鱿鱼鲞复水过程中食用品质及水分变化动力学模型研究

曹蓉露 袁高峰 陈小娥， 方旭波 项德胜 杨会成 王一铮

（1浙江海洋大学食品与药学学院，浙江 舟山 316022；2浙江国际海运职业技术学院，浙江 舟山 316021；3浙江大洋兴和食品有限公司，浙江 舟山 316014；4浙江省海洋开发研究院，浙江 舟山 316101；5舟山鲜捞坊食品科技有限公司，浙江 舟山 316104）

鱿鱼属于海洋头足类动物，是我国远洋渔业捕捞的重要组成部分［1］，也是我国水产品加工和出口创汇的主要品种。秘鲁鱿鱼是迄今为止发现的个体最大、资源最丰富的鱿鱼种类之一，也是舟山鱿钓作业的主要品种［2］。秘鲁鱿鱼的加工方式多种多样，除了加工成鱿鱼圈、鱿鱼片、鱿鱼胴等冷冻品外，还被加工成卤鱿鱼、鱿鱼丝、鱿鱼鲞等风味食品。鱿鱼鲞［3］是一种传统的鱿鱼干制加工方式，因风味独特、能常温贮存而深受消费者喜爱。鱿鱼鲞在烹饪前需进行复水处理，但不同的复水条件和方法会影响鱿鱼鲞的口感品质和营养价值，因此，研究不同复水工艺条件对鱿鱼鲞的品质特性影响有重要意义。

海产干制品可通过物理［4］或化学［5］手段进行复水处理，民间主要以碱发法［6］（如纯碱、小苏打等）对鱿鱼鲞进行复水处理。但碱浓度过高可能导致复水后漂洗不干净，从而造成碱残留问题，而碱浓度过低则需延长复水时间，导致鱿鱼营养成分流失或变质。多聚磷酸盐是一种良好的保水剂，适量添加可以改善肉制品的品质，提高出品率［7］。六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠等多聚磷酸盐在水产品中使用较为广泛［8］。在生产实践中，单一使用多聚磷酸盐具有局限性，采用复配磷酸盐更为经济，而且保水效果比单一磷酸盐强，保水性因混合浓度的不同而有所差异。尚珊等［9］选用不同浓度的复配磷酸盐与海藻糖制成抗冻剂，发现加入复配磷酸盐能提高鲟鱼肉在工业加工过程中的冻融稳定性；张建友等［10］研究了不同浓度复配磷酸盐对鲣鱼腌制品品质的影响，发现与食盐组对照相比，复配磷酸盐不仅能提高鲣鱼的保水性，还能降低鲣鱼肉质的酸性；熊晓辉等［5］以中国枪乌贼干为研究对象，将碱与不同浓度的磷酸盐复配成复水液进行复水试验，发现添加适量的磷酸盐复水液可以显著改善鱿鱼复水后的物性。

食品的复水动力学模型通过模拟复水时水分变化情况，能够从理论角度解释复水过程中水分变化的内在关系，同时在复水后的水分含量预测方面也有一定的参考价值，这对后续工业化的生产应用具有重要意义。目前，已有学者在海参［11］、猕猴桃干［12］、马铃薯方便粥［13］等食品复水过程中建立动力学模型，而有关秘鲁鱿鱼鲞复水工艺的动力学模型研究较少。本试验以秘鲁鱿鱼鲞为原料，研究在碱发条件下，不同质量分数的复配磷酸盐对鱿鱼鲞复水的品质特性影响。同时，依据3 种动力学公式建立秘鲁鱿鱼鲞的复水动力学模型，旨在研究复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞复水品质的影响，提高鱿鱼鲞复水后的品质。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

秘鲁鱿鱼鲞由舟山市海利远洋渔业有限公司提供，水分含量以20%计。六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、碳酸钠等均为食品级，其他试剂均为国产分析纯。

CR-10Plus 色差仪，日本柯尼卡美能达公司；CT3质构仪，美国博勒飞公司；pHS-3B 精密pH 计，上海精密科学仪器有限公司；F8 手持式匀浆机，上海弗鲁克科技发展有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 鱿鱼鲞复水试验 将鱿鱼鲞切成长宽为5 cm×5 cm 的块状，混合均匀随机取样。将选取的样品在去离子水中浸泡1 h（不计入复水时间）使其回软，然后在0.4%纯碱（Na2CO3）溶液中分别加入质量分数0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的复配磷酸盐（六偏磷酸钠∶三聚磷酸钠为1∶1）制成复水液浸泡鱿鱼鲞，在（20±2） ℃条件下进行复水试验（料液比1∶50），去离子水漂洗后测定试验数据。

