戈永慧,張 慧,彭 菁,屠 康
(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江蘇南京 210095)
香菇(Lentinusedodes)是一種食藥同源的食用菌,它不僅富含氨基酸、礦物質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分,還含有香菇多糖、香菇嘌呤等多種生理活性物質(zhì),具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效[1-4]。新鮮香菇呼吸作用強(qiáng)且含水量高,儲(chǔ)藏保鮮的難度大,需要及時(shí)進(jìn)行加工處理[5],常用的加工方法有干制、罐藏、發(fā)酵等,其中干制是增強(qiáng)香菇儲(chǔ)藏特性的主要方法之一。干香菇可以有效保持香菇的品質(zhì),延長(zhǎng)貨架期[6-7]。
燙漂是果蔬干燥前的關(guān)鍵預(yù)處理工藝,熱蒸汽燙漂是一種常用的燙漂技術(shù),它可以有效地鈍化多酚氧化酶的活性,減少果蔬表面上微生物的總量,在軟化組織、穩(wěn)定色澤、改善品質(zhì)等方面具有一定作用。嚴(yán)啟梅[8]認(rèn)為適度的熱蒸汽燙漂有利于杏鮑菇含水率的降低和干制品色澤、硬度的提高,當(dāng)燙漂時(shí)間為90 s時(shí),可以鈍化POD酶活,有利于更好地保持干制品品質(zhì)。Galoburda等[9]研究了燙漂溫度對(duì)微波真空干燥蘑菇品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)70~90 ℃可以得到更好的干燥特性和復(fù)水性的產(chǎn)品。因此,在干燥前進(jìn)行熱蒸汽燙漂對(duì)香菇的快速干燥和保持品質(zhì)具有重要作用[8]。
目前有多種干燥技術(shù)應(yīng)用于香菇中,如熱風(fēng)干燥、微波干燥、冷凍干燥和低溫真空油炸干燥等[7],其中每種干燥方法都有其優(yōu)點(diǎn)及局限性。熱風(fēng)干燥是目前最常用的干燥技術(shù)之一,其操作簡(jiǎn)單成本低,但干燥時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)較差,無(wú)法滿足消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)脫水產(chǎn)品的需求[10-13]。微波干燥具有耗時(shí)短、效率高等優(yōu)點(diǎn),但存在受熱不均勻和成本高的問(wèn)題[14-15]。因此,為了改進(jìn)傳統(tǒng)的干燥方法,獲得更高品質(zhì)的產(chǎn)品,由兩種或多種干燥方法組合的干燥技術(shù)可能取得良好的效果[16-18]。
熱風(fēng)間歇微波耦合干燥(Hot Air-Intermittent Microwave Combined Drying,AD&IM)是以熱風(fēng)和微波干燥為基礎(chǔ)發(fā)展的新型組合干燥技術(shù),通過(guò)間歇性施加微波,可以減少能量消耗和改善產(chǎn)品品質(zhì);在整個(gè)過(guò)程中輔以熱風(fēng)干燥,可以對(duì)物料同時(shí)內(nèi)外加熱,顯著提高效率,節(jié)約時(shí)間與成本[19-25]。李維新等[26]采用微波熱風(fēng)耦合對(duì)糖姜進(jìn)行干燥,發(fā)現(xiàn)最適的微波加熱和間歇時(shí)間分別為30、90 s,并且微波加熱時(shí)間越長(zhǎng),糖姜干燥速率越大,干燥時(shí)間越短。彭郁等[27]認(rèn)為高間歇比(ton/toff,5 s/20 s)干燥的白蘿卜樣品的內(nèi)部溫差最小,并且顏色最好。Dehghannya等[28]對(duì)木瓜進(jìn)行低溫?zé)犸L(fēng)間歇微波干燥,發(fā)現(xiàn)通過(guò)增加微波功率和間歇比,樣品的收縮率、體積密度降低,在功率為900 W和間歇比為4的條件下能量消耗最低。
