鮮香菇滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥動(dòng)力學(xué)分析

王肖莉 薛淑靜 李露 楊德 關(guān)健 高虹 程薇

摘要：研究了鮮香菇[Lentinus edodes （Berk.）sing]在滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥過程中水分含量及脂肪含量的變化，建立干燥動(dòng)力學(xué)方程，滲透脫水采用40%混合糖溶液，溫度30 ℃；真空油炸溫度為90 ℃，真空度-0.1 MPa。結(jié)果表明，隨著滲透時(shí)間的延長，鮮香菇的水分含量逐漸降低，香菇脆片脂肪含量及脂肪吸收率也逐漸減少；根據(jù)K Pearson積差相關(guān)分析得出，脂肪含量與其初始水分含量具有極顯著的相關(guān)性，結(jié)合真空油炸一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律和滲透脫水費(fèi)克水分?jǐn)U散規(guī)律，得到鮮香菇聯(lián)合干燥過程中水分與脂肪含量變化的動(dòng)力學(xué)方程。

關(guān)鍵詞：香菇[Lentinus edodes （Berk.）sing]脆片；真空油炸；滲透脫水；動(dòng)力學(xué)方程

中圖分類號：S646.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5368-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.042

A Kinetics Analysis of the Combined Drying of the Osmotic Dehydration and Vacuum Frying for the Fresh Mushrooms

WANG Xiao-li1，XUE Shu-jing1，2，LI Lu1，2，YANG De1，2，GUAN Jian1，2，GAO Hong1，2， CHENG Wei1，2

（1.Institute for Farm products and Nuclear-Agricultural Technology， HAAS， Wuhan 430064， China；2. Farm Products Processing Research Sub-center of Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology， Wuhan 430064， China）

Abstract： The change of moisture content and fat content of the fresh mushroom[Lentinus edodes （Berk.）sing] in the process of osmotic dehydration and vacuum frying combined drying， to establish drying kinetics equation. The conditions of osmotic dehydration was used 40% mixed sugar， temperature 30 ℃，the temperature of vacuum frying was 90 ℃，vacuum degree was -0.1 MPa. The results showed that the initial moisture content and equilibrium moisture content decreased and fat content， equilibrium fat content and fat absorption ratio also decreased with the increasing in osmotic dehydration time. According to the K Pearson product moment correlation analysis： fat content， initial moisture content has the extremely significant correlation. A dynamical model of combined drying for mushroom chips were obtained through combined the Fick's law of diffusion and first order reaction kinetics.

Key words： mushrooms[Lentinus edodes （Berk.）sing] chips； vacuum frying； osmotic dehydration； kinetics equation

香菇[Lentinus edodes （Berk.）sing]，又名花菇、香蕈、香菌、冬菇等，為側(cè)耳科植物香蕈的子實(shí)體。香菇味道鮮美，營養(yǎng)豐富，含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、維生素B群、鐵、鉀，香菇含有的香菇多糖可調(diào)節(jié)人體內(nèi)具有免疫功能的T細(xì)胞活性，可降低甲基膽蒽誘發(fā)腫瘤的能力，是一種有效的抗腫瘤成分[1]，在提高人體免疫力、防癌、保健、養(yǎng)生等方面均具有一定功效[2]。因此，香菇作為常用食品備受人們的青睞，具有廣闊的發(fā)展前景。

香菇脆片是一種即食休閑膨化食品，其可增加香菇食品的種類，延伸香菇的產(chǎn)業(yè)鏈條，提高香菇附加值，從而創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。但傳統(tǒng)制作中香菇脆片的脂肪含量較高，因此降低脂肪含量是制作香菇脆片的關(guān)鍵技術(shù)，由于脂肪含量和原料炸前初始水分含量具有顯著相關(guān)性，因此，采用炸前預(yù)干燥技術(shù)可進(jìn)一步減少產(chǎn)品的脂肪含量。

