白玉菇熱風干燥工藝優(yōu)化及其對品質(zhì)的影響*

麥馨允，曾維標，吳 健

(1.百色學院農(nóng)業(yè)與食品工程學院，廣西 百色 533000；2.龍邦海關(guān)，廣西 靖西 533800)

白玉菇，又稱白玉蕈（white Hypsizygus marmoreus），是真姬菇 （Hypsizygus marmoreus） 的一個白色變種，屬擔子菌亞門（Basidiomycotina） 傘菌目（Agaricales） 白蘑科（Tricholomataceae） 玉蕈屬（Hypsizygus）[1]。白玉菇子實體為白色[2]，被稱為食用菌中的“金枝玉葉”[3]，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，每100克鮮品中含磷116.0 mg、鐵1.1 mg、鋅0.6 mg、鈣6.0 mg、鎂9.4 mg、鈉1.9 mg、鉀423.0 mg、總氨酸1.74%[4]，開發(fā)利用價值較高。新鮮白玉菇在采摘后仍具有旺盛的生理活動，質(zhì)地脆嫩，容易發(fā)生機械損傷，引起微生物侵染、營養(yǎng)流失、褐變等生理生化變化[5]，從而影響其貨架期及食用品質(zhì)。目前，白玉菇采后保鮮技術(shù)是研究熱點，丁涓等[6]探討不同保鮮方法對白玉菇保鮮品質(zhì)及貨架期的影響，發(fā)現(xiàn)450 μL·L-1乙醇熏蒸處理的白玉菇保鮮品質(zhì)最優(yōu)，能延長貨架期至14 d。錢書意等[7]探討短波紫外線（UV-C） 照射對白玉菇采后貯藏品質(zhì)的影響，1.0 kJ·m-2UV-C處理的白玉菇感官品質(zhì)較好，貯藏期延長7 d以上。鮮品保鮮雖然能一定程度上延長白玉菇的貨架期，然而其保質(zhì)期相比其他產(chǎn)品而言還是較短。對采后白玉菇進行干燥脫水，不僅可以減少采后鮮活產(chǎn)品的損失，延長保質(zhì)期，還能使產(chǎn)品質(zhì)量和體積減少，大大降低了包裝、貯藏和運輸?shù)某杀綶8]。熱風干燥成本低廉、操作簡單，是目前廣泛應用的干燥技術(shù)，適合工業(yè)化生產(chǎn)，在香芋（Colocasia esculenta）[9]、枸杞（Lycium barbarum）[10]、香菇（Lentinus edodes）[11]、松茸（Tricholoma matsutake）[12]等產(chǎn)品上都得到了應用。

以白玉菇為材料，通過單因素試驗，探討熱風干燥下白玉菇的干燥特性。在單因素的基礎上，通過正交試驗比較干制后白玉菇的亮度、復水比、維生素C含量和感官評分等質(zhì)量指標，采用主成分分析，綜合優(yōu)化，以期得到最優(yōu)工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮白玉菇，購自百色市華潤萬家超市?？箟难幔ǚ治黾儯?，天津市致遠化學試劑有限公司；2,6-二氯靛酚鈉鹽（分析純），上海金穗生物科技有限公司；草酸（分析純），西隴化工股份有限公司；碳酸氫鈉（分析純），廣東光華科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

SMY-2000系列測色色差計，北京盛名揚科技開發(fā)有限責任公司；E1200Y-2電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；電子天平，上海安亭電子儀器廠；DHG-9146A電熱鼓風干燥箱（2050 W），上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 試驗方法

對白玉菇進行原料挑揀和清洗，挑揀新鮮、無機械損傷、無病蟲害、顏色亮白的白玉菇。洗凈后按1.3.1單因素試驗和1.3.2正交試驗要求，切成相應厚度，并取相應質(zhì)量在相應溫度下干燥，間隔一定時間記錄質(zhì)量。當白玉菇前后2次質(zhì)量差達到恒重，并且符合國家標準中對食用菌干制品的水分含量要求時[13]，即停止干燥。設3個平行，干燥后測定樣品指標。