通过预试验确定复水条件：鱿鱼鲞→去离子水浸泡1 h→复水液浸泡10 h→去离子水漂洗1 h。

1.2.2 复水比测定 用滤纸将复水后的样品表面水分拭去，称量，计算复水比，每组3个平行样，结果取各组平均值。计算公式：

式中，m1为鱿鱼鲞复水后的质量（g）；m2为鱿鱼鲞复水前的质量（g）。

1.2.3 鱿鱼鲞质构测定 参考余慧琳等［14］的测定方法，将5 组复水后的样品切割成2 cm×2 cm×1 cm 的小块，在室温（25 ℃）下对样品进行全质构测定，每组3个平行样。测定条件：采用TPA 模式，探头型号TA50，循环次数2 次，触发值5 g，测试速度1 mm·s-1，返回速度1 mm·s-1。

1.2.4 鱿鱼鲞感官评价 参照刘雪飞等［15］的方法并略作修改。根据《GB/T 16291.1-2012 感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1 部分：优选评价员》［16］，选择5名男性和5名女性评定人员，根据表1的评价标准进行评分，最后结果取总分平均值，对总评分结果进行综合分析。

1.2.5 鱿鱼鲞色泽测定 每组随机选3 个样品，采用标准白色样板校准色差仪后，测定复水后样品的a*值、b*值、L*值并按公式（2）计算色差值（ΔE）［17］，每组3 个样品，最后结果取平均值。

式中，L1*表示所测样品的L*值；L0*为鱿鱼鲞的初始L*值；a1*表示样品的a*值；a0*为鱿鱼鲞的初始a*值；b1*表示样品的b*值；b0*为鱿鱼鲞的初始b*值。

1.2.6 鱿鱼鲞pH 值测定 参照《GB 5009.237-2016食品安全国家标准 食品pH 值的测定》［18］的方法。取5 g 样品进行均质，然后在均质化的试样中加入约50 mL 0.1 mol·L-1氯化钾溶液，测定pH值，每组3个样品，最后结果取平均值。

1.2.7 动力学模型

1.2.7.1 鱿鱼鲞水分含量测定 采用直接干燥法［19］测定水分含量，每组3个平行样，最终结果取各组平均值。水分含量计算公式如下：

式中，Mt表示鱿鱼鲞在t时的水分含量（g·g-1，干基）；Md为鱿鱼鲞干燥至恒重的质量（g）。

1.2.7.2 Fick 模型 Fick 扩散定律及其导出的方程已在食品领域中得到广泛应用。假设在复水过程中，水分扩散系数为常数且不受体积变化的影响，在样品浸没后表面浓度瞬间达到饱和，则鱿鱼鲞复水试验的Fick第二定律方程可以表示为［20］：

式中，Mt表示鱿鱼鲞在t时的水分含量（g·g-1，干基）；Me为平衡时的水分含量（g·g-1，干基）；M0为初始水分含量（g·g-1，干基）；t为复水时间（h）；2r为样品厚度（mm）；Def为有效扩散系数（mm2·h-1）。

当处理时间足够长，可以根据无限傅里叶级数解得第一项估计扩散参数，方程4可以近似为：

将方程5进行适当转换为方程6，可用于本研究鱿鱼鲞复水的计算。

1.2.7.3 Weibull 模型 Weibull 模型也常用于模拟干制品复水，具体方程如下［21］：

式中，Mt表示鱿鱼鲞在t时的水分含量（g·g-1，干基）；Me为平衡时的水分含量（g·g-1，干基）；M0为初始水分含量（g·g-1，干基）；t为复水时间（h）；α表示形状参数；β表示尺寸参数。

1.2.7.4 Peleg 模型 该模型是一种简单的非指数经验模型，可用于模拟干物质渐进平衡含水量的复水过程。本研究中，鱿鱼鲞复水的Peleg方程如下［22］：

式中，Mt表示鱿鱼鲞在t时的水分含量（g·g-1，干基）；M0为初始水分含量（g·g-1，干基）；t为复水时间（h）；k1为速率常数（h·%-1），k1越小，水分吸收速率越大；k2为容量常数（%-1），k2越小，样品的持水力越大。

