猪通脊肉脱水后体积收缩及内部水分分布特征

张厚军等

摘 要：研究了不同干燥条件下，猪通脊肉体积收缩以及内部水分分布。实验气流速度分别为1.0、1.5 m/s和2.0 m/s，

温度分别为40、50 ℃和60 ℃。通过分析样品半径方向上不同点的水分含量以及体积收缩系数与时间和（无因次）水分含量之间的关系得出：猪通脊肉在脱水过程中，内部水分迁移连续进行，中心水分含量最高，从里到外，水分含量依次降低。猪通脊肉非各向同性，样品同一半径上各处水分含量不相等。风速是影响体积收缩的主要因素，体积收缩系数与水分含量线性相关。在温度40 ℃时，风速对体积收缩系数的影响非单调，风速为1.0 m/s的体积收缩系数最大，风速为1.5 m/s时体积收缩系数最小，即S1.0>S2.0>S1.5。

关键词：猪通脊肉；水分含量；体积收缩；收缩系数

Volumetric Shrinkage and Moisture Content Distribution of Dehydrated Pork Tenderloin

ZHANG Hou-jun1， CUI Jian-yun2，*， CHENG Xiao-yu3， ZHANG Shun-liang3， ZHANG Rei-mei3， WANG Shou-wei3， ZHANG Li-ping4

（1. COFCO Wuhan Meat Product Co. Ltd.， Wuhan 430200， China； 2. College of Food Science & Nutritional Engineering，

China Agricultural University， Beijing 100083， China； 3. China Meat Research Center， Beijing 100068， China；

4. COFCO Maverickfood Co. Ltd.， Wuhan 430200， China）

Abstract： The volumetric shrinkage and moisture content distribution of pork tenderloin in different drying conditions were investigated. The air was passed through the column chamber at variety of flow rates （1.0， 1.5 and 2.0 m/s） and temperatures （ 40， 50 and 60 ℃）. Shrinkage factor as a function of time and moisture content （dimensionless） was analyzed， as well as moisture content at different locations in the radial direction. The results showed that during the dehydration process of pork tenderloin， moisture migration was continuous， and the moisture content was maximum at the center， and then decreased gradually along the radial direction. The anisotropy of pork tenderloin resulted in differences in moisture content at the same radius. The volumetric shrinkage of the sample was affected mainly by air velocity， whilst effect of air temperature was negligible， moreover， the relationships between the shrinkage factor and moisture content appeared linear. The effect of air velocity on volumetric shrinkage exhibited non-monotonic behavior at 40 ℃， and the maximum volumetric shrinkage factor occurred at air velocity of 1.0 m/s， meanwhile the minimum at 1.5 m/s， which means S1.0 > S2.0 > S1.5.

Key words： pork tenderloin； moisture content； volumetric shrinkage； shrinkage factor

中图分类号：TS202.3 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2014）05-0006-05

食品干制时常出现的物理变化有干燥、干裂、表面硬化和多孔性形成等。一般而言，细胞失去活力后，仍能不同程度地保持原有的弹性；但是，如果受力过大，超过弹性极限，即使外力消失，也难以恢复原来的状态。干缩正是物料失去弹性时出现的一种变化，这也是不论有无细胞结构的食品干制时最常见的、最显著的变化之一。干缩影响食品成品的外观品质，在一定程度上也会影响干燥速率。

热风干燥的银耳干品收缩率较小，但干燥能耗大，平衡持水能力差，组织结构发生明显的变形和皱缩[1]。毛豆热风干燥的收缩程度明显大于冷冻干燥和真空微波干燥[2]；热风干燥柑橘皮收缩程度大于膨化干燥和冷冻干燥[3]；而莲藕脆片真空微波干燥收缩程度较大，热风干燥相对较小[4]。丁媛媛等[5]研究了不同干燥方式对甘薯产品品质的影响，得出热风干燥的产品硬度最大，色泽最好，而且结构紧密。于静静等[6]在研究不同干燥方式对红枣品质特性的影响时，发现热风干燥产品严重收缩，结构紧密。蔡林林等[7]在研究热风干燥温度对凡纳滨对虾虾仁质构的影响时，发现热风温度是影响整个凡纳滨对虾虾仁干燥效果的重要因素，随着干燥温度的升高，虾仁硬度越大，弹性相对稳定。

