杏鮑菇真空預(yù)冷工藝優(yōu)化研究

劉達(dá)玉，周 琳，李 翔，邱愛東，劉海強(qiáng)

（成都大學(xué)生物工程學(xué)院，四川 成都 610106）

杏鮑菇（Pleurotus eryngii）是人們喜好的名貴食用菌之一，具有優(yōu)良的加工烹飪特性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。但由于其不耐貯藏，夏天12 h就會(huì)出現(xiàn)黃軟爛現(xiàn)象，杏鮑菇采后必須及時(shí)進(jìn)入冷鏈環(huán)節(jié)。常規(guī)的空氣預(yù)冷方式，所需冷卻時(shí)間長，杏鮑菇在冷卻期間已經(jīng)發(fā)生劣變，因此，需要研究出更加快速的冷卻方式。隨著近年來杏鮑菇工廠化栽培規(guī)模的擴(kuò)大[2]，其快速預(yù)冷、冷鏈貯藏的技術(shù)需求更加緊迫[3]。真空預(yù)冷儲(chǔ)藏是利用真空預(yù)冷設(shè)備，將杏鮑菇擱放在真空預(yù)冷室內(nèi)，密閉后通過真空泵抽氣以形成真空環(huán)境，使杏鮑菇內(nèi)部的水分蒸發(fā)帶走熱量，實(shí)現(xiàn)其自身的快速降溫，從而有效降低呼吸強(qiáng)度，抑制自身營養(yǎng)成分的消耗，以延長杏鮑菇貯藏保鮮期限[4]。真空預(yù)冷技術(shù)曾因一次性成本較高而限制了應(yīng)用[5]，隨著技術(shù)的進(jìn)步，以及名貴果蔬均存在保質(zhì)期短的問題，近年來，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入應(yīng)用試驗(yàn)階段，陶菲等[6]試驗(yàn)研究了不同真菌預(yù)冷條件下雙孢蘑菇的保鮮效果，劉斌等[7-8]通過自行設(shè)計(jì)的小型預(yù)冷樣機(jī)，試驗(yàn)研究杏鮑菇的預(yù)冷工藝和預(yù)冷效果，總體表現(xiàn)為冷卻時(shí)間顯著縮短，菇體冷卻均勻等特點(diǎn)，保持了產(chǎn)品的色澤、新鮮度和營養(yǎng)價(jià)值，具有非常好的應(yīng)用前景。為了推動(dòng)杏鮑菇真空預(yù)冷技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，采用工業(yè)化預(yù)冷技術(shù)裝備，探討不同預(yù)冷終溫、補(bǔ)水量以及裝載率對杏鮑菇預(yù)冷過程的影響，優(yōu)化預(yù)冷終溫、補(bǔ)水量、裝載率等工藝參數(shù)，旨在提高杏鮑菇真空預(yù)冷的品質(zhì)和生產(chǎn)效率，提升真空預(yù)冷的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

杏鮑菇來自成都郫縣食用菌生產(chǎn)基地，采收后進(jìn)行分揀，選取菇體完整、大小均一、表面光潔、無病蟲害、無機(jī)械損傷、成熟度一致的中菇。

1.2 真空預(yù)冷設(shè)備

商品化真空預(yù)冷機(jī)，由上海某保鮮科技有限公司制造，該機(jī)主要由擱放物料真空箱體、抽真空系統(tǒng)、水蒸氣冷凝系統(tǒng)、自動(dòng)控制與記錄系統(tǒng)等組成。主要技術(shù)性能與參數(shù)：物料真空室內(nèi)壓力控制范圍為 0.1 MPa～0.0001 MPa；預(yù)冷室溫度 0～15℃，在此范圍內(nèi)根據(jù)預(yù)冷需要設(shè)定控制參數(shù)；預(yù)冷過程中物料溫度隨著時(shí)間變化曲線自動(dòng)記錄；PLC和觸摸屏控制，設(shè)有物料預(yù)冷“溫度控制”和預(yù)冷“時(shí)間控制”2種模式；電壓/頻率為380 V/50 Hz，裝機(jī)總功率為7 kW；預(yù)冷室進(jìn)料門關(guān)閉后“啟動(dòng)”，真空預(yù)冷到達(dá)冷卻終止溫度則自動(dòng)停機(jī)，預(yù)冷室出料門自動(dòng)開啟，預(yù)冷的杏鮑菇運(yùn)入真空包裝車間。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.3.1 不同預(yù)冷終溫試驗(yàn)

