香菇柄熱風干燥特性及微粉性質研究

劉麗娜,王安建,李順峰,田廣瑞,閆市娜

(河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所,河南鄭州 450002)

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香菇柄熱風干燥特性及微粉性質研究

劉麗娜,王安建,李順峰,田廣瑞,閆市娜

(河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所,河南鄭州 450002)

以香菇柄為對象,研究了其熱風干燥特性,并對比分析了不同干燥條件下超微粉碎香菇柄和普通粉碎香菇柄的理化性質。結果表明:隨著熱風溫度的升高,切片厚度的減小,香菇柄干燥時間縮短;在熱風溫度為50 ℃條件下干燥香菇柄,得到的粗粉的營養(yǎng)成分可以得到較大保留,色澤也較好。與粗粉相比,微粉的色澤稍差,但流動性更好,休止角、滑角降低,堆密度、持水力、水溶性指數(shù)、膨脹力和持油力均有提高;同時,膳食纖維、可溶性蛋白和多糖的溶出量也有所增加。因此,經(jīng)過超微粉碎處理后,粉體的物理特性和營養(yǎng)成分溶出量均得到改善。

香菇柄,熱風干燥,粗粉,微粉

香菇(Lentinusedodes),又名香信、香蕈、香菌、冬菇、花菇,為側耳科植物香蕈的子實體,是世界第二大食用菌,也是我國特產(chǎn)之一,在民間素有“山珍”之稱[1]。香菇柄是香菇商品化處理過程中的廢棄物,占整個子實體質量的15%～30%,由于菇柄含粗纖維多,適口性差,絕大部分都被廢棄,全國每年廢棄的香菇柄有數(shù)萬噸,造成了極大的資源浪費。

香菇柄和菇蓋一樣是由香菇菌絲組成,同樣含有豐富的蛋白質、氨基酸、維生素、礦物元素等營養(yǎng)成分,以及香菇多糖、膳食纖維等功能性成分,其中膳食纖維的含量更是遠遠超過菇蓋。因此,可對廢棄香菇柄進行綜合開發(fā)利用,提高香菇的采后價值。新鮮香菇柄與菇蓋一樣不耐貯藏,采收后的香菇柄如果不及時處理,就極易發(fā)生褐變腐爛,營養(yǎng)價值降低,急需采用合適的方法對其進行處理。干燥是常用的保存物料的方法,采用合理的干燥方法與工藝可有效保留物料原有的營養(yǎng)成分,并能較長時間地保存[2]。目前,國內(nèi)外對香菇的干燥已有很多研究報道[3-4],對香菇柄的加工也有香菇柄松[5]、香菇柄蜜餞[6]、低糖香菇柄脯等的工藝研究,但香菇柄熱風干燥特性和香菇柄粉的研究還少見報道。本文研究了香菇柄熱風干燥特性,然后聯(lián)合超微粉碎技術制備出香菇柄超微粉,并對比分析了不同干燥條件下的普通粉和超微粉的理化性質及營養(yǎng)指標,旨在為香菇柄的干燥及其綜合利用提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮香菇柄購于鄭州市陳寨蔬菜批發(fā)市場。

考馬斯亮藍G-250、磷酸、乙醇、葡萄糖、重蒸酚、濃硫酸、濃鹽酸、MES(2-N-嗎啉代乙烷磺酸)、TRIS(三羥甲基氨基甲烷)、乙酸、丙酮、硼酸、氫氧化鈉、甲基紅、溴甲酚綠均為分析純;魯花壓榨花生油、豬油均為市售。

XM 120-HR快速水分測定儀Precisa Gravimetrics AG;HunterLab ColorFlex EZ型色差儀美國Hunterlab公司;GZX-9140 MBE數(shù)顯鼓風干燥箱上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;TG328A(S)分析天平上海精密科學儀器有限公司;BS-300A 電子天平上海友聲衡器有限公司;FE20型pH計梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;康靈切片機康靈有限公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鞏義市子華儀器有限責任公司;TDL-5A菲恰爾普通離心機上海菲恰爾分析儀器有限公司;SX-25-10型箱式電阻爐控制箱天津市泰斯儀器有限公司;K1100全自動凱氏定氮儀濟南海能儀器股份有限公司;UV-1800型紫外可見分光光度計濟南海能儀器股份有限公司;LD-Y300A高速萬能粉碎機上海頂帥電器有限公司;Winner3001激光粒度分析儀濟南微納儀器有限公司;WFJ-300型超微粉碎機濰坊志信環(huán)保微粉設備有限公司;HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.2實驗方法