近年來(lái),組合干燥在果蔬脫水加工的研究中取得了廣泛的應(yīng)用,但目前關(guān)于使用熱風(fēng)間歇微波耦合干燥香菇的報(bào)告較少[22]。本文采用AD&IM干燥香菇,通過(guò)探究預(yù)處理時(shí)間對(duì)香菇熱風(fēng)干燥特性及色澤的影響;改變微波間歇施加的時(shí)間,探究不同間歇比對(duì)香菇干燥特性、能耗及干品品質(zhì)的影響,獲得干燥耗時(shí)短且品質(zhì)好的干香菇產(chǎn)品和AD&IM的最佳干燥工藝參數(shù),以期為香菇的熱風(fēng)間歇微波耦合干燥的應(yīng)用提供參考和依據(jù)。
新鮮香菇 南京衛(wèi)崗菜場(chǎng);無(wú)水乙醇、苯酚、濃硫酸 分析純,南京壽德生物科技有限公司。
熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥箱 由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工實(shí)驗(yàn)室改裝而成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括微波爐箱體、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。PLC控制器用于調(diào)控加熱器溫度和鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)速,達(dá)到控溫的目的。該設(shè)備可將微波和熱風(fēng)同時(shí)作用于物料,微波功率在0~1000 W內(nèi)連續(xù)可調(diào),熱風(fēng)溫度在0~200 ℃內(nèi)可控,風(fēng)速在0.5~3.0 m/s可調(diào),可實(shí)時(shí)監(jiān)控微波爐箱體內(nèi)的溫度、快速干燥和自動(dòng)稱(chēng)重;CR-13型色差計(jì) 日本柯尼卡美能達(dá)公司;UV-1800型紫外分光光度計(jì) 日本島津公司;PY-G8型功率計(jì)費(fèi)器 紹興上虞品益電器有限公司;游標(biāo)卡尺、電子秒表、刀具等 國(guó)產(chǎn)儀器。
圖1 熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Hot air microwave combined drying box structure diagram注:1:爐門(mén);2:微波爐箱體;3:出風(fēng)口;4:稱(chēng)重傳感器; 5:光纖;6:載物托盤(pán);7:風(fēng)速傳感器;8:輸氣管道; 9:PLC控制器;10:腳支架;11:熱風(fēng)箱體;12:加熱器; 13:電機(jī);14:鼓風(fēng)機(jī);15:溫度傳感器;16:進(jìn)風(fēng)口。
1.2.1 熱蒸汽燙漂預(yù)處理試驗(yàn)設(shè)計(jì) 取大小均勻(半徑2.5 cm左右)、菇體完整的新鮮香菇,剪去香菇柄,清洗后瀝干水分。將樣品切片(厚度約為1.0 cm)待用。分別取100 g大小相似的香菇片,置于熱蒸汽鍋中進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)(0、60、120、180、240 s)的熱蒸汽處理,燙漂溫度為95 ℃。預(yù)處理完成后拭去香菇片表面水分,稱(chēng)重后迅速轉(zhuǎn)移至熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥箱中進(jìn)行熱風(fēng)干燥,設(shè)定熱風(fēng)溫度60 ℃,風(fēng)速1.0 m/s,每隔10 min記錄一次樣品質(zhì)量,依據(jù)《GB7096-2014,食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食用菌及其制品》,當(dāng)干基含水率≤0.149 g/g時(shí)(濕基含水率≤0.13 g/g),達(dá)到干燥終點(diǎn)。根據(jù)干燥時(shí)間和色差選擇最優(yōu)的預(yù)處理方式。
