不同香菇干燥方式的干燥特性和干品品質(zhì)對(duì)比研究

李 斌,別 玉,*,張 偉

(1.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,云南昆明 650500;2.紅云紅河集團(tuán)曲靖卷煙廠,云南曲靖 655000)

不同香菇干燥方式的干燥特性和干品品質(zhì)對(duì)比研究

李 斌1,別 玉1,*,張 偉2

(1.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,云南昆明 650500;2.紅云紅河集團(tuán)曲靖卷煙廠,云南曲靖 655000)

干制香菇是延長(zhǎng)香菇保質(zhì)期的有效方式之一,采取三種單一干燥方法和兩種組合干燥方法對(duì)香菇進(jìn)行干燥處理,研究了香菇干燥過(guò)程中的干燥動(dòng)力學(xué)特性和干制品品質(zhì)的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:從干燥效率和失水速率來(lái)看,三種干燥方法從優(yōu)到次依次為熱風(fēng)干燥、普通烘箱干燥、真空干燥;從干制品外形品質(zhì)來(lái)評(píng)價(jià),從優(yōu)到次依次為真空干燥、熱風(fēng)干燥、普通烘箱干燥。而真空與熱風(fēng)聯(lián)合干燥香菇是有應(yīng)用價(jià)值的,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縮短干燥時(shí)間。

香菇,干燥模式,干燥特性,聯(lián)合干燥

干燥后的香菇不僅可延長(zhǎng)保質(zhì)期,還可改善營(yíng)養(yǎng)。傳統(tǒng)的香菇干燥多以曬干和烘干為主,其浪費(fèi)較大,且難以保證質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)各種干燥方式下的香菇干燥特性進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。宮元娟等[1]在香菇冷凍干燥工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究中確定了最優(yōu)工藝參數(shù),以提高凍干效率和凍干香菇品質(zhì)。王俊等[2]利用自制的熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)臺(tái)在對(duì)香菇干燥的研究中得到了三因素(前期溫度、后期溫度、風(fēng)速)對(duì)三指標(biāo)(干燥質(zhì)量、脫水速率、單位能耗)的影響規(guī)律,提出了參數(shù)的最佳組合。Anet Rezek Jambrak等[3]用超聲波對(duì)蘑菇等進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)果表明,超聲波預(yù)處理比對(duì)照樣品明顯提高了干燥速率。由于單一干燥方式都有各種不足,學(xué)者們嘗試了兩種甚至多種干燥方式組合干制香菇,聯(lián)合干燥可以結(jié)合兩種干燥方法的優(yōu)點(diǎn)。徐貴力等[4]研究遠(yuǎn)紅外常壓、負(fù)壓聯(lián)合干燥香菇,發(fā)現(xiàn)采用聯(lián)合干燥的方法不僅可使香菇干燥時(shí)間縮短和能耗降低,而且提高了香菇干制品的優(yōu)等率。索申敬[5]將熱泵技術(shù)應(yīng)用于食品干燥中,相比常規(guī)干燥方法更高效節(jié)能。這些研究成果為香菇干燥工藝提供了大量的一手?jǐn)?shù)據(jù),然而,卻少有研究者系統(tǒng)對(duì)比過(guò)幾種干燥方法對(duì)干燥品質(zhì)的影響規(guī)律,尚需要開展實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行探索。

本文為香菇干燥領(lǐng)域提供了三種單一干燥方式下香菇的干燥特性相關(guān)數(shù)據(jù),且針對(duì)兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比。此外,還對(duì)兩種聯(lián)合干燥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,可為香菇干燥工藝的優(yōu)選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇 購(gòu)買于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng),要求新鮮,菇體肥滿潔白,組織結(jié)實(shí),菇蓋完好,不破損,不開傘,不變色,香菇的初始含水率為84%,每次實(shí)驗(yàn)的新鮮香菇用量約為40 g。

HX202Z型電子天平 慈溪市天東衡器廠;XMTD-8222型普通電熱烘箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;GZX-9023 MBE型電熱鼓風(fēng)干燥箱、DZF-6020型真空干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 挑選鮮香菇,剔除基部培養(yǎng)基,然后清洗、瀝干、低溫通風(fēng)存放[7]。

