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第 25 卷 第 3 期农 业 工 程 学 报Vol.25No.3 2009 年3 月Transactions of the CSAEMar. 2009253 板鸭干制的特性分析和工艺参数优化 肖 雷1,2,姚菁华1,陆则坚2 (1中国矿业大学化工学院,徐州 221008;2福建农林大学食品科学学院,福州 350002) 摘要:以提高板鸭干制质量为目的,采用自制小型气调干燥试验设备,对板鸭进行干制试验。采用二次正交旋转组合 试验设计方法,研究了热风温度、气流速度、抗氧化剂特丁基对苯二酚(Tertiary Butylhydroquinone,TBHQ)浓度对 板鸭脂肪氧化程度、失水速率的影响规律。结果表明:提高干制温度和气流速度可提高脱水率,但温度升高,脂肪氧化 程度增加;而提高 TBHQ 浓度可降低板鸭的脂肪氧化程度,提高板鸭品质。用回归分析程序拟合产品的酸价、硫代巴比 妥酸(Sulfo- Barbitone Acid,TBA)值和失水速率随热风温度、气流速度和 TBHQ 浓度变化的回归方程,得到优化工艺 参数为: 热风温度为49, 气流速度为1.84 m/s, TBHQ浓度为0.018%, 在此工艺下板鸭质量指标值分别为酸价1.129 mg/g, TBA 值 0.168 mg/kg,失水速率 3.862%/h。 关键词:肉制品,干制,脱水,脂肪酸,氧化,板鸭 中图分类号:TS251.54,TS205.1文献标识码:A文章编号:1002-6819(2009)-3-0253-05 肖雷,姚菁华,陆则坚. 板鸭干制的特性分析和工艺参数优化J. 农业工程学报,2009,25(3):253257. Xiao Lei, Yao Jinghua, Lu Zejian. Analysis of the characteristics of producing dehydrated salted duck and optimization of its processing parametersJ. Transactions of the CSAE, 2009,25(3):253257.(in Chinese with English abstract) 0引言 板鸭作为中国的传统食品,距今已有三百多年的历 史。板鸭的制作,经过不断的改进,质量逐渐提高,现 已逐渐形成了色、香、味、形俱佳的腌腊制品,尤以南 京、沙阳、建瓯等地生产的板鸭为佳。板鸭传统的加工 方法,是将宰杀腌制好的鸭子挂在室外晾晒、风干,即 成成品1。由于鸭体在室外挂晾时间长(约 710 d) ,微 生物很易滋生繁殖,使得板鸭在贮藏期容易腐败变质。 另外,板鸭不饱和脂肪酸含量高,鸭脂很易被氧化产生 酸败味2,从而缩短了板鸭的保质期,极大地限制了板鸭 的销售范围,进而限制了企业的进一步发展。近年来, 国内学者对肉制品的干制技术进行了研究,但干制方法 主要采用热风干燥技术,由于这种干燥方法需不断排出 高温废气和吸入低温新鲜空气进行湿热交换,不仅能耗 大,而且易导致干制过程脂肪氧化,严重影响干制品质 量。本文采用福建农林大学食品科学学院自制的小型气 调干燥机(QTM)进行试验,该设备具有很好的节能效 果,加工的产品质量高,并且能减少产品的热变形3,4。 本文通过选择影响板鸭加工和产品品质的因素研究板鸭 加工工艺,并对干制过程工艺参数进行分析和优化。 1材料与方法 1.1试验材料 试验鸭由建瓯板鸭厂提供,为 7090 日龄,体重约 1.251.5 kg 健康的半番鸭;油脂抗氧化剂特丁基对苯二 收稿日期:2008- 05- 07修订日期:2008- 11- 12 基金项目:福建省自然科学基金资助项目(B9910010) 作者简介:肖雷(1975) ,男,博士研究生,研究方向为食品生物技术 及生物反应工程。徐州中国矿业大学化工学院生物工程系,221008。 Email: lei4703 酚(TBHQ) ,食品级(广州泰邦工贸公司) ;抗坏血酸、 柠檬酸分析纯(天津市福晨化学制剂厂) 。 1.2试验设备 试验采用 QTM 试验设备5; pHS- 3B 精密 pH 计 (上 海雷磁仪器厂) ;752 紫外光栅分光光度计(上海第三分 析仪器厂) ; QF1901 型气体分析仪 (上海玻璃仪器一厂) 。 