趙 亞，朱智壯，石啟龍，劉 靜

·農(nóng)產(chǎn)品加工工程·

成膜預(yù)處理提高扇貝柱超聲波輔助熱泵干燥效率及品質(zhì)

趙 亞，朱智壯，石啟龍※，劉 靜

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，淄博 255000）

熱泵干燥（Heat Pump Drying，HPD）因條件溫和、能效高，特別適用于水產(chǎn)品的干燥。但是，由于HPD溫度低，導(dǎo)致干燥時(shí)間長(zhǎng)、干制品品質(zhì)劣變嚴(yán)重，限制了HPD在水產(chǎn)品中的應(yīng)用。為了強(qiáng)化扇貝柱HPD效率，提高干制品品質(zhì)，該研究首先采用超聲波（Ultrasonic，US）預(yù)處理扇貝柱，然后再分別采用3種可食性膜（海藻酸鈉（Sodium Alginate，SA），低甲氧基果膠（Low-Methoxy Pectin，LMP）和印度樹膠（Gum Ghatti，GG））預(yù)處理，US處理后未經(jīng)過成膜預(yù)處理的扇貝柱作為對(duì)照組（Control Group，CK），探究成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱US輔助HPD動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)特性的影響?；诘蛨?chǎng)核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）技術(shù)，采用單變量線性（Univariate Linear，UL）模型和偏最小二乘回歸（Partial Least Squares Regression，PLSR）模型量化扇貝柱LF-NMR弛豫參數(shù)與干制品含水率（Moisture Content，MC）和水分活度（Water Activity）的關(guān)系，以期監(jiān)測(cè)扇貝柱HPD進(jìn)程。研究結(jié)果表明：相比于CK，成膜預(yù)處理導(dǎo)致扇貝柱有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Effective Moisture Diffusivity）提高了1.32%～8.41%。SA和GG成膜預(yù)處理可以減緩扇貝柱干燥過程中不易流動(dòng)水向結(jié)合水遷移的速率，同時(shí)增加了干燥過程中自由水的流動(dòng)性，進(jìn)而強(qiáng)化了干燥效率。相比于CK，SA和GG成膜預(yù)處理增加了扇貝柱硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性，降低了復(fù)水比、收縮率和總色差值；而LMP成膜預(yù)處理降低了硬度和總色差值。綜合考慮，US-SA為扇貝柱US輔助HPD較適合的預(yù)處理方式。LF-NMR橫向弛豫時(shí)間與大部分干制品品質(zhì)之間具有顯著（<0.05）關(guān)聯(lián)性。扇貝柱LF-NMR圖譜中，當(dāng)橫向弛豫時(shí)間主峰<10 ms時(shí)，而且僅出現(xiàn)1個(gè)主峰，即可作為扇貝柱干燥終點(diǎn)。UL模型表明，MC和水分活度與不易流動(dòng)水峰面積和總峰面積呈顯著（<0.05）正相關(guān)，與結(jié)合水峰面積呈顯著（<0.05）負(fù)相關(guān)。PLSR模型表明，以4個(gè)LF-NMR參數(shù)為變量的回歸模型可高精度地預(yù)測(cè)MC和水分活度。該研究為扇貝柱熱泵干燥增效、保質(zhì)提供一種新型非熱力預(yù)處理方式；同時(shí)，基于LF-NMR技術(shù)，為快速、無(wú)損監(jiān)測(cè)扇貝柱熱泵干燥進(jìn)程提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

干燥；低場(chǎng)核磁共振；成膜預(yù)處理；熱泵干燥；扇貝柱；品質(zhì)特性

0 引 言

扇貝（）是世界海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要資源，也是一種具有全球商業(yè)價(jià)值的水產(chǎn)品，廣泛分布于中國(guó)、日本、韓國(guó)和俄羅斯沿海地區(qū)，2018年全球總產(chǎn)量約220萬(wàn)t[1]。扇貝富含多糖、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸和礦物質(zhì)，而且含有豐富的?；撬岷湍憠A等生物活性成分[2]。鮮活扇貝不僅含水率（Moisture Content，MC）高，而且內(nèi)源酶種類多且活性高，易受微生物作用，導(dǎo)致腐敗變質(zhì)[3]。干燥是延長(zhǎng)水產(chǎn)品貨架期常采用的方式，而且扇貝柱干制產(chǎn)品（又稱干貝、瑤柱）是中國(guó)出口水產(chǎn)品的重要組成部分[3]。

日光干燥和熱風(fēng)干燥是水產(chǎn)品常用的干燥方式，但干燥效率低、能耗高、干制品品質(zhì)差[4]。熱泵干燥（Heat Pump Drying，HPD）具有參數(shù)容易控制、節(jié)能和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于水產(chǎn)品的干燥[5]。但是，由于干燥溫度低，致使干燥時(shí)間較長(zhǎng)，限制了HPD在水產(chǎn)品干燥領(lǐng)域的應(yīng)用。

預(yù)處理作為一種有效強(qiáng)化干燥效率、改善干制品品質(zhì)的方式，廣泛用于食品干燥領(lǐng)域[6]。熱水燙漂和化學(xué)試劑等傳統(tǒng)預(yù)處理方式存在營(yíng)養(yǎng)成分損失和化學(xué)試劑殘留等弊端，因此，非熱力預(yù)處理在食品干燥領(lǐng)域嶄露頭角[7]。水產(chǎn)品干燥中常采用的預(yù)處理方式包括化學(xué)預(yù)處理和物理預(yù)處理。例如，檸檬酸預(yù)處理[8]，菊糖、海藻糖、麥芽糊精和乳清分離蛋白等滲透劑預(yù)處理[5]為典型的化學(xué)預(yù)處理。物理預(yù)處理包括熱力和非熱力預(yù)處理[7]。熱水或蒸汽燙漂是常見的熱力預(yù)處理，盡管能強(qiáng)化干燥效率、抑制微生物和鈍化酶，但物料營(yíng)養(yǎng)成分損失嚴(yán)重[7]。非熱力預(yù)處理因營(yíng)養(yǎng)成分損失少、強(qiáng)化干燥效率效果顯著受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[7,9]。代表性的非熱力預(yù)處理包括：凍融[10]，超高壓[11]，脈沖電場(chǎng)[12]，超聲波（Ultrasonic，US）[3]，可食性成膜（Edible Coating，EC）[2]以及聯(lián)合預(yù)處理[13]。

