南美白对虾（Penaeus vannamei）又名为凡纳滨对虾，是目前养殖产量最高的虾品种之一。目前，对虾产品以冷冻产品为主，常利用低温贮藏保鲜技术延长对虾产品货架期，但冷冻通常能耗高，且长时间冷冻会导致对虾品质劣变。干燥可将物料中的水分含量降低到足够低的水平，以防止微生物生长，并减缓可能会引起食品变质的酶促反应和其他生物反应。目前，常用于水产品的干燥方式主要有热风干燥（HAD）、真空冷冻干燥（VFD）和热泵干燥等。中短波红外干燥（MSWID）是一种能直接穿透物料，通过分子振动将辐射能转化为热能的红外辐射干燥技术。其辐射波长为0.75～4.00 μm，与水的吸收波长（2.7～3.3 μm）相匹配，可以引起物料中水分子的剧烈振动，加速物料内部水分迁移，以此来实现物料的快速干燥。
渤海大学食品科学与工程学院的林雅文、刘佳晨、李学鹏*等人以南美白对虾为研究对象，利用MSWID和HAD技术探讨研究不同干燥方法对南美白对虾干燥特性、理化特性和微观结构的影响，以期为南美白对虾干燥技术的应用提供理论依照和技术支持。
依据GB 5009.3-2016测得南美白对虾初始水分含量为（2.82±0.04）g/g，熟化后南美白对虾水分含量为（2.14±0.04）g/g。如图1所示，随着干燥时间的延长，南美白对虾水分含量呈现降低的趋势。随着温度的升高（50、60、70 ℃），南美白对虾的干燥时间缩短（HAD时间分别为16、14、12 h；MSWID时间分别为15、13、10 h）；相同干燥温度下，相比于HAD，MSWID时间分别缩短了6.25%、7.14%和16.67%。南美白对虾的干燥过程为降速干燥，在干燥初期，南美白对虾表面的自由水含量较高，随着干燥的进行，自由水逐渐蒸发，温度越高，自由水蒸发的速率越快。干燥后期，由于结合水与细胞壁和毛细管壁的结合能力较强，不易燥除去，水分含量降低速度缓慢，脱水能力减慢。且干燥后期南美白对虾表面结壳，阻碍水分蒸发，所以干燥困难。相同干燥温度下红外射线穿透能力更强，物料内部产热更快，短时间可使内物料的温度梯度降低，水分迁移加速，而HAD仅能通过热效应带走物料表面的水分，因此MSWID的干燥效果明显强于HAD。
如表1所示，与熟化后南美白对虾相比，干燥后的南美白对虾L*值均明显降低，色泽变暗。在MSWID过程中，L*值随着干燥温度的升高逐渐升高；在HAD过程中，L*值随着干燥温度的升高而逐渐降低。在MSWID中随着温度的升高，b*值逐渐升高，这原因是随着干燥温度的升高，干燥时间缩短，虾青素发生降解的过程变短，发生异构化的虾青素减少，游离的虾青素含量升高，导致b*值升高。
如表2所示，干燥后南美白对虾的质构指标除弹性外均显著提升，是因为干燥使南美白对虾水分含量减少，蛋白质的网络结构被破坏，随着干燥温度的升高，干燥过程失水迅速，肌纤维发生皱缩，使南美白对虾硬度增大。干燥温度对弹性的影响较小（P＞0.05）。中短波红外辐射能量直接作用于南美白对虾内部，使其组织架构膨胀并产生微孔结构，从而使其硬度低于相同温度条件下的HAD对虾。
采用Pearson双尾检验对不同干燥方式处理下南美白对虾的色泽和质构特性进行相关性分析。如图2所示，不同干燥方式南美白对虾色泽和质构指标之间无显著相关性。由表1、2能够准确的看出，L*、b*值与硬度、胶着性、咀嚼性在MSWID组呈正相关，而在HAD组则呈负相关，说明不同干燥方式对色泽与质构的影响不同。这是因为不同干燥方式对虾体内的虾青素降解程度不同，导致其颜色变化也不同。干燥过程破坏南美白对虾的微观结构，因此导致肌肉硬度增加，硬度高的产品胶着性与咀嚼性也较高，而咀嚼性的适当增加有利于形成良好的口感。
在食品科学领域，磁共振成像（MRI）已经被证明是研究水分分布的有效方法。MRI图像不仅能展示南美白对虾的形态学特征，还能表征其体内水分含量。由图3可知，随着干燥的进行，虾干在两种干燥方式下MRI图像的亮度均逐渐降低，表明其内部的水分含量慢慢地减少。因为虾肉厚度不一，虾尾部的水分含量明显比腹部降低得快，后期水分信号的分布明显集中在腹部。在同一时间，同一干燥方式下，干燥温度越高，水分信号消失的越迅速，即干燥速率越快；在同一时间，MSWID组明显比HAD组水分信号消失更迅速，即干燥更快。干燥至7 h时MRI图像中水分信号逐渐消失，MRI的信号强度与样品的水分含量成正比。横截面中较亮区域的面积随着干燥时间的延长而持续减小，图像较亮区域从周边到中心均匀减小，表明在干燥过程中南美白对虾水分含量由外向内逐渐降低。由于中短波红外辐射能量可直接穿透至虾干内部，使内能转化为热能，内外同时作用，避免了因媒介产生的能量损失，所以MSWID组图像的水分子信号比HAD组更加均匀。
