響應(yīng)面法優(yōu)化香菇熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥工藝

張 慧,張裕仁,楊 佳,彭 菁,潘磊慶,陳繼昆,屠 康,*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江蘇南京 210095;2.云南省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心,云南昆明 650225)

香菇(Lentinusedodes)是世界第二大類食用菌,富含多種氨基酸、礦物質(zhì)等功能性成分[1-4]。新鮮香菇由于含水量極高、新陳代謝旺盛而使得微生物快速繁殖從而快速腐爛[5],因此香菇采后需要選擇合適的保藏方法來延長貨架期。脫水干燥是香菇在貯藏加工中重要的工序之一,通過移除水分來抑制微生物生長以及子實(shí)體自身代謝活動[6-7]。

香菇干燥研究中常用的方法有熱風(fēng)干燥、微波干燥、冷凍干燥、紅外干燥等[6]。每種單一干燥方法都有其優(yōu)點(diǎn)及局限。例如熱風(fēng)干燥操作簡單成本低,但速度慢,營養(yǎng)成分流失嚴(yán)重[8];微波干燥耗時極短,但存在受熱不均勻的問題[9-11];冷凍干燥對產(chǎn)品品質(zhì)破壞小但耗時長,成本高等[12-13]。因此,為獲得品質(zhì)更佳的產(chǎn)品并節(jié)約成本,由兩種或多種干燥方法組合的聯(lián)合干燥技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[14-15]。Apinyavisit等[16]用微波熱風(fēng)聯(lián)合對龍眼進(jìn)行干燥,先采用微波干燥將其含水率降至70%,再通過熱風(fēng)干燥至終點(diǎn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥的時間和能耗均小于熱風(fēng)干燥,且龍眼色澤更好。Jiang等[17]采用冷凍干燥結(jié)合微波真空干燥秋葵,發(fā)現(xiàn)聯(lián)合干燥獲得的產(chǎn)品硬度與脆度比單一冷凍干燥的更佳,并且干燥時間和能耗分別減少75.36%和71.92%。近年來聯(lián)合干燥研究較為廣泛,成為果蔬脫水加工研究的熱點(diǎn)之一。

現(xiàn)有研究針對熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥香菇的干燥特性及優(yōu)化工藝鮮見報道。本實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)熱風(fēng)與微波快速干燥聯(lián)合干燥香菇,旨在獲得干燥耗時短且品質(zhì)好的干香菇產(chǎn)品。利用單因素實(shí)驗(yàn)探究不同的轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率、熱風(fēng)溫度及微波功率密度對香菇干燥特性及產(chǎn)品品質(zhì)的影響;結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)獲得聯(lián)合干燥最優(yōu)工藝參數(shù),為香菇干燥過程的進(jìn)一步控制及干燥工藝的優(yōu)選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮香菇 南京蘇果超市;苯酚、濃硫酸、無水乙醇、茚三酮、抗壞血酸 均為分析純,南京壽德生物科技有限公司。

DGG-9123A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;P70D20TP-C6型格蘭仕微波爐 廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司;CR-13型色差計 日本柯尼卡美能達(dá)公司;UV-1800型紫外分光光度計 日本島津公司;PY-G8型功率計費(fèi)器 紹興上虞品益電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 挑選大小一致(傘蓋直徑約4.5～5.0 cm)、子實(shí)體完整的新鮮香菇,統(tǒng)一修剪菇柄至長度約為1.0 cm后清洗并擦干表面水分。將150 g香菇樣品置于熱風(fēng)干燥箱中,調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度將樣品干燥至指定轉(zhuǎn)換點(diǎn)后迅速移入微波爐中,在一定微波功率密度下繼續(xù)干燥至終點(diǎn)(含水率<13%)。熱風(fēng)溫度及時間是根據(jù)前兩個單因素實(shí)驗(yàn)暫定,選擇了單因素中較好的點(diǎn)進(jìn)行微波功率密度實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計 以轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率、熱風(fēng)溫度及微波功率密度為單因素,考察其對香菇干燥時間及品質(zhì)(色差、收縮率、能耗、復(fù)水比、香菇多糖、游離氨基酸及維生素C含量)的影響。不同轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率干燥試驗(yàn):先熱風(fēng)(溫度為55 ℃)干燥,分別在干基含水率達(dá)到5.00、4.00、3.00及2.00 g/g時轉(zhuǎn)換到微波(功率密度為20 W/g)干燥。不同熱風(fēng)溫度干燥試驗(yàn):熱風(fēng)溫度分別為50、55、60、65、70 ℃,在干基含水率達(dá)到3.00 g/g時轉(zhuǎn)換到微波(功率密度為20 W/g)干燥。不同微波功率密度干燥試驗(yàn):先熱風(fēng)(溫度為60 ℃)干燥,在干基含水率達(dá)到3.00 g/g時轉(zhuǎn)到微波(功率密度分別為6.67、13.33、20.00、26.67、33.33 W/g)干燥。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選擇較優(yōu)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率、熱風(fēng)溫度、微波功率密度范圍進(jìn)行Box-Behnken 中心組合設(shè)計試驗(yàn),以聯(lián)合干燥時間、色差ΔE值、收縮率及多糖保留率按照一定權(quán)重組成的綜合評分為響應(yīng)值,評分時以各指標(biāo)的最大值為參照將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化,再給出不同的權(quán)重[18](綜合評分),因素水平設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment design