1.3试验检测指标及测定方法 1.3.1失水速率的计算 含水率测定: GB9695.151988 肉与肉制品含水率测 定方法,失水速率的计算为过程的平均值,具体计算方 法参见文献6。 1.3.2硫代巴比妥酸(TBA)值测定 采用改进的 TBA 值法来测定肉类食品中脂肪的氧 化7。 1.3.3 酸价的测定 按 GB5009.371985 食用植物油卫生标准测定方 法8。 1.4试验方案 1.4.1板鸭加工工艺流程 原料鸭选择宰杀、褪毛开剖整理(去五件) 腌制定型烘干整形、真空包装贮 藏 其主要工艺步骤为原料经宰杀、整理后,采用湿腌 (食盐6%,复合香辛料4.5%)的方法进行,腌制时间为 24 h;腌制完成后,将鸭体背部朝上平放,鸭腿紧靠背部 两侧,拉直鸭颈,将胸腹切口边缘向四周摊开,将鸭体压 平,使呈桃圆形,待皮肤水晾干后,挂起在QTM机进行不 同工艺条件的烘制1。 1.4.2试验方案的设计 影响脱水干制品性能的主要因素为: 热风温度t () 、 254农业工程学报2009 年 气流速度 v(m/s)以及 TBHQ 的浓度 k(%) 。在单因素 试验的基础上9, 确定了各因素的适宜取值范围: t 为 40 60、v 为 0.52.0 m/s 和 k 为 0.010%0.020%。试验采 用二次通用旋转组合设计方案10,研究各因素对酸价、 TBA 值、失水速率的影响。各因素水平编码如表 1。 表 1试验因素水平编码表 Table 1Factors and levels of experiment 水平 编码 X1 热风温度 t/ X2 气流速度 v/ms- 1 X3 TBHQ 浓度 k/% 上星臂号+1.68260.002.000.020 上水平+155.951.700.018 基准水平 050.001.250.015 下水平- 144.050.800.012 下星臂号- 1.68240.000.500.010 1.4.3脱水处理条件的选择 根据三因素二次通用旋转组合设计方案进行了 20 组干燥试验,并测定了不同干燥条件下板鸭制品的酸价 (Y1) ,TBA 值(Y2) ,每隔 0.5 h 称量样品质量,计算出 失水速率(Y3) 。试验重复 3 次, 取平均值。通过计算机 统计分析,分别建立了 Y1、Y2、Y3与热风温度(t) 、气流 速度(v)及 TBHQ 的浓度(k)的数学模型,然后通过 降维分析,给出各因素对指标的影响趋势曲线图和交互 作用图。 2结果与分析 2.1脱水干燥特性曲线 将宰杀腌制好的样品挂在 QTM 干燥机中, 气流速度 为 1.25 m/s,TBHQ 浓度为 0.015%,干燥温度分别控制 在 40、50 和 60,测定样品含水率,绘制脱水干燥特性 曲线,如图 1、图 2。 注:气流速度为 1.25 m/s,TBHQ 浓度为 0.015% 图 1含水率随干燥时间的变化曲线 Fig.1Changes of moisture content with drying time 板鸭脱水干燥过程可分为加速阶段、恒速阶段和降 速阶段。在加速阶段期,由于温度快速升高,物料表层 的游离水快速蒸发,失水速率快速增大11。在恒速干燥 期,表面水分蒸发与内部水分扩散速度均较快,失水速 率保持相对恒定的速度;此时,干燥需要较多的热量, 因此在 60时,干燥速率较大,恒速阶段缩短。在恒速 阶段,热量主要用于水分的蒸发,鸭子表面的温度不高, 对板鸭品质影响较小。当进入降速阶段,由于表面水分 已基本蒸发,表皮温度随即升高而形成硬膜,阻碍了水 分扩散,降低了干燥速率,降速过快会影响板鸭的品质。 由图 2 可看出,40条件下板鸭失水速率最低,加工时 间较长;60时的恒速干燥阶段要比 40、50的短,50 和 40的恒速阶段相差不大,这可能是 50左右加工板 鸭对其表面不易形成硬膜,选择在这个温度下加工板鸭 是适宜的。 