王教領(lǐng)，宋衛(wèi)東，任彩紅，吳今姬，王明友，丁天航

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京市，210014)

0 引言

香菇也稱香蕈，屬于口蘑科香菇屬的一種腐生性真菌，肉質(zhì)鮮美，富含多種營(yíng)養(yǎng)功能成分，食藥兩用，具有調(diào)節(jié)免疫力、降血糖等保健功和藥用價(jià)值，有詩(shī)云“蕈海百佳封后主，菇園一俏懶爭(zhēng)強(qiáng)”。香菇為我國(guó)傳統(tǒng)的食用菌品種，年產(chǎn)量位列全國(guó)第二。同時(shí)我國(guó)也是全球最大的香菇生產(chǎn)和出口國(guó)。但由于鮮香菇含水量高達(dá)90%左右，在常溫下貯藏，易腐爛變質(zhì)，影響其商品價(jià)值，其干制品不但利于保藏加工，而且增加了特殊的香味，干香菇包裝后其保質(zhì)期可以延長(zhǎng)至一年以上，大大增加了其商業(yè)價(jià)值。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)香菇生產(chǎn)上干燥去濕的主要手段是自然曬干、生物質(zhì)熱風(fēng)干燥等傳統(tǒng)方法，自然曬干受制于天氣變化，很難保證及時(shí)干燥。而熱風(fēng)干燥過(guò)程比較緩慢，且干制品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失嚴(yán)重，加工性和復(fù)水性較差。近年來(lái)由于國(guó)民對(duì)食品安全營(yíng)養(yǎng)的逐步重視等原因，香菇干燥技術(shù)也獲得了快速發(fā)展，涌現(xiàn)出熱泵、紅外、微波、真空、冷凍等干燥技術(shù)。本文針對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)香菇機(jī)械化干燥技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)，提出干燥問(wèn)題并針對(duì)性給出發(fā)展建議，以期為香菇優(yōu)質(zhì)綠色高效干燥提供參考。

1 主要干燥技術(shù)

1.1 真空干燥

在常壓下的各種加熱干燥方法，因物料受熱，其色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)受到一定程度的損失。真空干燥就是將被干燥的食品物料放置在密閉的干燥室內(nèi)，由于處于負(fù)壓狀態(tài)下隔絕空氣使得部分在干燥過(guò)程中容易發(fā)生氧化等化學(xué)變化的物料能更好地保持原有的特性，就能減少品質(zhì)的損失。

真空狀態(tài)下，物料沸點(diǎn)降低，通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱輻射等傳熱方式供給物料中水分足夠的熱量，使蒸發(fā)和沸騰同時(shí)進(jìn)行；同時(shí)，抽真空又快速抽出汽化的蒸汽，并在物料周圍形成負(fù)壓狀態(tài)，物料的內(nèi)外層之間及表面與周圍介質(zhì)之間形成較大的濕度梯度，加快了汽化速度，達(dá)到快速干燥的目的(圖1)。香菇真空微波干燥存在加速、恒速和降速3個(gè)階段，微波功率與裝載量對(duì)干燥速率影響較大[1]，真空緩蘇干燥可以有效提升香菇干燥品質(zhì)[2]。

圖1 真空微波干燥機(jī)[3]Fig. 1 Vacuum microwave dryer1.微波發(fā)射器 2.控制面板 3.箱門 4.把手 5.箱體 6.主軸齒輪7.微波電源 8.真空泵接口 9.轉(zhuǎn)盤 10.料柱 11.主軸

真空冷凍干燥是將香菇先冷凍到共晶點(diǎn)以下，使得水分形成固態(tài)的冰，然后抽真空并適當(dāng)加熱，香菇中的冰晶就會(huì)直接升華為氣體而逸出，再利用真空系統(tǒng)的捕水系統(tǒng)將水蒸氣冷凝，從而獲得干制的香菇，由于是發(fā)生在低溫、低壓下的質(zhì)熱傳遞，香菇中的營(yíng)養(yǎng)成分不易氧化，同時(shí)熱敏性成分損失很少；另一方面由于采取預(yù)凍的模式，因此可以較好的保持香菇骨架，而且香菇中的水分是直接升華為氣體逸出，因此避免了一般干燥方法造成表面硬化的發(fā)生，可以較好的保存香菇的內(nèi)部組分結(jié)構(gòu)，干燥品質(zhì)好。干燥過(guò)程一般可以分為預(yù)凍結(jié)段、升華干燥階段與解析干燥階段。干制過(guò)程中需要控制好預(yù)凍溫度、升華溫度和干燥時(shí)間等。收縮率是真空冷凍干燥的重要指標(biāo)[4]。加熱板溫度、物料厚度、干燥倉(cāng)壓力、預(yù)凍速度對(duì)干燥速度的影響依次增大[5]。真空冷凍干燥雖然品質(zhì)好，但也存在干制時(shí)間長(zhǎng)、成本高等缺點(diǎn)，因此，是否采用真空冷凍干燥要綜合考慮物料成本、市場(chǎng)價(jià)格和品質(zhì)要求等因素。