1.2.4 指標(biāo)測定 初始干基含水率測定 依據(jù)GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》對香菇含水量進(jìn)行測定,香菇的初始干基含水率測得為9.00 g/g。

1.2.4.1 干基含水率的計算

式中:Wd為物料干基含水率,g/g;Mg為絕干質(zhì)量,g;Mt為物料實(shí)時質(zhì)量,g。

1.2.4.2 干燥速率的計算 干燥速率用單位時間內(nèi)干基含水率的變化量表示[19]。

式中:DR為干燥速率,g/(g·min);W1和W2分別為物料在T1和T2時刻的干基含水率,g/g。

1.2.4.3 色差測定 通過便攜式色差計對香菇菌蓋色澤進(jìn)行重復(fù)測定,采用五點(diǎn)取樣法記錄香菇樣品亮度(L*)、紅綠色(a*)和黃藍(lán)色(b*)后取平均值,計算色差ΔE[20]。

1.2.4.4 復(fù)水比測定 取4.0～5.0 g干香菇于燒杯中,加150 mL蒸餾水置于60 ℃恒溫水浴鍋中浸泡60 min,撈出后擦干稱重[6],計算復(fù)水比(RR)。

式中:M干和M復(fù)分別表示復(fù)水前后樣品的質(zhì)量(g)。

1.2.4.5 收縮率測定 采用體積置換法測定計算,介質(zhì)為小米[13,21]。

1.2.4.6 能耗測定 采用功率計費(fèi)器測量。

1.2.4.7 香菇多糖含量測定及多糖保留率的計算 參考NY/T1676-2008 《食用菌中粗多糖含量的測定》進(jìn)行測定。稱取1.0 g粉碎過20 mm孔徑篩的樣品,加5 mL水和20 mL無水乙醇混合后于300 W超聲提取30 min。提取結(jié)束后于4000 r/min離心10 min,不溶物于沸水浴中提取2 h后過濾,將上清液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶并記為測定液。取1 mL測定液,加入1 mL苯酚溶液后立即加入5 mL濃硫酸靜置10 min,混合均勻于30 ℃水浴20 min,于490 nm下測定吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),吸光度A490為縱坐標(biāo),繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=10.058x-0.0001(R2=0.9986)。樣品中多糖含量以克每百克(g/100 g)表示,多糖保留率為干燥樣品中多糖含量與新鮮香菇中多糖含量的比值。按下式進(jìn)行計算。

多糖含量(g/100 g)=[查得的含糖量(μg)×樣品定容體積(mL)]×校正系數(shù)0.9×10-4/[樣品質(zhì)量(g)×測定液體積(mL)]

多糖保留率(%)=[干燥樣品中香菇多糖含量(g/100 g)]×100/[新鮮香菇中香菇多糖含量(g/100 g)]

1.2.4.8 游離氨基酸總量測定 采用茚三酮顯色法測定。稱取5.0 g樣品(粉碎過60目篩)加水稀釋至50 mL。取1 mL稀釋液加3 mL水、1 mL水合茚三酮試液及1 mL磷酸緩沖液,煮沸15 min,冷卻后定容至25 mL并于570 nm下測定其吸光度[22]。以標(biāo)準(zhǔn)甘氨酸質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、吸光度A570 nm為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為 y=8.54x-0.2268(R2=0.9988)。游離氨基酸總量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)表示,按下式進(jìn)行計算:

