李湘利，劉靜*，王印壯，李曉彤，周生穩(wěn)

1(濟(jì)寧學(xué)院 生命科學(xué)與工程系，濟(jì)寧市特色農(nóng)產(chǎn)品高值化加工工程技術(shù)研究中心，山東 曲阜，273155)2(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，河北 保定，071001)3(山東省齊盛食品有限公司，山東 濟(jì)寧，272000)

雞樅菌[Termitomycesalbuminosus(Berk.)Heim]亦稱傘把菇、蟻樅，肉質(zhì)細(xì)嫩，風(fēng)味獨(dú)特[1]，含有人體所需多種營養(yǎng)素，以蛋白質(zhì)最為豐富，還含有多酚、多糖、黃酮和黑色素等活性成分[2-3]，具有抗腫瘤、抗衰老、抗疲勞和抗氧化等藥理作用[4-5]及降血糖、降血脂等獨(dú)特功效[6]。但雞樅菌含水率較高，采后極易腐爛，保鮮期較短，不能滿足市場供應(yīng)需求[7]。

脫水干燥可保持食用菌原有的色、香、味及營養(yǎng)成分，干制品易貯運(yùn)，是解決長期貯藏及鮮銷出口的有效方法之一[8]。聯(lián)合干燥是根據(jù)物料特性，將2種及以上的干燥方法優(yōu)化組合，分階段進(jìn)行干燥的一種復(fù)合干燥技術(shù)，在提高物料干燥速率、降低能耗和提高干制品質(zhì)量方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[9]。通過干燥動(dòng)力學(xué)模型能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測果蔬干燥過程中水分變化規(guī)律[10]。陳健凱等[11]采用熱風(fēng)和微波真空聯(lián)合干燥杏鮑菇，所得最佳工藝參數(shù)為熱風(fēng)溫度73.55 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率60 g/g、微波功率2.65 kW。DAS等[12]應(yīng)用120 W微波和60 ℃熱風(fēng)干燥雙孢菇切片的研究表明，微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥可顯著縮短干燥時(shí)間，所得成品感官和復(fù)水效果好。董周永等[13]對(duì)熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥黑木耳的研究發(fā)現(xiàn)，70 ℃熱風(fēng)聯(lián)合385 W微波干燥所需時(shí)間僅為同溫度熱風(fēng)干燥時(shí)間的52%，且干品品質(zhì)高，干燥過程可用Page模型方程預(yù)測。PEI等[14]認(rèn)為冷凍-微波真空聯(lián)合干燥適用于雙孢菇干燥，Page模型對(duì)冷凍干燥過程水分曲線擬合最好，而Logarithmic模型對(duì)微波真空干燥過程擬合最好。

熱風(fēng)干燥和微波干燥是果蔬干制加工中的常用干燥方法，熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥集2種干燥方法優(yōu)點(diǎn)于一體，廣泛用于果蔬干燥領(lǐng)域[15]。但關(guān)于雞樅菌采后聯(lián)合干燥特性及動(dòng)力學(xué)模型的研究鮮有報(bào)道。雞樅菌干燥預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，熱風(fēng)干燥時(shí)間長、效率低，且干制品表面皺縮、硬化，褐變嚴(yán)重，營養(yǎng)物質(zhì)損失多，不適于全過程干燥；但后期輔以微波干燥，可提高干燥速率、降低能耗，且感官品質(zhì)和風(fēng)味均比熱風(fēng)干燥明顯提高。為此，本實(shí)驗(yàn)以雞樅菌為材料，研究熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥對(duì)雞樅菌干燥特性及品質(zhì)的影響，通過干燥動(dòng)力學(xué)模型模擬和預(yù)測雞樅菌干燥期間含水量變化規(guī)律，旨在為雞樅菌干制加工和裝備開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞樅菌，金鄉(xiāng)聯(lián)盛菌業(yè)有限公司，初始含水率(濕基)為89%； 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)，美國Sigma公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SCBX-1000蔬菜保鮮柜，韶關(guān)鑫騰儀器有限公司；101-2AB鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司；723PC分光光度計(jì)上海菁華儀器有限公司；FW135中藥粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；NN-CD997S實(shí)驗(yàn)室專用微波爐，日本松下電器公司；SY-1000超聲提取機(jī)，上海寧商超聲有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 雞樅菌干燥方法