1.3 数据分析

鱿鱼鲞复水动力学模型采用Origin 2021软件进行曲线拟合，使用线性回归系数（R2）和均方根误差（root mean square error，RMSE）来评价模型的拟合质量［23-24］。鱿鱼鲞色泽及质构数据采用SPSS 25软件进行数据分析，使用Duncan新复极差法对数据进行差异显著性分析。

式中，Mi表示鱿鱼鲞水分含量的预测值（g·g-1，干基）；表示鱿鱼鲞水分含量预测值的平均值（g·g-1，干基）；Mt表示鱿鱼鲞水分含量的实测值（g·g-1，干基）；N为样本个数。

2 结果与分析

2.1 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞复水比的影响

由图1 可知，同一碱浓度下，当复配磷酸盐质量分数范围在0%～0.5%时，复水比随复配磷酸盐质量分数的增加而上升，当添加的复配磷酸盐质量分数为0.7%时，复水比反而略有下降，为3.09。表明添加一定质量分数的复配磷酸盐有利于提高鱿鱼鲞的复水比，且当复配磷酸盐质量分数在0.5%时较为合适。

图1 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞复水比的影响Fig.1 Effect of compounded phosphate mass fraction on the rehydration ratio of dry squid

2.2 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞质构特性的影响

质构特性中硬度、胶着性、咀嚼性数值越大，说明咀嚼时越费力［25］。使用不同质量分数的复配磷酸盐进行复水试验，鱿鱼鲞的硬度、弹性、胶着性等均发生改变，结果如表2 所示。各组咀嚼性由好到差依次为0.7%组＞0.5%组＞0.3%组＞0.1%组＞0%组。随着复配磷酸盐质量分数的增加，鱿鱼鲞复水后的硬度、胶着性和咀嚼性整体显著降低（P＜0.05），而弹性变化不显著（P＞0.05）。可见复配磷酸盐在增强肉质嫩度方面有一定功效，这与陈秋妹等［26］的研究结果一致。本试验中，当复配磷酸盐质量分数在0.5%～0.7%时质构特性最佳。

2.3 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞感官品质的影响

由图2 可知，同一碱浓度下，随着复配磷酸盐质量分数的增加，鱿鱼鲞复水后的感官品质呈先变好后变坏的趋势，且当复配磷酸盐质量分数为0.5%时，鱿鱼鲞复水感官评价最优。因此，添加适量复配磷酸盐可以提高鱿鱼鲞复水后的品质，浓度过低，保水性不明显，水分吸收不足；浓度过高，可能使鱿鱼鲞略带有苦味［27］，从而影响感官评分。

图2 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞感官品质的影响Fig.2 Effect of compounded phosphate mass fraction on the sensory quality of dry squid

2.4 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞色泽的影响

由表3 可知，随着复配磷酸盐质量分数的增加，鱿鱼鲞样品的a*值和b*值总体均呈上升趋势，表面a*值和b*值变化不显著（P＞0.05）；ΔE值总体呈下降趋势，0.5%组的ΔE值最低。当复配磷酸盐质量分数在0.3%～0.5%时，鱿鱼鲞样品的a*值和b*值增速较快，且内部a*值变化显著（P＜0.05）。由表3 还可知，随着复配磷酸盐质量分数的增加，鱿鱼鲞样品的L*值总体呈下降趋势，在复配磷酸盐质量分数为0.5%时最低，其表面L*值为52.92，内部L*值为46.81。由于复配磷酸盐具有保水的功效，当鱿鱼鲞肌肉保水性增强时，堆积在肌肉表面的水分减少，肌肉的颜色反射率减弱，使得L*值下降［28］。由此可知，鱿鱼鲞复水试验中，其色泽主要因水分含量变化而变化。

表3 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞色泽的影响Table 3 Effect of compounded phosphate mass fraction on colour of dry squid

2.5 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞pH值的影响

pH值是评价水产品品质的重要因素之一。由图3可知，在本研究范围内，未添加复配磷酸盐组pH 值最高，为8.83，随着复配磷酸盐质量分数的升高，pH值呈下降趋势。在复水过程中，由于微生物作用，蛋白质降解为生物胺等碱性物质，会使pH 值升高［15］。加入不同质量分数的复配磷酸盐进行复水试验，pH 值较未添加组有所降低，可能是因为在复配磷酸盐的缓冲作用下，肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白等电点偏离，使得pH 值降低［8］。总体来看，各试验组的pH 值均在8～9之间，说明不同质量分数的复配磷酸盐对鱿鱼鲞复水后的pH值影响不大。

