黑木耳變溫調(diào)濕干燥制度實驗研究

李文麗，吳中華，師建芳，劉 清

(1.天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222；2.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院農(nóng)產(chǎn)品加工工程研究所，北京 100125)

新鮮黑木耳的含水率高，不易貯藏；干制是黑木耳加工貯藏的一種重要方法[1-2].傳統(tǒng)黑木耳干制采用自然露天晾曬方法，占地面積大，干制時間長，易受天氣、沙塵和蟲害影響，衛(wèi)生條件差.隨著我國黑木耳種植規(guī)模擴(kuò)大，采收期雨水較多導(dǎo)致種植大戶和企業(yè)對采用機(jī)械化干制黑木耳的需求越來越大.

干木耳的商品價值主要體現(xiàn)在其外觀形態(tài)，木耳多糖含量[3-4]及干濕比[5]，其中，外觀形態(tài)是引發(fā)顧客購買欲的首要因素.木耳在干制過程大量失水收縮，干產(chǎn)品呈卷曲形態(tài).自然晾曬木耳干燥速率低，收縮定型時間充分，加上人工多次翻料、手工揉搓，產(chǎn)品外形好，呈自然卷曲形態(tài).目前黑木耳機(jī)械化干制多采用恒溫恒濕熱風(fēng)干燥工藝[6-8]，木耳干燥速率高，但存在收縮不充分、葉片不平整或破碎、表面色澤灰暗或無光澤等外形較差的問題.

變溫調(diào)濕干燥是依據(jù)物料在熱風(fēng)干燥過程中形態(tài)和品質(zhì)變化而間歇調(diào)整熱風(fēng)溫度、濕度和速度等參數(shù)，在提高干燥速率、縮短干燥時間的同時可以避免干燥不利影響如產(chǎn)品開裂、硬化、營養(yǎng)物質(zhì)大量降解等，最終獲得良好產(chǎn)品外觀形態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量.變溫調(diào)濕干燥制度在陶瓷坯體[9]、高爐澆注料[10]干燥等方面應(yīng)用廣泛，近年來也應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品干制.如馬來西亞Chong 等[11]應(yīng)用變溫調(diào)濕干燥制度來進(jìn)行榴蓮蜜干制，比恒溫恒濕干燥產(chǎn)品干燥時間短，并且產(chǎn)品變色少、結(jié)構(gòu)柔軟且易于食用.

因此，本文根據(jù)木耳干制品質(zhì)要求，結(jié)合我國農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用日漸廣泛的自動控制果蔬烘干房，研究黑木耳烘房熱風(fēng)變溫調(diào)濕熱風(fēng)干燥制度，以生產(chǎn)出外形好、營養(yǎng)品質(zhì)高的干黑木耳，同時節(jié)省木耳干燥時間和成本.研究成果為黑木耳產(chǎn)地烘房烘干提供一定實踐指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 原料來源及預(yù)處理

新鮮黑木耳，采自北京門頭溝清水澗當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植的木耳，分兩批：一批采自6 月中旬，俗稱夏耳；另一批采自8 月底，俗稱秋耳.選取大小一致，子實體形狀完整、無破碎的新鮮木耳進(jìn)行干燥.干燥前，剔除耳根處培養(yǎng)基，清洗耳片上雜質(zhì)，并用吸水紙擦干表面浮水.

1.2 實驗設(shè)備

黑木耳熱風(fēng)干燥實驗設(shè)備是北京華珍烘烤系統(tǒng)設(shè)備工程有限公司生產(chǎn)的SY-5 型果蔬智能實驗烘房.烘房額定功率為3,kW，主要由控制系統(tǒng)、軸流風(fēng)機(jī)、板式電加熱器、干濕球溫度傳感器、排濕裝置和托盤組等組成，如圖1 所示.

圖1 實驗型烘房Fig.1 Laboratory-scale drying room used in the experiments

控制系統(tǒng)由液晶顯示器、自動排濕和冷風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及電器控制等構(gòu)成；可按照預(yù)設(shè)物料干燥制度，即物料各干燥階段所需熱風(fēng)溫度、濕度、干燥時間等數(shù)據(jù)，自動控制鼓風(fēng)機(jī)的啟停、風(fēng)門開關(guān)，實現(xiàn)升溫、保溫、進(jìn)風(fēng)和排濕等各種功能，完成物料干燥.設(shè)備的溫度控制范圍為室溫至80,℃，精度為±1,℃；相對濕度控制精度為±5%,.