作為一種環(huán)境友好、非熱力加工技術(shù)，US廣泛用于食品的去污、殺菌、鈍酶、腌制、蒸煮、干燥等單元操作[14]。Zhu等[15]研究表明，US預(yù)處理促進(jìn)扇貝柱不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化為自由水，提高干燥效率；相比于無(wú)處理對(duì)照組（Control Group，CK），超聲功率90、180 W預(yù)處理使扇貝柱有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Effective Moisture Diffusivity，D）分別提高了12.43%、23.35%；US預(yù)處理降低了扇貝柱的總色差和硬度。作為一種新穎的非熱力預(yù)處理，EC在水產(chǎn)品干燥領(lǐng)域鮮有報(bào)道。Shi等[16]研究表明，海藻酸鈉（Sodium Alginate，SA）成膜預(yù)處理可顯著（<0.05）降低扇貝柱體積收縮，提高D，降低活化能。Sui等[17]采用預(yù)干燥前SA成膜預(yù)處理2次，成功研制壓差膨化扇貝柱，為水產(chǎn)品壓差膨化提供理論依據(jù)。綜上，US和EC預(yù)處理在扇貝柱干燥中展示良好的提高效率和品質(zhì)效果，但二者結(jié)合是否具有協(xié)同效果，亟需系統(tǒng)深入研究。

水分活度（Water Activity，a）可預(yù)測(cè)食品加工及貯藏過程中微生物生長(zhǎng)、酶促/非酶促褐變反應(yīng)、食品質(zhì)構(gòu)變化，同時(shí)也是衡量干燥終點(diǎn)和干制品穩(wěn)定性的重要參數(shù)[5]。物料干燥過程中，基于a調(diào)控其干燥終點(diǎn)至關(guān)重要。目前，常采用的基于蒸氣壓平衡的a測(cè)定法繁瑣、費(fèi)時(shí)，亟需一種方便、快捷、無(wú)損的測(cè)試方法。低場(chǎng)核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）利用射頻場(chǎng)中不同亞細(xì)胞器中氫質(zhì)子的橫向弛豫時(shí)間（Transverse Relaxation Time，2）不同，監(jiān)測(cè)物料組織MC及狀態(tài)[18]，廣泛應(yīng)用于食品干燥過程中水分分布和流動(dòng)性變化，例如壓差膨化扇貝柱[10]，HPD羅非魚片[13]和扇貝柱[15]。然而，基于LF-NMR監(jiān)測(cè)物料干燥過程中a鮮有報(bào)道。有鑒于此，本文探究成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱US輔助熱泵干燥特性及干制品品質(zhì)的影響；基于LF-NMR探究弛豫參數(shù)與扇貝柱MC和a的關(guān)系，旨在為扇貝柱優(yōu)質(zhì)、高效干燥和干燥終點(diǎn)快速、無(wú)損監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活扇貝，購(gòu)于淄博水產(chǎn)市場(chǎng)，扇貝經(jīng)清洗、去殼、取柱，備用。

SA、低甲氧基果膠（Low Methoxy Pectin，LMP）、印度樹膠（Gum Ghatti，GG），食品級(jí)，上海權(quán)旺生物科技有限公司；氯化鈣（CaCl2）、甲苯，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

1HP-5熱泵除濕干燥成套設(shè)備，青島歐美亞科技有限公司；DHG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TA.XTplus物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro Systems公司；WSC-S色差計(jì)，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；PL203型電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；PQ001核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱干燥動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)的影響

采用US頻率35 kHz、功率180 W處理扇貝柱30 min[3,15]，然后取出扇貝柱，平均分成4份（1 500 g/份），分別進(jìn)行CK和成膜預(yù)處理。

CK：扇貝柱US預(yù)處理后直接進(jìn)行HPD。

SA成膜預(yù)處理：參考Shi等[16]方法。扇貝柱US預(yù)處理后，置于2 g/100 mL SA溶液10 min，然后取出置于2 g/100 mL CaCl2溶液中交聯(lián)30 min。

LMP成膜預(yù)處理：參考朱智壯等[3]方法。扇貝柱US預(yù)處理后，置于2 g/100 mL LMP溶液10 min，然后取出扇貝柱置于2 g/100 mL CaCl2溶液中交聯(lián)30 min。

GG成膜預(yù)處理：參考Zhang等[19]方法配制GG成膜溶液。扇貝柱US預(yù)處理后，置于0.75 g/100 mL GG溶液5 min。

CK、SA、LMP和GG處理后的扇貝柱分別表示為：US-CK、US-SA、US-LMP和US-GG。成膜后扇貝柱置于室溫、通風(fēng)處30 min，使膜固化，然后進(jìn)行HPD。HPD參數(shù)[15]：溫度35℃，風(fēng)速1.5 m/s、相對(duì)濕度（Relative Humidity，RH）40%～60%、旁通比（Bypass Air Ratio，BAR）0.6～0.8，扇貝柱干燥至干基含水率0.6 kg/kg。

1.3.2 基于低場(chǎng)核磁共振評(píng)估扇貝柱干燥程度

根據(jù)1.3.1優(yōu)選結(jié)果，選擇US-SA和US-CK進(jìn)行試驗(yàn)。采用US頻率35 kHz、功率180 W處理扇貝柱30 min，然后取出扇貝柱，一式2份，一部分進(jìn)行SA成膜預(yù)處理，另一部分作為CK。然后，樣品分別進(jìn)行HPD（參數(shù)同1.3.1），干燥過程中定期取樣，測(cè)定MC、a和LF-NMR2，直至a<0.6。

將干燥過程中扇貝柱含水率及其對(duì)應(yīng)的LF-NMR參數(shù)進(jìn)行分組，單個(gè)因變量的樣本總數(shù)為51，其中約3/4的數(shù)據(jù)作為校正集進(jìn)行建模分析，約1/4的數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)集進(jìn)行模型預(yù)測(cè)性能的評(píng)價(jià)。采用單變量線性（Univarate Linear，UL）模型和偏最小二乘回歸（Partial Least Squares Regression，PLSR）模型，探究a、MC與LF-NMR數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

采用完全交叉驗(yàn)證法構(gòu)建UL和PLSR模型，即排除一個(gè)變量并且將其作為驗(yàn)證集，同時(shí)利用其余變量建模，直至所有變量均被用作一次驗(yàn)證集數(shù)據(jù)為止[18]。模型性能評(píng)價(jià)參數(shù)包括：校正集決定系數(shù)（Coefficient of Determination of Calibration Set，2）和均方根誤差（Root Mean Square Error of Calibration Set，RMSE）；驗(yàn)證集決定系數(shù)（Coefficient of Determination of Validation Set，2）和均方根誤差（Root Mean Square Error of Validation Set，RMSE）；預(yù)測(cè)集決定系數(shù)（Coefficient of Determination of Prediction Set，2）和均方根誤差（Root Mean Square Error of Prediction Set，RMSE）。2、2、2值越高，RMSE、RMSE、RMSE值越低，模型擬合精度越高。

