水产品加工干燥技术的研究进展

岑琦琼，张燕平，戴志远，王宏海

（浙江工商大学水产品加工研究所，浙江 杭州 310012）

水产品加工干燥技术的研究进展

岑琦琼，张燕平*，戴志远，王宏海

（浙江工商大学水产品加工研究所，浙江 杭州 310012）

干燥是水产品加工的重要方法之一，制成的干制品易贮存，广受群众的喜爱。水产品加工采用的主要干燥技术有：热风干燥（AD）、真空冷冻干燥（FD）、微波干燥（MD）、热泵干燥（HPD）等。本文主要论述近年来各种水产品加工干燥技术的优缺点、研究进展、应用现状及发展趋势。

水产品；干燥；加工；研究进展

新鲜的鱼、虾含水量丰富，部分含水量多达80%，储存时间短，极易发生腐败，因此水产品原料必须及时采取有效的保鲜措施或进入加工的环节。干制加工是传统加工中保藏性最好的加工方法[1]。它是通过降低细菌和霉菌生长所必需的水分，抑制酶的活性，从而提高制品保藏性[2]。由于干燥可使产品重量减少,进而降低包装、储存和运输成本[3]，同时还可避免因低温链过长引起的品质降低[4]，因此，水产品的干燥生产是水产品加工的重要方法之一。此外,很多水产干制品因其具有独特风味而受到人们的青睐,如干咸鳕鱼、干咸鲨鱼、干咸沙丁鱼等是世界很多地区人们非常喜爱的食品[5]，各种烤鱼片、鱿鱼干、虾干、干海参、干鲍鱼等也深受中国消费者欢迎。

1 天然干燥

早在人类进入文明时代之前，就存在将食品自然晒干或风干来延长储存期这种自然干燥的方法。天然干燥的特点是设备简单、操作简便、节省能耗。但是，天然干制品由于受气候条件的限制存在不少难以控制的因素（如温度、风速等），难以形成品质优良的产品。同时还需要大面积的晒场和劳动力，劳动生产率低。此外，容易遭受灰尘、昆虫等污染及鸟类、啮齿类动物的侵袭，产生损耗又不卫生[1]。很难满足大规模生产的需要和当代消费者对食品品质的更高要求。由于天然干燥法的局限性,该方法目前还仅限于在阳光充足、空气干燥的地区广泛使用[4]。

2 人工干燥

人工干燥的方法有很多，用于水产品干制的主要有热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥、热泵干燥等。

2.1 热风干燥（AD）

AD是将加热后的热空气进行循环，当它流经原料表面时，加速原料中水分蒸发，并同时带走其表面的湿空气而达到干燥目的[6]。该方法设备投资少、操作简单、生产率高，制品质量基本保持原有的色香味和形态，是20世纪以来应用最广泛的一种人工干燥方法[7]。但当干燥过程中工艺方法不得当时，则会增加干燥时间、出现干燥不均匀等现象，产品品质也会明显下降。因此在热风干燥工艺条件优化方面研究报道有很多。马先英等[8]针对隧道式热风干燥设备干燥过程中存在干燥室内上下、左右热风风速不均、偏弱等，导致整体干燥速度不一致，干燥不均匀，干燥时间延长，制品质量下降等问题，对鱿鱼胴体进行了2组不同工艺方法的实验研究，结果表明，在干燥条件相同情况下，不同工艺操作方法对鱿鱼的干燥效果产生很大影响。干燥过程中采用定时翻帘、串帘、回潮等工艺操作的实验方案得到的干制品感官质量好，干燥速度快，明显改善干燥中存在的干燥速度不一致、干燥不均匀等问题，并且使得干燥时间缩短约2 h。张琼等[9]以草鱼为研究对象对其热风干燥特性进行了研究，以不同厚度的新鲜草鱼鱼片和解冻草鱼鱼片分别在40、50、60℃热风温度下进行干燥，通过实验结果建立了草鱼鱼片热风干燥的数学模型。叶盛权等[10]研究了不同厚度的罗非鱼鱼片在40、45、50℃等不同热风温度下干燥速度的变化和热风干燥对鱼片的主要成分含量的影响。实验得出最佳的温度为45℃，最佳厚度为10 mm。