1.2.2 熱風(fēng)微波耦合干燥試驗(yàn)設(shè)計(jì) 稱(chēng)取100 g香菇片置于熱蒸汽鍋中燙漂180 s后進(jìn)行熱風(fēng)間歇微波耦合干燥,設(shè)定熱風(fēng)溫度60 ℃,風(fēng)速1.0 m/s,微波功率密度為3 W/g[29],調(diào)整微波干燥的間歇比,微波開(kāi)啟的時(shí)間均為1 min,間歇比分別為2(1 min∶1 min,ton∶toff),3(1 min∶2 min,ton∶toff),4(1 min∶3 min,ton∶toff),5(1 min∶4 min,ton∶toff),6(1 min∶5 min,ton∶toff)[29],在整個(gè)干燥過(guò)程輔以60 ℃熱風(fēng),每隔8~12 min記錄一次質(zhì)量直至達(dá)到干燥終點(diǎn)。
1.2.3 間歇比的計(jì)算 對(duì)于AD&IM 其間歇比(Pulse Ratio,PR)表示微波啟動(dòng)和停止的頻率,表達(dá)式如式(1)所示[30]:
式(1)
式中:ton表示微波開(kāi)啟的時(shí)間,toff表示微波停止的時(shí)間。
1.2.4 初始含水率測(cè)定 依據(jù)GB 5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》測(cè)定香菇含水量,本實(shí)驗(yàn)測(cè)得香菇的初始干基含水率為6.69 g/g。
1.2.5 干基含水率的計(jì)算
式(2)
Mg=M初-M初×W初
式(3)
式中:Wd為物料干基含水率(g/g),Mt為t時(shí)刻物料的質(zhì)量(g),Mg為絕干質(zhì)量(g),M初為物料初始的質(zhì)量(g),W初為物料初始含水率(g/g)。
1.2.6 干燥速率的計(jì)算 干燥速率用單位時(shí)間內(nèi)干基含水率的變化量表示,計(jì)算公式如式(4)所示:
式(4)
式中:DR為干燥速率,g/(g·min),W1和W2分別為物料在t1和t2時(shí)刻的干基含水率。
1.2.7 色差測(cè)定 通過(guò)色差計(jì)測(cè)定新鮮香菇片的色澤,重復(fù)測(cè)定后取平均值,記為L(zhǎng)0、a0、b0,對(duì)香菇片樣品的色澤進(jìn)行重復(fù)測(cè)定,每個(gè)樣品測(cè)定3次,取平均值,記錄香菇片的L*、a*、b*值。L*值表示亮度;a*值表示紅綠色;b*值表示黃藍(lán)色??偵钣忙表示,ΔE值越小,則與新鮮香菇片的色澤越接近。其計(jì)算公式如式(5)所示:
式(5)
1.2.8 收縮模式的測(cè)定 根據(jù)Tao等[31]的方法測(cè)定收縮模式。將熱燙預(yù)處理后的香菇片熱風(fēng)間歇微波干燥,在干燥過(guò)程中定期測(cè)量香菇片的含水量和厚度值,選取三片不同位置的香菇片標(biāo)記,用游標(biāo)卡尺測(cè)量其中間部位的厚度,測(cè)量三次取平均值并記為d,放回原位,每隔8~12 min測(cè)量一次已標(biāo)記的香菇片,直至干燥終點(diǎn),對(duì)三組數(shù)據(jù)取平均值。計(jì)算對(duì)應(yīng)時(shí)刻下的含水量,計(jì)算公式如式(6)所示:
式(6)
式中:W為物料含水量(g/g),Mg為絕干質(zhì)量(g),Mt為t時(shí)刻物料的質(zhì)量(g)。
僅熱燙預(yù)處理的香菇片的平均厚度記為d0,含水量記為W0。計(jì)算水分比(W/W0)和厚度比(d/d0),以水分比為橫坐標(biāo)、厚度比為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖,根據(jù)圖像的趨勢(shì)進(jìn)行線性、非線性擬合,R2越大,說(shuō)明模型擬合程度越好,選擇擬合程度最好的模型,即為香菇片在不同間歇比下的定量收縮模式。
1.2.9 能耗測(cè)定 使用功率計(jì)費(fèi)器測(cè)量