1.4 試驗(yàn)指標(biāo)及測(cè)試方法

1.4.1 含水率和水分活度

分別采用常壓干燥法[20]和水分活度儀[5]測(cè)定扇貝柱MC和a。

1.4.2 水分比

水分比（Moisture Ratio，MR）指在一定干燥條件下扇貝柱中未被除去的水分，計(jì)算式[15]如下

式中0和M分別是干燥時(shí)間為0和時(shí)刻的干基含水率，kg/kg；M為樣品的平衡干基含水率，kg/kg。

其中，M相比于0和M的值可忽略不計(jì)[15]，因此式（1）可簡(jiǎn)化為式（2）。

1.4.3 干燥速率

干燥速率（Drying Rate，DR）計(jì)算式[15]如下

式中M,i和M,i+1分別為和+1時(shí)刻樣品干基含水率，kg/kg；t和t+1分別為和+1時(shí)刻的干燥時(shí)間，h。

1.4.4 有效水分?jǐn)U散系數(shù)

采用簡(jiǎn)化后Fick擴(kuò)散方程的對(duì)數(shù)形式計(jì)算D[2]

式中D為有效水分?jǐn)U散系數(shù)，m2/s，D可通過直線斜率計(jì)算得到；為扇貝柱半徑，m；為干燥時(shí)間，s。

1.4.5 低場(chǎng)核磁共振分析

扇貝柱2測(cè)定參考Zhu等[15]方法。測(cè)試參數(shù)：90°、180°脈沖時(shí)間分別為5.52、11.04s，等待時(shí)間4 000 ms，累加次數(shù)4，回波時(shí)間0.3 ms，回波數(shù)2 000。

1.4.6 質(zhì) 構(gòu)

采用物性測(cè)試儀測(cè)定扇貝柱硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性，各指標(biāo)定義參考牛玉寶等[21]方法。剪切測(cè)試參數(shù)：刀片速度2 mm/s。單軸壓縮測(cè)試參數(shù)：圓柱形探針（P/36R），下行速度2 mm/s，下壓和回升速度均為1.0 mm/s，樣品形變量為50%[16,21]。

1.4.7 色 差

采用色差計(jì)測(cè)定扇貝柱色澤參數(shù)值，即（亮度），（紅綠度），（黃藍(lán)度）?？偵睿éぃ┯?jì)算式[3]如下

式中下標(biāo)0表示新鮮扇貝柱色澤參數(shù)值。

1.4.8 收縮率

采用甲苯置換法[2]測(cè)定收縮率。

式中1和2分別代表干燥前、后扇貝柱的體積，mL。

1.4.9 復(fù)水比

采用稱量法[3]測(cè)定。

式中R為復(fù)水比；0和W分別為復(fù)水前、后扇貝柱的質(zhì)量，g。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

HPD試驗(yàn)和指標(biāo)測(cè)定至少平行3次，試驗(yàn)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Matlab 2018軟件進(jìn)行線性和非線性回歸分析，SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，差異顯著者進(jìn)行Duncan’s多重比較，<0.05表示數(shù)據(jù)間存在顯著性差異。采用Unscrambler X 10.6進(jìn)行PLSR分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱干燥特性的影響

成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱US輔助熱泵干燥特性的影響如圖1所示。隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，MR逐漸降低。趙亞等[3]和朱智壯等[2]分別研究了US處理時(shí)間和親水膠體成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱熱泵干燥特性的影響，得到了同樣結(jié)論。相比于US-CK，成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱MR影響有所差異，干燥初期和中期MR值由高至低依次為：US-GG>US-LMP>US-SA。例如，干燥3 h時(shí)，US-CK、US-SA、US-LMP和US-GG的MR分別為0.61、0.59、0.63和0.66（圖1a）。扇貝柱干燥至終點(diǎn)，即干基含水率0.6 kg/kg時(shí)，US-CK、US-SA、US-LMP和US-GG所需要的時(shí)間分別為18、20、16和20 h。

注：US為超聲波，CK為對(duì)照組，SA為海藻酸鈉，LMP為低甲氧基果膠，GG為印度樹膠，下同。

由圖1b可知，扇貝柱干燥過程處于降速干燥階段，水分內(nèi)擴(kuò)散決定了扇貝柱干燥進(jìn)程。這與Zhu等[15]和Shi等[16]研究結(jié)論吻合。干燥初期，成膜預(yù)處理組DR較高。例如，扇貝柱干基含水率為2.6 kg/kg時(shí)，US-CK、US-SA、US-LMP和US-GG的DR分別為0.51、0.71、0.73和0.58 kg/(kg·h)。

US處理引起的空穴效應(yīng)和海綿效應(yīng)耦合親水膠體膜的高極性和水分子透過性能[15-16]，導(dǎo)致US輔助成膜預(yù)處理提高了扇貝柱干燥初期效率。水產(chǎn)品干燥過程中，水分子遷移的驅(qū)動(dòng)力是存在于細(xì)胞間隙的水勢(shì)梯度[22]。隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，物料MC降低，導(dǎo)致細(xì)胞膨壓和水勢(shì)梯度逐漸降低，細(xì)胞內(nèi)外壓力失衡產(chǎn)生收縮應(yīng)力，引起體積收縮，進(jìn)而導(dǎo)致DR降低[23]。成膜預(yù)處理可避免扇貝柱干燥過程中表面水分快速蒸發(fā)致使局部過熱導(dǎo)致的表面硬化，使物料組織內(nèi)部維持穩(wěn)定的水勢(shì)梯度，降低扇貝柱肌肉組織收縮應(yīng)力，減緩/抑制物料干燥過程中體積收縮現(xiàn)象[16]。親水膠體膜具有高極性和水分透過性能，干燥過程中傳質(zhì)阻力低，促進(jìn)了水分子內(nèi)部擴(kuò)散，進(jìn)而提高了DR[24]。此外，親水膠體膜極性和水分透過性能存在差異，這也導(dǎo)致了不同成膜預(yù)處理扇貝柱之間DR存在差異，成膜材料的力學(xué)和其他理化特性也是影響DR的主要因素，這需要進(jìn)一步探究。

干燥后期，US-SA和US-GG的DR略低于US-LMP和US-CK，但差異不顯著（>0.05）。其原因可能是：隨著干燥進(jìn)行，US-CK扇貝柱蛋白質(zhì)變性，組織開裂甚至散柱，增大了樣品與干燥介質(zhì)的接觸面積，內(nèi)部水分直接從裂隙出向外擴(kuò)散，DR加快；而US-LMP表層膜在干燥后期破碎，扇貝柱失去保護(hù)作用，開始出現(xiàn)開裂和散柱現(xiàn)象（圖2），導(dǎo)致DR增加。相反地，US-SA和US-GG形成致密保護(hù)膜，增加了樣品厚度和初始MC[24]，同時(shí)干燥后期較好保持了扇貝柱的完整性，扇貝表面沒有裂隙（圖2），因而DR略慢。