GZX-9070MBE 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實業(yè)有限公司；中型智能烘房(內(nèi)部有效尺寸6.3,m×3.1,m×2.8,m)，遼寧海帝升機(jī)械有限公司；JJ3000型精密電子天平(量程3,000,g±0.1,g)，常熟雙杰測試儀器廠；高速多功能粉碎機(jī)，永康市綠可食品機(jī)械有限公司；標(biāo)準(zhǔn)篩，南京科達(dá)儀器總匯；分析天平(精確度0.000,1,g)，奧豪斯中國地區(qū)；超聲波清洗機(jī)，深圳市威固特洗凈設(shè)備有限公司；真空抽濾裝置(自己組裝)；722 型可見光分光光度計，上海菁華集團(tuán)公司.

1.3 實驗試劑

無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品、苯酚、濃硫酸，分析純，天津市化學(xué)試劑一廠.

1.4 實驗方法

首先進(jìn)行黑木耳恒溫恒濕熱風(fēng)干燥實驗，研究熱風(fēng)溫度和相對濕度對黑木耳外觀、理化品質(zhì)的影響.實驗方案見表1.

表1 實驗方案Tab.1 Experimental program

將預(yù)處理好的新鮮木耳單層均勻攤放在托盤上，單盤質(zhì)量約為1,kg；按照表1 設(shè)置實驗參數(shù)后啟動實驗烘房；每隔0.5,h 稱質(zhì)量1 次，直到黑木耳含水率在14%,以下，并在每次稱量時對木耳進(jìn)行拍照.同時另取約100,g 預(yù)處理好的鮮木耳，在GZX-9070MBE型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)110,℃烘干至質(zhì)量恒定，以測量其初始含水率.干燥實驗結(jié)束后，整理數(shù)據(jù)繪制木耳干燥曲線和干燥特性曲線；對不同干燥條件下得到的木耳進(jìn)行理化指標(biāo)測定，即木耳多糖含量和干濕比的測定.上述實驗均重復(fù)3 次，實驗數(shù)據(jù)取平均值.

1.5 木耳多糖含量的測定

采用超聲波浸提法來提取黑木耳多糖，分光光度苯酚-硫酸顯色法測定粗多糖含量[12-13].

1.5.1 木耳多糖的提取

稱取10,g 黑木耳干制品，粉碎成粉末，過60 目篩，得到碾細(xì)的木耳粉末；稱取該粉末 1,g 置于100,mL 燒杯中，加水30,mL，采用超聲波浸提法提取2,h，抽濾得濾液；將剩余殘渣再用30,mL 水浸提2,h，抽濾，所得濾液與第1 次濾液合并后于100,mL容量瓶定容，作為待測樣品液.

1.5.2 苯酚液的配制

稱取苯酚100,g，加鋁片0.1,g、碳酸氫鈉0.05,g，蒸餾收集182,℃下的餾分10,g，加水150,mL，置于棕色瓶中，搖勻.

1.5.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精確稱取經(jīng)105,℃干燥至質(zhì)量恒定的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品50,mg，置于500,mL 容量瓶中，加蒸餾水定容，搖勻后就可得到質(zhì)量濃度為0.1,mg/mL 的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液；分別吸取 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0,mL 的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液置于5 個具塞試管中，分別加蒸餾水1.8、1.6、1.4、1.2、1.0,mL，使總體積為2.0,mL，再取2.0,mL 蒸餾水放入1 支空的具塞試管中；向5 支試管中分別加入1.0,mL 苯酚液，再迅速滴加5.0,mL 濃硫酸，搖勻，靜置10,min，置沸水浴中加熱15,min，取出用冷水迅速冷卻至室溫；另以2.0,mL 蒸餾水，加1.0,mL 苯酚液、5.0,mL 濃硫酸，其他操作同上，作為空白對照，用分光光度計于490,nm 處測定其吸光度(A490)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2 所示.

圖2 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The standard curve of glucose

1.5.4 多糖含量的測定

吸取 1.5.3 中制得的待測樣品液 5.0,mL，于50,mL 容量瓶中定容，搖勻；再取這種稀釋液2.0,mL于試管中，加入苯酚液 1.0,mL，搖勻后迅速加入5.0,mL 濃硫酸，立即混勻，靜置5,min 后于沸水浴中加熱15,min，取出用冷水迅速冷卻至室溫，空白對照同1.5.3，測定其吸光度.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線查出多糖溶液中的葡萄糖含量，進(jìn)而計算出木耳中的多糖含量.木耳多糖含量按照式(1)計算.