食品干制过程中，物料内部水分分布不断变化。在干制初期，物料内部水分分布基本均匀；随着脱水过程的进行，表面水分蒸发，内部水分向外迁移，导致物料从内到外形成水分梯度，水分梯度反过来又作为内部水分向外迁移的推动力，保证干燥连续进行；在干制末期，物料水分含量较低，内部水分又趋于均匀分布。

由于食品物料各向异性、非均一，故脱水时收缩不均匀，物料形状会发生改变。体积收缩有双重重要性：首先，影响产品质构和其他质量因子；其次，模拟脱水时物料内部传质过程需要这方面资料。

Arnosti等[8]报道了梨、胡萝卜、马铃薯、甜马铃薯和大蒜脱水时表观密度与水分含量线性相关。Ramallo等[9]报道，“yerba maté”的收缩系数及表观密度与水分含量线性相关，与温度无关。Orzo等[10]研究了不同含水量的沙丁鱼片渗透脱水时体积收缩的情况，发现体积收缩因子与水分含量线性相关；收缩体积与失水体积也线性相关。Lozano等[11]报道了苹果组织不同水分含量时的体积收缩以及孔隙度的变化。水果渗透脱水时，其体积收缩取决于食品失水和溶质的增加[12]。庞文燕等[13]研究不同干燥方式对青鱼片鲜度的影响时发现，干燥温度越高，干制品体积收缩越大，复水性越差。

在腌腊肉制品的生产中，成熟过程是很重要的一步。在此阶段，通过脱水降低水分活度，增加产品稳定性；产品内部发生一些物理、微生物和生化反应，形成特征外形、特征风味或香味。腌腊肉制品加工过程中一般采用热风干燥方式[14]。本实验研究不同热风干燥条件，猪通脊肉脱水后干缩程度以及内部水分分布的变化。

1 材料与方法

1.1 材料

猪通脊肉 市售；

干缩试验原料：猪通脊肉圆柱体样品：ф19 mm×70 mm。

水分分布试验原料：猪通脊肉圆柱体样品：ф19mm×70 mm、ф40 mm×170 mm。

1.2 仪器与设备

DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱 上海精密实验设备有限公司；SUNON DP200A型风扇 北京神通电器厂；D60-2F型电动搅拌机调速器 杭州仪表电机厂；QDF-5D型热球式电风速计 北京环境保护仪器厂；MP502B型电子天平 上海精密实验设备有限公司。

1.3 方法

在不锈钢圆柱风管顶端固定一个轴流风机（ф120 mm×308mm），将其置于电热恒温鼓风干燥箱内。样品用网孔规格为10 mm×10 mm不锈钢丝网固定于风管内。风速用调速器和热球式电风速计进行调节和控制。

1.3.1 水分分布

对于ф19 mm×70 mm的圆柱体样品：用ф20 mm×100 mm的取样器在整条猪通脊肉上取出所需肉样品，用氰基丙稀酸乙酯将铝箔粘贴在圆柱体两端面，以防止水分从端面蒸发，保证内部水分只在半径方向上迁移。用铁网固定样品后，置于金属筐内，一并移入干燥箱内金属圆筒进行脱水干燥。在温度40 ℃、50 ℃，风速1.5 m/s、2.0 m/s，相对湿度为30%的条件下，脱水不同时间后测定圆柱体半径方向不同点的水分含量，包括中心点，距中心5 mm点，距中心10 mm点即圆柱体边缘。