擬定以下3種真空預(yù)冷溫度進(jìn)行對比試驗(yàn)，真空預(yù)冷溫度設(shè)為：A為+2℃，B為+4℃，C為+6℃。在擱放杏鮑菇之前，選擇較大的杏鮑菇，打孔至中央，插入溫度傳感器后封閉，用于試驗(yàn)過程中判斷是否結(jié)束預(yù)冷。真空預(yù)冷后取樣測定其相關(guān)指標(biāo)，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行樣。

1.3.2 不同補(bǔ)水量試驗(yàn)

擬定以下4種真空預(yù)冷補(bǔ)水量進(jìn)行對比試驗(yàn)，補(bǔ)水量設(shè)為：A為杏鮑菇重量的2.0%，B為杏鮑菇重量的3.0%，C為杏鮑菇重量的4.0%，CK為不補(bǔ)水的對照樣。在杏鮑菇預(yù)冷前，采用專用的霧化槍，均勻地噴霧在杏鮑菇表面，切忌不可把補(bǔ)水直接澆淋在杏鮑菇表面。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行樣，真空預(yù)冷終溫采用前面試驗(yàn)的優(yōu)化溫度，處理完畢后取樣測定其相關(guān)指標(biāo)。

1.3.3 不同裝載率試驗(yàn)

擬定以下3種真空預(yù)冷裝載率進(jìn)行對比試驗(yàn)，裝載率設(shè)為：A約為預(yù)冷室容積的20%，B約為預(yù)冷室容積的40%，C約為預(yù)冷室容積的60%。由于進(jìn)貨和出貨操作需要、存放裝置、貨物間彼此間隙等原因，生產(chǎn)中裝載率不可以太高，裝載率屬于大致數(shù)據(jù)，難以準(zhǔn)確測定。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行樣，真空預(yù)冷終溫采用前面試驗(yàn)的優(yōu)化溫度，處理完畢后取樣測定其相關(guān)指標(biāo)。

1.3.4 真空預(yù)冷操作

削好分級的杏鮑菇整齊排放在塑料筐內(nèi)，裝至菇面快到筐口時(shí)即碼垛在預(yù)冷小車上，碼垛完成后，推入真空預(yù)冷室；預(yù)冷機(jī)參數(shù)設(shè)定真空度設(shè)定值為0.01 MPa以下，杏鮑菇中心溫度設(shè)定值為4.0℃；點(diǎn)擊冷卻水開關(guān)，真空泵、冷凍機(jī)開始真空預(yù)冷，放氣閥啟動(dòng)后真空預(yù)冷完畢，另一側(cè)開門轉(zhuǎn)運(yùn)至包裝車間進(jìn)行真空包裝。

2 結(jié)果分析

2.1 不同預(yù)冷終溫下預(yù)冷前后失重率的變化

不同預(yù)冷終溫下預(yù)冷前后失重率的變化，結(jié)果見圖1。

圖1 不同預(yù)冷終溫的失重率變化Fig.1 Change of weightlessness rate with different finalcooling temperature

杏鮑菇真空預(yù)冷過程中失重主要是由菇體水分蒸發(fā)造成的，采用真空預(yù)冷技術(shù)，就是利用杏鮑菇中水分蒸發(fā)帶走熱量，實(shí)現(xiàn)菇體降溫。一般情況下，真空預(yù)冷溫度每下降5℃～6℃就會(huì)有約1%的水分被蒸發(fā)。由圖1可以看出，杏鮑菇預(yù)冷終溫為+2℃時(shí)，失重率為2.8%；預(yù)冷終溫為+4℃時(shí)，失重率為2.1%；而預(yù)冷終溫為+6℃時(shí)，失重率僅為1.7%。由此可見，杏鮑菇預(yù)冷終溫越低，水分蒸發(fā)量就越大，預(yù)冷終溫每降低1℃，杏鮑菇菇體水分蒸發(fā)失重率增加約0.3%。因此，從成本和效益方面考慮，預(yù)冷終溫并不是越低越好，綜合權(quán)衡考慮，選取+4℃的預(yù)冷終溫較為合理，基本可以滿足貯藏的需求。