式中：Wp為木耳多糖含量(%)；mp為木耳多糖的質(zhì)量(g)；mg為干木耳質(zhì)量(g).

1.6 木耳干濕比的計算

干濕比是評價黑木耳品質(zhì)的重要指標(biāo)，由此可表征干木耳的復(fù)水性.根據(jù)GB/T 6192—2008[5]，干濕比的測量和計算方法為：稱取樣品100.0,g(精確至±0.1,g)即為m，將樣品放入室溫下水中浸泡4,h 后，取出用漏水容器濾盡水，直到不產(chǎn)生水滴為止后稱量，即為m1(g)，按式(2)計算干濕比，計算結(jié)果精確到小數(shù)點后1 位.

2 結(jié)果與分析

2.1 黑木耳恒溫恒濕熱風(fēng)干燥特性

圖3 為不同溫度和濕度下黑木耳熱風(fēng)干燥曲線.從圖3 可以看出，隨著干燥過程的進(jìn)行，黑木耳含水量逐漸下降.當(dāng)熱風(fēng)干燥箱內(nèi)相對濕度為50%,，熱風(fēng)溫度為40,℃(注：傳感器測量顯示的風(fēng)溫)時，干燥時間為8,h，而60,℃熱風(fēng)溫度下，干燥時間為5.5,h，可見熱風(fēng)溫度越高，干燥時間越短.這是因為熱風(fēng)溫度高，水分蒸發(fā)驅(qū)動力大，干燥速率高.當(dāng)熱風(fēng)溫度均為60,℃時，干燥箱內(nèi)相對濕度越低，所需要的干燥時間越短，這是因為相對濕度越低，物料表面與干燥介質(zhì)間的水汽分壓越大，越有利于水分的去除.

圖3 黑木耳熱風(fēng)干燥曲線Fig.3 Drying curves of Auricularia auricula

圖4 所示為不同干燥條件下的黑木耳干燥特性曲線.從圖4 可以看出，黑木耳干燥速率隨熱風(fēng)溫度和濕度不同而有所差異，但其干燥特性遵循一定規(guī)律：即整個熱風(fēng)干燥過程可以分成四個階段：

(1)起始干燥階段(干基含水量12～15,kg/kg，濕基含水率92.3%,～93.7%,).在該階段，木耳溫度從環(huán)境溫度升到接近熱風(fēng)濕球溫度，隨著木耳溫度升高，水分蒸發(fā)速率增加.干燥條件為60,℃-40%,和60,℃-50%,時，該階段升速明顯；干燥條件為50,℃-50%,時，僅有1 個短暫的恒速階段；當(dāng)干燥條件為40,℃-50%,時，既沒有升速階段，也沒有恒速階段，而是直接進(jìn)入到降速干燥階段.木耳的熱風(fēng)干燥過程隨著干燥介質(zhì)溫度和濕度的不同而呈現(xiàn)出不同特性的原因是，熱風(fēng)溫度越低，木耳從常溫升到熱風(fēng)濕球溫度所需時間越短；另外，當(dāng)濕度較大時，熱風(fēng)中水蒸氣含量較高，熱風(fēng)與濕物料之間的傳質(zhì)推動力較小，物料的水分蒸發(fā)量少，從而消耗較少的熱量；而其余熱量則使物料溫度升高.反之亦然.

(2)第一降速階段(干基含水量6～12,kg/kg，濕基含水率85.7%,～92.3%,).在該階段，水分蒸發(fā)速率從10～11,kg/(kg?h)慢慢降低到4～5,kg/(kg?h).在第一降速階段，木耳水分較大，主要蒸發(fā)的是木耳中的游離水，水分蒸發(fā)速率快.提高熱風(fēng)溫度，降低熱風(fēng)濕度均可提高木耳干燥速率.

(3)第二降速階段(干基含水量2～6,kg/kg，濕基含水率66.6%,～85.7%,).該階段木耳水分蒸發(fā)從4～5,kg/(kg?h)降至0.8～1.2,kg/(kg?h)之間，蒸發(fā)速率顯著降低，其原因有兩個：一是木耳中的游離態(tài)水分在上一階段已蒸發(fā)完畢，此干燥階段主要蒸發(fā)的是木耳中的結(jié)合水.結(jié)合水蒸發(fā)主要受木耳本身傳質(zhì)阻力的影響.二是物料收縮使其與空氣的接觸面積減小，蒸發(fā)傳熱面積小，也會使干燥速率下降.熱風(fēng)溫度，濕度對該階段仍有影響，但影響程度低于第一降速階段.