1.2.2 干燥處理 取相同質(zhì)量經(jīng)過(guò)預(yù)處理的鮮香菇,分別采用如下五種干燥方式將其干燥至含水率在13%以下,取出香菇,觀察香菇形態(tài)特征,對(duì)其進(jìn)行包括菇蓋色澤、菇褶色澤、香味以及收縮四個(gè)方面的外觀質(zhì)量測(cè)評(píng)。

普通烘箱干燥:在干燥溫度為60 ℃的普通電熱烘箱中干燥鮮香菇。

熱風(fēng)干燥:在干燥溫度為60 ℃、風(fēng)速為18/h的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥鮮香菇。

真空干燥:在干燥溫度為60 ℃、真空度為0.1 MPa的真空干燥箱中干燥鮮香菇。

對(duì)上述3種方式進(jìn)行以下操作步驟:每隔30 min,迅速打開烘箱箱門,取出香菇,并放在電子天平上稱重,記錄香菇質(zhì)量。稱重完后迅速將香菇放入烘箱烘盤繼續(xù)干燥,記錄香菇放入烘盤時(shí)的時(shí)間。重復(fù)以上步驟,直至香菇含水率在13%以下。待60 ℃香菇干燥實(shí)驗(yàn)完成后,再分別進(jìn)行70、80 ℃的普通烘箱干燥、熱風(fēng)干燥和真空干燥實(shí)驗(yàn)。

熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥:在干燥溫度為80 ℃的時(shí)候進(jìn)行聯(lián)合干燥實(shí)驗(yàn)。將香菇放入熱風(fēng)干燥箱先進(jìn)行熱風(fēng)干燥直至香菇水分下降到40%時(shí),轉(zhuǎn)入真空干燥箱,進(jìn)行真空干燥,直至水分下降到13%以下。

真空—熱風(fēng)聯(lián)合干燥:真空—熱風(fēng)聯(lián)合干燥與熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥的區(qū)別在于先進(jìn)行真空干燥,待香菇含水率降到60%時(shí),再切換為熱風(fēng)干燥,直至水分下降到13%以下為止。

1.3 干燥過(guò)程的衡量指標(biāo)

1.3.1 干燥速率 測(cè)量不同時(shí)刻的含水率,形成干燥特性曲線,含水率和干燥速率可按下式計(jì)算:

含水率ω(%)=(m0-mg)/m0×100;

干燥速率η=dm/dt;

式中:mg表示干物質(zhì)質(zhì)量;m0表示物料初始質(zhì)量;dm表示相鄰2次測(cè)量的失水質(zhì)量;dt表示相鄰2次測(cè)量的時(shí)間間隔。

平均干燥速率(g H2O/h)=蒸發(fā)水分總量/干燥時(shí)間,蒸發(fā)水分總量單位為g,干燥時(shí)間單位為h。

1.3.2 香菇感觀質(zhì)量評(píng)分 香菇干制品的感觀評(píng)審主要從菇蓋色澤、菇褶色澤、香味以及收縮四個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)分,詳細(xì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 香菇外觀質(zhì)量評(píng)分Table 1 The quality scores of mushroom appearance

注:外觀評(píng)分最高為4分,加權(quán)后滿分為40分。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一干燥模式對(duì)比分析

2.1.1 三種干燥模式外觀質(zhì)量評(píng)分對(duì)比 通過(guò)對(duì)普通電熱烘箱、電熱鼓風(fēng)烘箱以及真空干燥箱在60、70、80 ℃三個(gè)溫度段的香菇干制品外觀的觀察分析,根據(jù)香菇外觀質(zhì)量評(píng)分表(表1),計(jì)算出的外觀綜合評(píng)分如表2所示。

表2 不同干燥方法對(duì)香菇外觀質(zhì)量評(píng)分的影響Table 2 The influence of different drying methods on the quality scores of mushroom appearance