对于ф40 mm×170 mm的圆柱体样品：用ф40 mm×100 mm的取样器在整条猪通脊肉上取出ф40 mm×70 mm样品，再取出2个ф40 mm×50 mm的圆柱体，分别加至ф40 mm×70 mm圆柱体两端，连接处用氰基丙稀酸乙酯粘贴。这样使得圆柱体长度远大于其半径，可近似认为样品为无限长圆柱体，那么内部水分轴向迁移相对于半径方向迁移可忽略不计。然后在圆柱体两端贴上铝箔纸，进一步确保内部水分迁移只发生在半径方向上。用铁网轻微固定后，置于金属筐内，一并移入干燥箱内金属圆筒进行脱水干燥。在温度40 ℃，相对湿度30%，风速1.5 m/s 条件下，脱水4、6、8 h 后测定不同点水分含量，包括中心点、距中心10 mm点、距中心20 mm点五个点的水分含量。对于ф40 mm×170 mm的圆柱体样品，在横纵2个方向取样，分别实验。

1.3.2 体积收缩

选取ф19 mm×70 mm的圆柱体。在脱水前，在样品上包裹一层保鲜膜，用量筒根据排水法测定其体积，记为V0。然后在不同温度、风速条件下，脱水0、2、4、6、8、10 h后取出，测定体积，记为V。

脱水后体积变化为ΔV=V-V0；体积收缩系数S=V/V0[10]。

脱水试验控制因子及水平见表1。

1.4 数据分析

数据统计分析采用SPSS 12.0完成；图形、图像处理采用Origin 6.0完成。

2 结果与分析

2.1 水分分布

三条水分分布曲线，是不同干基水分含量样品的水分分布。d.b为干基（dry basis）。下同。

图 1 温度40℃、风速1.5m/s脱水2h后猪通脊肉圆柱体样品水分分布

Fig.1 Moisture content distribution after hot air dehydration for

2 h at 40 ℃， 1.5 m/s

从图1可发现，总体干基水分含量为208.9%的样品，其内部各处水分都相应比总体干基水分含量为194.5%和185.9%的高。图2～4均能得出类似的结论，样品内部各点的水分含量高低与总体水分含量一致，即如果样品整体水分含量较低，那么样品内部各处水分含量都较低。这点充分说明，猪通脊肉在脱水过程中，内部水分迁移连续进行，中心水分含量最高，从里到外，水分含量依次降低，不会出现跳跃。

图 2 温度40 ℃，风速1.5 m/s脱水4 h后猪通脊肉圆柱体样品水分分布

Fig.2 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 40 ℃， 1.5 m/s

图 3 温度40 ℃、风速2 m/s脱水4 h后猪通脊肉圆柱体样品水分分布

Fig.3 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 40 ℃， 2 m/s

由图2、3可知，两种条件下样品总体干基水分含量基本相当，进一步证实了由前面实验得到的结论，脱水速率主要受温度影响，风速影响很小。

图 4 温度50 ℃、风速1.5 m/s脱水4 h后猪通脊肉圆柱体样品水分分布

Fig.4 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4 h at 50 ℃， 1.5 m/s

从图1～4脱水强度依次增大，样品内部水分不断降低，外部边缘水分含量降低到一定程度后就不再继续下降。这样随着干燥过程的进行，样品里外水分含量差异变小，水分分布趋于均匀，曲线越来越平滑。有人报道水分均匀分布会加快干燥速率[15]。

图 5 温度40 ℃风速1.5m/s下分别脱水4、6、8 h后猪

通脊肉圆柱体样品水分分布

Fig.5 Moisture content distribution after hot air dehydration for 4， 6 and 8 h at 40 ℃， 1.5 m/s

由图5可知，随着脱水时间的延长，样品内部各点水分含量逐渐降低。从图5还可看出，内部水分分布曲线并非中心对称，离中心等距离点处水分含量不绝对相等。所以，虽然样品取为圆柱轴对称体，但是由于猪通脊肉各向异性，结构及性质非均一，样品同一半径上各处水分迁移阻力、脱水速率不相等，水分含量因此也不相等。