1.2.1熱風干燥溫度實驗將采收的新鮮香菇柄切成3.5 mm厚的薄片,分別在熱風溫度40、50、60、70 ℃的鼓風干燥箱中進行干燥[7-9],每次取樣100 g,每隔5 min測定一次質量,直至干基含水率降至13 g/100 g。每組實驗重復3次,取平均值,考察溫度對干燥特性的影響。

1.2.2切片厚度實驗將采收的新鮮香菇柄切成3.5 mm和5 mm厚的薄片[10],在熱風溫度為60 ℃的干燥箱中進行干燥,每次取樣100 g,每隔5 min測定一次質量,直至干基含水率降至13 g/100 g。每組實驗重復3次,取平均值,考察切片厚度對干燥特性的影響。

1.2.3香菇柄粗粉制備將干燥后的香菇柄置于高速萬能粉碎機中粉碎10 s,過40目篩得到粗粉,置于干燥器中備用。

1.2.4香菇柄微粉制備將50 ℃干燥得到的香菇柄粗粉用超微粉碎機進行超微粉碎,粉碎時變頻器輸出功率為36 Hz,過40目篩得到所需的微粉,置于干燥器中備用。

1.2.5指標的測定

1.2.5.1顏色評價采用Hunterlab ColorFlex EZ色差儀,L為明度指數(shù),L*=0表示黑色,L*=100表示白色,a*和b*為彩度指數(shù),a*、b*代表一個直角坐標的兩個方向,a*=0時為灰色;+a*值越大,顏色越接近純紅色;-a*的絕對值越大,顏色越接近純綠色。b*=0時為灰色;+b*值越大,顏色越接近純黃色;-b*的絕對值越大,顏色越接近純藍色。香菇柄色差評價通過兩種色調之間的差值,即色差,用ΔE表示,它代表所測物質的L*、a*、b*值與標準白板之間的色差值,按如下公式計算ΔE值:

式中,L0、a0、b0為標準白色板的測定值;L*、a*、b*為樣品的測定值。

首先對儀器進行校正,以儀器白板(L*=94.12;a*=-1.09;b*=2.13)為標準,稱取10g樣品放入樣品杯鋪平、壓實后進行測定,每個樣品重復3次。

1.2.5.2膳食纖維測定按照GB/T5009.88-2008的規(guī)定測定香菇柄中的膳食纖維。

1.2.5.3多糖測定測定多糖采用苯酚-硫酸法[11]。

1.2.5.4可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[12]。

1.2.5.5粒徑分布及堆密度測定粒徑分布采用激光粒度分析儀。堆密度測定:稱取2g的香菇柄粗粉或微粉放入10mL的量筒中(重復3次),然后放在振蕩器上振蕩1min,從而使得香菇柄粗粉或微粉的體積在量筒中恒定。堆密度即為香菇柄粉的質量與體積之比。

1.2.5.6休止角和滑角測定休止角根據(jù)Zhang等[13]的測定方法進行測定。首先,將不同的蘑菇粉末樣品經(jīng)漏斗垂直流至平板上,漏斗的底部與平板的垂直距離H為1cm,流下來的蘑菇粉末在平板上形成圓錐體,測得直徑2R,結果按下面公式計算。

滑角依據(jù)Zhou等[14]的方法進行測定。將5g粉末樣品精確稱質量,置于玻璃平板上,然后將平板傾斜至粉末移動,玻璃平板提起的高度為H,結果按下面公式計算:

式中,θ為粉體休止角;H為漏斗垂直至水平面的距離;R為樣品自由下落形成的圓錐體半徑;β為粉體滑角;h為玻璃平板抬起高度;l為玻璃平板長度。

1.2.5.7持水力測定將稱量好的0.5g香菇柄粉置于離心管中,按照水∶粉=20∶1的比例將相應的蒸餾水加入離心管中使香菇柄粉分散,在振蕩器上振蕩使其分散,再將分散液于60 ℃的恒溫水浴鍋中恒溫40min,隨后用流水冷卻30min,最后在4000r/min的轉速下離心20min之后棄去上清液,稱量離心管和沉淀層的質量[15]。結果按下面公式計算:

式中,M為離心管重量;M1為樣品重量;M2為離心管和沉淀層質量。

1.2.5.8水溶性指數(shù)的測定取一定量的粉末樣品,按粉末與水1∶50(質量比)的比例混勻,將混合好的溶液在80 ℃水浴鍋中恒溫30min,然后在6000r/min速度下離心10min,取上清液置于事先恒重好的蒸發(fā)皿中,在(105±1) ℃下干燥至恒重,結果按下面公式計算:

式中,S1為樣品質量;S2為蒸發(fā)皿和上清液質量;S3為蒸發(fā)皿和殘渣重量。

1.2.5.9持油力測定不飽和脂肪酸吸附的測定:稱取香菇柄粉3g于洗凈、干燥的離心管中,分別加入魯花壓榨花生油24g,然后在37 ℃恒溫水浴鍋中靜置1h,隨后在4000r/min的轉速下離心達20min,最后去除上層花生油并用濾紙吸干殘渣上游離的花生油[16]。結果按下面公式計算。

式中,W1為樣品的質量;W2為空離心管質量;W3為離心管和殘渣質量。

飽和脂肪酸吸附測定:同不飽和脂肪酸吸附測定,其中用豬油代替花生油。

1.2.5.10膨脹力測定稱取1g樣品置于錐形瓶中,并加入50mL蒸餾水,然后在30 ℃恒溫加熱磁力攪拌器中攪拌30min,放入恒重離心管中以2000r/min的轉速離心10min,再測定離心管和沉淀層的質量;把沉淀層置于恒重的燒杯中,用105 ℃的數(shù)顯鼓風干燥箱烘4h,取出放入干燥器中冷卻,稱重烘后燒杯和樣品的重量[16]。結果按下面公式計算:

式中,a為離心管質量;b為離心管和沉淀層質量;c為燒杯質量;d為烘后燒杯和樣品質量。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理采用Origin8.6和SPSS22.0進行分析。

2　結果與分析

2.1熱風溫度對香菇柄干燥特性的影響

在不同的熱風溫度下得到的香菇柄干燥曲線和失水速率曲線如圖1所示。

圖1　不同熱風溫度下香菇柄干燥曲線(a) 和失水速率曲線(b)Fig.1　Drying curve(a)and water loss rate curve(b) of mushroom stem at different air temperature

由圖1a可知,干燥溫度越高,香菇柄的干基含水率下降趨勢越快,達到目標干基含水率所需時間越短,反之越長。香菇柄的干基含水率降至13 g/100 g以下,熱風干燥溫度為70 ℃所需時間為65 min,而溫度為40 ℃需要190 min,相差大約3倍。說明溫度對香菇柄干燥過程中水分變化和干燥時間影響顯著。這主要是由于熱風溫度越高,傳熱介質與香菇柄片間的溫差越大,推動力越大,加速了香菇柄和熱風干燥介質的熱交換。從圖1b看出,熱風溫度升高,香菇柄的失水速率也隨之增大,干燥過程主要為降速階段,加速和恒速階段持續(xù)時間較短,基本符合傳統(tǒng)的干燥速率變化規(guī)律。干燥過程是香菇柄內(nèi)部水分向表面擴散而向外蒸發(fā)的過程,因此干燥速度與內(nèi)部水分的擴散速度有一定的關系。在干基含水率相同的條件下,溫度越高,香菇柄內(nèi)部水分的擴散速度越快,失水速率越快,干燥至相同的干基含水率時所需的時間就越短。

2.2切片厚度對香菇柄干燥特性的影響

在相同熱風干燥溫度下,得到不同厚度香菇柄切片的干燥曲線和失水速率曲線如圖2所示。

圖2　不同厚度的香菇柄的干燥曲線(a) 和失水速率曲線(b)Fig.2　Drying curve(a)and water loss rate curve(b) of mushroom stem at different slice thickness

從圖2a可以看出,香菇柄片的厚度對干燥時間有一定的影響,在熱風溫度為60 ℃時,將厚度為5 mm的香菇柄片干燥至干基含水率為13 g/100 g需要115 min,而干燥3.5 mm厚的香菇柄片需要95 min。由圖2b可以看出,香菇柄片越薄,失水速率越快。這是因為香菇柄片厚度越大,水分從香菇柄中移到表面的距離越長,內(nèi)部傳熱傳質阻力越大,傳質速率越低的緣故。

表1　香菇柄粗粉的色澤Table 1　The color of mushroom stem coarse powder

注:圖中a～d同一列中不同字母標示表示其差異性顯著(p<0.05)。

2.3不同干燥溫度的香菇柄粗粉的指標測定結果及分析

2.3.1不同干燥溫度對色澤的影響從表1可以看出,熱風溫度為50 ℃與60 ℃相比,香菇柄粗粉的L*變化不顯著(p>0.05),但與40、70 ℃相比差異顯著(p<0.05)。熱風溫度為60 ℃與70 ℃相比,香菇柄粗粉的a*、b*沒有顯著差異(p>0.05),但與40、50 ℃相比差異均顯著(p<0.05)。熱風溫度為40 ℃與70 ℃相比,香菇柄粗粉的總的褐變程度沒有顯著差異(p>0.05),但與50、60 ℃相比存在顯著差異(p<0.05)。總體來說,加熱溫度越高,加熱時間越長越不利于色澤的保持,可能原因是由于加熱使香菇柄發(fā)生了美拉德反應及抗壞血酸降解在內(nèi)的一系列化學反應,不斷生成黃褐色的物質[17]。40 ℃加熱溫度最低,但加熱時間過長,最終色澤反而較差。因此,熱風溫度為50 ℃條件下干燥的香菇柄色澤最佳。