2.2 不同預(yù)冷終溫下真空預(yù)冷的降溫過程

不同預(yù)冷終溫下真空預(yù)冷的降溫過程見圖2和圖3。

圖2 冬季不同預(yù)冷終溫下真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.2 Cooling curves of vacuum cooling with different precooling final temperature in winter

圖3 夏季不同預(yù)冷終溫下真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.3 Cooling curves of vacuum cooling with different precooling final temperature in summer

由圖2可以看出，冬季杏鮑菇的降溫過程大致分為3個(gè)階段，第1階段是極緩慢的降溫階段，或者叫平坦階段，這段時(shí)間溫度下降非常緩慢；第2階段是快速降溫階段，這個(gè)階段杏鮑菇的溫度迅速從約10℃左右下降到約6℃左右；最后階段是溫度緩慢下降直到預(yù)冷全過程結(jié)束，但由于設(shè)置的預(yù)冷終溫偏高，表現(xiàn)不明顯。從圖2中還可以看出，設(shè)定的預(yù)冷終溫越低所需時(shí)間就越長，預(yù)冷終溫為+6℃時(shí)所需時(shí)間為12 min，預(yù)冷終溫為+4℃時(shí)所需時(shí)間為14 min，而預(yù)冷終溫為+2℃時(shí)則需要16 min。溫度的變化主要是由水分蒸發(fā)帶走熱量的量決定的，在0～6 min內(nèi)，壓力迅速下降，為到達(dá)杏鮑菇水分沸點(diǎn)階段；在6 min～12 min內(nèi)，為杏鮑菇表層水分在沸點(diǎn)快速蒸發(fā)帶走熱量的階段，壓力變化不大，維持在杏鮑菇的飽和蒸汽壓附近；到12 min時(shí)，預(yù)冷結(jié)束，壓力緩慢下降，主要為部分內(nèi)部水分蒸發(fā)降溫。

如圖3所示，夏季進(jìn)行杏鮑菇真空預(yù)冷操作時(shí)，由于環(huán)境溫度提高，杏鮑菇初始溫度也會(huì)有所升高，一般在16℃左右，因此達(dá)到同樣的預(yù)冷終溫所需的時(shí)間有所增加，預(yù)冷終溫為+6℃時(shí)所需時(shí)間約為18 min，預(yù)冷終溫為+4℃時(shí)所需時(shí)間約為21 min，而預(yù)冷終溫為+2℃時(shí)則需要約24 min。

2.3 不同補(bǔ)水量下預(yù)冷前后失重率的變化

不同補(bǔ)水量下預(yù)冷前后失重率的變化，結(jié)果見圖4。

圖4 不同補(bǔ)水量的失重率變化Fig.4 Change of weightlessness rate with different filling water

杏鮑菇真空預(yù)冷中補(bǔ)加適量的霧化水，可以減少菇內(nèi)水分的蒸發(fā)，進(jìn)而減少菇體重量損失，保持經(jīng)濟(jì)效益。由圖4可知，補(bǔ)水量為2.0%時(shí)，失重率為1.6%；補(bǔ)水量為3.0%時(shí)，失重率為1.2%；而補(bǔ)水量為4.0%時(shí)，失重率僅為1.0%。由此可知，隨著杏鮑菇補(bǔ)加霧化水量的增加，其失重率也在一定程度上減小，二者呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性。但是繼續(xù)保藏后發(fā)現(xiàn)，杏鮑菇補(bǔ)水量必須控制在一定的范圍之內(nèi)，若補(bǔ)水量過多，菇體表面將會(huì)留下水分，水分甚至?xí)B入菇體內(nèi)部，這將不利于杏鮑菇的貯藏保鮮。通過觀察預(yù)冷后杏鮑菇菇體表面水分殘留情況和后續(xù)貯藏效果發(fā)現(xiàn)，選取3.0%以下的補(bǔ)水量較為適宜。

2.4 不同補(bǔ)水量下真空預(yù)冷的降溫過程

不同補(bǔ)水量下真空預(yù)冷的降溫過程見圖5。

圖5 不同補(bǔ)水量下真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.5 Cooling curves of vacuum cooling with different filling water