圖2 扇貝柱干燥過程中外觀變化

2.2 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱干燥過程中弛豫特性的影響

圖3為成膜預(yù)處理扇貝柱US輔助HPD過程中LF-NMR橫向弛豫時(shí)間2和峰面積變化。其中，結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水2分別用21、22和23表示，對(duì)應(yīng)的單位質(zhì)量峰面積分別用21、22和23表示，為總的峰面積[15]。

注：T21、T22和T23分別為結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水的橫向弛豫時(shí)間；A21、A22、A23和A分別為結(jié)合水、不易流動(dòng)水、自由水和總的單位質(zhì)量峰面積。下同。

扇貝柱干燥過程中，4種不同處理的21值呈先略微升高、而后逐漸降低趨勢(shì)，但總體上變化幅度不大。這表明，與大分子基團(tuán)緊密結(jié)合的結(jié)合水干燥過程中較難去除，其流動(dòng)性基本上不受干燥時(shí)間和成膜預(yù)處理的影響。扇貝柱HPD過程中，22和23總體呈下降趨勢(shì)，這表明，干燥過程中不易流動(dòng)水和自由水2左移，流動(dòng)性降低。Cheng等[25-26]研究了蝦肉和牡蠣干燥過程中2變化，得到了相似的結(jié)論。

扇貝柱HPD過程中，US-CK、US-SA、US-LMP和US-GG23范圍分別為195.90～521.67、291.37～667.50、180.89～522.42和217.33～488.64 ms。干燥結(jié)束后，US-CK、US-SA、US-LMP和US-GG的22值分別降低至20.79、25.82、20.39和24.04 ms。這意味著，SA和GG成膜能夠增加不易流動(dòng)水的流動(dòng)性，減緩不易流動(dòng)水向左遷移的速率。這可能是由于親水膠體膜的高親水性，驅(qū)動(dòng)扇貝柱水分干燥過程中向膜內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)而減少了存在于扇貝柱肌原纖維與細(xì)胞膜的不易流動(dòng)水的數(shù)量，這需要進(jìn)一步探究。

干燥過程中，US-SA和US-GG的23值整體上高于US-CK，這表明，SA和GG成膜預(yù)處理能夠增加扇貝柱自由水的流動(dòng)性，促進(jìn)自由水由內(nèi)部向表面遷移。其原因可能是：1）成膜預(yù)處理使扇貝柱維系水勢(shì)梯度，減緩甚至抑制了扇貝柱肌原纖維的收縮，延緩了不易流動(dòng)水向左遷移；2）親水膠體膜較強(qiáng)的親水作用能夠促進(jìn)自由水向表面遷移以及不易流動(dòng)水向自由水的轉(zhuǎn)化。

新鮮扇貝柱中的水分主要是不易流動(dòng)水，約占98%[15]。由圖3可知，隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)，22值逐漸降低，21值不斷增加，而23值基本保持不變（約占1%）。這表明，干燥過程中不易流動(dòng)水由扇貝柱肌原纖維中脫離，一部分轉(zhuǎn)化為自由度較低的結(jié)合水，而另一部分則隨著干燥過程中自由水的去除而轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤?，自由水的去除和不易流?dòng)水的轉(zhuǎn)化處于一個(gè)相對(duì)動(dòng)態(tài)的平衡過程中，所以干燥過程中23值基本保持恒定。Zhu等[15]研究了US輔助熱泵干燥扇貝柱，Cheng等[25-26]研究了熱風(fēng)干燥牡蠣和對(duì)蝦，得到了相似的結(jié)論。

2.3 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱有效水分?jǐn)U散系數(shù)的影響

成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱D影響如表1所示。處理組D值均高于US-CK；處理組中，D值由高至低依次為：US-LMP>US-SA>US-GG。這主要由于：成膜預(yù)處理后的扇貝柱D值包括扇貝柱D值和成膜材料D值，由于3種親水膠體成膜材料具有較強(qiáng)親水性，D值較高。因此，成膜預(yù)處理后扇貝柱D值得到了一定程度的提高。此外，相比于CK，成膜預(yù)處理使扇貝柱D提高了1.38%～8.41%。

表1 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱有效水分?jǐn)U散系數(shù)的影響

朱智壯等[2]和Shi等[16]研究了SA、LMP、殼聚糖等親水膠體成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱HPD動(dòng)力學(xué)的影響，得到了同樣結(jié)論。此外，本研究所得D高于單獨(dú)US[3,15]或成膜預(yù)處理[2]扇貝柱的值，這意味著，US和成膜預(yù)處理具有協(xié)同強(qiáng)化扇貝柱HPD效率作用。

2.4 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱品質(zhì)特性的影響

成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱干制品品質(zhì)特性的影響如表2所示。相比于US-CK，US-SA、US-LMP和US-GG扇貝柱的彈性分別提高了28.6%、28.6%和34.7%，而成膜預(yù)處理間彈性無(wú)顯著差異（>0.05）。US-SA、US-LMP和US-GG扇貝柱的內(nèi)聚性相比于US-CK分別提高了214.3%、142.9%和200.0%；US-SA、US-GG內(nèi)聚性顯著（0.05）高于US-LMP，而US-SA與US-GG間內(nèi)聚性無(wú)顯著差異（>0.05）。相比于CK，US-SA和US-GG顯著（0.05）提高了扇貝柱硬度（76.0%和67.9%）和咀嚼性（110.5%和55.7%）；與之相反，US-LMP顯著（0.05）降低了硬度（16.9%），但略微（>0.05）增加了咀嚼性（3.6%）。韓飛等[27]研究表明，瓜兒豆膠和黃原膠預(yù)處理導(dǎo)致脫水扇貝柱彈性大、咀嚼性高、黏結(jié)性好。朱智壯等[2]研究表明，相比于CK，LMP成膜預(yù)處理使扇貝柱硬度降低2.6%，而殼聚糖使硬度增加3.64%。據(jù)報(bào)道[28]，成膜材料與水產(chǎn)品蛋白質(zhì)形成共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵結(jié)合，進(jìn)而改變了扇貝柱的質(zhì)構(gòu)。此外，親水膠體成膜預(yù)處理影響扇貝柱水分狀態(tài)與分布，繼而影響肌原纖維蛋白變性和凝膠網(wǎng)絡(luò)形成，最終影響干制品質(zhì)構(gòu)[16]。

色澤是干制品重要指標(biāo)之一。相比于US-CK，US-SA、US-LMP和US-GG的Δ值分別降低了37.1%、20.6%和29.2%。US-SA的Δ值則顯著（0.05）低于US-LMP；但是，US-SA與US-GG，以及US-LMP與US-GG間，Δ值無(wú)顯著差異（>0.05）。這主要由于：1）氧氣參與的酶促和非酶促褐變反應(yīng)是水產(chǎn)品干燥過程中色澤變化的主要原因，扇貝柱表面形成的膜具有阻隔氧氣作用，因此抑制了褐變反應(yīng)；2）成膜預(yù)處理可強(qiáng)化干燥效率，降低褐變反應(yīng)的速度和程度[2]。Sui等[17]研究表明，SA成膜預(yù)處理可顯著改善扇貝柱膨化干燥后的色澤，與本文所得結(jié)論吻合。此外，不同成膜材料間阻隔氧氣能力存在差異，導(dǎo)致成膜預(yù)處理間對(duì)扇貝柱色澤影響也存在差異。