不加捕水系統(tǒng)的真空沸點(diǎn)干燥一般存在水蒸氣不易排除的缺點(diǎn)，且真空干燥后期處于解析干燥階段水分去除難度加大，因此后期利用熱風(fēng)干燥可以加速干燥、降低能耗(圖2)，且真空與熱風(fēng)聯(lián)合干燥的產(chǎn)品色澤和復(fù)水性接近真空干燥產(chǎn)品品質(zhì)[6]；在真空干燥之前進(jìn)行脫水預(yù)處理，設(shè)置不同熱風(fēng)風(fēng)速、分階段干燥的水分轉(zhuǎn)換點(diǎn)、熱風(fēng)干燥階段溫度和真空油炸溫度進(jìn)行優(yōu)化干燥，較傳統(tǒng)真空油炸香菇脆片含油率降低，香菇感官品質(zhì)也有所提高[7-8]。

圖2 不加補(bǔ)水系統(tǒng)的真空干燥機(jī)Fig. 2 Vacuum dryer without rehydration system1.壓縮機(jī) 2.真空泵連接管 3.物料盤 4.真空罩5物料架 6.蒸發(fā)器 7.冷凍腔 8.密封圈

1.2 紅外干燥

紅外干燥基本原理是利用紅外輻射光波，當(dāng)物料與發(fā)射波長(zhǎng)頻率相同時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞摩擦運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生熱量，并將物料中的水分蒸發(fā)[9](圖3)。香菇紅外干燥主要探討干燥溫度、輻照距離及香菇處理方式對(duì)香菇干燥品質(zhì)的影響。

圖3 紅外干燥機(jī)Fig. 3 Infrared drier1.輸送帶 2.進(jìn)料口 3.加熱腔 4.加熱板 5.中紅外加熱管6.散熱腔 7.出風(fēng)孔 8.張緊輪 9.出料口 10.支撐輪

香菇紅外干燥中，干燥溫度是影響色澤、硬度和總糖含量等干燥品質(zhì)的主要因素，其次是切片厚度[10]，干燥時(shí)間隨著風(fēng)速的增加而減小，隨著溫度的增加而減小，且干燥時(shí)間隨著溫度的變化趨勢(shì)要比隨著風(fēng)速的變化趨勢(shì)明顯。對(duì)香菇的遠(yuǎn)紅外線干燥品質(zhì)特性和熱風(fēng)干燥品質(zhì)特性進(jìn)行了比較，遠(yuǎn)紅外線處理組的色度變化、收縮率、必需氨基酸殘留率、重要氨基酸殘留率以0.2 m/s、60 ℃處理的香菇干燥品質(zhì)最好[11]。在中短波長(zhǎng)紅外干燥條件下，隨著溫度的升高、輻照距離的減小，風(fēng)速的增加，裝載系數(shù)的減小，干燥時(shí)間逐漸降低；采用中短波紅外干燥(MIRD)與冷凍干燥(FD)分段聯(lián)合干燥，進(jìn)一步提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低干燥時(shí)間及能耗[12-13]。中短波紅外預(yù)干燥含水率、抽空溫度、抽空時(shí)間對(duì)膨化產(chǎn)品含水量、硬度、色澤、復(fù)水比、氨基酸和總糖的影響顯著[14]。

1.3 微波干燥

微波干燥原理是利用微波發(fā)射器發(fā)射微波，當(dāng)微波被物料吸收后使得物料內(nèi)部的分子產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，從而產(chǎn)生熱量用于加熱物料。微波干燥具有效率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，但也存在加熱不均勻、低壓放點(diǎn)等問(wèn)題，因此對(duì)于品相需求較高的物料選擇微波干燥對(duì)設(shè)備及工藝要求較高。