杏鮑菇自身水分結(jié)合緊密，補(bǔ)加的水分更容易被蒸發(fā)而帶走熱量，即可以提高預(yù)冷速率，從而適當(dāng)縮短杏鮑菇的預(yù)冷時(shí)間。從圖5中可以看出，經(jīng)補(bǔ)水處理的杏鮑菇預(yù)冷時(shí)間明顯比對照樣品短。補(bǔ)水的杏鮑菇在降壓過程中，即到達(dá)水分沸點(diǎn)之前，就開始有一定的溫度下降，這個(gè)溫度下降與補(bǔ)水量存在著正相關(guān)性，杏鮑菇補(bǔ)水量為2.0%時(shí)，溫度下降2.0℃；補(bǔ)水量為3.0%時(shí)，溫度下降2.2℃；補(bǔ)水量為4.0%時(shí)，溫度下降2.4℃；而未添加霧化水的杏鮑菇在壓力下降到沸點(diǎn)之前，溫度僅下降0.3℃。在壓力下降到水的沸點(diǎn)溫度后，4種處理的杏鮑菇都出現(xiàn)快速的溫度下降。未補(bǔ)水杏鮑菇達(dá)到設(shè)定的預(yù)冷溫度所需時(shí)間為16 min，而補(bǔ)水量為2.0%、3.0%和4.0%的杏鮑菇所需時(shí)間分別為14 min、12 min和10 min，預(yù)冷時(shí)間明顯縮短，這既減少了杏鮑菇在低壓環(huán)境中保留的時(shí)間，減輕了低壓環(huán)境對組織結(jié)構(gòu)帶來的膨脹，同時(shí)又可以節(jié)省大量的能源。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，杏鮑菇適宜補(bǔ)水量為3.0%以下，對縮短杏鮑菇預(yù)冷周期、提高真空預(yù)冷機(jī)生產(chǎn)效率等均有顯著效果。

2.5 不同裝載率下預(yù)冷前后失重率的變化

不同裝載率下預(yù)冷前后失重率的變化，結(jié)果見圖6。

圖6 不同裝載率的失重率變化Fig.6 Change of weightlessness rate with different loading rate

由圖6可以看出，裝載率對杏鮑菇真空預(yù)冷失重率有一定影響，失重率會(huì)隨著預(yù)冷室杏鮑菇裝載率的增加而減小，二者存在負(fù)相關(guān)性。預(yù)冷室杏鮑菇裝載率為20%時(shí)，其失重率為3.0%；預(yù)冷室杏鮑菇裝載率為40%時(shí)，其失重率為2.5%；而預(yù)冷室杏鮑菇裝載率為60%時(shí)，其失重率僅為2.2%。其原因在于，當(dāng)杏鮑菇在真空預(yù)冷室裝載量較少時(shí)，預(yù)冷室內(nèi)的剩余空間就大，相比之下，就需要更多的水蒸汽來填充，并且較少的杏鮑菇承擔(dān)了真空系統(tǒng)所要帶走的水分，因此，從百分率上來計(jì)算，杏鮑菇預(yù)冷時(shí)水分蒸發(fā)量會(huì)隨著裝載率的降低而有所增大。但是不能為了減小失重率，而強(qiáng)制加大裝載率，要綜合考慮預(yù)冷時(shí)間和企業(yè)的生產(chǎn)效率、操作方便性等因素。綜合考慮，選取60%的裝載率較為合適。

2.6 不同裝載率下真空預(yù)冷的降溫過程

不同裝載率下真空預(yù)冷的降溫過程見圖7。

圖7 不同裝載率下真空預(yù)冷的降溫曲線Fig.7 Cooling curves of vacuum cooling with different loading rate

由圖7可以看出，杏鮑菇預(yù)冷時(shí)間隨著真空預(yù)冷室裝載率的增大而略有延長，裝載率為20%時(shí)，預(yù)冷時(shí)間為12 min；裝載率為40%時(shí)，預(yù)冷時(shí)間為13 min；裝載率為60%時(shí)，預(yù)冷時(shí)間為14 min。裝載率每增加20%時(shí)，預(yù)冷時(shí)間僅增加8%左右。因此，總體說來，裝載率對杏鮑菇預(yù)冷過程影響相對較小，在實(shí)際產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中，可選擇相對較大的裝載率。但是，工廠化生產(chǎn)中真空預(yù)冷室猶如1個(gè)小房間，杏鮑菇不可能直接堆滿，需要框籃盛裝、碼垛、推車搬運(yùn)等，以裝載率達(dá)到60%左右為佳，這也是試驗(yàn)中沒有設(shè)計(jì)更高裝載率的原因。

