李雙，趙赟，陳志周，孫劍鋒，劉亞瓊，莊夢(mèng)晴，牟建樓*

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，河北 保定 071000；2.邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品與生物工程系，河北 邯鄲 056000)

香菇是食藥兩用菌，有“山珍”的美譽(yù)，在中國(guó)的產(chǎn)量居世界前列[1]。香菇營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高，氨基酸種類齊全，并且鮮味氨基酸含量占氨基酸總量的40%以上[2]，此外，香菇精、香菇醇等芳香物質(zhì)賦予香菇獨(dú)特的風(fēng)味，其還富含香菇多糖等活性成分[3]。鮮香菇質(zhì)地細(xì)嫩，水分含量多，容易產(chǎn)生開傘、菌褶褐變、菇體萎縮等，不利于長(zhǎng)期保存[4]。因此，對(duì)香菇進(jìn)行干制，延長(zhǎng)其貯藏期非常重要，目前市場(chǎng)所見香菇干制品為烘干或者自然晾干的香菇。

噴霧干燥是將原料液分散成霧滴，并與熱空氣接觸，進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)獲得粉狀產(chǎn)品的一種加工過程[5]。噴霧干燥過程物料受熱時(shí)間短、料溫低，物料的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味能得到較好的保留，得到的產(chǎn)品粒度小而均勻，分散性和溶解性較好[6-8]。

噴霧干燥已經(jīng)廣泛應(yīng)用于奶粉加工，目前已有關(guān)于噴霧干燥制備谷物、果蔬粉以及調(diào)味品等的報(bào)道[9-15], 但對(duì)于噴霧干燥香菇粉的報(bào)道較少，因而本研究以干香菇為原料，研究噴霧干燥工藝條件對(duì)集粉率、香菇粉持水力和持油率的影響，優(yōu)化噴霧干燥參數(shù)，為噴霧干燥法制備香菇粉提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

干香菇：購(gòu)于保定市超市；麥芽糊精：食用級(jí)，市售。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及器材

SD-1000噴霧干燥機(jī) 日本東京理化株式會(huì)社；PAL-α手持式數(shù)字折光儀 日本ATAGO；不銹鋼立式膠體磨 廣州晉豐輕工機(jī)械設(shè)備有限公司；Neofuge15R高速冷凍離心機(jī) 上海力申科學(xué)儀器有限公司。

1.3 工藝流程

原料→除去菌柄→清洗→浸泡→水煮→切丁→打漿→過濾→磨漿→添加麥芽糊精→噴霧干燥→香菇粉。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別研究進(jìn)風(fēng)溫度(160，170，180，190，200 ℃)、輸液泵轉(zhuǎn)速(45，50，55，60，65 r/min)、熱空氣流量(0.08，0.13，0.18，0.23，0.28 m3/min)、麥芽糊精添加量(30%、40%、50%、60%、70%、按照香菇漿液可溶性固形物計(jì)算)對(duì)噴霧干燥出粉率的影響。以出粉率為指標(biāo)，試驗(yàn)重復(fù)3次，互為對(duì)照。

1.4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇進(jìn)風(fēng)溫度、熱空氣流量、輸液泵轉(zhuǎn)速、麥芽糊精添加量進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，以出粉率、持水力、持油力作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。正交試驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal test factors and levels

1.5 試驗(yàn)結(jié)果測(cè)定方法

1.5.1 出粉率

出粉率(%)=(收集的香菇粉重量/漿料中可溶性固形物含量)×100。

1.5.2 持水力和持油力

參照楊德等的方法進(jìn)行測(cè)定[16]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)香菇出粉率的影響

進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)香菇出粉率的影響見圖1。

圖1 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)香菇出粉率的影響Fig.1 Effect of inlet air temperature on the powder extraction rate of Lentinus edodes

由圖1可知，香菇粉的出粉率隨著溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，差異顯著性水平=0.004(p<0.01)，表明進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)香菇出粉率影響極顯著，確定進(jìn)風(fēng)的適宜溫度為190 ℃。

在160，170 ℃時(shí)，溫度較低，漿料在干燥機(jī)內(nèi)沒有進(jìn)行充分干燥，導(dǎo)致香菇粉粘壁嚴(yán)重，從而使噴霧干燥得到的香菇粉較少。隨著溫度的升高，漿料在干燥機(jī)內(nèi)逐漸充分干燥，從而使得出粉率升高。在溫度為190 ℃時(shí)，出粉率最高；高于190 ℃后，漿料表層的水分蒸發(fā)很快，在表面形成硬殼，從而阻截了漿料內(nèi)部水分的蒸發(fā)和擴(kuò)散，從而使得內(nèi)部的水分含量增加，內(nèi)部壓力也會(huì)增大，導(dǎo)致粉粒裂開，水分向外擴(kuò)散，使得粉粒變潮，粉粒遇到干燥機(jī)的內(nèi)壁會(huì)粘附在上面，形成粘壁現(xiàn)象，由于溫度再次升高，粘附在干燥機(jī)內(nèi)壁的粉粒甚至?xí)霈F(xiàn)焦糊現(xiàn)象，導(dǎo)致出粉率降低。