微波干燥即食香菇時(shí)，其他條件一定，微波功率越高，裝載量越少，干燥時(shí)間越短。微波干燥即食香菇的失水特性可用Page方程表達(dá)[15]。熱風(fēng)干燥時(shí)間、微波功率、熱風(fēng)干燥溫度對(duì)成品質(zhì)量影響較大，最佳工藝條件: 熱風(fēng)干燥時(shí)間1.5 h，微波功率480 W，熱風(fēng)干燥溫度65 ℃[16]。

微波對(duì)香菇的干燥的溫度梯度是由內(nèi)向外，傳質(zhì)的動(dòng)力主要是物料內(nèi)部迅速產(chǎn)生的蒸汽所形成的壓力梯度，驅(qū)使水蒸氣由內(nèi)部流向表面；而熱風(fēng)干燥溫度場(chǎng)梯度是由外向內(nèi)，蒸發(fā)首先是從物料表面開始，因此，將微波與熱風(fēng)聯(lián)合干燥，可以加速物料干燥(圖4)。熱風(fēng)微波流態(tài)化干燥香菇過(guò)程可分為預(yù)熱、恒速和降速3 個(gè)階段。微波及熱風(fēng)功率對(duì)干燥速率影響較大，提高香菇水分的流動(dòng)性并延長(zhǎng)恒速階段干燥時(shí)間有利于提高干燥速率[17]。分段變功率微波干燥，干燥均勻性最高且干燥效率最佳[18]。

圖4 微波熱泵聯(lián)合干燥機(jī)Fig. 4 Microwave heat pump combined dryer1.機(jī)架 2.出料口 3.熱風(fēng)回風(fēng)管道 4.回風(fēng)風(fēng)機(jī) 5.泵體6.熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)引 7.熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管 8.散熱風(fēng)機(jī) 9.微波電源10.進(jìn)料口 11.微波抑制器 12.電流表 13.散熱出風(fēng)口14.微波發(fā)射裝置 15.封門 16.觀察孔 17.散熱風(fēng)管18.熱泵控制面板 19.微波控制箱 20.物料傳送帶 21.進(jìn)料口

1.4 熱風(fēng)熱泵干燥

熱風(fēng)干燥是香菇傳統(tǒng)干燥方法，但由于溫度較高，干燥品質(zhì)較差，但是針對(duì)不同的要求也有一些學(xué)者開展了熱風(fēng)干燥研究，客觀的闡述了熱風(fēng)干燥的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值。熱泵干燥的本質(zhì)也是熱風(fēng)對(duì)流干燥，但是由于其遵循卡諾循環(huán)，具有節(jié)能特點(diǎn)，同時(shí)經(jīng)過(guò)除濕后的熱風(fēng)溫度一般在60 ℃左右，干燥后香菇效果較好(圖5)。

圖5 熱泵干燥原理Fig. 5 Heat pump drying principle1.壓縮機(jī) 2.冷凝器 3.電輔助加熱 4.進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)5.蒸發(fā)器 6.膨脹閥 7.回風(fēng)風(fēng)機(jī) 8.干燥隧道

利用熱泵采用冷凍-加熱-冷凍過(guò)程進(jìn)行反復(fù)凍融，其中冷凍干燥可以增加對(duì)香菇水分的剝離能力，實(shí)現(xiàn)香菇干燥[19]。干燥溫度、裝載量、濕度和風(fēng)速對(duì)香菇粗脂肪含量、蛋白、甲醛、總糖保留率和維生素C的保留率具有較大影響[20-21]。干燥溫度是影響香菇熱泵干燥時(shí)間的主要因素，風(fēng)溫可以激活香菇中酶的活性增加風(fēng)味，且高溫預(yù)干燥可以降低皺縮[22-24]，熱風(fēng)干燥屬于變速干燥過(guò)程，溫度越高干燥速率越快。Page模型適合于描述鹵制香菇的干燥過(guò)程[25]。不同處理香菇多酚的含量、組成、抗氧化性有所差異，恒溫干燥(ID)是香菇干燥比較理想的方式[26]。熱泵干燥和真空干燥相結(jié)合，得到能耗低、質(zhì)量好的干制香菇，解決了熱泵干燥品質(zhì)不佳、真空干燥能耗高等問(wèn)題，可為香菇的熱泵—真空聯(lián)合干燥提供理論依據(jù)[27]。與熱風(fēng)干燥相比，熱泵干燥香菇在復(fù)水率及色澤等方面較優(yōu)；經(jīng)回歸擬合，香菇熱泵干燥動(dòng)力學(xué)模型符合Page方程，該方程可用于描述香菇熱泵干燥過(guò)程[28]。轉(zhuǎn)輪除濕干燥可以顯著縮短干燥時(shí)間，且干燥品質(zhì)優(yōu)化純熱泵干燥[29]。

