超聲滲透處理對香菇脫水復(fù)水性的影響

周民生,李營營,路志芳

(安陽工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院,河南安陽 455000)

香菇(Lentinusedodes),富含粗蛋白(20.3%,干品,下同)、總糖(32.4%)、礦物質(zhì)(4.2%)、粗脂肪(3.4%)、粗纖維(13.2%)、氨基酸(人體必需8種)[1],被譽(yù)為“菇中皇后”,深受人們喜愛[2]。鮮香菇含水量高達(dá)87%左右,非常柔嫩,采摘后不及時采取措施,水分容易散失,并出現(xiàn)顏色加深、菌蓋破膜、開傘、甚至腐爛等現(xiàn)象,導(dǎo)致商品價值下降[3]。為了保持香菇的營養(yǎng)價值,延長貨架期和儲藏期,對香菇進(jìn)行脫水、干燥處理是非常必要的。同時干制香菇具有質(zhì)量輕、食用方便、儲存時間長、營養(yǎng)成分不流失等優(yōu)點(diǎn),深受人們的鐘愛。

滲透脫水(Osmotic Dehydration)是指在一定溫度下,將新鮮的物料浸入高滲溶液中,移去部分水分的一種方法,處理中水的遷移在不發(fā)生相變下進(jìn)行,能避免高溫引起的食品的色澤、風(fēng)味和質(zhì)地變化[4-6],而且可減少干燥時的能耗。目前,滲透脫水技術(shù)已在多種農(nóng)產(chǎn)品脫水上得到應(yīng)用,但是,單一的滲透脫水速率較慢[7],而聯(lián)合干燥可以結(jié)合兩種干燥方法的優(yōu)點(diǎn)[8]。超聲波可使介質(zhì)粒子振動,從而引起亞微觀范圍內(nèi)超聲空化現(xiàn)象,使固液體系中的液體介質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動增加,固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,使微孔擴(kuò)散得以強(qiáng)化[9-10]。研究表明,超聲滲透脫水可顯著提高多種果蔬的脫水速度與品質(zhì)[11-13]。不同果蔬的組成、結(jié)構(gòu)存在差異,超聲波預(yù)處理各類參數(shù)條件及對產(chǎn)品品質(zhì)的影響有所不同[14]。目前有關(guān)超聲波滲透應(yīng)用于香菇脫水和復(fù)水的研究鮮有報道。

因此,本試驗通過分析超聲滲透處理中不同因素對香菇干制時間及復(fù)水性的影響,確定香菇超聲滲透處理的最佳工藝條件,為香菇干制中提高滲透脫水效率提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮香菇 安陽丹尼斯超市;綠色海晶鹽 河南省鹽業(yè)總公司出品。

JA2003電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;DHG-9240B電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海百典儀器設(shè)備有限公司;HH-600恒溫水浴鍋 常州諾基儀器有限公司;KQ-400E超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;VIS-7220N紫外可見分光光度計 上海瑞利分析儀器有限公司;CM-600D色差計 柯尼卡美能達(dá)公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 香菇脫水和復(fù)水工藝 新鮮香菇→清洗→超聲滲透處理→鼓風(fēng)干制→復(fù)水。

香菇選擇:選擇大小一致、圓整、菇腿短而細(xì)、菇蓋厚度達(dá)到2 cm以上,開傘度小、硬度合適的新鮮香菇。

清洗稱量:用自來水沖洗10～15 s,去除菇體附著的灰塵,然后將香菇放在不銹鋼曬篩上瀝干水,用濾紙輕輕吸干表面露出的水珠,切去菇腿,用天平稱取20.0 g香菇(過多的切除)。