1.3.1 單因素試驗

熱風干燥單因素和水平設置見表1。

表1 單因素水平表Tab.1 Factors and levels of single factor

1.3.2 正交試驗

在單因素試驗基礎上進行L9（34）正交試驗，對干燥參數(shù)進行優(yōu)化。正交試驗因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表Tab.2 The factors and levels of orthogonal design

1.4 測定項目與方法

1.4.1 含水率測定

采用國標常壓直接干燥法測定含水率[14]。

1.4.2 干基含水率測定

干基含水率（Mt，g·g-1)測定公式為：

式中：mt為白玉菇干燥t時刻時的質(zhì)量（g）；mg為白玉菇干物質(zhì)質(zhì)量（g）。

1.4.3 水分比測定

水分比（MR，%）測定[15]公式為：

式中：M0為白玉菇品初始干基含水率（g·g-1）；Mt為白玉菇干燥t時刻的干基含水率（g·g-1）；Me為白玉菇干燥達到平衡時的干基含水率（g·g-1）。

1.4.4 干燥速率測定

干燥速率（DR，g·g-1min-1）測定[16]公式為：

式中：Mt+△t為白玉菇干燥t+△t時刻的干基含水率（g·g-1）；Mt為白玉菇干燥t時刻的干基含水率（g·g-1）；△t為時間差值（min）。

1.4.5 亮度測定

利用色度計測定白玉菇的亮度L（cd·m-2）[17]。

1.4.6 維生素C含量的測定

白玉菇中維生素C含量的測定采用國標中食品中抗壞血酸測定的第三法，即2,6-二氯靛酚滴定法[18]。

1.4.7 復水比測定

準確稱量干制品放入40℃的水中浸泡1 h，撈出瀝干后，用濾紙覆蓋干制品表面以吸干表面飛榮水分，然后稱量，復水比（Rf，g·g-1）測定公式為[19]：

式中：mf韋白玉菇復水后瀝干質(zhì)量（g）；mg為白玉菇干制品質(zhì)量（g）。

1.4.8 感官評分

由感官評分小組按表3對白玉菇干燥后的成品進行打分[13]，見表3。

表3 感官評分分值表Tab.3 Criteria for sensory evaluation

1.5 綜合評價

對正交試驗干燥試驗結(jié)果的L、維生素C含量、復水比、感官評分進行無量綱化，以消除指標之間因量級不同而對分析結(jié)果造成的影響。采用可降維的主成分分析法，通過比較可反映L、維生素C含量、復水比、感官評分的綜合得分來整體評價產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

方差分析和主成分分析采用PASW Statistics 18統(tǒng)計軟件，數(shù)據(jù)結(jié)果以算數(shù)平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 不同因素對干基含水率和水分比的影響

熱風溫度、切片厚度、裝載量對白玉菇干燥過程中干基含水率和水分比的影響如圖1和圖2所示。

圖1 不同因素對白玉菇干基含水率的影響Fig.1 Effect of different factors on dry base moisture content of white Hypsizygus marmoreus

圖2 不同因素對白玉菇水分比的影響Fig.2 EffectofdifferentfactorsonmoistureratioofwhiteHypsizygusmarmoreus

總體而言，白玉菇干基含水率和水分比都隨干燥時間的延長而下降，升高熱風溫度、減小切片厚度或裝載量可以縮短干燥時間。干燥結(jié)束時干基含水量符合國家標準對食用菌干制品的水分含量的要求（≤0.14 g·g-1）。由圖1a和圖2a可知，熱風溫度50℃、60℃、70℃和80℃時，白玉菇干燥結(jié)束時所需時間分別為320 min、280 min、240 min、200 min；由圖1b和2b可知，切片厚度4 mm、6 mm、8 mm和10 mm時，干燥時間分別為200 min、280 min、280 min、320 min；由圖1c、圖2c可知，裝載量12.50 g·dm-2、15.00 g·dm-2、17.50 g·dm-2和 20.00 g·dm-2時，干燥時間分別為200 min、280 min、280 min、320 min。與切片厚度和裝載量相比，不同熱風溫度對白玉菇干基含水率和水分比的影響較大，這可以從圖1和圖2各曲線之間斜率的比較中看出。