1.5 超聲波預(yù)處理干燥

超聲波干燥做為輔助干燥，主要是利用了超聲波強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的特點(diǎn)，可以明顯縮短干燥時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量的功能。

超聲波預(yù)處理可在一定程度上提高冷凍干燥香菇的凍干速率，縮短干燥時(shí)間接近30%；提高凍干產(chǎn)品的復(fù)水能力約29%[30]。超聲-熱風(fēng)聯(lián)合干燥較傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥，有效強(qiáng)化了由水分內(nèi)擴(kuò)散控制的干燥過(guò)程，可使香菇片的干燥時(shí)間縮短50%，能耗降低22%[31]。

1.6 不同干燥方法對(duì)比研究

研究人員一般對(duì)比2種及以上不同干燥方式對(duì)香菇干燥品質(zhì)、干燥速率、營(yíng)養(yǎng)成分等影響，從而確定最佳干燥模式，縱觀這幾年的文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)主要還是在真空、冷凍和熱風(fēng)干燥之間開展對(duì)比研究。

在干制成分變化方面，真空冷凍干燥有利于香菇嘌呤的穩(wěn)定，熱風(fēng)干燥(50 ℃)有助于氨基酸和總多酚等成分的穩(wěn)定[32]。冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、真空干燥和曬干香菇酚類物質(zhì)含量依次減少，對(duì)自由基的清除能力逐漸減小[33]。真空干燥比熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥更適合干制杏鮑菇開發(fā)調(diào)味品[34]。熱風(fēng)變溫比熱風(fēng)恒溫干燥后得到的香菇甲醛含量低，經(jīng)預(yù)處理后再微波真空干燥的香菇與直接微波真空干燥相比，甲醛含量較低，品質(zhì)較優(yōu)[35]。滲透時(shí)間延長(zhǎng)，鮮香菇干燥過(guò)程中水分含量滲透時(shí)間逐漸降低，香菇脆片脂肪含量及脂肪吸收率也逐漸減少[36]。

在干燥香菇氣味變化方面，真空與真空冷凍均可保持香氣，但醇類、酸類化合物種類、含量差異較大[37]。真空恒溫干燥香氣保存效果最好，其次是真空冷凍干燥，最差的是鼓風(fēng)恒溫干燥[38]。

在品質(zhì)變化方面，真空冷凍干燥對(duì)香菇的營(yíng)養(yǎng)成分影響最小，其次是真空干燥，最差的是熱風(fēng)干燥；復(fù)水比和感官質(zhì)量最好的是冷凍干燥，其次是真空干燥，微波干燥較差[39-40]，但微波干燥技術(shù)用于植物多糖水提取液的干燥，可顯著縮短干燥時(shí)間，且多糖提取物品質(zhì)良好[41]，同時(shí)三段式微波真空冷凍干燥香菇微觀結(jié)構(gòu)與冷凍干燥相似，因此，微波與真空聯(lián)合干燥具有較大推廣價(jià)值。真空冷凍干燥雖然綜合品相較好，若預(yù)凍處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞壁嚴(yán)重坍塌，且投資較大，運(yùn)行成本高[42-44]。熱風(fēng)干燥不利于營(yíng)養(yǎng)成分的保存，而真空與熱風(fēng)聯(lián)合干燥后的干香菇產(chǎn)品品質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于熱風(fēng)干燥，且比單一的真空干燥時(shí)間短，且在一定條件下形成新生風(fēng)味物質(zhì)[45-46]。太陽(yáng)能干燥較真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥法能夠較好的保存香菇品質(zhì)，且能耗最小[47]。

在干制脆片方面，利用真空低溫油炸和真空冷凍干燥兩種加工工藝制成香菇脆片，真空冷凍干燥香菇脆片其硬度、脆度較大，體積皺縮率較小，顏色較白，感官品質(zhì)較好，與此同時(shí)其營(yíng)養(yǎng)成分保留較好，兩種香菇脆片揮發(fā)性風(fēng)味成分差異較大[48]。真空微波干燥的干燥速度最快，且香菇脆片的品質(zhì)優(yōu)于熱風(fēng)干燥、真空干燥和中短波紅外干燥[49]。與真空油炸香菇脆片相比，真空油炸—真空微波聯(lián)合干燥產(chǎn)品破碎力提高了5.93%，但含油率降低了29.79%，感官評(píng)分增加了11.38%[50]真空油炸和冷凍干燥香菇的綜合品質(zhì)最好[51]。