高職院校的學(xué)生是體格和智力趨向成熟的關(guān)鍵時期，同時又承擔(dān)著繁重的學(xué)習(xí)任務(wù)，營養(yǎng)狀況直接影響其體格發(fā)育、學(xué)習(xí)能力和效率，所以在校期間，充足、全面的營養(yǎng)及體育鍛煉是其體格生長發(fā)育、獲取知識、提高綜合技能的保證。高職院校的學(xué)生基本不吃早餐；午餐基本都是在學(xué)校食堂解決，如恰逢下課高峰期，有些學(xué)生甚至僅僅買份快餐快速解決午餐；至于晚餐，很多學(xué)生則是吃的比較晚，甚至還有些學(xué)生為了減肥而盲目地不吃主食。這些不良的飲食習(xí)慣，使得高職院校學(xué)生的健康問題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。高職院校學(xué)生每日需要的能量和各種營養(yǎng)素一般高于從事輕體力活動的成年人，尤其是能量、蛋白質(zhì)、脂類、鈣和鐵等，必須按照膳食指南供給[2]。

滲透處理:將香菇放入食鹽溶液進(jìn)行超聲滲透處理,條件見試驗設(shè)計。為了防止菇體漂浮導(dǎo)致浸泡不充分,在上面覆蓋一網(wǎng)罩。

干燥:45 ℃預(yù)熱5 h,以避免初始溫度過高菇體表面硬化導(dǎo)致內(nèi)部水分不能夠及時轉(zhuǎn)移至物料表面,影響干燥速率,每隔1 h翻動一次。干燥結(jié)束放入干燥器中冷卻至室溫并稱重。

復(fù)水:將稱量好的干制香菇浸入裝有200 mL自來水的燒杯中,放入設(shè)定好溫度(45 ℃)的水浴鍋中,在試驗中采用靜置法,30 min后更換一次水。45 min后取出香菇,放于不銹鋼曬篩瀝干,并用濾紙吸干表面水分,稱量。

1.2.2 試驗設(shè)計

1.2.2.1 各因素在滲透脫水中的作用 將20.0 g新鮮香菇浸入200 mL 15%滲透溶液(食鹽溶液)中進(jìn)行超聲滲透處理20 min,超聲波功率分別為100、150、200、250和300 W,研究超聲波功率對香菇干制時間及復(fù)水性的影響。

將20.0 g新鮮香菇分別浸入200 mL 5%、10%、15%、20%、25%滲透溶液中進(jìn)行超聲滲透處理20 min,超聲波功率為200 W,研究滲透液濃度對香菇干制時間及復(fù)水性的影響。

將20.0 g新鮮香菇浸入200 mL 15%滲透溶液中進(jìn)行超聲滲透處理(功率為200 W),處理時間分別為5、10、15、20和25 min,研究滲透時間對香菇干制時間及復(fù)水性的影響。

1.2.2.2 正交試驗 綜合考察超聲波功率、超聲波時間、滲透液濃度組合方式三個因素對香菇超聲滲透干制時間和復(fù)水比的影響,選擇三因素三水平正交表L9(34)設(shè)計正交試驗[17]。

1.2.3 指標(biāo)測定

1.2.3.1 干制時間 滲透處理過的香菇取出放于不銹鋼曬篩上瀝干水,再用濾紙輕輕吸干表面露出的水珠,放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥,記錄時間。干燥直至隔2 h稱重,質(zhì)量差不高于0.2 mg。記錄時間、貼上標(biāo)簽并計算干燥時間。

H=(t2-t1)

式(1)

式中:H為干制時間(h),t2為香菇干制后的時刻,t1為香菇放入鼓風(fēng)干燥箱時的時刻。

1.2.3.2 復(fù)水比

式(2)

式中:R復(fù)水比,mg干制香菇的質(zhì)量(g),mf復(fù)水后香菇質(zhì)量(g)

1.2.3.3 還原糖 采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法測定[15]。

1.2.3.4 游離氨基酸 采用茚三酮顯色法[16]。

1.2.3.5 亮度(L*) 采用色差計測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上各處理除正交試驗外均重復(fù)三次,數(shù)據(jù)分析及作圖應(yīng)用Oringin 8.0進(jìn)行,結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;正交試驗進(jìn)行極差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同因素對香菇脫水復(fù)水的影響