2.1.2 不同因素對白玉菇干燥速率的影響

不同熱風溫度、切片厚度、裝載量對白玉菇干燥過程中干燥速率的影響如圖3所示。

圖3 因素對白玉菇干燥速率的影響Fig.3 EffectoffactorsondryingrateofwhiteHypsizygusmarmoreus

總體而言，白玉菇熱風干燥速率隨干燥時間的延長先增大后減小。由圖3a可知，在白玉菇干燥的前期（干燥時間在50 min左右內(nèi)），干燥溫度越高，干燥速率就越大，最大干燥速率和溫度之間也有同樣的變化規(guī)律，而且最大干燥速率也隨著干燥溫度的升高而提前出現(xiàn)。

干燥一般包含恒速階段和降速階段。熱風溫度為50℃的條件下進行干燥試驗時，干燥時間為50 min～120 min，物料從表面向環(huán)境中蒸發(fā)的水分的速率大致等于物料內(nèi)部水分的擴散速率，在表觀上表現(xiàn)為干燥速率不變，此為恒速干燥階段，這一階段干燥速率的快慢取決于表面氣化的速度，因此又叫做表面氣化控制階段。干燥時間在120 min后，干燥速率下降，干燥進程因此從恒速干燥階段進入到降速干燥階段，此時物料水分表面擴散速率大于內(nèi)部擴散速率，干燥的快慢取決于內(nèi)部擴散速率，因此又叫做內(nèi)部擴散控制階段。

不同干燥溫度下白玉菇干燥速率下降的程度也不同。干燥溫度為60℃、70℃、80℃時，無明顯的恒速階段，直接進入到了降速階段。這可能是由于熱風干燥是一種通過吹入熱風使空氣流動加快的干燥方法，干燥溫度越高，與白玉菇表面接觸的熱空氣的溫度也越高，造成白玉菇表面干燥速度過快，而內(nèi)部水分還未擴散表面，引起了表面變干甚至硬化。實際氣化表面積減小，干燥速率也隨之下降[20]，這也說明了在過高溫度下對白玉菇進行干燥時，在達到干燥速率峰值后其干燥速率會下降得更快。

由圖3b、圖3c可知，切片厚度、裝載量對干燥速率的變化規(guī)律和熱風溫度類似，但其影響程度比熱風溫度小。在一定范圍內(nèi)，物料的切片厚度越小，相對而言其比表面積越大，質(zhì)量和熱量傳遞的接觸面積就越大，因此對應的干燥速率也隨之增大。此外，60℃下不同切片厚度的白玉菇干燥沒有明顯的恒速階段，干燥速率峰值過后進入內(nèi)部擴散控制階段。由2.1.1可知，切片厚度為4 mm、6 mm、8 mm和10 mm時，干燥時間分別為200 min、280 min、280 min、320 min。說明切片厚度較小的物料，有較長的內(nèi)部水分擴散路徑，質(zhì)量和熱量傳遞阻力也越大，因此達到干燥平衡前，需要耗費更多的時間。白玉菇的裝載量越大，熱風干燥負荷也就越大，從而使干燥速率相對較慢。

2.1.3 不同因素對干基含水率-干燥速率的影響

不同熱風溫度、切片厚度、裝載量對白玉菇干燥過程中干基含水率-干燥速率的影響如圖4所示。

圖4 不同因素對白玉菇干基含水率-干燥速率的影響Fig.4 Effect of different factors on dry base moisture contentdrying rate of white Hypsizygus marmoreus