從表2中很明顯可以看出,熱風(fēng)烘箱的香菇干制品外觀質(zhì)量要比普通烘箱的干制品稍好,主要表現(xiàn)在菇褶方面,熱風(fēng)干制品菇褶呈黃色,比普通烘箱干燥的菇褶深黃色要好。但是這兩種干燥方法的干制品收縮都比較嚴(yán)重,菇蓋均呈褐色。而真空干燥的干制品不僅收縮很小,菇蓋顏色也比二者略淺,呈淺褐色。三種干燥方法的干制品在香味方面的表現(xiàn)都很理想,香味都很濃。

2.1.2 三種干燥模式失水速率對(duì)比 普通烘箱干燥、熱風(fēng)干燥、真空干燥三種干燥方法分別在60、70、80 ℃干燥的含水率變化對(duì)比曲線以及失水速率變化對(duì)比曲線如圖1～圖6所示。

圖1 60 ℃干燥溫度時(shí)的含水率變化曲線Fig.1 The change curves of moisture content at 60 ℃ drying temperature

圖2 70 ℃干燥溫度時(shí)的含水率變化曲線Fig.2 The change curves of moisture content at 70 ℃ drying temperature

圖3 80 ℃干燥溫度時(shí)的含水率變化曲線Fig.3 The change curves of moisture content at 80 ℃ drying temperature

圖4 60 ℃干燥溫度時(shí)的失水速率曲線Fig.4 The curves of water loss rate at 60 ℃ drying temperature

圖5 70 ℃干燥溫度時(shí)的失水速率曲線Fig.5 The curves of water loss rate at 70 ℃ drying temperature

圖6 80 ℃干燥溫度時(shí)的失水速率曲線Fig.6 The curves of water loss rate at 80 ℃ drying temperature

從圖1～圖6中可以看出,普通烘箱干燥與熱風(fēng)干燥含水率變化曲線很相似,差別很小。60、70、80 ℃熱風(fēng)干燥只比普通烘箱縮短30 min左右。但總體來(lái)說(shuō),熱風(fēng)干燥含水率變化曲線都在普通烘箱干燥含水率變化曲線之下,意味著熱風(fēng)干燥還是略快于普通烘箱干燥,真空干燥含水率變化曲線在最上面,且離熱風(fēng)干燥、普通烘箱干燥含水率變化曲線較遠(yuǎn),表明真空干燥含水率下降最慢,比熱風(fēng)干燥、普通烘箱干燥慢很多。

從圖1～圖6中可以看出,三個(gè)溫度段的熱風(fēng)干燥失水速率曲線都在最上面,其次是普通烘箱干燥,最下面是真空干燥。意味著熱風(fēng)干燥失水速率最快,其次是普通烘箱干燥,真空干燥最慢。且熱風(fēng)干燥與普通烘箱干燥都只有加速干燥段,而真空干燥有加速干燥,降速干燥兩段。熱風(fēng)干燥與普通烘箱干燥的干燥速率都是在含水率為80%以上達(dá)到最大值(除60 ℃時(shí)的普通烘箱干燥外),而真空干燥卻在80%以下達(dá)到最大值。

2.1.3 三種干燥模式平均干燥速率對(duì)比 熱風(fēng)干燥、普通烘箱干燥、真空干燥在60、70、80 ℃三個(gè)溫度段的平均干燥速率如表3所示。

表3 不同干燥方法在不同溫度段的平均干燥速率(g/h)Table 3 The average drying rate of different drying methods at different temperature(g/h)

從表3中可以看出,三種干燥方式的平均失水速率都隨著溫度升高而增大,溫度每升高10 ℃,平均失水速率約提升1.03～2.20 g/h;橫向?qū)Ρ?熱風(fēng)干燥的平均失水速率最大,其次是普通烘箱干燥,最后是真空干燥,且溫度的提升對(duì)熱風(fēng)干燥的影響最大。綜合看來(lái),三種干燥方式在相同干燥溫度下的干燥速率為:熱風(fēng)干燥>普通烘箱干燥>真空干燥。