图3 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞pH值的影响Fig.3 Effect of compounded phosphate mass fraction on the pH value of dry squid

2.6 鱿鱼鲞复水动力学模型确定

2.6.1 复配磷酸盐质量分数对鱿鱼鲞水分含量的影响 采用不同质量分数的复配磷酸盐进行复水试验后，鱿鱼鲞水分吸收曲线见图4。结果表明，鱿鱼鲞水分含量随时间的增加而增加，在初始阶段（0～3 h），各组水分含量增速较快，而后增速明显减缓。在试验后期，鱿鱼鲞复水程度趋于饱和，鱿鱼鲞的水分吸收曲线符合经典物质吸水曲线［6］，而后将鱿鱼鲞的水分变化数据分别代入3 种模型进行拟合，选取最适合的模型建立鱿鱼鲞的复水动力学模型。

图4 鱿鱼鲞的水分吸收曲线Fig.4 Water absorption curves of dry squid

2.6.2 Fick模型 Fick模型拟合参数见表4。同一碱浓度下，Def值与复配磷酸盐的质量分数呈正比，且当复配磷酸盐质量分数在0.55%时，Def值最大。Def值越大，表明复水时水分扩散越快［20］。虽然大部分食品复水可以由Fick 模型表述，但鱿鱼鲞的复水过程并不能简单地用水分子扩散来描述，一般来说R2越大（R2＞0.99），RMSE 越小时，模型拟合越可靠。而表4中Fick模型的R2均小于0.9，说明Fick 模型无法较好地描述鱿鱼鲞的复水过程。

表4 Fick模型拟合参数Table 4 Fick model fit parameters

2.6.3 Weibull 模型 Weibull 模型拟合参数见表5。Weibull 模型中的α为形状参数，与复水过程中物料水分迁移过程有关［29］，不同复水条件下，鱿鱼鲞复水后的形状参数在0.321～0.575 之间，且形状参数最大值比最小值增加了44.17%。β越小，鱿鱼鲞复水速率越高［24］，当复配磷酸盐质量分数为0%～0.5%时，随着复配磷酸盐质量分数的升高，β值整体逐渐降低，说明鱿鱼鲞复水速率在上升，这与前两个模型所得结果一致。与Fick 模型相比，Weibull 模型的R2值更接近于1，因此Weibull模型能更好地描述鱿鱼复水过程。

表5 Weibull模型拟合参数Table 5 Weibull model fit parameters

2.6.4 Peleg模型 表6为Peleg模型拟合参数。同一碱浓度下，K1、K2值随复配磷酸盐质量分数的增加而减小，且K2较K1减小的幅度更大。K1值在复配磷酸盐质量分数为0.5%时减小幅度最大，表明0.5%组相较于其他低浓度组水分扩散速率有明显提升。K2值在复配磷酸盐质量分数为0.3%时下降最快，说明当添加的复配磷酸盐质量分数达到0.3%时，鱿鱼鲞复水的保水能力有所提高。当复配磷酸盐质量分数为0.5%时，K2值最小，说明该质量分数下复水后鱿鱼鲞的保水性最好。

表6 Peleg模型拟合参数Table 6 Peleg model fit parameters

模型拟合数据的R2越大，RMSE 越小，说明此模型拟合程度越好［30］。由表4～6 的拟合参数可知，Peleg模型的R2值最接近1，其RMSE 值也较其他两个模型小，因此选择Peleg模型作为鱿鱼鲞的复水动力学模型较为合适。

2.7 鱿鱼鲞复水动力学模型建立

Peleg 模型中的参数K1、K2与复配磷酸盐质量分数的关系如图5～6 所示。通过曲线求得K1、K2与复配磷酸盐质量分数（X）的关系为K1=1.269-0.366X，K2=1.969-0.573X，把K1、K2代入Peleg模型得到鱿鱼鲞的复水动力学模型方程：Mt=M0+t/［1.269-0.366X+（1.969-0.573X）t］。

图5 K1与复配磷酸盐质量分数的关系Fig.5 Relationship between K1 and mass fraction of compounded phosphate

图6 K2与复配磷酸盐质量分数的关系Fig.6 Relationship between K2 and mass fraction of compounded phosphate

