见。
真空干燥条件下ln-ln/关系图为了建立白对虾的佳真空干燥模型，分别建和In之间的关系。比较中的曲线，不难发现中的曲线更呈线性关系，这说明模型A和C（即Lewis模型、Henderson-Pabis模型）均不适合作为本实验条件下的目标模型，而模型B（Page）和D（Modified -Page）则适合用来描述白对虾真空干燥动力学规律。
为了进一步探明Page模型对白对虾真空干燥的适用性，确定在4060C的温度下的模型系数，本文采用SAS回归软件对中的数据进行回归分析和模型拟合的方差分析，可以得出各种条件下模型B和D的待定系数、R和F值，结果见表2.表2真空干数学型的待定系数和评价指标参败和评价指标模型B棋型D此外，从表2可以发现，随着温度的变化，系数k相差较大而系数n相对波动较小，且各曲线几乎平行，即斜率变化较小，但截距（Ink）随干燥温度的变化而变化。根据图形的特点，可以设定：lnk +T.对表2中的数据进行回归分析，可以分别计算出模型B的系数m和系数为：一5. 029和0.0588模型D的系数m和系数为：一3.099和0.0305模型系数n为1. 306>模型B和模型D的复相关系数均较篼，方差分析结果均达极显著水平，说明变量之间的线性关系越密切，所得到的回归模型的拟合程度篼，回归效果显著。所以，白对虾的真空干燥模型为：=exp为热力学温度（K），t为干燥时间（h）。
为了验证模型的可行性，以白对虾在真空干燥温度40X：和真空度0 08MPa下干燥为例，将实验值同根据模型进行预测的数据进行比较，结果见。研究发现实验值同预测值拟合良好，说明该模型可以用来预测白对虾的真空干燥条件下的动力学变化规律，这与段振华在研究鳙鱼、罗非鱼片热风干燥模型时得到的结论一致温度对复原率的影响从、和0可知，在相同的真空度下，50C条件下干燥的肌肉硬度低，弹性和复原性相对较好。干燥过程是气、固两相的热、质同时传递过程，尤其对于水产类的干燥，选择合适的温度对于水产品的的干燥至关重要。干燥温度较低时，则干燥所需的时间较长，而当温度提篼后，相应干燥时间会随之缩短。在白对虾干燥过程中，因含水量篼，虾肉肌纤维温度/t：0温度对弹性的影响（注：0干条件：真空度0.07MPaf产品干燥终点比较细，组织柔软且蛋白质含量又高，进行长时间或篼温干燥都会使得肌纤维逐渐收缩和紧密连接，阻碍了水分的蒸发，造成组织结构变差；如果温度过高时，还会造成物料内部发生不可逆转的轻微破坏和错位，导致部分细胞完整性丧失，从而降低亲水性能2.3.2真空度对白对虾质构和复原率的影响真空度对白对虾硬度差、复原率和弹性的影响分别见13.真空度的增加，硬度差呈下降趋势，而弹性和复原率呈相反趋势。当真空度增加时，水分蒸发速度明显加快，使得白对虾在相对较短的时间内到达干燥终点，即缩短了白对虾与热接触时间，减少对肌肉的热损伤，从而保持相对较好的组织结构，而真空度较低（注：13的干条件为：51C，产品干燥终点为30）时，水分蒸发较慢，干燥时间较长，造成肌肉组织紧缩，组织变硬，复原率、弹性变差。
3结论真空温度和真空度对白对虾干燥速度的影响很大，温度、真空度越篼，干燥越快。
适合白对虾真空干燥的数学模型是：= 07MPa的真空度下，50T：条件下干燥的肌肉硬度低，弹性和复原性相对较好；在50X：条件下，随着真空度的增加，硬度差呈下降趋势，而弹性和复原率呈增加趋势。
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