注:气流速度为 1.25 m/s,TBHQ 浓度为 0.015% 图 2失水速率随含水率的变化曲线 Fig.2Changes of dehydration rate with moisture content 2.2回归方程和方差分析 应用二次通用旋转组合试验设计方法的数据处理软 件,对表 2 中的试验数据进行回归分析,剔除不显著因 素与不显著交互项,得到各指标与各试验因素之间的回 归模型为: Y1=1.34988+0.18463X1-0.06261X2-0.09321X3-0.02225X1X2 -0.0275X1X3+0.09457X12-0.02434X22+0.02191X32 (1) 表 2试验设计方案及结果 Table 2Design and results of experiment 试验号X1X2X3 酸价(Y1) /mgg- 1 TBA 值(Y2) /mgkg- 1 失水速率(Y3) /%h- 1 11111.3970.24254.475 211- 11.6580.34784.302 31- 111.5960.24563.367 41- 1- 11.8200.35143.257 5- 1111.1610.18543.428 6- 11- 11.2570.30543.215 7- 1- 111.2160.20612.882 8- 1- 1- 11.3850.31172.708 91.682001.9430.39154.678 10- 1.682001.3070.28283.263 1101.68201.2240.20524.056 120- 1.68201.4090.21512.525 13001.6821.2810.21343.656 1400- 1.6821.5920.38493.136 150001.3530.23853.385 160001.3150.23853.385 170001.3280.22683.458 180001.3190.22473.504 190001.3240.22523.457 200001.3710.23753.467 平均1.4130.26383.481 第 3 期肖雷等:板鸭干制的特性分析和工艺参数优化255 Y2=0.23745+0.02647X1-0.05309X3+0.03407X12-0.01488X22 +0.01943X32(2) Y3=3.45338+0.4062X1+0.42327X2+0.11309X3+0.1375X1X2 +0.17446X12-0.08763X22-0.04697X32(3) 对以上方程的显著性和回归拟合性进行 F 检验,各 指标回归模型在 0.01 置信水平上高度显著, 并拟合很好, 表明模型可用于定量描述各指标随因素变化的规律。 2.2.1单因素对板鸭品质和失水速率的影响 根据回归模型,讨论单因素对各指标的影响,结果 如下: 1)热风温度 t 的影响:将气流速度和 TBHQ 浓度置 为 0 水平,讨论热风温度的影响。由图 3 可见,随着热 风温度的升高, TBA 值为开口向上的抛物线,即先逐渐 下降至最低点后又逐渐升高;而温度对失水率、酸价的 影响在取值范围内基本呈逐渐上升的趋势,这也与温度 对脂肪的影响相对应。在干制的过程中,热风温度取值 在偏高(60)时,会导致鸭体表面出现硬膜,影响板 鸭品质。 注:X2=0;X3=0 图 3热风温度与酸价、TBA 值、失水速率的关系图 Fig.3Relationships of drying temperature with acid value, Sulfo- BarbitoneAcid(TBA) value and dehydration rate 2)气流速度 v 的影响:气流速度对指标的影响如图 4(热风温度和 TBHQ 浓度置为 0 水平) 。从图 4 中可以 注:X1=0;X3=0 图 4气流速度与酸价、TBA 值、失水速率的关系图 Fig.4Relationships of wind speed with acid value, TBAvalue and dehydration rate 看出,气流速度对酸价的影响呈下降趋势,而对 TBA 值 的影响有一最佳范围。增加气流速度明显可以提高板鸭 的失水速率,主要是鸭体周围气流速度加快,有助于水 分的蒸发。 3)TBHQ 浓度 k 的影响:TBHQ 浓度的影响如图 5 (热风温度和气流速度置为 0 水平) 。 可见 TBHQ 浓度对 失水速率的影响不大,而对酸价和 TBA 值却有较大的影 响。在国家规定的范围内,添加 TBHQ 可以降低脂肪的 氧化酸败,提高板鸭的保质期。 注:X1=0;X2=0 图 5TBHQ 浓度与酸价、TBA 值、失水速率的关系图 Fig.5Relationships of Tertiary Butylhyclroquinone(TBHQ) concentration with acid value, TBAvalue and dehydration rate 2.2.2交互作用分析 为了考察因素间的交互作用,固定一因素为零水平, 根据回归出的各单项指标方程,绘制两因素交互作用图, 对指标无影响的图未绘出。