物料干燥由表面氣化控制階段轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部擴散控制階段的轉(zhuǎn)折點叫做第一水分臨界點。由圖4a可知，熱風溫度為50℃、60℃、70℃和80℃時，干燥速率轉(zhuǎn)折點的干基含水率分別為6.14 g·g-1、8.36 g·g-1、7.60 g·g-1和 6.96 g·g-1。熱風溫度為 80℃時，到達第一水分臨界點的時間較短，但其初始的干燥速率大，水分減少迅速，因此臨界點的干基含水率相對較低；而熱風溫度為50℃時，雖然初始干燥速率較低，但由于恒速階段的存在，白玉菇內(nèi)部沒有形成溫度梯度，傳質(zhì)速度加快，因此到轉(zhuǎn)折點時干基含水率也相對較低。隨著干燥過程的進行，白玉菇內(nèi)部水分含量減少，干基含水率減小，故干燥后期干燥速率也逐漸降低。

由圖4b可知，切片厚度越小，到達轉(zhuǎn)折點時的干基含水率就越大。這與溫度單因素試驗略有不同，這可能是由于溫度對轉(zhuǎn)折點的干基含水率影響較大造成的。熱風溫度為60℃時，切片厚度越小，雖然可使干燥初期干燥進程較為劇烈，但也導致了物料干燥階段快速過渡到內(nèi)部擴散控制階段，干燥時間縮短，綜合兩方面的效應導致了切片厚度越小，第一水分臨界點越大。干燥前期，白玉菇干基含水率越大，不同切片厚度對干燥速率的影響也就越大，雖然在干燥過程的進行中，白玉菇干基含水率逐漸減小，但不同切片厚度對干燥速率影響的差距也在逐漸的減小。這可能是由于水分在白玉菇內(nèi)部的存在狀態(tài)有關(guān)，白玉菇初始干基含水率91.94%，同時自由水通常果蔬含水量的95%，因此，白玉菇內(nèi)大部分水的存在狀態(tài)為自由水。干燥前期首先除去的是自由水，自由水是未與白玉菇內(nèi)的非水組分締合的水分子，干燥時所克服的阻力小，因此水分蒸發(fā)較快，干燥速率就大；干燥過程進入到后期時，所要干燥除去的是多層水，多層水的形成主要靠水-水合水-溶質(zhì)間的氫鍵而形成的，與非水組分結(jié)合得較為緊密，干燥阻力較大，因此干燥速率就越小[21]。由圖4c可知，裝載量和轉(zhuǎn)折點干基含水率的變化規(guī)律與切片厚度單因素實驗結(jié)果相似。

2.1.4 不同因素對白玉菇干燥品質(zhì)的影響

維生素的穩(wěn)定性是指在化學作用、物理作用下能維持穩(wěn)定的性質(zhì)[22]。無論是在新鮮狀態(tài)下或是在食品加工過程中，果蔬中的許多維生素都會隨著貯藏時間推移或者加工而降解或反應。維生素C是水溶性維生素，普遍存在于新鮮的水果和蔬菜中。當果蔬暴露在不利于貯存的環(huán)境時，維生素C最敏感且最易被破壞[23]。干燥產(chǎn)品的復水比可作為衡量產(chǎn)品在干燥過程中由于干燥條件、預處理方法和樣品成分的改變而產(chǎn)生的理化變化，是干制品質(zhì)量的重要指標[24-25]。再水化是了解干燥材料質(zhì)量的一個重要特性?？梢杂冒子窆礁稍锖蟮木S生素C和復水比初步衡量白玉菇干制品的質(zhì)量，確定正交試驗的水平范圍。熱風溫度、切片厚度和裝載量對白玉菇品質(zhì)的影響見表4。

表4 熱風溫度、切片厚度和裝載量對白玉菇品質(zhì)的影響Tab.4 Effect of hot air temperature,thickness and loading amount on quality of white Hypsizygus marmoreus