材料預(yù)處理：挑選子實(shí)體大小、外觀色澤基本一致、菌體完整、無機(jī)械傷及霉變的新鮮雞樅菌，清水洗凈，用2 g/L檸檬酸護(hù)色30 min[16]后，自然瀝干，備用。

前期熱風(fēng)干燥：稱取300 g雞樅菌，均鋪于鼓風(fēng)干燥箱物料架上，分別于50、60、70和80 ℃干燥。預(yù)試驗(yàn)表明，雞樅菌干燥速率<0.01 g/(g·min)時(shí)，干燥時(shí)間明顯延長，菌體皺縮褐變嚴(yán)重，但輔以微波干燥，可彌補(bǔ)此不足。故雞樅菌干燥速率降至0.01 g/(g·min)時(shí)停止干燥。每10 min快速稱量1次，各處理重復(fù)3次。

后期微波干燥：經(jīng)前期熱風(fēng)干燥的雞樅菌，分別于微波密度2.91、6.78和10.65 W/g下進(jìn)行微波間歇干燥[17]。每干燥1 min間隔2 min，期間快速稱量質(zhì)量，至雞樅菌干基含水率為0.12 g/g時(shí)停止干燥，符合GB 7096—2014《國家食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食用菌及其制品》中食用菌干制品[18]規(guī)定的安全水分要求。各處理重復(fù)3次。

1.3.2 理化指標(biāo)的測定

1.3.2.1 含水率計(jì)算

采用直接干燥法測定濕基含水率，按照公式(1)計(jì)算干燥任意t時(shí)刻的干基含水率(Mt)[19]:

(1)

式中：mt,干燥至t時(shí)刻的質(zhì)量，g；m,干燥至恒定質(zhì)量時(shí)的質(zhì)量，g。

1.3.2.2 水分比計(jì)算[20]

水分比(moisture ratio,MR)按照公式(2)計(jì)算:

(2)

式中：M0,初始干基含水率，g/g；Mt,干燥至任意t時(shí)刻的干基含水率，g/g。

1.3.2.3 干燥速率計(jì)算[20]

干燥速率(drying ratr,DR)按照公式(3)計(jì)算:

(3)

式中：Mti+1,ti+1時(shí)刻干基含水率，g/g；Mti,ti時(shí)刻干基含水率，g/g；Δt,ti+1與ti時(shí)刻時(shí)間差，min。

1.3.2.4 DPPH 自由基清除能力的測定

雞樅菌干品粉碎過100目篩，稱取5 g雞樅菌粉，按料液比1∶20(g∶mL)混勻，用超聲提取機(jī)于1 000 W、R 250、50 ℃下提取10 min后沸水浴提取15 min，4 500 r/min離心15 min，得雞樅菌水提液，定容至100 mL。將2 mL雞樅菌水提液與2 mL 0.1 mmol/L DPPH 溶液加至同一試管中，室溫避光反應(yīng)30 min，以無水乙醇作參比，測定517 nm波長處的吸光度A1，測定2 mL 0.2 mmol/L DPPH 溶液與等體積無水乙醇室溫避光反應(yīng)30 min后的吸光度A0，以及2 mL雞樅菌水提液與等體積無水乙醇室溫避光反應(yīng)30 min后的吸光度A2，按照公式(4)計(jì)算清除率[21]:

(4)

1.3.3 感官評(píng)定

由10名評(píng)價(jià)員組成感官評(píng)定小組，參照徐曉飛等[22]方法制定雞樅菌干品評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，就菌蓋形狀、色澤、菌體基部顏色、干癟皺縮程度、菌體氣味和質(zhì)地等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。總分以25分計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 雞樅菌干品感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard for sensory scoring of dried Termitomyces albuminosus

1.3.4 干燥動(dòng)力學(xué)模型

采用8個(gè)常用薄層干燥動(dòng)力學(xué)模型擬合熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥曲線，預(yù)測雞樅菌干燥期間水分含量的變化，所選動(dòng)力學(xué)模型見表2。

表2 薄層干燥動(dòng)力學(xué)模型[23-25]Table 2 Kinetic model of thin layer drying

(5)

(6)

(7)

式中：MRexp,i,第i個(gè)實(shí)驗(yàn)MR值；MRpre,i,第i個(gè)干燥模型預(yù)測MR值；MRexp,MR實(shí)驗(yàn)值的平均值；m,模型待測參數(shù)的個(gè)數(shù)；M,干燥實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010對(duì)干燥數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪制干燥曲線，用SPSS 17.0進(jìn)行顯著性分析，用Origin 8.0進(jìn)行干燥動(dòng)力學(xué)模型非線性擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞樅菌前期熱風(fēng)干燥結(jié)果

