盐焗鸡微波干燥特性及数学模型

李秋庭，吴建文

（广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004）

摘 要：为了探讨盐焗鸡微波干燥过程中水分变化规律，通过测定盐焗鸡在不同微波功率条件下的干燥水分比（moisture ratio，MR）和温度变化，并与国内外常用的10种干燥数学模型进行拟合，结合模型的相关系数（R2）、均方根误差（root mean square error，RMSE）以及卡方（χ2）对模型拟合优劣进行评判，从而确定出最佳的干燥模型。结果表明：Wang and Singh模型能够很好地反映盐焗鸡的微波干燥规律。

关键词：微波干燥；干燥特性；盐焗鸡；干燥模型

Characteristics and Mathematical Model of Microwave Drying for Salt-Baked Chicken

LI Qiu-ting, WU Jian-wen

(College of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)

Abstract: This study aimed to explore the moisture changing patterns of salt-baked chicken during microwave drying. The variations in moisture ratio (MR) and temperature with microwave power.were measured and 10 different mathematical models were used to describe the changing patterns of MR. The optimum model was chosen based on correlation coefficient (R2), root mean square error (RMSE) and chi-square (χ2). The results showed that Wang and Singh model was superior to the others in describing the microwave drying curves of salt-baked chicken.

Key words: microwave drying; drying characteristics; salt baked chicken; dry model

中图分类号：TS251.61 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）11-0058-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201411012

盐焗鸡是源自广东东江地区的一种传统美食。古法制作的盐焗鸡在盐与温度的共同作用下变得皮爽、肉滑、骨香，肉质较为干爽。而经过后人改良过的水焗法和汽焗法[1-2]，
虽然都保留了盐焗鸡固有的滋味，却因水分含量都比传统制法高，而造成口感略为不同。传统的热风干燥方式，物料的受热方式为由外到内，对于盐焗鸡这种大物料而言，表皮受热后容易硬化，增大内部水分传递的阻力，干燥效果与质量不太理想。对于微波干燥而言，就不必担心由于物料表面过热而造成内外干燥不均匀。物料进行微波干燥的过程中，微波能够穿透到物料的内部，推动其极化水分子的剧烈运动，引起分子的相互碰撞和摩擦，由内部产生热量，内部的水分会迅速以蒸汽的形式迁移到物料表面，造成表面温度比内部温度低[3-5]。微波具有干燥速度快、产品品质良好且节能环保等优点[6]，被广泛运用于工业化生产中。汪磊等[7]利用微波干燥对牛肉的传统干燥进行优化，在改善产品品质的同时缩短了干燥时间。本实验采用微波对盐焗鸡进行干燥，研究其微波干燥特性，通过建立干燥数学模型，探究盐焗鸡干燥加工过程的水分变化，为今后的工业生产提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

巨东茴香鸡（净鸡1～1.2 kg） 广西巨东种养集团有限公司；卤水配比：15 g盐焗鸡粉、200 g食盐、50 g冰糖、5 g沙姜、7.5 L水、30 g鸡膏。盐焗鸡粉和鸡膏购于南宁市味典生物科技有限公司；其他配料购于南宁市华联超市。

1.2 仪器与设备

BCD-206KTMJ型海尔冰箱 海尔集团股份有限公司；G80F20CN2L-B8(R0)型微波炉 广东格兰仕集团有限公司；AZ8852型热电偶电子温度计 衡欣科技股份有限公司；CP64C型分析天平 奥豪斯仪器有限公司。

1.3 方法

制作工序为：活鸡→宰杀→放血→烫毛→开膛→清除内脏→清洗→腌制→焗制→沥干→干燥

腌制：将食盐（净鸡质量的2.5%）均匀涂抹于鸡身，然后将腌好的鸡置于4 ℃冰箱中腌制10 h。焗制：将清理干净的鸡置于烧开的卤水中焗20 min即可。将沥干的盐焗鸡整鸡放入微波炉内，分别选用480、560、640 W进行干燥，每3 min测一次水分含量。最后将盐焗鸡的干燥曲线和已有的干燥数学模型进行拟合，找出拟合度最佳的匹配模型并建立模型方程。