但是热风干燥时间长，能耗较高，同时也降低了产品的品质[7]。段振华等[11]在实验研究中发现3 mm厚罗非鱼片经50℃热风干燥4 h的水分含量降至34%，而这样的条件要干燥鱼片到安全水分至少需要15 h。高昕等[12]以鲜活鲍鱼为原料，在40℃温度下进行热风干燥，当干基含水率从初始的238%降至16%时，所需时间为50 h。而对于尺寸较大和难于干燥的水产品，经常采用间歇罨蒸的方法，即将水产品干燥一段时间后，停止干燥，将被干燥物料堆积蒙盖起来保持一段时间，以利于其内部水分继续向外扩散[13]。张亚琦等[14]和王兴礼等[15]分别在鲍鱼的热风干燥中和鲤鱼鱼干片的加工制作中采用了间歇罨蒸的方法。由于长时间的高温干燥，会导致水产品中的一些热敏性成分和生理活性成分遭到很大破坏，还会引起脂肪氧化和美拉德褐变，从而使产品品质严重降低。张亚琦等[14]在研究中就指出热风干燥鲍鱼易出现褐变，且亮度低于自然干燥。

2.2 真空冷冻干燥（FD）

FD是指先将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在较高的真空条件下，使冰直接升华为水蒸气，再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品的技术[16]。干燥在高真空度、低压、低温下进行,避免水产品氧化变质,使其中易挥发的热敏性成分不致变性或失去活力。干燥时能排除95%～99%左右的水分[16]。冻结时被干燥的物料可形成“骨架”,干燥后保持原形且内部呈疏松多孔的海绵结构，因此复水性极好，其色泽、品质与鲜品基本相同。郑立静等[17]以栉孔扇贝闭壳肌为实验材料，冻干后的贝柱，颜色雪白，形态上与新鲜贝柱几乎一样，保持了原有的风味特点，口感好。复水后贝柱形态、色泽、口味与新鲜贝柱都非常接近。钱炳俊等[18]以青鱼为材料进行冻干实验，结果表明真空冷冻干燥可以很好地保持青鱼的风味和营养。叶彪等[19]将罗非鱼片进行冻干后鱼片形状变化很小，但鱼片含水量大大减少，干燥程度大大提高。

虽然冷冻干燥能带来极高的产品质量，但是由于生产周期长，导致了加工成本高，生产效率低，能耗大等问题[20]，而且设备一次性投资大，如国产冻干机价格一般在150万元/台之上，进口设备价格一般为国产设备的4倍[21]。因此近年来许多研究者以不同的水产品作为研究对象，在冻干过程中寻找合理的工艺参数，旨在找到降低生产能耗、提高生产率的方法。郑立静等[17]在冻干过程中取贝柱厚度为10 mm，采用2次变温和1次变压的过程参数调节法即开始时将真空室压力设为80 Pa，加热板温度设为39℃，当物料温度1℃时将加热板温度调至28℃，当物料中心温度达到5℃时将加热板温度调至36℃，真空室的压力调为25 Pa进行冻干实验，结果表明：这样的变温使得样品的复水率和复水速度最大，品质最好，且干燥能耗也最少。钱炳俊等[18]以青鱼为试材，采用正交设计方法研究青鱼片的真空冷冻干燥工艺。结果表明，最佳干燥工艺为：真空室压力120 Pa，解析时加热板温度为45℃，预冻温度为-20℃，升华时加热板温度为15℃。李敏等[22]以罗非鱼为材料，通过四因素三水平正交试验,研究了真空冷冻干燥主要参数：预冻温度、物料厚度、压力和加热板温度对罗非鱼冻干的影响。结果表明,这些主要参数对能耗的影响大小顺序依次为预冻温度、物料厚度、加热板温度、压力，并且得出了物料厚度为10mm，预冻温度为-62℃，加热板温度为40℃，压力为160 Pa时冻干升华干燥的单位厚度能耗最小。

2.3 热泵干燥（HPD）

HPD是利用热泵从低温热源吸收热量,将其在较高温度下释放,而对物料进行干燥的方法[4]。由于热泵干燥装置中加热空气的热量主要来自于回收干燥室排出的低温湿空气中所含的显热和潜热，需要输入的能量只有热泵压缩机的耗功，因而热泵具有消耗少量功即可制取大量热量的优势，是一种节能环保型新技术。此外，热泵干燥技术可实现在-20℃～100℃条件下对物料进行干燥，且湿度、风速等条件易于控制，整个干燥系统处于密闭状态[23]。内环境卫生，可避免水产品中不饱和脂肪酸的氧化和表面发黄，减少蛋白质的受热变性、物料变形、变色和风味类物质的损失[24]。所生产的水产干制品具有良好的品质。吴耀森等[25]研究鱿鱼低盐腌制和传统高盐腌制处理以及缓苏变温变湿工艺对热泵干燥鱿鱼干的外形、色泽和干燥速率等的影响。结果表明，低盐腌制的鱿鱼经热泵干燥结合缓苏工艺所得的鱿鱼干产品质地好、色泽均匀、透明性好，且含盐量降低1/2，干燥所需时间短。刘兰[26]以罗非鱼片为实验材料，采用热泵变温干燥模式，所得产品色泽较好，比较接近新鲜的罗非鱼片的色泽，味道也保持了其特有的鲜味，肉质具有韧性，口感较好。张国琛等[27]报道了当热泵干燥温度由-2℃～0℃增加到20℃时，干燥北极虾（整虾、去头北极虾、去壳北极虾）的收缩率、复水能力、水分保持能力和所需的剪切力增大；干燥温度对干燥虾的色泽影响不显著;解冻处理不利于虾色泽的保持并使之收缩增加。与热风干燥相比，利用热泵干燥北极虾可获得高质量干燥产品。