2.1.2 輸液泵轉(zhuǎn)速對(duì)香菇出粉率的影響

輸液泵轉(zhuǎn)速對(duì)香菇出粉率的影響見圖2。

圖2 輸液泵轉(zhuǎn)速對(duì)香菇出粉率的影響Fig.2 Effect of infusion pump rotating speed on the powder extraction rate of Lentinus edodes

由圖2可知，香菇粉的出粉率隨著輸液泵轉(zhuǎn)速的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，差異顯著性水平顯著性=0.007(p<0.01)，表明輸液泵轉(zhuǎn)速對(duì)香菇出粉率影響極顯著，確定輸液泵的適宜轉(zhuǎn)速為55 r/min。

輸液泵轉(zhuǎn)速較低時(shí)，進(jìn)入噴霧干燥機(jī)的漿料速度較小。在輸液泵轉(zhuǎn)速為55 r/min時(shí)，出粉率最高。隨著輸液泵轉(zhuǎn)速的增加，即進(jìn)料流量增加，料液被霧化的霧滴的體積增大，然而噴霧干燥機(jī)供應(yīng)的熱量一定，有很多霧滴沒有被完全干燥，水分蒸發(fā)也不完全。嚴(yán)重時(shí)漿料不能形成霧滴，水分只有一小部分被蒸發(fā)，漿液直接被“吹”至壁的表面，從而出現(xiàn)粘壁的現(xiàn)象。另外，進(jìn)料流量的增加會(huì)引起霧滴的變大，噴霧干燥所需的時(shí)越多，粘壁現(xiàn)象更容易發(fā)生。以上兩個(gè)方面對(duì)于出粉率下降有很大的影響。

2.1.3 熱空氣流量對(duì)香菇出粉率的影響

熱空氣流量對(duì)香菇出粉率的影響見圖3。

圖3 熱空氣流量對(duì)香菇出粉率的影響Fig.3 Effect of hot air flow on the powder extraction rate of Lentinus edodes

由圖3可知，香菇粉的出粉率隨著熱空氣流量的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，差異顯著性水平顯著性=0.002(p<0.01)，表明熱空氣流量對(duì)香菇出粉率影響極顯著，確定熱空氣的適宜流量為0.18 m3/min。

當(dāng)熱空氣流量為0.08 m3/min時(shí)，霧滴形成不充分，嚴(yán)重時(shí)有粘壁的現(xiàn)象，導(dǎo)致出粉率較低。當(dāng)熱空氣流量逐漸增加時(shí)，漿料逐漸能夠充分形成霧滴，粘壁情況有所減輕。當(dāng)熱空氣流量為0.18 m3/min時(shí)，出粉率最高。當(dāng)進(jìn)風(fēng)量太高時(shí)，液滴可能隨著熱空氣粘附在干燥機(jī)壁上，隨尾氣流出的香菇粉增多，從而使得產(chǎn)品的出粉率顯著減小。

2.1.4 麥芽糊精添加量對(duì)香菇出粉率的影響

麥芽糊精添加量對(duì)香菇出粉率的影響見圖4。

圖4 麥芽糊精添加量對(duì)香菇出粉率的影響Fig.4 Effect of the additive amount of maltodextrin on the powder extraction rate of Lentinus edodes

由圖4可知，香菇粉的出粉率隨著麥芽糊精添加量的升高而呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析，差異顯著性水平顯著性=0.003(p<0.01)，表明麥芽糊精的添加量對(duì)香菇出粉率影響極顯著，并且通過SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，麥芽糊精的添加量在50%、60%、70%時(shí)，出粉率的差異不顯著。麥芽糊精是噴霧干燥中常用的，麥芽糊精的添加能夠降低物料的粘壁現(xiàn)象，從而提高出粉率。但是隨著麥芽糊精添加量的增多，噴霧干燥香菇粉中香菇成分所占比例會(huì)降低，香菇粉的顏色也隨之變淺。綜合考慮以上兩個(gè)方面，確定麥芽糊精的適宜添加量為50%。

2.2 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

香菇粉噴霧干燥正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果見表2～表4，正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果見表5。

2.2.1 極差分析

2.2.1.1 噴霧干燥條件對(duì)出粉率的影響

表2 香菇粉噴霧干燥正交試驗(yàn)出粉率結(jié)果表Table 2 Powder extraction rate results of orthogonal test for Lentinus edodes powder spray drying