2.2 体积收缩

2.2.1 体积收缩系数的变化

从图6、7中可知，体积收缩系数随时间推移而降低；风速为2.0 m/s时，体积收缩系数随温度升高而降低，即温度越高，体积收缩越快；但在温度40℃时，风速对体积收缩系数的影响非单调，风速为1.0 m/s的体积收缩系数最大，风速为1.5 m/s时体积收缩系数最小，即S1.0>S2.0>S1.5。因为随着脱水过程进行，水分不断蒸发，导致体积不断收缩；温度越高，水分蒸发越快，体积收缩越大；而温度为40 ℃时，风速为1.5 m/s时体积收缩最快，可能是因为在此温度下，风速为1.5 m/s时，表面水分蒸发速度与内部水分迁移速度最接近平衡，样品脱水速率最快；而风速为1.0 m/s

时，表面水分蒸发速度可能小于内部水分迁移速率；风速为2.0 m/s时，表面水分蒸发速度大于内部水分迁移速率，这2种情况都使得脱水效率下降，导致能源浪费。

图 6 风速2.0 m/s温度、时间与体积收缩系数的关系

Fig.6 Shrinkage factor as a function of drying time at an air flow rate of 2.0 m/s

图 7 温度40 ℃风速、时间与体积收缩系数的关系

Fig.7 Shrinkage factor as a function of drying time at 40 ℃

图 8 风速2.0m/s温度、体积收缩系数与水分含量的关系

Fig.8 Shrinkage factor as a function of moisture content at an air flow rate of 2.0 m/s

图 9 温度40 ℃风速、体积收缩系数与水分含量的关系

Fig.9 Shrinkage factor as a function of moisture content at a drying temperature of 40 ℃

如图8、9所示，由于样品之间的初始水分含量不同，风速与水分含量对体积收缩系数的影响无明显规律。为了消除因初始水分含量不同给分析样品水分含量与体积收缩之间的关系带来影响，转而研究体积收缩系数（S）与无因次水分含量（X/X0）的关系，如图10、11。

由图11知，风速对体积收缩系数的影响要明显大于温度对体积收缩系数的影响。当温度恒定为40 ℃时，无因次水分含量一定，风速对体积收缩系数存在一个临界点，当无因次水分含量（X/X0）大于0.63时，S2.0>S1.0>S1.5；当无因次水分含量（X/X0）小于0.63时，S1.0>S2.0>S1.5。前面已经论述了风速为1.5 m/s时体积收缩系数小于风速为2.0、1.0 m/s的原因。对于S2.0与S1.0之间的大小关系在无因次水分含量等于0.63处存在变化，这可能是因为在高水分含量区，猪通脊肉弹性完好并呈饱满状态，增加风速至2.0 m/s时，猪通脊肉能够全面均匀失水，猪通脊肉随着水分消失均衡地进行线性收缩，即圆柱体大小（长度、面积和容积）均匀地按比例缩小，这样比不均匀缩小时的表观体积的变化小。

2.2.2 模拟体积收缩系数

由线性回归结果可知，公式（1）、（2）能够在置信水平为95%上，解释95%～99%体积收缩系数的变异性，相关系数R都大于0.99，标准误差均很小。从上述两表还可以看出，公式（1）、（2）线性回归的相关系数及标准误差相等，而且直线的截距相等。截距相等的意义就是当水分含量小到趋于0的时候，两种模型计算的体积收缩系数相等。

3 结 论

3.1 对于脱水时样品内部水分分布得出以下结论：1）猪通脊肉在脱水过程中，内部水分迁移连续进行，中心水分含量最高，从里到外，水分含量依次降低；2）随着干燥过程的进行，样品里外水分含量差异变小，水分分布趋于均匀；3）猪通脊肉非各向同性，结构及性质非均一，样品同一半径上各处水分迁移阻力、脱水速率不相等，水分含量均不相等。

3.2 对于体积收缩得出了以下结论：1）体积收缩系数随时间推移而降低；体积收缩系数随温度升高而降低；2）风速对体积收缩系数的影响非单调，风速为1.0 m/s的体积收缩系数最小，风速为1.0 m/s时体积收缩系数最大，即S1.0>S2.0>S1.5；3）温度对体积收缩系数的影响相对于风速对体积收缩系数的影响可以忽略不计；4）温度一定时，体积收缩系数与（无因次）水分含量线性相关；5）实验涉及的2个线性模型都能很好的模拟体积收缩系数与（无因次）水分含量之间的关系。

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