由表4可知，不同的熱風溫度、切片厚度、裝載量對白玉菇干制品維生素C含量和復水比的影響顯著（P＜0.05）。熱風溫度為50℃、60℃時，白玉菇干燥時間過長，分別是熱風溫度70℃干燥時間的1.33倍和1.17倍。干燥時間過長，增加了白玉菇所含維生素C在高溫環(huán)境下與氧氣的接觸，極易引起維生素C的氧化分解；熱風溫度80℃時易造成白玉菇表面的硬化。因此，熱風溫度為70℃時，白玉菇的維生素C含量較其他組高。熱風溫度為60℃時，白玉菇干制品的復水比最大，但與熱風溫度為50℃和70℃時的復水比相比無顯著差異（P＞0.05）。

綜合考慮干燥特性和干制品品質(zhì)，熱風溫度70℃是最適宜溫度。白玉菇切片厚度為4 mm時，維生素C含量最大，與其他厚度下的維生素C含量差異顯著（P＜0.05），一定程度上，切片厚度越小，干燥時間越短，維生素C損失量就越?。磺衅穸葹? mm時，白玉菇干制品的復水比最大，但由于其與切片厚度為4 mm、10 mm時的復水比相比無顯著差異（P＞0.05），因此切片厚度4 mm時白玉菇干制效率和干制品品質(zhì)都較好。裝載量17.50 g·dm-2時維生素C損失最小，裝載量15.00 g·dm-2時復水比最大，因此選擇裝載量在 15.00 g·dm-2～17.50 g·dm-2，作為正交優(yōu)化試驗的水平范圍。

2.2 正交試驗結(jié)果分析

主成分分析得分結(jié)果見表5，對綜合得分進行 極差分析，分析結(jié)果見表6。

表5 因子得分、主成分得分、綜合得分Tab.5 Factors score,principle components score and overall score

表6 正交試驗與結(jié)果Tab.6 The data of orthogonal design

由表6可知，3個因素對干燥質(zhì)量的綜合影響程度分別為RC>RB>RA，即對白玉菇干制品質(zhì)量影響最大的因素為干燥時的裝載量，影響最小的是白玉菇的干燥熱風溫度；白玉菇熱風干燥最佳條件是A1B1C1（試驗號1），即熱風溫度60℃，白玉菇切片厚度2 mm，裝載量15.00 g·dm-2。

3 結(jié)論

通過單因素試驗研究不同因素（熱風溫度、切片厚度、裝載量）對白玉菇干燥特性的影響，可以得出，提高熱風干燥過程中的干燥溫度、減小物料的切片厚度和裝載量都能迅速降低物料的干基含水率和水分比，縮短物料的熱風干燥時間。但是，過高的熱風溫度容易造成白玉菇干燥表面硬化，減小了水分有效蒸發(fā)面積，反而降低了干燥過程中后期的干燥速率。與切片厚度、裝載量相比，溫度因素對干燥特性（干基含水率、水分比、干燥速率）的影響較大；此外，3個因素對干燥速率的影響還與干基含水率呈正相關(guān)。綜合干燥特性、維生素C含量和復水比的數(shù)據(jù)可以得到，3個因素較為合理的范圍為：熱風溫度60℃～80℃，切片厚度在2 mm～6 mm，裝載量 15 g·dm-2～17.50 g·dm-2。

在單因素基礎上進行正交試驗，以白玉菇干制品品質(zhì)（L、維生素C含量、復水比、感官評分）為指標，對白玉菇熱風干燥的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，最終得到最佳熱風干燥工藝參數(shù)為：熱風溫度60℃，切片厚度2 mm，裝載量15.00 g·dm-2。該條件下獲得的白玉菇干制品色澤均一，呈白色，質(zhì)地疏松、質(zhì)脆，有白玉菇香氣，復水效果好，綜合質(zhì)量較好。