游離氨基酸總量(%)=[測定的吸光度對應(yīng)的甘氨酸質(zhì)量(mg)×試液總量(mL)]×100/[樣品干基質(zhì)量(g)×測定液體積(mL)×1000]

1.2.4.9 維生素C含量測定 參考GB 5009.86-2016方法測定。稱取5.0 g粉碎過60目篩的樣品,加入TCA溶液提取后過濾,取1 mL濾液,加入1.0 mL TCA、1.0 mL BP-乙醇溶液等,充分反應(yīng)后于534 nm處測定吸光值。以標(biāo)準(zhǔn)抗壞血酸質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),吸光度A534為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為 y=0.0048x+0.0034(R2=0.9988)。樣品中維生素C含量以毫克每百克(mg/100 g)計,按下式進(jìn)行計算:

維生素C含量(mg/100 g)=[樣品提取液總體積(mL)×查得的抗壞血酸質(zhì)量(μg)]×100/[測定提取液體積(mL)×樣品質(zhì)量(g)×1000]

但日間手術(shù)患者術(shù)后直接離院回家，失去醫(yī)護(hù)人員觀察護(hù)理和及時救治的條件，“因此，日間手術(shù)的開展，需要具備比傳統(tǒng)擇期手術(shù)更規(guī)范的術(shù)前評估流程、更安全、高效、恢復(fù)更快的麻醉技術(shù)、更專業(yè)和經(jīng)驗(yàn)豐富的麻醉醫(yī)生、更科學(xué)的就醫(yī)流程和更完善的術(shù)后隨訪系統(tǒng)，需要更注重對患者全手術(shù)周期的健康管理?！?/p>

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過三次平行試驗(yàn)獲得,取平均值。采用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計,Origin 8.0和SAS軟件進(jìn)行繪圖及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率對香菇干燥特性及品質(zhì)的影響 熱風(fēng)干燥是一個減速干燥過程,干燥后期含水率越低,干燥速率越慢,耗時越長;而微波干燥速率非常快,可以極大的縮短干燥時間[8-9,12,20]。從圖1可以看出聯(lián)合干燥的耗時均小于單一熱風(fēng)干燥,縮時48.65%～80.83%。從熱風(fēng)干燥轉(zhuǎn)換至微波干燥時的干基含水率越高,微波干燥階段的干燥速率越大。這是由于香菇的含水量越高介電性越強(qiáng),微波加熱時就會吸收越多的能量從而使干燥速度極大的提升。在微波干燥初期存在加速階段,是因?yàn)橄愎奖砻嫠窒仁軣嵴舭l(fā),子實(shí)體內(nèi)外部產(chǎn)生的溫度梯度促進(jìn)水分向外表遷移,與Bakhara等[8]、Das等[9]研究蘑菇的快速干燥結(jié)果相一致。

圖1 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率對香菇干燥特性的影響Fig.1 Effects of dry basis moisture content at switching point on the drying characteristics of shiitakes注:a:時間-干基含水率曲線;b:干基含水率-干燥速率曲線;圖3、圖5同。

干燥過程中香菇在熱風(fēng)和微波的作用下大量失水出現(xiàn)皺縮,同時表面發(fā)生褐變產(chǎn)生色差。隨著轉(zhuǎn)換到微波干燥的干基含水率的降低,色差降低,收縮率下降(表2)，但其收縮率高于熱風(fēng)干燥。這可能是因?yàn)槲⒉又亓俗訉?shí)體的褐變,且子實(shí)體內(nèi)部受熱膨脹,在溫度下降之后急劇收縮導(dǎo)致收縮率增大[20]。其中轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率2.00 g/g 的收縮率與單一熱風(fēng)干燥相接近,可能是由于含水率越低,水分流失越慢,物料收縮越不明顯。隨著轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率的降低能耗增加,聯(lián)合干燥各組相比單一熱風(fēng)干燥可節(jié)省用電32.75%～69.00%。聯(lián)合干燥各組的復(fù)水比均低于單一熱風(fēng)干燥,可能是由于微波干燥過程香菇表面皺縮嚴(yán)重導(dǎo)致復(fù)水困難,與黃姬俊等[6]研究香菇微波真空干燥的結(jié)果相一致。