2.1.1 超聲波功率對香菇脫水復(fù)水的影響 如圖1a所示,干制時間和產(chǎn)品復(fù)水比,隨超聲波功率不同發(fā)生變化。隨著超聲波功率的增加干制時間縮短,當(dāng)超聲功率超過250 W時,干制時間反而增加。復(fù)水比開始變化不明顯,之后急劇增加,250 W后隨著功率的增加復(fù)水比下降。功率在100～250 W,干制時間縮短,干香菇復(fù)水比增加,可能是由于空化效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng)的超聲波可有效增強(qiáng)脫水過程中物料內(nèi)外的質(zhì)量傳遞速率,水分子運(yùn)動加快,提高了滲透擴(kuò)散的速度[18-19]。但在功率超過250 W后,干制時間反而增加,復(fù)水比減小,可能是因功率過大,香菇的組織細(xì)胞遭到超聲波功率嚴(yán)重的沖擊而破壞,不利于脫水復(fù)水。

同時可從圖1b看出,隨著超聲波功率的增加,產(chǎn)品的還原糖含量、氨基酸保留量及L*都有增加,而且當(dāng)功率超過250 W時又均下降。在一定功率范圍超聲波對產(chǎn)品的營養(yǎng)物質(zhì)及色澤不會產(chǎn)生明顯的作用,但超聲波處理會影響后繼干燥時間長短,從而改變還原糖和氨基酸的含量。干燥過程中還原糖和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng),降低產(chǎn)品的L*值[16]?？梢姽β蔬^高不利于香菇滲透脫水復(fù)水的進(jìn)行,生產(chǎn)中并不是功率越高越好,應(yīng)控制超聲波功率在250 W左右。

圖1 不同超聲波功率下香菇的脫水復(fù)水性Fig.1 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different ultrasonic power

2.1.2 滲透液濃度對香菇脫水復(fù)水的影響 香菇脫水復(fù)水不僅跟超聲波功率有關(guān)而且還受滲透液濃度的影響。滲透液直接與香菇接觸,其濃度直接影響著香菇的脫水復(fù)水。如圖2a和圖2b所示,新鮮香菇在滲透液濃度低于15%的條件下,隨著濃度的增加,香菇的干制時間明顯縮短,還原糖含量、氨基酸含量、L*、復(fù)水比幾乎呈直線上升。當(dāng)濃度增加到15%時,干制時間最小,還原糖、L*、復(fù)水比最大,而氨基酸繼續(xù)增加(直至濃度20%時)。滲透液濃度超過15%后,干制時間逐漸增大,復(fù)水比先迅速下降最后趨于平緩,還原糖、氨基酸和L*亦隨之下降。香菇滲透脫水時水分傳遞的主要動力是組織內(nèi)外的溶液濃度差引起的滲透壓,滲透壓越大,水分傳遞動力越大,水分滲出細(xì)胞內(nèi)外的速度越快,復(fù)水時,細(xì)胞的通透性增大,有利于水分子的進(jìn)入,復(fù)水比增大。但濃度過高時,溶液黏度增大,擴(kuò)散系數(shù)降低,物料的傳質(zhì)速度降低[7],且濃度越來越大,對細(xì)胞造成的損傷也越大[20],不利于細(xì)胞再次吸水,即復(fù)水比降低。滲透液濃度超過15%時,各指標(biāo)隨濃度改變而變化的幅度變緩,說明濃度影響變?nèi)?過高濃度在生產(chǎn)上可以不予考慮,故合適的濃度為5%～10%。

圖2 不同滲透液濃度下香菇的脫水復(fù)水性Fig.2 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different concentration of osmotic solution

