牛肉干中红外-热风组合干燥特性研究

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本文研究了牛肉干中红外-热风组合(combined mid-infrared and hot air,CMIHA)干燥特性,为牛肉干高效率、高品质脱水干燥提供技术支持与理论依据。首先优化CMIHA干燥工艺,并与中红外(mid-infrared,MI)干燥、热风(hot air,HA)干燥对比,验证最优工艺;其次研究CMIHA干燥对牛肉干物性特性的影响,以及CMIHA干燥过程中的水分迁移机制,阐释高效、高品质的特点;之后建立CMIHA干燥动力学模型,并基于编程软件开发水分预测系统;最后基于理论研究研制出一种连续式CMIHA干燥设备,并进行中试验证,实现肉干高效率、高品质干燥。具体结果如下:CMIHA干燥牛肉干的最佳工艺为干燥温度70℃、辐射距离8 cm、辐射强度0.48 W/cm2,干燥耗时130 min,耗能0.95(k W·h)/kg;此工艺下的干燥耗时、耗能与中红外(mid-infrared,MI)干燥相比分别降低了30%和10%,与HA相比分别降低了60%和78%,牛肉干的质构显著优于(p<0.05)HA干燥与MI干燥,色泽显著优于(p<0.05)HA干燥,但与MI干燥差异不显著(p>0.05),同时牛肉干肉香味浓,质地均匀,色泽呈均匀的亮褐色,总体可接受度显著高于(p<0.05)MI干燥和HA干燥。与HA干燥相比,CMIHA干燥能够显著降低(p<0.05)肌红蛋白的氧化,保持肌肉较好的微观结构,减少肌节的收缩,增大Z线的溶解,提高内外水分分布均一性,从而改善牛肉干的色泽和质构,赋予其具有较好的物性特性;另外,CMIHA干燥能够显著提高(p<0.05)牛肉干干燥过程中内、外部温度及其温差,显著提高牛肉干不易流动水和自由水的横向弛豫时间(p<0.05),加快内部不易流动水向自由水的转变,内部较高的温度及水分梯度致使水分传热传质方向一致,从而提高水分扩散率(p<0.05),促进自由水扩散至物料表面而散失,提高干燥效率。采用非线性最小二乘算法对传统干燥模型进行拟合求解、分析得出,Modified Henderson and Pabis模型为不同加热距离、不同干燥温度CMIHA干燥牛肉干的最优干燥模型,其R2值均大于0.999,RSS和2?值与其他模型相比均为最小;同时,借助VB和C#对模型进行编程,开发的干燥过程中水分快速预测系统能够快速的预测牛肉干CMIHA干燥过程中水分含量。研制出了一种连续式CMIHA干燥设备,该设备与传统热风干燥设备相比,能够加快牛肉干肌肉蛋白的变性,降低干燥活化能,减少脱水所需的能量,降低干燥耗时,提高生产效率,其活化能和干燥耗时分别降低了10.33%和57.14%,生产效率提高了2倍;同时,该设备能够减轻牛肉干表面结痂现象,减缓(P<0.05)肌红蛋白的氧化,使牛肉干具有较好的“咬感”及色泽,其咀嚼性、剪切力、收缩率、a*值、C*值、H*值均显著优于(P<0.05)热风干燥设备,赋予了牛肉干较好的感官品质,实现了肉干的高效率、高品质脱水干燥。经腌制、干燥、油炸、包装杀菌等中试工艺后,与HA干燥相比,CMIHA干燥能够显著改善(p<0.05)牛肉干的色泽和质构特性,提高储藏特性,保持传统的风味和滋味,增加肉香味和烤香味,使牛肉干呈现较好的感官品质,提高消费者的购买意愿。
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