表2 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率對香菇外部品質(zhì)及能耗的影響Table 2 Effect of dry basis moisture content at switching point on external quality and energy consumption of shiitakes

如圖2,香菇在干燥過程中營養(yǎng)成分隨水分的蒸發(fā)而流失,隨轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率的降低而降低,聯(lián)合干燥的營養(yǎng)成分均高于單一熱風(fēng)干燥,這可能是由于熱風(fēng)處理時間過長,多糖結(jié)構(gòu)被破壞,氨基酸與還原糖發(fā)生美拉德及焦糖化反應(yīng)導(dǎo)致營養(yǎng)成分流失較多,而微波干燥時間極短,其營養(yǎng)物質(zhì)也被極大程度的保留下來,這與王洪彩[20]、Tian等[21]研究熱風(fēng)、微波干燥整株香菇的結(jié)果較一致。綜合干燥時間及品質(zhì)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率為5.0 g/g時干香菇色差及收縮率最大,褐變及皺縮嚴(yán)重;轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率為2.0 g/g時干燥耗時較長且香菇多糖等營養(yǎng)成分含量較低;轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率為3.0、4.0 g/g時干燥時間較短且色差、收縮率及能耗較低,營養(yǎng)成分較高;則選擇轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率3.0、4.0 g/g 的中間點(diǎn)3.50 g/g為響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的零水平。

圖2 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率對香菇營養(yǎng)成分的影響Fig.2 Effect of dry basis moisture content at switching point on the nutrient composition of shiitakes 注:同一營養(yǎng)成分含量字母不同表示差異顯著(p<0.05);圖4、圖6同。

2.1.2 熱風(fēng)溫度對香菇干燥特性及品質(zhì)的影響 由圖3a可知熱風(fēng)溫度越高,水分含量下降越快,干燥耗時越短,與李艷杰等[22]研究熱風(fēng)干燥香菇的結(jié)果相一致。如圖3b熱風(fēng)干燥初期干燥速率隨熱風(fēng)溫度的增加而明顯增加;干燥至中期自由水含量減少,熱風(fēng)溫度不能顯著影響干燥速率,各組間速率差異縮小,與謝靜等[23]研究熱風(fēng)干燥香菇脆片的結(jié)果相一致。微波階段的干燥速率被前階段熱風(fēng)溫度所影響,可能是由于不同的熱風(fēng)溫度對香菇內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的破壞,從而導(dǎo)致在微波階段水分流失速度不同,具體表現(xiàn)為熱風(fēng)階段的溫度越高后期轉(zhuǎn)入微波干燥時的速率越快(圖3b)。

圖3 熱風(fēng)溫度對香菇干燥特性的影響Fig.3 Effects of hot air temperature on drying characteristics of shiitakes

表3為不同熱風(fēng)溫度對香菇色差、收縮率、能耗及復(fù)水性的影響。隨著溫度的升高,色差先減小再增加,可能是高溫加劇美拉德反應(yīng)使香菇褐變嚴(yán)重;香菇收縮率無顯著變化。電熱干燥箱的耗能與其工作溫度及工作時間有關(guān),50.0 ℃組的能耗最高。各組復(fù)水比無顯著差異,其中70.0 ℃組復(fù)水性最低,可能是高溫對香菇內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞較大導(dǎo)致其持水能力下降[8]。

表3 熱風(fēng)溫度對香菇外部品質(zhì)及能耗的影響Table 3 Effects of hot air temperature on external quality and energy consumption of shiitakes

隨溫度的升高,不同熱風(fēng)溫度組間營養(yǎng)成分變化不明顯。如圖4所示,香菇多糖和游離氨基酸含量在60.0 ℃時達(dá)到最高,這可能是由于低溫時熱風(fēng)干燥時間長,營養(yǎng)流失較多,而高溫加速了美拉德反應(yīng),導(dǎo)致氨基酸和糖類含量降低[21]。香菇中VC含量在55.0℃處理時最大,之后隨溫度的升高含量下降,是因?yàn)楦邷卮龠M(jìn)了VC的降解致使其含量降低,與呂佳寧等[24]研究低溫?zé)犸L(fēng)干燥香菇的結(jié)果相同。綜合各項(xiàng)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)溫度范圍在50.0～65.0 ℃之間獲得的干香菇色差及收縮率較小,復(fù)水比較高且香菇多糖、游離氨基酸及維生素C含量較多;溫度在70.0 ℃時干香菇色差及收縮率均最高,復(fù)水比最低且各營養(yǎng)成分含量也最低,因此選擇50.0～65.0 ℃范圍作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)的水平范圍。