2.8 鱿鱼鲞复水动力学模型验证

图7 为鱿鱼鲞复水动力学模型实测值与预测值关系图。为验证所得模型拟合准确度，将试验得到Mt的实测值与模型计算所得的预测值进行比较，当图中的数据点越接近直线y=x，说明预测值越接近实测值。结果表明，预测值和实测值吻合度较高，说明此模型可以较好地预测鱿鱼鲞复水时的水分变化情况，可为实际生产中制定鱿鱼鲞复水条件提供参考。

图7 鱿鱼鲞复水动力学模型实测值与预测值关系图Fig.7 The relationship of dry squid rehydration kinetic model measured value and predict value

3 讨论

与其他远洋鱿鱼相比，秘鲁鱿鱼原料具有含水量高（一般在85%左右，其他鱿鱼的水分含量在75%左右）、肉质松软和异酸味重等特点［31］，在加工和食用前通常需要进行脱酸处理［32］。鱿鱼鲞的加工方式已趋于成熟，以秘鲁鱿鱼为原料的鱿鱼鲞，可在复水时进行脱酸处理，能节省前期加工步骤，节约成本。虽然我国对鱿鱼鲞的加工已有明确标准（《SC/T 3208-2017鱿鱼干、墨鱼干》［33］规定：淡干鱿鱼鲞水分含量≤20 g·100g-1、咸干鱿鱼鲞水分含量≤30 g·100g-1），但其产品形式较为单一。因此，本试验以秘鲁鱿鱼鲞为原料，优化鱿鱼鲞复水条件，为拓展鱿鱼鲞产业链提供了理论参考。

复水是一种海产干制品的前处理方式，通过物理或化学的手段使干制品的含水量、质构等尽可能恢复到原有状态。王珊等［6］以北太平洋白鱿鱼干为研究对象，通过建立鱿鱼干复水的Peleg 吸水模型，研究不同质量分数碱（NaOH）对复水鱿鱼品质特性的影响，发现不同质量分数碱发条件下，pH 值的改变使得鱿鱼复水后水分含量和蛋白质变性程度不一，进而影响鱿鱼复水品质特性，说明碱发法对鱿鱼复水有促进作用。研究表明，复配磷酸盐可以通过改变蛋白质电荷的电势来提高鱿鱼肉体系的离子强度，使得电荷间相互排斥，肉组织包容更多水分，从而达到保水的目的［8］。本试验以碱发法为基础，经过预试验将质量分数0.4%纯碱与质量分数0%～0.7%复配磷酸盐（六偏磷酸钠∶三聚磷酸钠为1∶1）复配成复水液，对鱿鱼鲞进行复水试验，结果表明，当复配磷酸盐质量分数为0.5%时复水效果最佳。

食品复水动力学模型可以分为理论模型和经验模型［21］。Fick 模型是常见的理论模型，可以描述复水过程中水分的动态变化。而经验模型主要有Peleg模型、Weibull 模型等，相较于理论模型，经验模型虽然不能描述复水时水分变化过程，但因其涉及参数少、在实际运用中便于计算，而被广泛接受［24］。本试验分别采用Fick 模型、Peleg 模型和Weibull 模型对鱿鱼鲞复水过程进行模型拟合，由R2和RMSE 判断拟合度最好的模型为Peleg模型。根据复配磷酸盐质量分数与参数K1、K2的关系，求出鱿鱼鲞的复水动力学模型方程：Mt=M0+t/［1.269-0.366X+（1.969-0.573X）t］，通过验证所得模型准确度可知，实测值与预测值较接近，说明所得模型具有预测鱿鱼鲞复水过程中水分变化的作用。

4 结论

在同一碱浓度下，添加不同质量分数的复配磷酸盐对鱿鱼鲞复水后的品质特性有重要影响。随着添加复配磷酸盐质量分数的增加，鱿鱼鲞的复水比呈上升趋势；在食用品质方面，鱿鱼鲞复水后的硬度、胶着性、咀嚼性和内聚性整体显著降低，而弹性变化不显著，感官品质呈先变好后变坏的趋势，说明适量复配磷酸盐能改善鱿鱼鲞复水后的品质；鱿鱼鲞样品的a*值和b*值总体均呈上升趋势，pH 值、L*和ΔE值则随复配磷酸盐质量分数的增加而略有下降。鱿鱼鲞的水分吸收曲线符合经典物质吸水曲线，复水动力学模型方程为Mt=M0+t/［1.269-0.366X+（1.969-0.573X）t］。通过验证模型准确度可知，所得预测值和实测值吻合度较高，可以用于预测鱿鱼鲞复水时的水分变化情况。