在中国，热泵干燥技术在水产品加工上的应用并不普及。究其原因在于它在应用中存在一些问题，如干燥中后期，干燥速度慢、干燥时间长，间歇工作、干燥规模小，不能实现物料的连续作业，难于实现大批量生产；热泵只能在一定的温度范围内实现变温运行等。为了解决这些问题，一些研究者将重点放在了不同水产品与热泵相适应的干燥工艺和联合干燥技术的研究上。石启龙等[28]针对竹荚鱼进行了热泵变温干燥。研究结果表明:采用适宜的初始温度和循环时间，热泵变温干燥能够缩短干燥时间，显著提高半干竹荚鱼片的色泽。最适合于竹荚鱼热泵变温干燥的条件应为:20℃（3.5 h）→25 ℃（3.5 h）→30 ℃（3.5 h）→35 ℃（3.5 h）。Shi等[29]发现影响竹荚鱼热泵干燥特性的主要因素包括装料量、干燥温度、风速和旁通比。干燥时间随着装料量的增加，干燥温度和风速的降低而延长。综合考虑干燥速率、特定的水分蒸发率和色差，竹荚鱼热泵干燥最适宜的工艺参数为：装料6 kg/m2，温度20℃～30℃，渗透液中NaCl质量分数10%，旁通比0.6～0.8，风速2.0 m/s～3.0 m/s。丛海花等[30]在热风干燥的基础上，利用热泵－热风组合干燥的方式干燥腌渍海参，对不同干燥方式下海参的干燥特性进行测定，对干燥结束后海参的复水品质与传统的热风干燥进行分析比较，结果表明：组合干燥海参的平均收缩系数最小，为16.64，而平均复水倍数为10.18，远高于热风干燥产品；产品流变学特性及硬度、弹性、柔韧度，黏性均较热风处理后海参理想。因此组合干燥可以明显提高干燥后海参的复水倍数和复水品质，产品的感官品质好。任爱清等[31]报道了鱿鱼热泵-热风联合干燥最佳工艺参数：热泵干燥温度4.3℃、水分转换点32.3%和热风干燥温度43.5℃，在此条件下联合干燥得到的鱿鱼干品质高于热风干燥，而且干燥能耗降低了38.67%。

2.4 微波干燥（MD）

微波是一种电磁波,可产生高频电磁场,介质材料中的极性分子在电磁场中随着电磁场的频率不断改变极性取向,使分子来回振动,产生摩擦热。由于湿物料中液态水介质损耗较大,便可大量吸收微波能并转变为热能,使物料温度不断升高,且透入物料内部的微波可对物料进行整体加热,即所谓无温度梯度加热,进而得到更佳的干燥效果[32]。由于微波能够深入到物料内部，使被加热体本身成为发热体，避免了传统加热过程中产生由外向内形成的温度梯度而导致的物料表面硬化或不均匀现象，具有干燥速度快且均匀、选择性好、能源利用率高，便于控制和节省空间等优点[33]，可以保持食品的色、香、味，减少营养成分的损失。Tao Wu等[7]比较了AD和MD对草鱼鱼片在营养和风味上的影响，结果表明相比于AD，采用MD的制品在营养方面脂肪损失低，蛋白溶解性高，羰基值低，而在产品的风味上没有显著的差异。