扇貝柱干燥過程中，體積收縮和復(fù)水特性是反映細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞程度的重要品質(zhì)指標(biāo)。成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱收縮率S影響如表2所示。相比于CK，US-SA和US-GG分別使扇貝柱S降低了16.9%和12.8%；盡管US-LMP導(dǎo)致S增加，但二者并無(wú)顯著差異（>0.05）。由圖2可知，這可能是干燥后期，LMP膜破裂，扇貝柱表面水分過度蒸發(fā)，局部過熱引起表面硬化，肌肉收縮應(yīng)力增加，加速扇貝柱體積收縮現(xiàn)象[15-16]。這表明，適宜的成膜預(yù)處理可降低扇貝柱干燥過程中體積收縮，成膜材料種類對(duì)扇貝柱體積收縮影響較大，這可能是與成膜材料導(dǎo)致扇貝柱水勢(shì)梯度差異有關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致扇貝柱干燥過程中肌肉組織應(yīng)力大小存在差異，最終導(dǎo)致不同的收縮程度，這有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱復(fù)水比R影響如表2所示。相比于US-CK，US-SA和US-GG的R值分別降低了8.7%和6.3%；但是US-LMP的R值無(wú)顯著變化（>0.05）。其原因可能是：1）SA與GG在扇貝柱表面形成致密的保護(hù)膜，復(fù)水過程中只能透過膜進(jìn)入到扇貝組織，降低了復(fù)水效率；2）復(fù)水過程中，部分親水膠體膜可能脫離扇貝柱，進(jìn)入到水中，導(dǎo)致R降低；3）LMP膜干燥過程中膜結(jié)構(gòu)破裂，干燥過程中和CK一樣發(fā)生組織破裂現(xiàn)象（圖2），水分通過表面產(chǎn)生的縫隙進(jìn)入到扇貝組織中，因而R較高。綜合考慮，US-SA為扇貝柱US輔助HPD較適宜的預(yù)處理方式。

表2 成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱超聲波輔助熱泵干燥品質(zhì)特性的影響

注：同一列標(biāo)有不同上標(biāo)小寫字母表示在0.05水平上差異顯著（<0.05）。

Note: Different superscript small letters in the same column signifies significant different at the level of 0.05 (<0.05).

2.5 低場(chǎng)核磁共振弛豫參數(shù)與扇貝柱品質(zhì)的相關(guān)性

圖4為L(zhǎng)F-NMR弛豫參數(shù)與扇貝柱品質(zhì)特性的相關(guān)系數(shù)熱圖。由圖可知，扇貝柱質(zhì)構(gòu)特性中，21與彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性極顯著正相關(guān)，而與硬度顯著正相關(guān)；22與硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性極顯著正相關(guān)，但與彈性無(wú)顯著關(guān)聯(lián)性；23與硬度、咀嚼性極顯著正相關(guān)，但與彈性和內(nèi)聚性無(wú)顯著關(guān)聯(lián)性。扇貝柱Δ值與21、22極顯著負(fù)相關(guān)，而與23顯著負(fù)相關(guān)。S值與21顯著負(fù)相關(guān)，而與22、23極顯著負(fù)相關(guān)。R值與21、22和23均極顯著負(fù)相關(guān)。但是，扇貝柱品質(zhì)特性與弛豫參數(shù)21、22、23和之間無(wú)關(guān)聯(lián)性。由此可知，LF-NMR2與大部分干制品品質(zhì)特性之間具有顯著關(guān)聯(lián)性，可用于干制品品質(zhì)的快速、無(wú)損監(jiān)測(cè)。Zhu等[15]、Cheng等[25-26]在扇貝柱、牡蠣和對(duì)蝦的干燥過程中，得到了同樣結(jié)論。

注：* P<0.05，顯著相關(guān)；** P<0.01，極顯著相關(guān)。

2.6 基于低場(chǎng)核磁共振評(píng)估扇貝柱干燥進(jìn)程

2.6.1 基于低場(chǎng)核磁共振評(píng)估扇貝柱干燥終點(diǎn)

扇貝柱干燥過程中，定期取樣，得到不同MC和a的樣品，然后進(jìn)行LF-NMR分析。圖5為扇貝柱（US-CK和US-SA）LF-NMR譜圖。LF-NMR主峰的弛豫時(shí)間、單位質(zhì)量峰面積和總面積分別表示為2MP、2MP和。

注：圖中局部放大的小圖表示扇貝柱干制品的水分活度＜0.60時(shí)，樣品的LF-NMR譜圖。

Note: The locally enlarged diagrams in the figure indicate the LF-NMR spectra of samples when the water activity of dried scallop adductors products was less than 0.6.

圖5 不同MC和a時(shí)扇貝柱LF-NMR譜圖

Fig. 5 LF-NMR spectra of scallop adductors at different MC anda

由圖5可知，21先略微增加而后逐漸降低，但總體上變化幅度不大，基本上維持恒定。與之相反，干燥過程中22和23總體呈下降趨勢(shì)。此現(xiàn)象與2.2所得結(jié)論吻合，不再贅述。

22隨MC和a的減少而不斷降低，弛豫時(shí)間不斷左移，當(dāng)樣品a<0.6時(shí)，22基本消失，并且在1～10 ms附近出現(xiàn)1個(gè)明顯的主峰。同時(shí)，在0.1～1 ms分化出1個(gè)小峰（圖5）。這表明，干燥后期，隨著不易流動(dòng)水和自由水的去除，一部分弱結(jié)合水隨著干燥的進(jìn)行峰向左遷移，繼而轉(zhuǎn)化為強(qiáng)結(jié)合水。因此，干燥難度增加。

此外，由圖5可知，2MP隨MC和a的減少而不斷降低，當(dāng)扇貝柱a>0.6時(shí)，主峰2MP>10 ms；而當(dāng)a<0.6時(shí)，2MP<10 ms。對(duì)于絕大多數(shù)食品而言，當(dāng)a<0.6時(shí)，可抑制大多數(shù)微生物生長(zhǎng)和酶的活性，可認(rèn)為是臨界a貯藏條件。因此，當(dāng)扇貝柱干制品a<0.6時(shí)，即可認(rèn)為達(dá)到干燥終點(diǎn)?；谶@一準(zhǔn)則，扇貝柱HPD過程中，當(dāng)LF-NMR圖譜中2MP<10 ms，而且僅出現(xiàn)1個(gè)主峰時(shí)，即可作為扇貝柱的干燥終點(diǎn)。