2.1.3 超聲滲透時間對香菇脫水復(fù)水的影響 除了超聲波功率和滲透液濃度,超聲滲透時間也是影響香菇脫水復(fù)水原因之一。如圖3a和圖3b所示,超聲時間在15 min范圍內(nèi),隨著超聲時間的增加,干制時間先緩慢降低,繼而急劇下降,復(fù)水比明顯增大;氨基酸、L*值初始快速增加,然后變緩,還原糖增加則表現(xiàn)為先緩后急。超聲時間在15 min以上,干制時間先緩慢后急劇增大,復(fù)水比先急劇后緩慢降低,還原糖、L*、氨基酸也降低。在15 min以上,復(fù)水比降低可能是超聲時間過長,對細(xì)胞穿透性過大,對細(xì)胞造成破壞。故選擇滲透時間為10～20 min。

圖3 不同超聲時間下香菇的脫水復(fù)水性Fig.3 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different ultrasonic time

2.2 正交試驗

超聲功率(A)、滲透液濃度(B)、超聲時間(C)三因素對香菇干制時間及復(fù)水比的正交實驗結(jié)果見表2。由表2可看出,超聲功率是影響新鮮香菇超聲滲透脫水最主要原因,滲透液濃度影響最小。新鮮香菇超聲滲透干制最優(yōu)處理是A2B2C3,即超聲波功率為250 W,超聲時間為20 min,滲透液濃度是15%。而影響干香菇復(fù)水的主要因素是超聲波功率,滲透液濃度次之,超聲滲透時間最小,最優(yōu)組合是A2B3C2,即超聲波功率為250 W,超聲時間為15 min,滲透液濃度是15%。

表2 正交試驗方案及結(jié)果Table 2 Scheme and results of orthogonal test

A2B2C3是正交試驗中得到的最優(yōu)脫水工藝條件,A2B3C2是最優(yōu)復(fù)水比工藝條件。后者與正交試驗中得到的結(jié)果不同。因此,該結(jié)論需要進(jìn)行進(jìn)一步驗證,以確定選取工藝條件是否為最優(yōu)條件。將選出干制時間最佳水平組合A2B2C3,復(fù)水比最佳水平組合A2B3C1與正交試驗表中得到的最優(yōu)水平組合A2B3C2進(jìn)行對比試驗(試驗進(jìn)行三次,結(jié)果取平均值)選取最優(yōu)工藝條件(見表3)。

表3 驗證性試驗香菇干制時間和復(fù)水比Table 3 Dry time and rehydration ratio ofLetinous edodes in proving trial

本試驗主要著重于復(fù)水性,由表3得出,超聲滲透香菇脫水復(fù)水研究的最佳工藝條件為A2B3C2,高于正交試驗設(shè)計中的水平組合。即在超聲波功率為250 W、在超聲時間為15 min、滲透液濃度為15%的工藝條件下,鮮香菇的干制時間為7.4 h、復(fù)水比為4.55,即超聲滲透香菇脫水復(fù)水的最佳工藝條件為A2B3C2。

3 結(jié)論

超聲波功率、超聲滲透處理時間和滲透液濃度均對香菇的干制時間、還原糖含量、氨基酸含量、L*、復(fù)水比有影響。影響香菇干制時間最主要的是超聲波功率,其次是超聲滲透時間,滲透液濃度作用最小;而影響香菇復(fù)水比因素主次關(guān)系為,超聲波功率>滲透液濃度>超聲滲透時間。干制時間最佳的工藝條件是超聲波功率為250 W、超聲作用時間20 min、滲透液濃度為15%,此條件下,干制時間7.3 h,復(fù)水比4.24。以復(fù)水比為標(biāo)準(zhǔn),最佳的工藝條件是超聲波功率為250 W、超聲處理時間15 min、滲透液濃度為15%,對應(yīng)的干制時間7.4 h,復(fù)水比4.55。生產(chǎn)上可根據(jù)實際需要采用合適指標(biāo)作為選用工藝的依據(jù)。