目前，微波干燥技术在水产品方面研究的方向主要是微波与其他干燥技术相结合的联合干燥技术，包括微波与真空干燥技术，微波与热风干燥技术，微波与热泵干燥技术等。何学连等[34]采用L9（34）正交优化试验研究了南美白对虾冷冻和微波真空最佳联合干燥工艺，试验表明，各因素对复原率影响的主次顺序为转换点水分含量>微波功率>微波时间>微波真空度,最佳组合为转换点水分含量50%、微波时间25 s、微波功率330 W、微波真空度0.07 MPa。段续等[35]以海刺参为实验材料，对比了热风干燥、冷冻干燥、微波干燥、真空微波干燥（VMD）这4种不同干燥方式的干燥特性，分别将预处理后的海参干燥至最终含水率为7%。结果表明：AD和FD整个干燥过程耗时分别为8 h和18 h，MD和VMD的干燥速率则要快得多，分别耗时150 min和120 min。在产品品质方面，FD与VMD海参的复水性远高于其余2种海参，且口感相比于其余2种海参也较好。另外段续等还研究了海参的冻干-微波联合干燥效果，考察了FD-VMD联合干燥过程中转换含水率对干海参的复水性能的影响，结果表明：FD处理后水分含量越低，联合干燥产品的质量越好，但另一方面FD过程越长，总耗时也越多，总能耗也就越大，因此综合考虑，采用30%左右的转换含水率比较合适。在能耗方面，FD的能耗最高，为每公斤水72628.6 kJ，FD-VMD联合干燥的能耗为每公斤水43862.4 kJ，虽然远高于AD和MD，但比FD节约了近40%的能耗。在海参品质下降不大的前提下，FD-VMD联合干燥技术在一定程度上可以替代FD技术。段振华等[36]以罗非鱼片（30 mm×20 mm×5 mm）为材料，通过测定罗非鱼片先在40℃热风温度下分别干燥1 h～5 h，再在200、400 W不同微波功率下干燥10 min的水分含量，进行热风微波复合干燥的动力学研究。得出不同热风时间和微波功率对鱼片的热风微波复合干燥中的水分含量及干燥速率的影响规律。Duan Z H等[37]研究了微波-热风联合干燥法对罗非鱼鱼片品质及特性的影响。结果表明，联合干燥法所得产品的最终含水量随着微波功率的增加和热风温度的提高而减少，但是产品的品质却会随之下降。因此，较低的热风温度和微波功率有利于罗非鱼片品质的保持；与热风干燥相比，微波-热风联合干燥法可以有效地减少干燥时间，改善产品品质。

3 水产品干燥技术的发展展望

干燥是能耗比较大的单元操作，据国外报道，干燥过程中的能耗占工业总能源消耗的15%[38]。因此，高效、节能和环保的干燥技术是今后的发展方向。太阳能干燥方法就是一种节能、环保的方法。与其他能源相比,太阳能的优点为无害、普遍、长久。但是这种干燥技术还存在很多缺点，如：一般收集太阳辐射的设备占地面积较大、结构复杂、成本高,故投资大,回报周期长,不利于推广应用。因此这种干燥技术的大规模的使用要有待于太阳能集热器集热效率的进一步提高和成本的进一步降低[4]。在水产品加工方面使用该技术的研究报道还很少。由于各种干燥技术既有各自的优点，又有其不同的局限性。因此，在不断完善各种干燥技术自身技术方法和设备的同时，根据物料的特点，将2种或2种以上的干燥方法优势互补，分阶段或同时进行联合干燥已经成为一大趋势[39]。这种干燥方法被称为联合干燥，它不仅可以改善产品质量，同时又能提高干燥速率、节约能源，尤其对热敏性物料最为适用。在水产品加工中主要的联合方式有：热泵－微波真空联合干燥[37]，热泵-热风组合干燥[30-31]，微波真空冷冻联合干燥[34-35]，微波-热风联合干燥[37]等等。但是由于水产品种类繁多，不同种类组织状态相差很大，因此联合干燥工艺并非固定不变，工艺参数及干燥转换点的确定、机理的研究及合理的数学模型的建立还需要大量的实验工作。

4 结论

干燥技术是一门交叉学科,涉及的知识面广，应用的领域也很广。目前我国水产品干燥技术的研究已经取得了很大的进展，为我国带来了巨大的经济效益。但是在加工生产过程中仍有很多的问题亟需解决，因此开展水产品干燥技术的研究对提高中国水产品加工技术水平,促进渔业经济发展具有重要意义。

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The Researches and Advances of Aquatic Products Drying Technology

CEN Qi-qiong，ZHANG Yan-ping*，DAI Zhi-yuan，WANG Hong-hai
（Institute of Aquatic Products Processing，Zhejiang Gongshang University，Hangzhou 310012，Zhejiang，China）

The aquatic products drying technology is one of the most important ways of aquatic product processing，the masses like eat the products very much.The mainly using drying technology are：hot air drying（AD），vacuum freeze drying（FD），microwave drying（MD），heat pump drying（HPD）and so on.This article introduces the advantages and disadvantages of various aquatic products drying technology and the research results，application in recent years，as well as the development trends.

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aquatic products；drying；processing；research advance

2011-04-07