LF-NMR參數(shù)與a和MC的相關(guān)性如表3所示。相比于其他3個(gè)NMR參數(shù)，以22、21、22和為UL模型預(yù)測(cè)US-CK的MC效果更好，相關(guān)系數(shù)分別為0.951、-0.977、0.989和0.981。預(yù)測(cè)a的UL模型也得到了類似的結(jié)果。以22、22和為UL模型預(yù)測(cè)US-SA的MC效果更好，相關(guān)系數(shù)分別為0.983、0.983和0.993，預(yù)測(cè)a的UL模型結(jié)論類似。盡管MC、a與LF-NMR參數(shù)間存在較好的相關(guān)性，但預(yù)測(cè)性能并不理想。因此，有必要采用多元回歸模型預(yù)測(cè)MC和a。

2.6.2 基于低場(chǎng)核磁共振預(yù)測(cè)扇貝柱干燥進(jìn)程

由表3結(jié)果可知，扇貝柱MC和a與LF-NMR參數(shù)間存在多重線性關(guān)系，PLSR是解決多重線性回歸主要方法[18]。因此，本文采用21、22、23、21、22、為自變量，以MC和a為因變量，采用完全交叉驗(yàn)證的方法建立PLSR，得到模型性能評(píng)價(jià)參數(shù)。PLSR模型預(yù)測(cè)結(jié)果如表4所示。可以看出，由6個(gè)變量PLSR模型預(yù)測(cè)扇貝柱MC，US-CK和US-SA的2分別為0.965和0.960，2分別為0.946和0.954，2分別為0.973和0.973；由6個(gè)變量PLSR模型預(yù)測(cè)扇貝柱a，US-CK和US-SA的2分別為0.938和0.947，2分別為0.931和0.939，2分別為0.978和0.968。

表3 LF-NMR參數(shù)與扇貝柱MC、aw的相關(guān)系數(shù)

注：*<0.05，顯著相關(guān)；**0.01，極顯著相關(guān)。

Note: *<0.05, significant correlation; **<0.01, extremely significant correlation.

PLSR模型得到的6個(gè)變量的回歸系數(shù)如圖6所示。US-SA的MC與21和23的回歸系數(shù)明顯小于其他幾個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，建立了不考慮21和23預(yù)測(cè)MC和a的簡(jiǎn)化PLSR模型。簡(jiǎn)化后的PLSR模型性能評(píng)價(jià)參數(shù)如表4所示。

圖6 6變量PLSR模型的回歸系數(shù)

由4個(gè)變量的PLSR模型預(yù)測(cè)扇貝柱的MC，US-CK和US-SA的2分別為0.975和0.959，2分別為0.965和0.954，2分別為0.981和0.971。由4個(gè)變量的PLSR模型預(yù)測(cè)扇貝柱的a，US-CK和US-SA的2分別為0.960和0.975，2分別為0.934和0.975，2分別為0.990和0.993?？梢钥闯觯啾扔谟?個(gè)LF-NMR橫向弛豫時(shí)間參數(shù)作為自變量，由4個(gè)LF-NMR參數(shù)作為自變量的簡(jiǎn)化PLSR模型表現(xiàn)出更好的性能，可預(yù)測(cè)扇貝柱MC和a。本研究結(jié)論驗(yàn)證了LF-NMR技術(shù)在預(yù)測(cè)扇貝柱干燥過程中MC和a的適用性。此外，渠琛玲等[29]采用熱風(fēng)干燥3個(gè)品種濕花生，利用LF-NMR技術(shù)，研究花生仁內(nèi)部自由水、弱結(jié)合水和結(jié)合水變化，建立了花生仁含水率與弛豫譜圖總水分峰占比的擬合方程（2=0.888 4），基于LF-NMR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了花生仁含水率的快速檢測(cè)。李梁等[30]基于獼猴桃切片含水率與各種水分狀態(tài)的峰面積和關(guān)系，建立了多元線性回歸模型并進(jìn)行定量檢測(cè)，基于LF-NMR分析，實(shí)現(xiàn)了干燥過程中對(duì)獼猴桃切片含水率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。李琳琳等[18]研究表明，PLSR結(jié)合LF-NMR可實(shí)現(xiàn)哈密瓜MC的快速檢測(cè)。綜上，LF-NMR技術(shù)結(jié)合PLSR模型，可作為一種有效手段，快速、無(wú)損監(jiān)測(cè)食品干燥進(jìn)程，確定干燥終點(diǎn)。

表4 基于LF-NMR橫向弛豫時(shí)間預(yù)測(cè)MC和aw的PLSR模型性能

3 結(jié) 論

本文以超聲波（Ultrasonic，US）預(yù)處理作為對(duì)照（Control Group，CK），探究了海藻酸鈉（Sodium Alginate，SA）、低甲氧基果膠（Low Methoxy Pectin，LMP）和印度樹膠（Gum Ghatti，GG）等3種成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱US輔助熱泵干燥（Heat Pump Drying，HPD）特性及干制品品質(zhì)影響；基于低場(chǎng)核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR），采用單變量線性（Univariate Linear，UL）模型和偏最小二乘回歸（Partial Least Squares Regression，PLSR）模型量化扇貝柱橫向弛豫時(shí)間參數(shù)與含水率（Moisture Content，MC）和水分活度（Water activity，a）的關(guān)系，旨在監(jiān)測(cè)扇貝柱干燥進(jìn)程。得到主要結(jié)論如下：

1）與CK相比，成膜預(yù)處理可使扇貝柱干燥過程中有效水分?jǐn)U散系數(shù)提高1.32%～8.41%。SA、GG成膜預(yù)處理減緩了扇貝柱干燥過程中不易流動(dòng)水向結(jié)合水轉(zhuǎn)移的速率，增加了自由水的流動(dòng)性，進(jìn)而強(qiáng)化了干燥效率。

2）相比于CK，SA、GG成膜預(yù)處理增加了扇貝柱硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性，降低了復(fù)水比、收縮率和總色差值；而LMP成膜預(yù)處理降低了硬度和總色差值。綜合考慮，扇貝柱HPD適宜預(yù)處理方式為US-SA。

3）當(dāng)LF-NMR譜圖主峰橫向弛豫時(shí)間2<10 ms，且僅出現(xiàn)1個(gè)主峰時(shí)，即可作為扇貝柱干燥終點(diǎn)。

4）基于4個(gè)LF-NMR參數(shù)為變量的PLSR模型可高精度地預(yù)測(cè)扇貝柱干燥過程中MC和a（20.971～0.993）。

5）LF-NMR2與大部分干制品品質(zhì)間具有顯著關(guān)聯(lián)性。綜上，LF-NMR可監(jiān)測(cè)扇貝柱HPD過程中品質(zhì)特性，準(zhǔn)確評(píng)估干燥進(jìn)程，快速確定干燥終點(diǎn)。

[1] Liu B, Liu Z Q, Li D Y, et al. Action of endogenous proteases on texture deterioration of the bay scallop () adductor muscle during cold storage and its mechanism[J]. Food Chemistry, 2020, 323: 126790.