1.2.10 香菇多糖含量測(cè)定 參考NY/T1676-2008 《食用菌中粗多糖含量的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。稱(chēng)取1.0 g樣品粉碎并用5 mL水浸潤(rùn),緩慢加入20 mL無(wú)水乙醇,混合均勻后超聲提取30 min,以4000 r/min離心取沉淀,加入10 mL 80%的乙醇洗滌、離心,沉淀于沸水浴中提取2 h,冷卻至室溫后過(guò)濾,將上清液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶并記為待測(cè)液。取1 mL待測(cè)液于具塞玻璃試管中,加入1 mL苯酚溶液,然后迅速加入5 mL濃硫酸,靜置10 min,混合均勻,在30 ℃水浴中反應(yīng)20 min,在490 nm下測(cè)定吸光度,根據(jù)式(7)計(jì)算香菇多糖含量:
式(7)
式中:ω為多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/100 g),m1為從標(biāo)準(zhǔn)曲線(m=0.99423x+0.00001,R2=0.9986)上查得測(cè)定液的含糖量(μg),V1為樣品定容體積(mL),m2為樣品質(zhì)量(g),V2為比色測(cè)定時(shí)移取樣品測(cè)定液的體積(mL)。
實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)三次平行試驗(yàn)取平均值獲得。采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖和圖形擬合分析,采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以P<0.05為差異顯著。
2.1.1 不同燙漂時(shí)間對(duì)干燥特性的影響 從圖2a可以看出經(jīng)熱蒸汽燙漂處理后的香菇樣品干基含水率降低,燙漂的時(shí)間越長(zhǎng),干基含水率越低;熱蒸汽燙漂后熱風(fēng)干燥的耗時(shí)小于純熱風(fēng)干燥,相比純熱風(fēng)干燥,經(jīng)燙漂后干燥可縮短0%~30%的干燥時(shí)長(zhǎng)。圖2b反映了熱風(fēng)干燥是一個(gè)減速干燥的過(guò)程,隨著含水率降低干燥速率逐漸降低。熱蒸汽燙漂時(shí)長(zhǎng)在0~240 s的香菇樣品所需的純熱風(fēng)干燥的時(shí)間分別為200、200、180、150和140 min,隨著燙漂時(shí)間的增加,干燥時(shí)間逐漸減少,干燥速率逐漸降低。
圖2 不同熱蒸汽燙漂時(shí)間對(duì)香菇干燥的影響Fig.2 Effect of different blanching time of hot steam blanching on the drying characteristics of shiitakes注:a:時(shí)間-干基含水率曲線;b:時(shí)間-干燥速率曲線;圖3同。
2.1.2 不同燙漂時(shí)間對(duì)色差的影響 熱蒸汽燙漂處理時(shí)間在0~240 s的香菇樣品的顏色參數(shù)如表1所示,未燙漂與經(jīng)熱蒸汽燙漂的樣品ΔE值、L*值、a*值之間差異顯著(P<0.05),未燙漂與經(jīng)熱蒸汽燙漂的樣品b*值之間無(wú)顯著差異(P>0.05),故燙漂影響香菇片的色澤,使香菇片的色差增大,明度變暗,顏色偏向紅色,可能是由于燙漂導(dǎo)致香菇組織軟化,細(xì)胞被破壞,細(xì)胞的內(nèi)容物外流,物料色澤的保持能力也隨之下降[30]。不同熱蒸汽燙漂時(shí)長(zhǎng)的處理組之間ΔE值、L*值、a*值、b*值無(wú)顯著性差異(P>0.05),因此熱蒸汽燙漂時(shí)長(zhǎng)對(duì)香菇的色澤沒(méi)有顯著影響。綜合上述干燥特性和品質(zhì),選取熱蒸汽180 s燙漂為預(yù)處理方式,可將純熱風(fēng)干燥的時(shí)長(zhǎng)縮短25%,且與新鮮香菇片的色差較小。