2.2 熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥

2.2.1 熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥外觀質(zhì)量評(píng)分 進(jìn)行熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥實(shí)驗(yàn),在干燥溫度為80 ℃的時(shí)候,先進(jìn)行熱風(fēng)干燥,待含水率下降到40%以下時(shí),再進(jìn)行真空干燥。通過(guò)對(duì)熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥的干制品觀察分析,發(fā)現(xiàn)其干制品外觀質(zhì)量與熱風(fēng)干燥干制品類似,外觀質(zhì)量一般,不如真空干燥的干制品好,優(yōu)于普通烘箱干燥的干制品。具體表現(xiàn)為菇蓋褐色,菇褶黃色,香味較濃,收縮較重,加權(quán)分為3×3+3×3+4×2.5+1×1.5=29.5分。

2.2.2 熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥失水速率 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析,繪制出了熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥與熱風(fēng)干燥、真空干燥的含水率變化曲線以及失水速率曲線,如圖7和圖8所示。

圖7 80 ℃時(shí)聯(lián)合干燥與單一干燥的含水率變化曲線Fig.7 The change curves of moisture conten of combined drying and single drying at 80 ℃

圖8 80 ℃時(shí)聯(lián)合干燥與單一干燥的失水速率曲線Fig.8 The curves of water loss rate of combined drying and single drying at 80 ℃

從圖7中可以看出,熱風(fēng)-聯(lián)合干燥的干燥時(shí)長(zhǎng)較短,用時(shí)4.5 h,比熱風(fēng)干燥的4 h略長(zhǎng),比真空干燥8.5 h約縮短一半。所以熱風(fēng)-聯(lián)合干燥時(shí)長(zhǎng)位于熱風(fēng)干燥、真空干燥之間。而且熱風(fēng)-聯(lián)合干燥含水率曲線在進(jìn)行熱風(fēng)干燥的時(shí)候,基本與熱風(fēng)干燥的曲線吻合,切換為真空干燥時(shí),曲線又幾乎與真空干燥曲線平行。

從圖8中可以看出,熱風(fēng)干燥失水速率一直在最上面,熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥大多數(shù)時(shí)候位于中間,最下面是真空干燥。說(shuō)明熱風(fēng)干燥的干燥速率最大,其次是熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥,真空干燥最慢。

2.2.3 熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥平均失水速率 熱風(fēng)干燥、熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥及真空干燥的平均失水速率如表4所示。

從表4中可以看出,在干燥溫度為80 ℃,熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥的平均速率比真空干燥快0.29 g/h,比熱風(fēng)干燥慢4.2 g/h。

表4 80 ℃時(shí)聯(lián)合干燥與單-干燥的平均干燥速率Table 4 The average drying rate of combined drying and single drying at 80 ℃

2.3 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

2.3.1 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥外觀質(zhì)量評(píng)分 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥實(shí)驗(yàn),在干燥溫度為80 ℃的時(shí)候,先進(jìn)行真空干燥,待含水率下降到60%以下時(shí),再進(jìn)行熱風(fēng)干燥,直至含水率下降到13%以下。通過(guò)對(duì)真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥的干制品觀察分析,發(fā)現(xiàn)其干制品外觀質(zhì)量比熱風(fēng)干燥的干制品好很多,非常接近真空干燥干制品的外觀質(zhì)量,優(yōu)于熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥的干制品,遠(yuǎn)優(yōu)于普通烘箱干燥的干制品。具體表現(xiàn)為菇蓋淺褐色,菇褶黃色,香味較濃,收縮一般,加權(quán)分為4×3+3×3+4×2.5+2×1.5=34分。

2.3.2 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥失水速率 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析,繪制出了真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥與熱風(fēng)干燥,真空干燥的含水率變化曲線以及失水速率曲線,如圖9、圖10所示。

圖9 80 ℃時(shí)聯(lián)合干燥與單一干燥的含水率變化曲線Fig.9 The change curves of moisture conten of combined drying and single drying at 80 ℃

圖10 80 ℃時(shí)聯(lián)合干燥與單一干燥的失水速率曲線 Fig.10 The curves of water loss rate of combined drying and single drying at 80 ℃