1.3.1 指标的测定

1.3.1.1 含水率的测定

1）湿基含水率

根据GB/T 9695.15—2008 《肉与肉制品 水分含量测定》[8]计算，公式如下：

（1）

2）干基含水率

（2）

式中：W1、W2、W分别表示鸡腿肉、鸡胸肉、整鸡的湿基含水率/%；m1、m2则分别表示鸡腿肉和鸡胸肉的湿基质量/g；M表示整鸡的干基含水率/%。

1.3.1.2 干燥速率[9]

（3）

式中：Vi为i时刻样品的干燥速率/（g/（g•h））；Mi为i时刻物料的干基含水率/%；Mt为t时刻物料的干基含水率/%；t－i为i至t的干燥时间差/h。

1.3.1.3 水分比（MR）的测定

MR表示在一定干燥条件下样品中剩余的水分率，其可以用来反映物料干燥速率的快慢[10]。

（4）

式中：Mt为t时刻样品的干基含水率/%；Me为样品干燥达到平衡时的干基含水率/%；Mo为样品初始的干基含水率/%。相对于Mt和Mo，Me非常小，因此，MR可以简化为[11]：

（5）

1.3.1.4 温度的测定

将热电偶温度计探头刺入鸡腿内部，每1min记录一次温度。

1.3.2 干燥模型的拟合

物料的干燥是一个热量传递和质量传递的复杂过程。为了探究各种物料的干燥特性，国内外诸多学者通过大量实验总结出许多半理论、理论和经验模型，这些模型在肉制品中的应用较为少见，本实验选用了较为常用的10种干燥模型（表1）进行拟合对比，建立盐焗鸡微波干燥的数学模型。

表 1 选用的常用干燥数学模型

Table 1 Selected mathematical models

注：a、b、c、n为干燥系数；k、k0、k1、g、h为干燥常数；t为干燥时间/min。

相关系数（R2）、均方根误差（RMSE）以及卡方（χ2）作为判断干燥数学模型拟合优劣的重要依据，R2越大，RMSE和χ2越小，表明干燥模型拟合越好[18-19]。

（6）

（7）

（8）

式中：MRexp,i表示第i次测量的水分比的实验值，MRpre,i表示第i次测量的水分比的模型预测值；N表示实验观测次数；n表示干燥数学模型中常数项的个数。

1.4 数据分析方法

采用Matlab7.0、Origin8.0和SPSS19.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 盐焗鸡微波干燥特性

2.1.1 不同微波功率干燥条件下盐焗鸡的湿基含水率

图 1 在不同微波功率干燥条件下盐焗鸡的湿基含水率曲线

Fig.1 Drying curves of salt-baked chicken at different microwave powers

由图1可知，盐焗鸡初始湿基含水率为70.3%，微波功率越大，曲线越陡，达到同一湿基含水率所需要的时间越短，微波功率的变化对盐焗鸡的湿基含水率的影响明显。

2.1.2 不同微波功率干燥条件下盐焗鸡的干燥速率

图 2 不同微波功率干燥条件下盐焗鸡干燥速率曲线

Fig.2 Drying rate curves of salt baked chicken at different microwave powers

由图2可知，盐焗鸡在480、560W和640W的微波功率干燥条件下，其干燥速率总体趋势是呈现不断上升。这是因为刚开始盐焗鸡处于初始预热阶段，在这个阶段盐焗鸡吸收的微波能主要使其本身的温度不断上升，而此时盐焗鸡的干燥量就相对较小，因此刚开始盐焗鸡的干燥速率也就不高；随着盐焗鸡的温度不断上升，微波能主要用于干燥，其内部的水分被逐步汽化，形成一个压力梯度，从而推动盐焗鸡内部水分的不断迁移，干燥速率也随之不断上升，同时这个阶段也是干燥的主要阶段[20]。560W和480W干燥条件下的干燥速率曲线的变化规律较为接近，并且与640W所对应的干燥速率曲线有着明显的差异。由于微波加热有别于传统加热，微波加热能在物料内部形成独特的内热源，并且水分的蒸发能够降低盐焗鸡表面的温度，其内部便先干燥，同时避免了传统干燥中出现的硬壳板结阻止内部水分的迁移[21]，所以，在微波干燥中，功率越高盐焗鸡所吸收的能量越多，干燥速率就越大。