(4)第三降速階段(干基含水量0.16～2,kg/kg，濕基含水率14.0%,～66.6%,).該階段水分蒸發(fā)使含水率進(jìn)一步減小，分析其原因為該階段去除的水分為不易蒸發(fā)的膠體結(jié)合水.在該階段，外部條件如熱風(fēng)溫度和濕度對水分蒸發(fā)影響較小，主要是木耳內(nèi)部的傳質(zhì)阻力在起主要作用.

圖4 黑木耳熱風(fēng)干燥速率曲線Fig.4 Drying rate curves of Auricularia auricula

結(jié)合圖3 和圖4，以熱風(fēng)溫度為60,℃，相對濕度50%,條件下的黑木耳熱風(fēng)干燥過程為例，分析木耳的干燥失水過程：總干燥時間為6,h，其中起始干燥階段0.33,h，去除木耳新鮮水分14.3%,；第一降速階段1,h，去水 42.8%,；第二降速階段2,h，去水28.6%,；第三降速階段2.67,h，去水 13.3%,；干燥結(jié)束后木耳中剩余水分為初始水分的1%,.

2.2 黑木耳干燥品質(zhì)

圖5 顯示了熱風(fēng)溫度為60,℃，相對濕度為50%,條件下木耳干燥過程中外觀變化.

圖5 熱風(fēng)干燥過程中木耳外觀變化Fig.5 Appearance variation of Auricularia auricula in the air-drying process

結(jié)合圖3—圖5 分析發(fā)現(xiàn)：起始干燥階段，木耳外觀基本無變化；第一降速階段木耳開始收縮，但收縮率低；第二降速階段木耳收縮非常明顯，為黑木耳干燥定型階段；在第三降速階段木耳的收縮很小，由此推斷木耳的外形受第二降速階段的影響最大.

表2 顯示了熱風(fēng)干燥條件對干制木耳多糖含量和干濕比的影響.從表2 中可以看出：40,℃-50%,條件下得到的干木耳中多糖含量最低(4.84%,)，其原因可能是干燥時間長；60,℃-50%,比50,℃-50%,的多糖含量有所偏低是因為其熱風(fēng)溫度高；當(dāng)溫度為60,℃時，濕度越大，干燥時間相對越長，木耳多糖的損失越大，干制品中多糖的含量則越低.總體上看，各干燥條件下木耳多糖差異不大.

從表2 中干濕比可知，熱風(fēng)干燥得到木耳干制品基本可以達(dá)到國標(biāo)[5]中對干濕比的要求(一級品≥1∶13，二級品≥1∶12)，而且溫度、濕度對木耳干制品干濕比的影響很小.但值得注意的是，當(dāng)干燥條件為60,℃-40%,時，即高溫低濕的條件下，所得到的干木耳干濕比最差，因為這種條件下木耳失水最快，木耳葉片硬化，導(dǎo)致了干制品復(fù)水性差.

表2 不同干燥條件下黑木耳的品質(zhì)Tab.2 Drying quality of Auricularia auricula in different drying conditions

3 黑木耳變溫調(diào)濕干燥制度

在黑木耳恒溫恒濕干燥的干燥特性和干木耳品質(zhì)分析基礎(chǔ)上，本文提出了黑木耳變溫調(diào)濕干燥制度；結(jié)合烘房處理量，分別設(shè)計了針對小型烘房(處理量為每批5～10,kg)的黑木耳干燥制度1 和中型烘房(處理量為每批1,t)的黑木耳干燥制度2.

3.1 小型烘房的黑木耳干燥制度

以 SY-5 型果蔬智能小型烘房，單批烘干約10,kg 北京8 月底產(chǎn)秋黑木耳為例.各階段熱風(fēng)溫濕度參數(shù)設(shè)置見表3.

作為對照，另一組采用自然晾曬.自然晾曬條件為白天陽光直曬，晾曬時間為8：30—17：30、曬后收回.第2 天繼續(xù)曬，直到安全含水率14%,為止.木耳晾曬期間，記錄晾曬處空氣溫度為32～35,℃，相對濕度為45%,±10%,.