從圖9中可以看出,真空—熱風(fēng)干燥的干燥時(shí)長(zhǎng)為7.5 h,比真空干燥快1 h,比熱風(fēng)干燥慢3.5 h。相比熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥要慢3 h。與熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥類似,真空—熱風(fēng)聯(lián)合干燥在真空干燥階段與真空干燥幾乎吻合,熱風(fēng)干燥階段也與熱風(fēng)干燥含水率曲線平行。

從圖10中可以看出,與熱風(fēng)—真空聯(lián)合干燥一樣,熱風(fēng)干燥失水速率一直在最上面,真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥大多數(shù)時(shí)候位于中間,最下面是真空干燥。說(shuō)明熱風(fēng)干燥的干燥速率最大,其次是真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥,真空干燥最慢。

2.3.3 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥平均失水速率 熱風(fēng)干燥、熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥及真空干燥的平均失水速率如表5所示。

表5 80 ℃時(shí)聯(lián)合干燥與單一干燥的平均速率Table 5 The average drying rate of combined drying and single drying at 80 ℃

從表5中可以看出,在干燥溫度為80 ℃,真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥的平均速率比真空干燥快0.69 g/h,比熱風(fēng)干燥慢3.8 g/h。

對(duì)比表4、表5中的熱風(fēng)-真空干燥與真空-熱風(fēng)干燥兩種不同的聯(lián)合干燥方式,發(fā)現(xiàn)相同干燥溫度下,真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥的平均速率比熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥快0.4 g/h。

3 結(jié)論

開展對(duì)單一的普通烘箱干燥、熱風(fēng)干燥、真空干燥在60、70、80 ℃三個(gè)溫度段的香菇干燥實(shí)驗(yàn),以感官質(zhì)量和失水速率為評(píng)價(jià)指標(biāo),最終發(fā)現(xiàn)相同干燥溫度下,干品品質(zhì)從優(yōu)到次依次為真空干燥、真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥、熱風(fēng)干燥、普通烘箱干燥。三種干燥方式失水速率都隨干燥溫度的升高而增快,熱風(fēng)干燥的失水速率快于普通烘箱干燥,真空干燥最慢,所需時(shí)間最長(zhǎng)。熱風(fēng)干燥速率快但干制品質(zhì)量不好,真空干燥干制品質(zhì)量較好但干燥速率太慢。通過(guò)熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥以及真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥香菇的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥雖然失水速率比真空干燥快,但其干制品質(zhì)量與熱風(fēng)干燥類似,都比較差,沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥結(jié)合了熱風(fēng)干燥速率快,真空干燥質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。速率比真空干燥快,干制品質(zhì)量比熱風(fēng)干燥好。具有很好的應(yīng)用前景。

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Comparative study of drying characteristics and dried product quality of several mushroom drying modes

LI Bin1,BIE Yu1,*,ZHANG Wei2

(1.Faculty of Chemical Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China;2.Qujing Cigarette Factory of Hongyun Honghe Group,Qujing 655000,China)

Drying mushroom is one of the effective ways of extending the mushroom life. In the process of drying mushroom,the drying dynamics characteristics and changes of drying products quality were studied by carrying out three different drying modes and two combined drying. The results showed that hot air drying was better than ordinary oven drying considering drying efficiency and dehydrating rate,and both were better than vacuum drying. However,considering the appearance quality of dried mushroom,vacuum drying was the best,then the hot air drying and the worst was ordinary oven drying. Vacuum and hot air combined drying was proven to be a effective and applicable,which had much better dried product quality than hot air dying and shorter drying period than vacuum drying.

mushroom;drying mode;drying characteristics;combined drying

2016-07-18

李斌(1994-),男,大學(xué)本科,研究方向:高效過(guò)程裝備技術(shù),E-mail:startbinli@163.com。

*通訊作者:別玉(1984-)，女，講師，研究方向：農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能源工程，E-mail:bieyujuli@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(21306071)。

TS255.1

A

:1002-0306(2017)04-0175-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.025