2.1.3 不同微波功率干燥条件下盐焗鸡的温度变化

图 3 不同微波功率干燥条件下盐焗鸡的升温曲线

Fig.3 Temperature-rising curves of salt-baked chicken at different microwave powers

由图3可知，盐焗鸡在微波干燥过程中，主要有两个阶段，一个是持续升温阶段，另一个是趋于稳定的阶段。起初，盐焗鸡所吸收的微波能主要用于提升其自身的温度，少部分用于水分蒸发和迁移，所以就呈现出温度不断上升的阶段。随着干燥的不断进行，当盐焗鸡吸收的微波能与其内部水分汽化、迁移和逃逸所需的能量平衡时，盐焗鸡的温度便趋于稳定[22]。

2.2 干燥模型的拟合

图 4 不同微波功率干燥条件下盐焗鸡的水分比曲线

Fig.4 MR Curves of salt-baked chicken at different microwave powers

由图4可知，盐焗鸡分别在480、560、640W微波功率下进行干燥，其水分比的变化受微波功率的影响显著。随着干燥时间的延长，微波功率的提高使得盐焗鸡降到同一水分比的时间减少。

表 2 盐焗鸡在不同干燥条件下各干燥模型拟合数据

Table 2 Statistical results of 10 models under different drying conditions

由表2可知，在10 个干燥模型中，Wang and Singh模型所对应的R2值（0.999 4～0.999 9）最大。在相应微波功率干燥条件下，Wang and Singh模型所对应的RMSE和χ2的值与其余模型所对应的值相比是最小的。因此，Wang and Singh模型是描述盐焗鸡微波干燥过程最好的模型。

表 3 盐焗鸡在不同微波功率干燥条件下Wang and Singh模型的参数数据

Table 3 Statistical results of Wang and Singh model for salt-baked chicken and its coefficients under different drying conditions

由表3可知，干燥系数a值的大小跟微波功率p成反比，而b的值与微波功率无关而且数值波动很小。因此，将Wang and Singh模型中的a与微波功率进行回归分析。得出a=－0.000 04844p＋0.017 54。由于b值随功率的变化而变化不大，因此b取平均值－0.000 12。由此得出，盐焗鸡整鸡微波干燥拟合方程为：MR=1＋
（－0.000 048 44p＋0.017 54）t－0.000 12t2。

2.3 模型验证

图 5 不同微波功率条件下Wang and Singh模型预测值与实验值的比较

Fig.5 Experimental and predicted MR changes with drying times by the Wang and Singh model under different microwave powers

由图5可知，Wang and Singh模型的MR的实验值与预测值能够基本吻合，说明Wang and Singh模型能够比较正确的反应盐焗鸡微波干燥的规律，能够起到预测作用。

3 结 论

通过分析不同微波功率（480、560、640W）对盐焗鸡干燥特性的影响以及国内外10种常用的干燥模型对其拟合的情况得出如下结论：

微波功率对盐焗鸡微波干燥过程湿基含水率影响很大，达到相同的湿基含水率，功率越高所需的时间越少；盐焗鸡在微波干燥过程中，湿基含水率从70.3%降至58%的过程中，干燥速率总体呈现不断上升的趋势；微波功率越大，盐焗鸡的温度上升越快，在微波480、560、640W干燥条件下，盐焗鸡的温度最终都维持在98℃保持不变。通过对10种常用的干燥数学模型进行拟合比较，Wang and Singh模型能够较好地反映盐焗鸡在微波干燥过程中水分变化规律，其数学模型为：MR=1＋（－0.000 048 44p＋0.017 54）t－0.000 12t2（MR为水分比；p为功率/W；t为干燥时间/min）。

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