[2] 朱智壯，張?jiān)较?，劉靜，等. 親水膠體成膜預(yù)處理對(duì)扇貝柱熱泵干燥動(dòng)力學(xué)與品質(zhì)的影響[J]. 食品工業(yè)科技，2021，42(12)：55-60.

Zhu Zhizhuang, Zhang Yuexiang, Liu Jing, et al. Effects of hydrocolloids coating pretreatment on the drying kinetics and qualityattributes of heat pump dried scallop adductors[J]. Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(12): 55-60. (in Chinese with English abstract)

[3] 趙亞，朱智壯，劉靜，等. 超聲波預(yù)處理時(shí)間對(duì)扇貝柱熱泵干燥動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)特性的影響[J/OL]. 食品科學(xué)，[2022-09-07]. https: //kns. cnki. net/kcms/detail/11. 2206. TS. 20211203. 0056. 004. html.

Zhao Ya, Zhu Zhizhuang, Liu Jing, et al. Effects of ultrasonic pretreatment time on the drying kinetics and quality attributes of heat pump dried scallop adductors[J]. Food Science, [2022-09-07]. https: //kns. cnki. net/kcms/detail/11. 2206. TS. 20211203. 0056. 004. html. (in Chinese with English abstract)

[4] 石啟龍，趙亞，魏彥君. 熱泵干燥南美白對(duì)蝦品質(zhì)特性與玻璃化轉(zhuǎn)變關(guān)系研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2017，48(1)：297-302.

Shi Qilong, Zhao Ya, Wei Yanjun. Relationship between Quality change and glass transition during heat pump drying ofmeat[J]. Transaction of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(1): 297-302. (in Chinese with English abstract)

[5] 劉靜，趙亞，石啟龍. 滲透劑預(yù)處理對(duì)扇貝柱熱泵干燥動(dòng)力學(xué)及品質(zhì)特性的影響[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2022，40(3)：145-156.

Liu Jing, Zhao Ya, Shi Qilong. Effect of pretreatment with osmotic agents on drying kinetics and quality characteristics of heat pump dried scallop adductors[J]. Journal of Food Science and Technology, 2022, 40(3): 145-156. (in Chinese with English abstract)

[6] 劉靜，趙亞，石啟龍. 果蔬和水產(chǎn)品新型干燥預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展及未來展望[J]. 食品工業(yè)科技，2022，43(10)：32-42.

Liu Jing, Zhao Ya, Shi Qilong. Research progress and future prospects of novel pretreatment technologies for the drying of fruits and vegetables and aquatic products[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(10): 32-42. (in Chinese with English abstract)

[7] Deng L Z, Mujumdar A S, Zhang Q, et al. Chemical and physical pretreatments of fruits and vegetables: Effects on drying characteristics and quality attributes-a comprehensive review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2019, 59(9): 1408-1432.

[8] Marquez-Rios E, Oca?o-Higuera V M, Maeda-Martínez A N, et al. Citric acid as pretreatment in drying of Pacific Lion’s Paw Scallop () meats[J]. Food Chemistry, 2009, 112(3): 599-603.

[9] Bassey E J, Cheng J H, Sun D W. Novel nonthermal and thermal pretreatments for enhancing drying perfomance and improving quality of fruits and vegetables[J]. Trends in Food Science and Technology, 2021, 112: 137-148.

[10] 隋笑樂，朱智壯，張欣，等. 基于LF-NMR探究?jī)鋈趯?duì)壓差膨化扇貝柱水分分布與品質(zhì)影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)，2019，45(23)：115-120.

Sui Xiaole, Zhu Zhizhuang, Zhang Xin, et al. Effects of freeze-thaw on water distribution and quality of explosion puff dried scallop adductors based on LF-NMR[J]. Food and Fermentation Industries, 2019, 45(23): 115-120. (in Chinese with English abstract)

[11] 郝啟棟，喬旭光，鄭振佳，等. 超高壓和超聲波預(yù)處理對(duì)蒜片熱風(fēng)干燥過程及品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(3)：278-286.

Hao Qidong, Qiao Xuguang, Zheng Zhenjia, et al. Effects of ultrahigh pressure and ultrasound pretreatment on hot-air drying process and quality of garlic slices[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(3): 278-286. (in Chinese with English abstract)

[12] Semenoglou I, Dimopoulos G, Tsironi T, et al. Mathematical modelling of the effect of solution concentration andthe combined application of pulsed electric fields on mass transferduring osmotic dehydration of sea bass fillets[J]. Food andBioproducts Processing, 2020, 121: 186-192.

[13] Li M, Guan Z, Ge Y, et al. Effect of pretreatment on water migration and volatile components of heat pump dried tilapia fillets[J]. Drying Technology, 2019, 38(14), 1828-1842.

[14] Chen F Y, Zhang M, Yang C H. Application of ultrasound technology in processing of ready-to-eat fresh food: A review[J]. Ulrasonics-Sonochemistry, 2020, 63: 104953.

[15] Zhu Z Z, Zhao Y, Zhang Y X, et al. Effects of ultrasound pretreatment on the drying kinetics, water status and distribution in scallop adductors during heat pump drying[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2021, 101(15): 6239-6247.

[16] Shi Q L, Tian Y, Zhu L L, et al. Effects of sodium alginate-based coating pretreatment on drying characteristics and quality of heat pump dried scallop adductors[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2019, 99(10): 4781-4792.

[17] Sui X L, Zhao Y, Zhang X, et al. Hydrocolloid coating pretreatment makes explosion puffing drying applicable in protein-rich foods-A case study of scallop adductors[J]. Drying Technology, 2022, 40(1): 50-64.

[18] 李琳琳，陳俊亮，段續(xù)，等. 基于LF-NMR及不同干燥方法的哈密瓜片含水率預(yù)測(cè)模型[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(2)：304-312.

Li Linlin, Chen Junliang, Duan Xu, et al. Prediction model for moisture content in cantaloupe slices using LF-NMR and different drying methods[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(2): 304-312. (in Chinese with English abstract).

[19] Zhang P P, Zhao Y, Shi Q L. Characterization of a novel edible film based on gum ghatti: Effect of plasticizer type and concentration[J]. Carbohydrate Polymers, 2016, 153: 345-355.

[20] 紀(jì)家笙. 水產(chǎn)品工業(yè)手冊(cè) [M]. 北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999：595-596.

[21] 牛玉寶，姚雪東，肖紅偉，等. 射頻輔助熱風(fēng)干燥對(duì)紅棗脆片質(zhì)構(gòu)特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(2)：296-306.