考慮上節(jié)熱風(fēng)干燥的研究結(jié)果，木耳干燥收縮主要發(fā)生在第二階段，故此第二階段要采用低溫高濕的空氣作為干燥介質(zhì)才能避免木耳干制品過度變形.第二干燥階段以后，可以適當(dāng)提高空氣的溫度并降低其濕度，以使干燥時間縮短.故此設(shè)計如下干燥制度.

表3 黑木耳熱風(fēng)烘房干燥制度1Tab.3 Drying schedule 1 of Auricularia auricula

從表4 中可以看出，黑木耳干燥制度1 得到的木耳干濕比和多糖含量要比自然晾曬的低，差別不是很大，但是干燥時間遠(yuǎn)低于自然晾曬所需時間.需要說明的是，該批實驗原料為秋耳，其木耳多糖含量要比恒溫恒濕干燥實驗所用的夏耳高.從圖6 可以看出，兩種方式下干燥得到的干木耳外觀也差別不大.由此可以認(rèn)為，干燥制度1 下烘房烘干的黑木耳品質(zhì)基本接近自然曬干黑木耳.

表4 干燥制度1和自然晾干木耳的品質(zhì)對比Tab.4 Quality comparison of Auricularia auricula under drying schedule 1 and sun-drying

圖6 干燥制度1和自然晾曬后的木耳外觀對比Fig.6 Comparison of Auricularia auricula appearance under drying schedule 1 and sun drying

3.2 中型烘房的黑木耳干燥制度

以遼寧海帝升機(jī)械有限公司生產(chǎn)的中型智能烘房(烘干室內(nèi)部有效尺寸6.3,m×3.1,m×2.8,m，單層有效烘干面積17.5,m2，烘干層數(shù)12 層)，于2013 年9 月中旬在吉林省敦化市黃泥河鎮(zhèn)新西林農(nóng)業(yè)有限公司進(jìn)行東北黑木耳(秋耳)智能烘房熱風(fēng)干燥制度試驗.單批烘干木耳約1,200,kg，經(jīng)多次試驗，設(shè)計的干燥制度2 見表5.

作為對照，另一組采用自然晾曬.自然晾曬條件為白天陽光直曬，晾曬時間為9：00—17：00，曬后收回.第2 天繼續(xù)曬，直到安全含水率14%,為止.木耳晾曬期間，敦化最低空氣溫度為1,℃，最高空氣溫度23,℃，相對濕度為40%,±10%,.

表5 黑木耳熱風(fēng)烘房干燥制度2Tab.5 Drying schedule 2 of Auricularia auricula

經(jīng)干燥制度2 下烘干黑木耳干燥時間為14,h，而作為對照組的日曬干燥時間為30,h.干燥制度2 得到的黑木耳干制品外形基本上達(dá)到了日曬黑木耳的效果，收縮性良好，并且黑木耳干制品的品質(zhì)基本接近日曬黑木耳.

3.3 兩種干燥制度比較分析

從干燥制度1 和2 比較可以看出，黑木耳變溫調(diào)濕干燥制度都包括四個干燥階段，各干燥階段可根據(jù)烘房形式、原料物性、裝載量等差異，在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度、濕度和干燥時間，以得到干燥時間短、品質(zhì)優(yōu)良的干制品.實踐生產(chǎn)中，一定量的前期試驗有助于獲得一個優(yōu)化的黑木耳干燥制度.

4 結(jié)論

(1)黑木耳熱風(fēng)干燥過程可分為四個階段.起始干燥階段：熱風(fēng)溫度越高，濕度越低，起始干燥階段越明顯，木耳外觀基本不變；第一降速階段：干燥速率快，提高熱風(fēng)溫度，降低熱風(fēng)濕度均可提高木耳干燥速率，木耳開始收縮，但是收縮率低；第二降速階段：木耳干燥速率顯著降低，熱風(fēng)溫度、濕度對該階段仍有影響，但影響程度低于第一降速階段，木耳收縮明顯，為木耳收縮定型階段；第三降速階段：該階段干燥速率進(jìn)一步減小，外部條件如熱風(fēng)溫度和濕度對水分蒸發(fā)影響較小，木耳的收縮很小.

(2)通過黑木耳熱風(fēng)干燥特性及干燥過程中品質(zhì)變化分析，提出了黑木耳四階段變溫調(diào)濕干燥制度.變溫調(diào)濕干燥制度實驗和生產(chǎn)實踐都表明：在一個良好的干燥制度下，熱風(fēng)烘房可得到外觀、木耳多糖及干濕比接近自然晾曬品質(zhì)的干木耳產(chǎn)品.

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