2.1.1 雞樅菌熱風(fēng)干燥失水特性

由圖1可知，熱風(fēng)干燥初期干基含水率隨干燥時(shí)間變化明顯，后期變化緩慢，這是因?yàn)闊犸L(fēng)干燥初期雞樅菌水分含量較高，物料與干燥介質(zhì)間濕度差較大，此時(shí)干燥速率快；隨著干燥時(shí)間延長，雞樅菌含水量逐漸降低，內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散的阻力加大，加之菌體表面硬化，干燥速率逐漸下降[12,15]。熱風(fēng)溫度50、60、70和80 ℃時(shí)，干燥速率降為0.01 g/(g·min)時(shí)所需時(shí)間分別為310、230、180和150 min，各處理差異顯著(P<0.05)；提高干燥溫度，可提高干燥速率。這與熱風(fēng)溫度升高、干燥介質(zhì)與雞樅菌的濕度差變大、菌體內(nèi)部傳質(zhì)推動(dòng)力加大、干燥速率增加有關(guān)[20]。

圖1 雞樅菌前期熱風(fēng)干燥曲線Fig.1 Prophase hot air drying cur e of T. albuminosus

由圖2可知，雞樅菌熱風(fēng)干燥包括加速干燥和降速干燥2個(gè)階段，無明顯恒速干燥階段。因?yàn)闊犸L(fēng)干燥初期，雞樅菌含水率很高，表面水分蒸發(fā)快，內(nèi)部水分遷移快，干燥速率迅速升高；當(dāng)菌體內(nèi)部水分?jǐn)U散速率<表面蒸發(fā)速率時(shí),進(jìn)入降速干燥階段[23]。熱風(fēng)溫度越高，干燥速率越快(P<0.05)，隨干基含水率降低，干燥速率均呈下降趨勢，這與干燥后期雞樅菌內(nèi)部水分?jǐn)U散濕度梯度減小有關(guān)[27]。

圖2 雞樅菌前期熱風(fēng)干燥速率曲線Fig.2 Prophase hot air drying rate cur e of T. albuminosus

2.1.2 雞樅菌熱風(fēng)干燥參數(shù)分析

由表3可知，熱風(fēng)干燥結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率隨干燥溫度的升高而降低，50 ℃熱風(fēng)處理的轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率最高為1.06 g/g，到達(dá)轉(zhuǎn)換點(diǎn)所需干燥時(shí)間最長(P<0.05)。轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)雞樅菌感官評(píng)分以60 ℃處理最高，感官品質(zhì)最佳，各干燥溫度下的感官評(píng)分差異顯著(P<0.05)。這是因?yàn)?0 ℃熱風(fēng)干燥時(shí)間長，酶促褐變程度高[19]；50、70和80 ℃干燥雞樅菌基部均出現(xiàn)明顯褐色斑點(diǎn)，感官評(píng)價(jià)顯著低于60 ℃熱風(fēng)干燥(P<0.05)，這與王漢羊等[20]、李湘利等[27]的研究結(jié)果相似。因此，雞樅菌熱風(fēng)干燥階段宜選擇60 ℃，此溫度下干燥230 min達(dá)轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率為0.57 g/g。

表3 雞樅菌前期熱風(fēng)干燥指標(biāo)結(jié)果Table 3 Results of T. albuminosus by prophase hot air drying

2.2 雞樅菌后期微波干燥結(jié)果

2.2.1 雞樅菌微波干燥失水特性

由圖3可知，隨微波密度增加，雞樅菌微波干燥速率增大；微波密度為2.91、6.78和10.65 W/g時(shí)，干燥至干基含水率0.12 g/g所用時(shí)間分別為29、12和5 min，各微波處理間差異顯著(P<0.05)。干基含水率在微波密度6.78、10.65 W/g時(shí)，干基含水率隨時(shí)間變化明顯；但2.91 W/g微波密度時(shí)較小，干基含水率隨時(shí)間變化緩慢。隨著干基含水率的降低，雞樅菌對(duì)微波能的吸收能力下降，干燥速率逐漸下降[15,20]。