Niu Yubao, Yao Xuedong, Xiao Hongwei, et al. Effects of radio frequency assisted hot air drying on the texture and microstructure of jujube slices[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(2): 296-306. (in Chinese with English abstract)

[22] 石啟龍，趙亞，李兆杰，等. 熱泵干燥過程中竹莢魚水分遷移特性[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(2)：122-126.

Shi Qilong, Zhao Ya, Li Zhaojie, et al. Characteristics of moisture migration during drying of horse mackerel by heat pump dehumidifier[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(2): 122-126. (in Chinese with English abstract)

[23] Nguyen T K, Khalloufi S, Mondor M, et al. Shrinkage and porosity evolution during air-drying of non-cellular food system: Experimental data versus mathematical modelling[J]. Food Research International, 2018, 103: 215-225.

[24] Filho M L, Frascareli E C, Mauro M A. Effect of an edible pectin coating and blanching pretreatments on the air-drying kinetics of pumpkin ()[J]. Food and Bioprocess Technology, 2016, 9(5): 859-871.

[25] Cheng S S, Tang Y Q, Zhang T, et al. Approach for monitoring the dynamic states of water in shrimp during drying process with LF-NMR and MRI[J]. Drying Technology, 2017, 36(7): 841-848.

[26] Cheng S S, Zhang T, Yao L, et al. Use of low-field-NMR and MRI to characterize water mobility and distribution in pacific oyster () during drying process [J]. Drying Technology, 2018, 36(5): 630-636.

[27] 韓飛，唐偉偉，常永波，等. 扇貝柱預(yù)處理工藝優(yōu)化及干燥過程中品質(zhì)變化評(píng)價(jià)[J]. 食品工業(yè)科技，2017，38(3)：221-226.

Han Fei, Tang Weiwei, Chang Yongbo, et al. Improvement on pretreatment process of scallops and evaluation of its quality during drying[J]. Science and Technology of Food Industry, 2017, 38(3): 221-226. (in Chinese with English abstract)

[28] Yuan G F, Lv H, Tang W Y, et al. Effect of chitosan coating combined with pomegranate peel extract on the quality of Pacific white shrimp during iced storage[J]. Food Control, 2016, 59: 818-823.

[29] 渠琛玲，汪紫薇，王雪珂，等. 基于低場(chǎng)核磁共振的熱風(fēng)干燥過程花生仁含水率預(yù)測(cè)模型[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(12)：290-296.

Qu Chenling, Wang Ziwei, Wang Xueke, et al. Prediction model of moisture in peanut kernel during hot air drying based on LF-NMR technology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(12): 290-296. (in Chinese with English abstract)

[30] 李梁，程秀峰，楊尚雄，等. 基于低場(chǎng)核磁共振的熱風(fēng)干燥獼猴桃切片含水率預(yù)測(cè)模型[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(10)：252-260.

Li Liang, Cheng Xiufeng, Yang Shangxiong, et al. Model for predicting the moisture content of kiwifruit slices during hot air drying based on low-field nuclear magnetic resonance[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(10): 252-260. (in Chinese with English abstract)

Coating pretreatment improved drying efficiency and quality attributes of ultrasonic assisted heat pump dried scallop adductors

Zhao Ya, Zhu Zhizhuang, Shi Qilong※, Liu Jing

(,,255000,)

Heat Pump Drying (HPD) is especially suitable for the drying of aquatic products, owing to the mild conditions and high energy efficiency. However, the low drying temperature can result in a long drying time for the quality degradation in aquatic products processing. This study aims to enhance the drying efficiency of scallop adductors and quality attributes of dried products, particularly for better HPD application. The scallop adductors were firstly pretreated with ultrasonic (US) pulses. Then, three kinds of edible coating were selected, including Sodium Alginate (SA), Low-Methoxy Pectin (LMP), and Gum Ghatti (GG). Subsequently, the HPD was carried out for the samples with different coating pretreatment. The pretreatment without coating (i.e., merely pretreated with US) was set as the control group (CK). Finally, an investigation was made to determine the effects of three kinds of edible coating pretreatment on the drying kinetics and quality attributes of scallop adductors during US-assisted HPD. The low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) was utilized to monitor the drying process of scallop adductors. The Univariate Linear (UL) and partial least squares regression (PLSR) models were employed to correlate the LF-NMR parameters with the Moisture Content (MC) and water activity (a). The effective moisture diffusivity (D) of scallop adductors increased with the edible coating pretreatment in the range of 1.32%-8.41%, compared with the CK. The SA and GG pretreatment slowed down the migration rate of immobilized water towards bound water. As such, the flow of free water increased during drying, thus enhancing the drying efficiency of scallop adductors. More importantly, the SA and GG pretreatment increased the hardness, elasticity, cohesion, and chewiness of dried scallop adductors, whereas, decreased the rehydration ratio, shrinkage rate, and total color difference of dried products. There was a decrease in the hardness and total color difference of LMP pretreated samples. In summary, the US-SA was the most suitable pretreatment for the US-assisted HPD of scallop adductors. There was a significant (<0.05) correlation between the LF-NMR transverse relaxation time (2) and most quality attributes of dried scallop adductors. The end point of drying was determined in the LF-NMR spectra of samples, indicating the main peak of transverse relaxation time2<10 ms and only one peak. The UL model showed that the MC andawere significantly (<0.05) positively correlated with the peak area of immobilized water and total peak area, but negatively (<0.05) correlated with the peak area of bound water. The PLSR model revealed that the regression model with four LF-NMR parameters as the variables accurately predicted the MC andaof scallop adductors during HPD. This finding can provide a novel non-thermal pretreatment for the drying of scallop adductors, particularly with the enhanced drying efficiency and quality attributes of the dried products. Furthermore, the LF-NMR technology can also provide the theoretical basis and practical reference for the rapid and non-destructive monitoring of scallop adductors during US-assisted HPD.

drying; low field nuclear magnetic resonance; coating pretreatment; heat pump drying; scallop adductors; quality attributes

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.030

TS254.4

A

1002-6819(2022)-18-0274-10

趙亞，朱智壯，石啟龍，等. 成膜預(yù)處理提高扇貝柱超聲波輔助熱泵干燥效率及品質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(18)：274-283.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.030 http://www.tcsae.org

Zhao Ya, Zhu Zhizhuang, Shi Qilong, et al. Coating pretreatment improved drying efficiency and quality attributes of ultrasonic assisted heat pump dried scallop adductors[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(18): 274-283. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.18.030 http://www.tcsae.org

2022-06-24

2022-09-04

山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ZR2020MC215）

趙亞，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工工程。Email：zy0028014@sdut.edu.cn

石啟龍，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣?水產(chǎn)品貯藏保鮮與高值化加工技術(shù)。Email：qilongshi@sdut.edu.cn