虾青素是一种抗氧化性极强的类胡萝卜素，为甲壳类动物中的主要色素。由图4可知，对比熟化后的样品，经干燥后的南美白对虾虾青素含量降低。两种干燥方式下虾青素均发生某些特定的程度的降解，且50、60 ℃干燥条件下的虾青素含量存在非常明显性差异，60、70 ℃干燥条件下的虾青素含量差异性不显著。随着温度的升高，其对虾青素的影响减小。虾青素受热极易发生降解，干燥温度和时间是影响热降解的两个重要的因素。相同条件下干燥后MSWID组比HAD组虾青素含量更低，可能是由于受辐射影响导致更多虾青素被降解。
如图5所示，温度对南美白对虾DPPH自由基清除率具有显著性影响。50、60、70 ℃下HAD组和MSWID组虾干的DPPH自由基清除率分别为56.8%、68.9%、64.8%和35.2%、36.5%、32.0%，同一温度下MSWID组虾干的DPPH自由基清除率明显低于HAD组，HAD处理组南美白对虾的抗氧化能力与虾青素含量的变化趋势类似，这是由于在干燥过程中虾青素易受温度、光照等因素的影响发生热降解，使其抗氧化能力发生相应变化。而MSWID处理组南美白对虾的抗氧化能力与虾青素含量的变化趋势相反，这可能是由于红外辐射的干燥过程中虾青素产生异构化，其生成的顺式异构体的抗氧化能力比全反式异构体高，导致抗氧化能力与虾青素含量的变化趋势相反。
如图6所示，不同干燥条件下南美白对虾肌肉的微观结构图像有明显差异。熟化后南美白对虾肌纤维排列整齐紧密，结构完整，肌肉纹理清晰，表面十分光滑紧密；干燥后虾干的肌纤维失去了完整性，肌纤维结构出现断裂、收缩，肌纤维间的空隙变大，整体空间结构不再致密。比较两种干燥方式下南美白对虾的微观结构不难发现，在同一温度下，MSWID组虾干的微观结构没有HAD组紧密，且随着温度的升高，两种干燥方式下虾干肌纤维变形、断裂和坍塌的现象均更严重。MSWID组虾干肌纤维组织架构疏松，具有均匀的多孔结构，而HAD组沟壑更严重。这是因为随着干燥温度的升高，南美白对虾细胞的组织架构被破坏，导致细胞坍塌。MSWID内外热能共同干燥，干燥初期水分扩散速率远小于干燥速率，随着温度的升高以及水分的快速蒸发，细小通道逐渐变大，蛋白质结构被破坏，形成多孔结构。相比于MSWID，HAD尽管也会出现细小的空洞，但水分迁移速率较慢，故产生的沟壑通道较小，干燥耗时较长。
由图7可知，熟化南美白对虾经干燥后蛋白质α-螺旋的相对含量升高，β-折叠的相对含量减少，β-转角和无规卷曲的相对含量基本不变，其中MSWID-70 ℃和HAD-70 ℃南美白对虾蛋白质二级结构相对含量与熟化南美白对虾基本一致。随着MSWID和HAD温度上升，南美白对虾α-螺旋的相对含量呈先升高后降低的趋势，β-折叠的相对含量呈先降低后升高的趋势。干燥后α-螺旋相对含量的增加可能是因为干燥处理使得分子内氢键作用增强，导致蛋白质分子排列更加有序。比较两种干燥方式对南美白对虾蛋白质二级结构的影响，发现MSWID对蛋白质二级结构的影响小于HAD，其α-螺旋和β-折叠相对含量的变化量比较小，可能是由于MSWID时间短于HAD，分子间氢键增强作用有限。
本实验研究了MSWID和HAD对南美白对虾干燥特性、色泽、质地、水分分布、虾青素含量、抗氧化能力、蛋白质二级结构和微观结构的影响。发现随着干燥的进行，南美白对虾水分含量及干燥速率逐渐降低。由于HAD时间长，其干燥后南美白对虾硬度更高且色泽较MSWID组更暗。通过MRI图像可知，随着干燥的进行，南美白对虾的水分信号从表面到内部区域逐渐减小直至消失，同一温度下，MSWID比HAD组水分信号消失更快。干燥使虾干的微观结构发生变化，虾体皱缩，MSWID组虾干肌纤维组织架构疏松，具有均匀的多孔结构，而HAD组沟壑更严重，MSWID的多孔结构增强了水分的迁移速率，加快了干燥进程。相比于HAD，MSWID组南美白对虾蛋白质二级结构中的α-螺旋和β-折叠相对含量的变化较小，虾青素降解较多。
综上所述，两种方式比较而言，MSWID的干燥速率较快，干燥品质较好，能更好地对南美白对虾进行干燥。MSWID作为一种新型干燥技术能提高南美白对虾的干制效率，但还需要从营养成分、风味成分和节能减排等多维度进行研究，进一步提升MSWID技术在南美白对虾干制中的应用价值。
本文《不同干燥方法对南美白对虾理化特性和微观结构的影响》来源于《食品科学》2023年44卷17期225-234页. 作者：林雅文，刘佳晨，李艾靑，高月，励建荣，李学鹏. DOI:10.7506/spkx1019-189. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
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