香菇脆片常用的干燥方法真空油炸是在負(fù)壓條件下，原料在食用油中進(jìn)行油炸脫水干燥，使原料中的水分被充分蒸發(fā)掉的過程，真空油炸相比較常壓油炸具有以下特點(diǎn)：①溫度低，營養(yǎng)成分損失少；②減壓，水分蒸發(fā)快，干燥時(shí)間短；③保留制品本身的香氣和風(fēng)味；④具有膨化作用，產(chǎn)品復(fù)水性好；⑤油耗少，油脂裂化速率慢[3]?，F(xiàn)有的單一干燥技術(shù)無法達(dá)到產(chǎn)品的品質(zhì)要求，因此，出現(xiàn)了各種聯(lián)合干燥技術(shù)，如，桃脆片的真空油炸-熱風(fēng)聯(lián)合干燥[4]、草莓的凍干-真空微波聯(lián)合干燥[5]、藍(lán)莓的熱風(fēng)-微波真空聯(lián)合干燥[6]、薯?xiàng)l的滲透脫水-常壓油炸聯(lián)合干燥法與熱風(fēng)干燥-常壓油炸聯(lián)合干燥方法[7，8]，胡蘿卜片的滲透脫水-真空油炸聯(lián)合干燥[9]等。目前，對新鮮香菇條的聯(lián)合干燥還鮮有研究，本試驗(yàn)采用滲透預(yù)干燥與真空油炸相結(jié)合的干燥技術(shù)，探討不同聯(lián)合干燥條件對鮮香菇干燥特性的影響，并建立聯(lián)合干燥過程中水分與脂肪含量變化的動(dòng)力學(xué)方程，以期為新鮮香菇的滲透脫水-真空油炸聯(lián)合干燥的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮香菇，武漢市武商量販超市購買；麥芽糊精、麥芽糖、檸檬酸均為食用級，武漢市金瑞成試劑公司產(chǎn)品；大豆油，武漢市長江沙鷗植物油有限公司產(chǎn)品；乙醚、石油醚（60～90 ℃）均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ZK-1500C型真空油炸機(jī)，廣東旭眾食品機(jī)械有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9123A型），上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；索氏抽提器，四川蜀牛玻璃儀器有限公司；PL3002型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水分含量的測定 采用常壓烘箱干燥法：按照GB 5009.3-85以干基（db）計(jì)[10]。

水分含量m=（mt-me）/me （1）

1.3.2 脂肪含量的測定 采用索氏抽提法，參照GB/T 5009.6-2003。

1.3.3 工藝流程 新鮮香菇→清洗（流動(dòng)水洗去表面雜質(zhì)）→去柄→切條（橫切成1 cm左右的香菇條）→護(hù)色漂燙（0.1%檸檬酸、1.5%食用鹽等）→瀝干→浸漬（濃度為40%的麥芽糖與麥芽糊精的混合溶液）→冷凍→真空油炸→真空脫油→包裝。

1.3.4 鮮香菇的滲透脫水試驗(yàn) 新鮮香菇在浸漬處理時(shí)，置于麥芽糖溶液與麥芽糊精（質(zhì)量比1∶2）的混合溶液中，糖液濃度為40%，浸泡溫度30 ℃，香菇條與糖液投放比例為1∶7（質(zhì)量比），分別浸漬0、20、80、240 min取出，測定其水分含量，即為其油炸時(shí)的初始水分含量。

1.3.5 鮮香菇滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥試驗(yàn) 將上述經(jīng)過滲透脫水的香菇置于真空油炸框內(nèi)進(jìn)行真空油炸，油炸時(shí)間5、10、15、20、25、30、40、50、60、70 min，油炸溫度90 ℃，油炸運(yùn)行頻率2 Hz，油炸真空度為-0.1 MPa，脫油7 min，脫油運(yùn)行頻率30 Hz，樣品取出冷卻后分別測定其水分含量和脂肪含量。

1.3.6 真空油炸過程中物料水分蒸發(fā)與脂肪吸收動(dòng)力學(xué)模型 真空油炸過程中，物料中水分逐漸蒸發(fā)并從表面滋出，水蒸氣氣流不斷由內(nèi)向外流動(dòng)，在物料內(nèi)部產(chǎn)生油進(jìn)入物料空間，炸油逐漸浸入物料組織中，即在一定時(shí)間范圍內(nèi)，隨著油炸時(shí)間的延長，物料中水分含量逐漸下降，而脂肪含量逐漸上升。按照黃生權(quán)等[9]、Baumann等[10]的研究，油炸過程中的傳質(zhì)規(guī)律符合一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，得到水分與脂肪含量的方程為：

m-me=（m0-me）exp（-Kmt） （2）

F=Fe（1-exp（-Kft）） （3）

式中，me為平衡水分含量，m0為油炸前初始水分含量，Km為水分蒸發(fā)速率常數(shù)，F(xiàn)e為平衡脂肪含量，Kf為脂肪吸收速率常數(shù)，t為油炸時(shí)間。水分蒸發(fā)和脂肪吸收的速率常數(shù)（Km、Kf）與滲透脫水時(shí)間有關(guān)，滿足以下經(jīng)驗(yàn)方程：