2.3.2不同干燥溫度對膳食纖維含量的影響和其他膳食纖維一樣,香菇柄膳食纖維也可按溶解性分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維,不同膳食纖維具有不同的功能特性和生理功效。與常見的谷物類膳食纖維類似,香菇柄粗粉的總膳食纖維含量雖較高,可溶性膳食纖維含量卻較低。由圖3可以看出:不同熱風溫度下,測定的總膳食纖維含量差異顯著(p<0.05),50 ℃時總膳食纖維含量最高;隨著溫度的升高,可溶性膳食纖維的含量變化呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢,熱風溫度為40 ℃與60 ℃相比差異不顯著(p>0.05),而與50、70 ℃相比差異顯著(p<0.05);熱風溫度為50 ℃與60 ℃條件下不溶性膳食纖維含量相比差異性不顯著(p>0.05),而與40、70 ℃相比差異顯著(p<0.05)?？傊?溫度越高,受熱時間越長,對膳食纖維組織結構破壞越大[18]。綜合分析,熱風溫度為50 ℃時干燥香菇柄的膳食纖維保留的最多。

圖3　膳食纖維含量Fig.3　The content of dietary fiber注：不同字母表示差異顯著(p<0.05)，圖4、圖5同。

2.3.3不同干燥溫度對多糖含量的影響由圖4可知,隨著熱風干燥溫度的增加,測定的香菇柄的多糖的含量變化呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。在熱風溫度為50 ℃時,得到的香菇柄的多糖的含量最高,與其它干燥溫度間存在顯著性差異(p<0.05)。在60、70 ℃時香菇柄中多糖的含量降低,這可能是溫度較高多糖發(fā)生了變化[19]。最終,熱風溫度為50 ℃條件下干燥香菇柄中多糖保留率最高。

圖4　多糖含量Fig.4　The content of polysaccharide

2.3.4不同干燥溫度對可溶性蛋白質含量的影響從圖5可以看出:隨著熱風干燥溫度的升高,香菇柄可溶性蛋白質含量不斷降低,這符合蛋白質受熱變性后溶解度下降的一般規(guī)律,40 ℃干燥時可以保留較多的蛋白質,但與50 ℃相比差異不顯著(p>0.05),與其它處理溫度間存在顯著性差異(p<0.05)。結合干燥速率變化,50 ℃干燥可以節(jié)省較多的時間,達到提高效率、節(jié)省能源的效果,同時綜合考慮到色差、膳食纖維含量、多糖含量的變化,選取50 ℃作為香菇柄的最佳干燥溫度。

圖5　可溶性蛋白質含量Fig.5　The content of soluble protein

2.4香菇柄粗粉和微粉的指標測定的比較

2.4.1色澤的比較本文應用機械碾軋粉碎工藝對香菇柄粗粉進行超微處理,得到香菇柄微粉,對比二者的色差如表2所示,由表2可知,經(jīng)超微粉碎后,香菇柄的微粉的L*有所減小,a*值、b*值和ΔE值均稍有增大,這可能是由于粉碎過程中粉體不斷升溫受熱的緣故。因此,香菇柄粗粉色澤稍優(yōu)于微粉。

表2　香菇柄粗粉和微粉的色差Table 2　The color of mushroom stem coarse powder and micro-powder

表5　水溶性指數(shù)、持水力、持油力和膨脹力的比較Table 5　Comparation of the water soluble index,water holding,oil holding and swelling capacity

2.4.2粒度分布比較香菇柄粗粉和微粉的粒徑測定結果如表3所示,D0.1、D0.5、D0.9分別代表粉體累計率為10%、50%、90%的粒徑值,其中D0.5表示粒徑的中值,具有代表性[20]。由表可知,微粉比粗粉具有更小的粒徑值和跨度,這說明經(jīng)過超微粉碎后,粉體粒徑整體明顯減小,粒徑分布更加均勻、集中。

表3　香菇柄粗粉和微粉的粒徑Table 3　The particle size of mushroom stem coarse powder and micro-powder