1.7 其他干燥方式

除了上述幾種主要的干燥方式以為，也有學(xué)者開展了變溫壓差膨化、熱管氣體射流沖擊技術(shù)和噴霧干燥等研究。

氣流膨化較真空冷凍、真空油炸香菇脆片具有更加均勻的海綿狀結(jié)構(gòu)，多糖等含量更高，在香菇脆片的制作上具有很好的應(yīng)用價(jià)值[52-54]。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度210 ℃，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速50 r/min，風(fēng)機(jī)熱空氣流量75 L/min，助干劑添加量50%，采用此種工藝所能得到的噴霧干燥出粉率為66.8%[55]。以香菇為原料，通過(guò)清洗，浸泡、水煮、打漿、過(guò)濾、磨漿、噴霧干燥噴粉得到預(yù)期的香菇粉。在食品的生產(chǎn)中可添加到調(diào)味料中和其他食品中作為功能性成分使用[56]。噴霧干燥得到的果蔬粉溶解性和堆密度指標(biāo)優(yōu)于熱風(fēng)干燥的，兩種干燥方式對(duì)特征成分多糖沒(méi)有顯著性影響，噴霧干燥得到的黃秋葵粉黃酮含量高于熱風(fēng)干燥的[57]。

表1 香菇主要干燥技術(shù)性能對(duì)比Tab. 1 Comparison of main drying technology performances of lentinus edodes mushrooms

2 我國(guó)香菇干燥存在的問(wèn)題

1) 相對(duì)于“無(wú)機(jī)可用”“通機(jī)難用”的問(wèn)題同樣突出。香菇干燥的技術(shù)方法很多，但考慮到能耗、品質(zhì)等方面的要求，若直接利用傳統(tǒng)通用干燥裝備，可能難以達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效的干燥目標(biāo)，因此，需要對(duì)干燥工藝及技術(shù)方法進(jìn)行優(yōu)化。

2) 與能不能干相比，干的好不好更重要。香菇干燥過(guò)程中有提香的過(guò)程，同時(shí)溫度過(guò)高也會(huì)破壞品相與營(yíng)養(yǎng)成分。因此，若干燥方法或工藝不適，干燥后的產(chǎn)品在香型、品相及成分上不符合消費(fèi)習(xí)慣或營(yíng)養(yǎng)要求，難以獲得推廣應(yīng)用。

3) 香菇干燥企業(yè)規(guī)模偏小，同時(shí)市場(chǎng)混亂，缺乏龍頭企業(yè)，帶輻射動(dòng)力能力不足，生產(chǎn)裝備標(biāo)準(zhǔn)缺乏等。

3 我國(guó)香菇干燥發(fā)展建議

目前香菇干燥技術(shù)研究主要集中在真空干燥和熱泵干燥，同時(shí)多種技術(shù)的聯(lián)合也是研究的重點(diǎn)。這與農(nóng)產(chǎn)品干燥主要發(fā)展趨勢(shì)吻合，即一方面追求加工品質(zhì)，即通過(guò)真空冷凍等技術(shù)提升干燥品質(zhì)；另一方面利用熱泵等技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能干燥。目前在干燥工藝、技術(shù)方法等方面仍存在不少問(wèn)題。

1) 真空冷凍干燥在香菇脆片等較高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)中具有較大推廣價(jià)值，但目前在成本、能耗與生產(chǎn)率仍是制約其發(fā)展的主要因素，特別是在能耗與速率上應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化提升。

2) 鑒于環(huán)保及品質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等要求，熱泵干燥將成為香菇干燥的主要方式，但目前香菇熱泵干燥缺乏規(guī)?；髽I(yè)，同時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏，應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范化。

3) 聯(lián)合干燥可以實(shí)現(xiàn)數(shù)種干燥技術(shù)的優(yōu)化互補(bǔ)，因此，針對(duì)香菇生產(chǎn)要求與特點(diǎn)，適時(shí)開展干燥技術(shù)的聯(lián)合，是實(shí)現(xiàn)香菇優(yōu)質(zhì)、高效干燥的有效手段。因此，未來(lái)香菇干燥技術(shù)的發(fā)展將是通過(guò)對(duì)多級(jí)干燥模式與多種質(zhì)熱傳遞機(jī)理的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和綠色干燥。

4) 加強(qiáng)裝備、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)制定，強(qiáng)化生產(chǎn)工藝的研究制定，培養(yǎng)龍頭企業(yè)，引領(lǐng)香菇干燥行業(yè)發(fā)展。