如图 68,通过分析发现 X1 和 X2的交互作用对 Y1、 Y3有一定的影响, 对 Y3影响较强; X1和 X3的交互作用对 Y1有一定的影响。 图 6热风温度(X1)和气流速度(X2)的交互作用 对酸价(Y1)的影响 Fig.6Interaction effects of drying temperature and wind speed on acid value 256农业工程学报2009 年 图 7热风温度(X1)和 TBHQ 浓度(X3)的交互作用 对酸价(Y1)的影响 Fig.7Interaction effects of drying temperature and TBHQ concentration on acid value 图 8热风温度(X1)和气流速度(X2)的交互作用 对失水速率(Y3)的影响 Fig.8Interaction effects of drying temperature and wind speed on dehydration rate 2.3干燥工艺参数的优化 寻找最佳的干燥工艺是多目标优化问题,解决此类 问题有多种方法,本文选用评价函数法,以所得各指标 的模型为依据,分别用加权理想点法、加权求和法、乘 除法和目标规划法构造统一目标函数,将多目标优化转 化为单目标优化问题,然后用容限法确定加权系数。用 复合形法,对统一目标函数进行多目标优化求解,并用 模糊数学中的相似优先比法12,13, 对优化结果与目标值进 行相似优选,从而得到较优的干燥工艺参数。经过优化 得到较优的工艺参数为:热风温度为 49,气流速度为 1.84 m/s,TBHQ 浓度为 0.018%,计算得到的指标值为: 酸价为 1.126 mg/g,TBA 值为 0.172 mg/kg,失水速率为 3.806%/h。 2.4优化参数试验验证 在最佳干燥工艺条件下对板鸭进行干燥验证试验, 重复 3 次,所得平均值分别为酸价 1.129 mg/g,TBA 值 0.168 mg/kg, 失水速率 3.862%/h, 3 次试验的平均误差小 于 0.05%,与优化目标值很接近。因此,所得数学模型和 最佳工艺参数可用于指导板鸭的生产。 3结论 1)板鸭干制试验所得酸价、TBA 值、失水速率随热 风温度、气流速度、TBHQ 浓度变化的数学模型的置信 度大于 99%,为板鸭脱水加工生产和理论研究提供了量 化基础资料。 2)通过对热风温度、气流速度、TBHQ 浓度的分析 可以看出干制温度不但影响板鸭的品质,对干燥速率也 有很大影响;而风速对失水速率的提高有明显作用。 3)通过优化分析得到板鸭干制的较优工作参数组合 为:热风温度为 49,气流速度为 1.84 m/s,TBHQ 浓度 为 0.018%, 试验测得指标值分别为酸价 1.129 mg/g, TBA 值 0.168 mg/kg,失水速率 3.862%/h,优化预测值与试验 验证值接近,表明优化结果可靠。 参考文献 1陈婉珠,芮汉明,张玲板鸭生产工艺及质量关键控制 点J食品与发酵工业,2005,31(4):141143 ChenWanzhu,RuiHanming,ZhangLing.General technologies and quality control of salted duckJ. 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College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China) Abstract: In order to improve the quality of dehydrated salted duck, a small controlled atmosphere dryer developed by the authors was used to conduct the experiment for processing s

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