圖3 雞樅菌后期微波干燥曲線Fig.3 Anaphase microwa e drying cur es of T. albuminosus

由圖4可知，雞樅菌微波干燥包括加速干燥和降速干燥2個(gè)階段，無明顯恒速干燥階段。隨著微波密度增加，干燥速率明顯加快(P<0.05)。微波干燥時(shí)，雞樅菌表面和內(nèi)部同時(shí)受熱，物料溫度急劇升高，干燥速率增大[12,27]。比較圖2與圖4可知，后期微波干燥速率極顯著高于熱風(fēng)干燥處理(P<0.01)，由于熱風(fēng)干燥已去除雞樅菌大部分自由水，菌體含水率較低，所以干燥速率達(dá)峰值后迅速下降[15]。因此，雞樅菌由熱風(fēng)干燥轉(zhuǎn)為微波干燥后期，直接由加速干燥階段轉(zhuǎn)為降速干燥階段。

圖4 雞樅菌后期微波干燥速率曲線Fig.4 Anaphase microwa e drying rate cur e of T. albuminosus

2.2.2 雞樅菌微波干燥參數(shù)分析

由表4可知，6.78 W/g微波干燥雞樅菌的感官評(píng)分為24分，DPPH自由基清除率為78%，顯著高于其他處理組(P<0.05)；隨著微波密度增加，平均干燥速率升高，各微波干燥處理間差異顯著(P<0.05)。在微波干燥階段，雞樅菌菌蓋均出現(xiàn)不同程度的褐變，且10.65 W/g微波干燥菌基褐變和菌柄焦糊嚴(yán)重，高微波密度干燥對(duì)抗氧化性物質(zhì)有一定的破壞作用[28]。2.91 W/g微波干燥的干燥時(shí)間較長，活性物質(zhì)損失較多。因此，后期干燥以微波密度6.78 W/g間歇干燥為宜。

表4 雞樅菌后期微波干燥指標(biāo)結(jié)果Table 4 Results of T.albuminosus by anaphase microwa e drying

2.3 雞樅菌干燥動(dòng)力學(xué)模型擬合與驗(yàn)證

2.3.1 雞樅菌干燥動(dòng)力學(xué)模型擬合

采用8個(gè)薄層干燥動(dòng)力學(xué)經(jīng)典模型對(duì)雞樅菌熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥的不同階段、不同條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸擬合，結(jié)果見表5、表6。

表5 雞樅菌前期熱風(fēng)干燥的模型擬合結(jié)果Table 5 Model fitting results of T. albuminosus by prophase hot air drying

表6 雞樅菌后期微波干燥的模型擬合結(jié)果Table 6 Model fitting results of T.albuminosus by anaphase microwa e drying

2.3.2 雞樅菌干燥模型的驗(yàn)證

圖5 雞樅菌干燥的實(shí)測值與預(yù)測值Fig.5 Experimental and predicted alues of dried T.albuminosus

3 討論

熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥技術(shù)是熱風(fēng)與微波相組合的一種干燥技術(shù)。采用熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥，大大提高了雞樅菌干燥速率，且成品無明顯皺縮和焦糊硬化現(xiàn)象，感官品質(zhì)好。這與熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥雙孢菇[12]、山楂[29]和薯片[30]的研究結(jié)果相似。所得干燥動(dòng)力學(xué)模型可預(yù)測雞樅菌聯(lián)合干燥過程，為工藝優(yōu)化及聯(lián)合干燥設(shè)備開發(fā)提供理論依據(jù)，但關(guān)于雞樅菌聯(lián)合干燥工藝參數(shù)優(yōu)化仍需深入探討。

Weibull模型是干燥動(dòng)力學(xué)模型之一，廣泛應(yīng)用于果蔬干燥領(lǐng)域[20,25]，而關(guān)于Sweibull2模型采用較少。在擬合雞樅菌微波干燥數(shù)據(jù)時(shí)Sweibull2模型表現(xiàn)出很好的適用性。這可能是由于不同物料采用的干燥方式不同、不同干燥階段物料所表現(xiàn)的干燥特性不同所致。關(guān)于動(dòng)力學(xué)模型在不同物料干燥中的適用性還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

采用不同熱風(fēng)溫度和微波功率密度聯(lián)合干燥雞樅菌，所得干燥曲線和干燥速率曲線符合干燥特性，主要包括加速干燥和降速干燥2個(gè)階段，無明顯恒速干燥階段。

雞樅菌熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥的最佳干燥參數(shù)為60 ℃熱風(fēng)干燥230 min至轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率0.57 g/g，再以微波密度6.78 W/g干燥12 min至干基含水率0.12 g/g。