2.7 裝載率與生產(chǎn)能力的實(shí)際測算

裝載率的大小很大程度上決定真空預(yù)冷設(shè)備的生產(chǎn)能力，裝載率與生產(chǎn)能力的關(guān)系如圖8所示。

圖8 裝載率與生產(chǎn)能力的關(guān)系Fig.8 Relationship between loading rate and production capacity

由圖8可以看出，真空預(yù)冷機(jī)的生產(chǎn)能力隨著預(yù)冷室杏鮑菇裝載率的增加而增加，兩者呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性。經(jīng)過產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)現(xiàn)場測定，真空預(yù)冷杏鮑菇所需要的時(shí)間應(yīng)該包括3部分：將杏鮑菇塑料筐轉(zhuǎn)入真空預(yù)冷室的時(shí)間（5 min）、真空預(yù)冷時(shí)間以及將杏鮑菇塑料筐轉(zhuǎn)出真空預(yù)冷室的時(shí)間（5 min）。裝載率為20%時(shí)，預(yù)冷時(shí)間=5+12+5=22 min，真空預(yù)冷機(jī)容量為1 000 kg，生產(chǎn)能力545 kg·h-1，以此類推，裝載率為40%時(shí)，生產(chǎn)能力1 043 kg·h-1，裝載率為60%時(shí)，生產(chǎn)能力為1 500 kg·h-1。由于杏鮑菇極易變色軟爛，必須在短時(shí)間內(nèi)預(yù)冷，所以通過對真空預(yù)冷機(jī)優(yōu)化預(yù)冷參數(shù)來提高生產(chǎn)能力是非常必要的。而裝載率對預(yù)冷時(shí)間的影響較小，因此，裝載率直接決定真空預(yù)冷設(shè)備的生產(chǎn)能力。鑒于一般企業(yè)的生產(chǎn)情況，1 500 kg·h-1的預(yù)冷能力基本上可以滿足生產(chǎn)的需要。如果企業(yè)的日產(chǎn)量過大，可以增大真空預(yù)冷機(jī)的容量或增加預(yù)冷機(jī)的數(shù)量，而不應(yīng)繼續(xù)加大裝載率。如果一味地加大裝載率，如達(dá)到80%，將會(huì)給杏鮑菇進(jìn)出預(yù)冷室的操作帶來諸多不便，也會(huì)使預(yù)冷時(shí)間延長。

3 小結(jié)

研究預(yù)冷終溫、補(bǔ)水量和裝載率對杏鮑菇預(yù)冷過程的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)冷終溫越低，菇體水分蒸發(fā)失重率就越大，預(yù)冷終溫每降低1℃，菇體水分蒸發(fā)失重率增加約0.3%，從成本和效益方面考慮，選取+4℃的預(yù)冷終溫較為合適。隨著補(bǔ)水量的增加，杏鮑菇預(yù)冷過程中失重率有所減小，但補(bǔ)水量必須控制在一定范圍內(nèi)，若補(bǔ)水量添加過多，預(yù)冷后菇體表面將會(huì)留下水分，這對杏鮑菇的貯藏保鮮大為不利，選取3.0%以下的補(bǔ)水量較為合適。對于需要長期貯藏的杏鮑菇，補(bǔ)水量還應(yīng)有所降低。杏鮑菇失重率隨著預(yù)冷室裝載率的增加而略有減小，總體影響不大，但裝載率對企業(yè)的生產(chǎn)效率影響很大，故經(jīng)實(shí)踐選取60%的裝載率較為合適。綜上所述，杏鮑菇真空預(yù)冷的優(yōu)化參數(shù)為：真空預(yù)冷終溫設(shè)計(jì)為+4℃，霧化水的補(bǔ)水量在3.0%以下，裝載率為60%左右，此工藝條件下預(yù)冷失重率為1.2%，預(yù)冷時(shí)間為14 min，杏鮑菇預(yù)冷后感官品質(zhì)良好，經(jīng)濟(jì)效益也更顯著。