表1 熱蒸汽燙漂時(shí)長(zhǎng)對(duì)香菇色澤的影響Table 1 Effect of different blanching time of hot steam blanching on color of shiitakes
2.2.1 不同間歇比對(duì)熱風(fēng)間歇微波干燥干燥特性的影響 不同間歇比對(duì)AD&IM干燥特性的影響如圖3所示,可以看出熱風(fēng)微波耦合干燥的間歇比越小,干燥時(shí)間越短。純熱風(fēng)所需的干燥時(shí)間為150 min,間歇比為2~6的AD&IM時(shí)間分別為40、54、60、70、84 min,微波累計(jì)施加的時(shí)間分別為20、18、15、14、14 min,AD&IM耗時(shí)明顯小于單一熱風(fēng)干燥,可縮短44.0%~73.3%的干燥時(shí)間。
圖3 不同間歇比下的熱風(fēng)間歇 微波干燥對(duì)香菇干燥特性的影響Fig.3 Effect of different pulse ratio of hot air-intermittent microwave combined drying on the drying characteristics of shiitakes
由3b可以看出AD&IM的干燥速率曲線呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),開(kāi)始時(shí)干燥速率迅速增加,由于物料受熱升溫,水分蒸發(fā)快,干燥速率較高;而后隨干燥的進(jìn)行,內(nèi)部水分遷移至香菇片表面,當(dāng)間歇比為5、6時(shí),有明顯的恒速干燥階段,可能是由于此時(shí)香菇片表面溫度保持恒定,干燥速率穩(wěn)定,但隨間歇比的減小,間歇比為2、3、4時(shí),干燥速率增大,恒速干燥階段則不存在,直接進(jìn)入減速干燥過(guò)程;在減速干燥階段,可能是因?yàn)槲锪媳砻媸軣犸L(fēng)干燥,內(nèi)部水分不能及時(shí)補(bǔ)充到表面,導(dǎo)致表面的蒸發(fā)速率大于物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散速率[30],也有可能是因?yàn)槲锪虾式档?含水率下降速度變慢并逐漸趨于平緩。
2.2.2 不同間歇比對(duì)收縮模式的影響 對(duì)不同間歇比下的熱風(fēng)間歇微波干燥過(guò)程中的厚度比與水分比建立模型擬合,得到最優(yōu)擬合模型,不同間歇比的模型擬合公式和擬合度如表2所示。間歇比為2~6的最優(yōu)擬合模型均為二次函數(shù)模型,模型擬合度分別為0.88、0.97、0.83、0.83、0.93,厚度比隨水分比的變化如圖4所示,可以清楚地看到厚度比隨著水分比的下降而減小,表明AD&IM過(guò)程中發(fā)生收縮現(xiàn)象。經(jīng)燙漂的香菇片在高水分率下的情況下,厚度比迅速下降,在低水分比下,相應(yīng)的厚度值變化緩慢。燙漂后的香菇片呈非線性收縮模式可歸因于熱蒸汽燙漂引起了香菇片質(zhì)地的變化。根據(jù)Tao等的研究,未熱燙的蔬菜厚度與水分比之間存在線性關(guān)系,熱燙可導(dǎo)致蔬菜質(zhì)地軟化,從而使香菇片在高含水量下收縮更嚴(yán)重[31]。
表2 不同間歇比下厚度比與水分比的擬合公式Table 2 Fitting formula of thickness ratio to humidity ratio with different pulse ratios
圖4 不同間歇比下熱風(fēng)間歇微波干燥過(guò)程中厚度比與水分比的關(guān)系Fig.4 Relationship between thickness ratio and humidity ratio during hot air-intermittent microwave combined drying with different pulse ratios注:a:PR=2干燥模式擬合曲線;b:PR=3干燥模式擬合曲線;c:PR=4干燥模式擬合曲線; d:PR=5干燥模式擬合曲線;e:PR=6干燥模式擬合曲線。