由表2可知，進(jìn)風(fēng)溫度、輸液泵轉(zhuǎn)速、熱空氣流量、麥芽糊精添加量對(duì)出粉率的影響大小不同，依次為C>A>D>B，即熱空氣流量>進(jìn)風(fēng)溫度>麥芽糊精添加量>輸液泵轉(zhuǎn)速，出粉率較高的工藝參數(shù)為A2B2C3D1，即進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃、輸液泵轉(zhuǎn)速55 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精的添加量40%。

2.2.1.2 噴霧干燥條件對(duì)持水力的影響

表3 香菇粉噴霧干燥正交試驗(yàn)持水力結(jié)果表Table 3 Water-holding capacity results of orthogonal test for Lentinus edodes powder spray drying

續(xù) 表

由表3可知，進(jìn)風(fēng)溫度、輸液泵轉(zhuǎn)速、熱空氣流量、麥芽糊精添加量對(duì)持水力的影響大小不同，依次為A>B>C>D，即進(jìn)風(fēng)溫度>輸液泵轉(zhuǎn)速>熱空氣流量>麥芽糊精添加量，出粉率較高的工藝參數(shù)為A3B3C3D2，即進(jìn)風(fēng)溫度200 ℃、輸液泵轉(zhuǎn)速60 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精添加量50%。

2.2.1.3 噴霧干燥條件對(duì)持油力的影響

表4 香菇粉噴霧干燥正交試驗(yàn)持油力結(jié)果表Table 4 Oil holding capacity results of orthogonal test for Lentinus edodes powder spray drying

由表4可知，進(jìn)風(fēng)溫度、輸液泵轉(zhuǎn)速、熱空氣流量、麥芽糊精添加量對(duì)持油力的影響大小不同，依次為A>D>C>B，即進(jìn)風(fēng)溫度>麥芽糊精添加量>熱空氣流量>輸液泵轉(zhuǎn)速，出粉率較高的工藝參數(shù)為A2B1C3D2，即進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃、輸液泵轉(zhuǎn)速50 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精添加量50%。

2.2.2 方差分析

表5 正交試驗(yàn)方差分析表Table 5 Variance analysis of orthogonal test

由表5可知，進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)出粉率、持水力、持油力影響均極顯著。對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度而言，出粉率最高時(shí)為190 ℃，持水力最高時(shí)為200 ℃，持油力最高時(shí)為190 ℃，若3個(gè)指標(biāo)統(tǒng)一選擇190 ℃，則持水力減少7.04%。若3個(gè)指標(biāo)統(tǒng)一選擇200 ℃，則出粉率減少7.06%，持油力減少7.21%?？紤]生產(chǎn)成本，最終選擇最適宜進(jìn)風(fēng)溫度為190 ℃。

輸液泵轉(zhuǎn)速對(duì)出粉率的影響不顯著，對(duì)持水力、持油力的影響均極顯著。對(duì)輸液泵轉(zhuǎn)速而言，出粉率最高時(shí)為50 r/min，持水力最高時(shí)為55 r/min，持油力最高時(shí)為45 r/min，由SPSS軟件分析，B2、B3條件下持水力無(wú)顯著差異，B2、B1條件下持油力無(wú)顯著差異，考慮生產(chǎn)成本，最終選擇最適宜輸液泵轉(zhuǎn)速為50 r/min。

熱空氣流量對(duì)出粉率、持水力、持油力的影響均極顯著。對(duì)熱空氣流量而言，出粉率、持水力、持油力最高時(shí)均為0.23 m3/min，最終選擇最適宜熱空氣流量為0.23 m3/min。

麥芽糊精的添加量對(duì)出粉率、持水力和持油力的影響均極顯著。對(duì)麥芽糊精的添加量而言，出粉率最高時(shí)為40%，持水力最高時(shí)為50%，持油力最高時(shí)為50%，由SPSS軟件分析，D1、D2條件下出粉率無(wú)顯著差異。若3個(gè)指標(biāo)統(tǒng)一選擇添加量40%，則持水力減少2.14%，持油力減少7.56%。若3個(gè)指標(biāo)統(tǒng)一選擇添加量50%，則出粉率減少0.73%。綜合考慮，最終選擇最適宜麥芽糊精的添加量為50%。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

綜合極差分析和方差分析，最優(yōu)工藝參數(shù)為A2B2C3D2，即進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃、輸液泵轉(zhuǎn)速55 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精添加量50%時(shí)。以此參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到的出粉率為37.65%，持水力為232.83 g/100 g，持油力為189.58 g/100 g。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均優(yōu)于正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)以及正交試驗(yàn)，基本確定了香菇粉加工工藝參數(shù)的最優(yōu)組合，對(duì)食品加工過程具有一定的參考作用。根據(jù)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)結(jié)果顯示：對(duì)出粉率、持水力、持油力3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)而言，綜合考慮，當(dāng)工藝參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃、輸液泵轉(zhuǎn)速55 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精的添加量為50%時(shí)，香菇粉的綜合品質(zhì)均為最優(yōu)。