Km=Km0 （■）■ （4）

me=me0（■）■ （5）

Kf=Kf0（■）■ （6）

Fe=Fe0（■）■ （7）

式中，td為滲透脫水時(shí)間，T為滲透液溫度，B為滲透液濃度，Kmt、met、Kft、Fet均為無量綱常數(shù)。模型系數(shù)常數(shù)與指數(shù)常數(shù)等參數(shù)采用DPS非線性回歸分析法求解。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥對鮮香菇水分和脂肪含量的影響

如圖1、2所示，鮮香菇在聯(lián)合干燥過程中水分含量的變化，滲透脫水降低了真空油炸鮮香菇的初始水分含量與平衡水分含量，滲透時(shí)間越長初始水分含量、平衡水分含量及水分蒸發(fā)速率越低，且在一定時(shí)間內(nèi)，香菇脆片水分含量均隨著油炸時(shí)間的延長而逐漸降低。

如圖2、3所示，鮮香菇在聯(lián)合干燥過程中脂肪含量變化，滲透脫水降低了香菇的脂肪含量，滲透脫水時(shí)間越長，其平衡脂肪含量和脂肪吸收速率均越低，在一定時(shí)間內(nèi)，隨著油炸時(shí)間的延長香菇脆片的脂肪含量逐漸增高。

結(jié)合香菇脆片的脂肪含量與其初始水分含量，根據(jù)K Pearson的積差相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)二者相關(guān)性為極顯著，即香菇脆片的脂肪含量隨著其真空油炸初始水分含量的降低而逐漸減少。因香菇進(jìn)入沸油后，內(nèi)部水分因高溫開始蒸發(fā)并從表面蒸出，水蒸氣不斷從內(nèi)向外流動(dòng)，炸油不斷進(jìn)入香菇多孔性的組織空隙內(nèi)，即水分蒸發(fā)后由炸油填充其空隙，因此，香菇脆片的脂肪含量很大程度上取決于其初始水分含量的多少，該結(jié)果與文獻(xiàn)[3，9，11，12]的研究結(jié)果相似。

2.2 滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥動(dòng)力學(xué)

如圖4所示，滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥鮮香菇，可分為滲透預(yù)干燥與真空油炸兩個(gè)過程，這兩個(gè)過程分別符合費(fèi)克水分?jǐn)U散定律和一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，費(fèi)克水分?jǐn)U散定律顯示濃度梯度越大，擴(kuò)散通量越大，滲透液濃度、滲透液溫度、滲透時(shí)間和料液比[13]等均會(huì)影響干燥脫水效果及油炸前初始水分含量，由于水分含量與脂肪含量具有極顯著的相關(guān)性，所以這些條件也影響香菇脆片的脂肪含量。

將經(jīng)過滲透脫水和真空油炸處理的鮮香菇的平衡水分含量、平衡脂肪含量、水分蒸發(fā)速率及脂肪吸收速率等數(shù)據(jù)與動(dòng)力學(xué)模型（方程2和方程3）和系列經(jīng)驗(yàn)方程（方程4、5、6、7）進(jìn)行擬合，通過DPS非線性回歸分析求解模型系數(shù)，回歸方程系數(shù)如表1所示。

3 小結(jié)

1）鮮香菇滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥過程中，在一定時(shí)間內(nèi)，隨著滲透預(yù)干燥時(shí)間的延長，香菇水分含量逐漸降低，其初始水分含量、平衡水分含量及水分蒸發(fā)速率也逐漸降低；隨著真空油炸時(shí)間的增長，香菇脆片脂肪含量逐漸升高，但滲透預(yù)干燥時(shí)間越長其平衡脂肪含量及脂肪吸收速率越低。

2）香菇脆片的脂肪含量與其初始水分含量具有極顯著相關(guān)性，即香菇脆片的脂肪含量隨著其真空油炸初始水分含量的降低而逐漸減少。

3）初步得出鮮香菇滲透脫水與真空油炸聯(lián)合干燥動(dòng)力學(xué)方程為：

m=5×10-5（■）-2.713 1+（m0-5×10-5（■）-2.713 1）exp（1.4×10-6（■）-3.61t） （8）

F=4.39×10-3（■）-2.452 2（1-exp（-1×10-6）（■）-2.451t） （9）

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