2.2.3 不同間歇比對(duì)色差的影響 間歇比對(duì)AD&IM香菇色差的影響如圖5所示,間歇比為2時(shí)與間歇比為3~6時(shí)產(chǎn)品的色差之間無(wú)顯著性差異(P>0.05),色澤較優(yōu),間歇比為3時(shí)產(chǎn)品的ΔE值最大,色差明顯高于間歇比為4~6時(shí)的色差,色澤最差,間歇比為4~6時(shí)產(chǎn)品的ΔE值之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。微波累計(jì)施加的時(shí)間可能是影響產(chǎn)品色澤最主要的因素,微波累計(jì)施加的時(shí)間越長(zhǎng),其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解、褐變程度越大,色差越大[30]。
圖5 不同間歇比對(duì)香菇色差的影響Fig.5 Effect of pulse ratio on color of shiitakes注:不同字母表示不同間歇比下 香菇顏色差異顯著(P<0.05),圖6同。
2.2.4 不同間歇比對(duì)能耗的影響 不同間歇比(2~6)下的熱風(fēng)間歇微波干燥的能耗如表3所示,分別為0.3755、0.4350、0.4475、0.5735、0.6275 kW·h,可以看出,間歇比為2與間歇比為5、6的AD&IM之間的能耗存在顯著性差異(P<0.05),間歇比為3、4與間歇比為2、5、6的AD&IM之間能耗差異不顯著(P>0.05),隨著間歇比增大,干燥的時(shí)間越長(zhǎng),能耗越大。
表3 間歇比對(duì)能耗的影響Table 3 Effects of pulse ratio on energy consumption
2.2.5 不同間歇比對(duì)香菇多糖含量的影響 間歇比對(duì)AD&IM香菇的多糖含量影響如圖6所示,香菇多糖含量隨間歇比的增加先減小后增大,間歇比為2時(shí)香菇多糖含量最高。隨著間歇比增大,干燥總時(shí)間增加,微波累計(jì)施加的時(shí)間逐漸減少,在間歇比為2~4時(shí),香菇多糖含量逐漸降低,這可能是由于干燥耗時(shí)短有利于香菇多糖的保留,當(dāng)間歇比為5、6時(shí),雖然干燥總時(shí)間在增加,但香菇多糖含量逐漸增加,這可能是由于微波累計(jì)施加的時(shí)間變短,微波施加的時(shí)間越短,越有利于香菇多糖的保留[32],所以香菇多糖的含量逐漸上升。
圖6 不同間歇比對(duì)香菇多糖含量的影響Fig.6 Effect of pulse ratio on lentinan
試驗(yàn)對(duì)熱蒸汽燙漂聯(lián)合熱風(fēng)微波耦合干燥香菇的工藝進(jìn)行了優(yōu)化,探究了預(yù)處理時(shí)間對(duì)香菇熱風(fēng)干燥特性及色澤的影響,以及不同間歇比對(duì)香菇干燥特性及品質(zhì)的影響。預(yù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,熱蒸汽燙漂時(shí)間越長(zhǎng),干燥所需的時(shí)間越短,干燥速率越低;熱蒸汽燙漂時(shí)間為180 s時(shí),熱風(fēng)干燥時(shí)間為150 min,產(chǎn)品干燥時(shí)間短,色澤較優(yōu),可節(jié)約25%的干燥時(shí)間。不同間歇比(2~6)的熱風(fēng)間歇微波干燥實(shí)驗(yàn)表明,在間歇比為2的條件下,干燥時(shí)間最短,可節(jié)約73.3%的干燥時(shí)間,香菇片色澤較優(yōu),能耗最低,香菇多糖含量最高,是一種適合香菇片干燥的技術(shù)方法。以上結(jié)果證明熱風(fēng)間歇微波干燥可大幅度縮短干燥時(shí)間,保證干香菇片品質(zhì),節(jié)約干制的成本,本研究通過(guò)微波間歇施加的時(shí)間,確定了熱風(fēng)微波耦合干燥的最優(yōu)間歇比,節(jié)約了生產(chǎn)成本與時(shí)間,對(duì)食品工業(yè)化生產(chǎn)香菇片具有一定的理論指導(dǎo)意義。