注:跨度=(D0.9-D0.1)/D0.5。

2.4.3堆密度、休止角、滑角的比較由表4可知,相較粗粉而言,微粉的堆密度增大,休止角和滑角均減小。這是因為粉體粒徑越小,均一性越好,其與周圍顆粒環(huán)境的接觸面積越大,導致顆粒之間的空隙變小,從而使得粉體的堆密度增大。粉體的休止角、滑角越大,流動性越差,這與粒徑分布和跨度有關,微粉比粗粉顆粒更加細小而均勻,從而表面更加光滑,最終使得流動性得到提高。這與很多研究的結論相一致[21]。

表4　堆密度、休止角和滑角的比較Table 4　Comparation of the bulk density,angle of repose and slip angle

2.4.4水溶性指數(shù)、持水力、持油力、膨脹力的比較由表5可知,香菇柄經(jīng)過超微粉碎之后,水溶性指數(shù)、持水力、不飽和脂肪酸持油力、飽和脂肪酸持油力和膨脹力分別提高了35.13%、28.34%、44.74%、48.54%和33.61%。這主要是因為超微粉碎破壞了香菇柄纖維組織致密的結構,使得更多的親水集團被暴露出來,顆粒與水的接觸面積、接觸部位增多,其分散性增強,因而水溶性指數(shù)、持水力、持油力和膨脹力均有提高[22]。

2.4.5膳食纖維含量的比較從圖6可以看出,相較粗粉而言,微粉的總膳食纖維含量提高,并且可溶性的膳食纖維含量也提高了將近3倍。香菇柄經(jīng)超微粉碎之后,香菇柄中的膳食纖維的組成成分發(fā)生了變化,不溶性的膳食纖維的結構遭到破壞,使其長鏈被打斷,變成短鏈的小分子,使其暴露出較多的親水基團,從而提高了可溶性膳食纖維含量[23]。

圖6　膳食纖維含量Fig.6　The content of dietary fiber

2.4.6可溶性蛋白質和多糖含量的比較由圖7可知,微粉的可溶性蛋白質含量以及多糖含量均比香菇柄粗粉中的高出1倍左右。這是因為經(jīng)過超微粉碎的香菇柄的粒徑變小、細胞壁被破壞得比較完全,從而使得香菇柄中的可溶性蛋白以及多糖的成分暴露得更多,因此香菇柄中的可溶性蛋白質以及多糖含量均得到提高。

圖7　可溶性蛋白含量、多糖含量Fig.7　The content of soluble protein and polysaccharide

3　結論

實驗表明,香菇柄的熱風干燥過程主要為降速階段,加速和恒速階段持續(xù)時間較短,基本符合傳統(tǒng)的干燥速率變化規(guī)律。干燥條件對香菇柄色差、膳食纖維含量、多糖含量、蛋白質含量均有影響,綜合考慮,熱風溫度為50 ℃時,能更有效的保留香菇柄原有的營養(yǎng)成分,是香菇柄的最佳干燥溫度。通過與普通粉碎對比,超微粉碎處理的香菇柄由于細胞壁破碎得更完全,使得營養(yǎng)成分的溶出量得到提高,同時能顯著改善其粉體的物理特性和膳食纖維的功能特性,這與Zhang等[24]的研究結論一致。因此,為了擴大香菇柄的利用范圍,可將香菇柄加工成粉末,從而為其后續(xù)精深加工提供優(yōu)質的原料。

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Study on hot air drying characteristics of mushroom stem and its properties of micro-powder

LIU Li-na,WANG An-jian,LI Shun-feng,TIAN Guang-rui,YAN Shi-na

(Institute of Agricultural Products Processing,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

The hot air drying characteristics of mushroom stem were studied in this paper,and the physicochemical properties of its coarse powder and micro-powder were comparatively analyzed. Results showed that the drying time of mushroom stem was shortened with the increase of hot air temperature and the decrease of slice thickness,and the coarse powder under hot air temperature 50 ℃ had greater nutrient retention and better color. Compared to the coarse powder,the micro-powder had a little worse color,but had a better fluidity,higher values in the bulk density,water holding capacity,water soluble index,swelling capacity,oil holding capacity,and lower values in the angle of repose and slip angle. Meanwhile the micro-powder possessed higher values in dietary fiber,soluble protein and polysaccharide content. Therefore,after superfine grinding,the powder had a promotion on physical properties and nutrient content.

mushroom stem;hot air drying;coarse powder;micro-powder

2015-06-23

劉麗娜(1982-)，女，碩士研究生，主要從事食用菌保鮮與加工研究，E-mail：liuln1982@163.com。

河南省財政預算項目(20157815)。

TS255.3

A

1002-0306(2016)05-0126-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.016