圖4 熱風(fēng)溫度對香菇營養(yǎng)成分的影響Fig.4 Effects of hot air temperature on the nutrient composition of shiitakes

2.1.3 微波功率密度對香菇干燥特性及品質(zhì)的影響 圖5為不同微波功率密度對香菇干燥特性影響曲線,可以看出微波功率密度越高,耗時越短。微波階段的干燥速率隨功率升高而加快,這可能是由于作用于香菇的微波強(qiáng)度增加,香菇內(nèi)部水分輸送速度加快,與高倫江等[25]研究微波干燥香菇的干燥特性結(jié)果一致。

圖5 微波功率密度對香菇干燥特性的影響Fig.5 Effects of microwave power density on the drying characteristics of shiitakes

由表4可以看出香菇的色澤變化與微波功率密度及微波處理時間有關(guān),26.67 W/g組微波時間過長,33.33 W/g組功率過高,均引起香菇內(nèi)部溫度升高,外部水分無法及時蒸發(fā),引起褐變[21,26-27]。微波功率密度20.00、26.67 W/g的香菇收縮率較低,26.67 W/g組的香菇復(fù)水性最高,但不同微波功率密度處理的各組香菇在收縮率及復(fù)水比上均無顯著變化,各組間能耗差異也很小,這可能是由于相同的熱風(fēng)處理之后各組香菇在內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部形狀上十分相似,而微波處理時各組的處理時間也非常接近所致。

表4 微波功率密度對香菇外部品質(zhì)及能耗的影響Table 4 Effects of microwave power density on external quality and energy consumption of shiitakes

由圖6可知隨微波功率密度的增加,香菇多糖含量、游離氨基酸總量及VC含量均呈現(xiàn)先增加再降低的趨勢。香菇多糖及游離氨基酸含量在20.00及26.67 W/g時較大,可能是由于微波處理時間越長,營養(yǎng)流失越多,同時微波功率密度過高也會加快營養(yǎng)物質(zhì)的流失[14]。微波功率密度在20.00～26.67 W/g時干香菇色差、收縮率及能耗均最低,各營養(yǎng)成分含量也較高;微波功率密度在6.67～13.33 W/g及33.33 W/g時色差及收縮率較大,香菇多糖及維生素C含量較低;因此選擇微波功率密度20.00～26.67 W/g 的中間點(diǎn)23.33 W/g為零水平進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖6 微波功率密度對香菇營養(yǎng)成分的影響Fig.6 Effects of microwave power density on the nutrient composition of shiitakes

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計方案與結(jié)果 由單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,不同干燥條件下的香菇樣品復(fù)水性差異較小,干燥時間與能耗變化情況較一致,各營養(yǎng)成分變化規(guī)律較一致,結(jié)合Box-Behnken中心組合設(shè)計原理,選擇轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率X1、熱風(fēng)溫度X2和微波功率密度X3三個因素進(jìn)行香菇熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥優(yōu)化試驗(yàn),測定干燥時間(Y1)、色差ΔE(Y2)、收縮率(Y3)和多糖保留率(Y4),按照各指標(biāo)的最大值為參照進(jìn)行歸一化,賦予不同的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行多指標(biāo)綜合評分,權(quán)重系數(shù):干燥時間0.2,色差及收縮率0.15,多糖保留率0.5,計算綜合評分[18,28-29],試驗(yàn)方案及結(jié)果見表5。

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計方案及結(jié)果Table 5 Experimental design and results for response surface analysis

綜合評分Y=-0.2Y1/392.67-0.15Y2/12.94-0.15Y3/73.93+0.5Y4/67.21

2.2.2 回歸方程方差分析和回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn) 利用Design-Expert軟件對結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合,得出轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率、熱風(fēng)溫度、微波功率密度與干燥時間、色差、收縮率、多糖保留率及綜合評分之間的二次多項(xiàng)回歸方程:

對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析發(fā)現(xiàn)(表6),各指標(biāo)模型均顯著,失擬項(xiàng)均不顯著,說明響應(yīng)面試驗(yàn)可信度較高,模型可靠;各方程的決定系數(shù)R2值均大于0.9,說明該回歸方程對試驗(yàn)的擬合情況較好,因變量與全體自變量之間的多元回歸關(guān)系顯著。

表6 回歸方程方差分析表Table 6 Variance analysis of regression equation

影響干燥時間和綜合評分的因素主次順序?yàn)檗D(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率、熱風(fēng)溫度>微波功率密度,其中轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度對干燥時間和綜合評分有極顯著影響(p<0.01)。影響色差的因素主次順序?yàn)檗D(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率>微波功率密度>熱風(fēng)溫度,其中轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率對色差影響極顯著(p<0.01),微波功率密度對其影響顯著(p<0.05)。影響收縮率的因素主次順序?yàn)檗D(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率>熱風(fēng)溫度>微波功率密度,其中轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度對收縮率有極顯著影響(p<0.01),微波功率密度對其也有顯著影響(p<0.05)。影響多糖保留率的因素主次順序?yàn)闊犸L(fēng)溫度>轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率>微波功率密度,其中熱風(fēng)溫度和轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率對多糖保留率有極顯著影響(p<0.01),微波功率密度對其有顯著影響(p<0.05)。

2.2.3 交互作用分析 分別固定回歸模型中任一因素于零水平,得到另外兩個因素的雙因素模型,見圖7～圖10。

圖7 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度對干燥時間的影響Fig.7 Effects of dry point moisture content and hot air temperature on drying time

轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度對干燥時間的交互作用極顯著(p<0.01),如圖7所示,干燥時間隨轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度的升高而降低。轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和微波功率密度對色差ΔE的交互作用顯著(p<0.05),如圖8所示,色差隨轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率及微波功率密度的降低而降低。轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度對多糖保留率的交互作用極顯著(p<0.01),如圖9所示,多糖保留率隨轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率的降低而降低,隨溫度的增加呈先升高后降低的趨勢。由圖10可知,綜合評分隨轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率的降低而降低,隨熱風(fēng)溫度的升高呈先上升再下降的趨勢;當(dāng)轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率一定,熱風(fēng)溫度較高時,綜合評分隨微波功率密度的降低而降低。

圖8 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和微波功率密度對色差的影響Fig.8 Effects of conversion point dry basis moisture content and microwave power density on color difference

圖9 轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率和熱風(fēng)溫度對多糖保留率的影響Fig.9 Effects of conversion point dry basis moisture content and hot air temperature on polysaccharide retention rate

圖10 三因素對綜合評分的影響Fig.10 Effects of three factors on the comprehensive score注:a:X1和X2對Y的交互作用;b:X1和X3對Y的交互作用;c:X2和X3對Y的交互作用。

2.2.4 綜合評分驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 利用Design Export軟件對綜合評分取最大值,得到香菇熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥的最優(yōu)工藝條件為轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率4.19 g/g,熱風(fēng)溫度60.64 ℃,微波功率密度30.00 W/g,此條件下綜合評分為0.151。為便于參數(shù)控制,取轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率4.20 g/g,熱風(fēng)溫度60.6 ℃,微波功率密度30.00 W/g進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),測得干燥時間為178.33 min,產(chǎn)品色差為11.21,收縮率為65.28%,多糖保留率為66.98%,綜合評分為0.145,結(jié)果見表7。驗(yàn)證值與預(yù)測值誤差小于4%,說明優(yōu)化工藝參數(shù)可行。

表7 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果Table 7 Results of response surface optimization

3 結(jié)論

本研究基于單因素及響應(yīng)面試驗(yàn)對香菇熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,探究了不同轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率、熱風(fēng)溫度及微波功率密度對香菇干燥特性及品質(zhì)的影響。最優(yōu)工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水率4.20 g/g,熱風(fēng)溫度60.60 ℃,微波功率密度30.00 W/g,此條件下的干燥時間為178.33 min,產(chǎn)品色差為11.21,收縮率為65.28%,多糖保留率為66.98%,綜合評分為0.145。以上結(jié)果證明通過優(yōu)化熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥可在大幅度縮短干燥時間的基礎(chǔ)上有效獲得高品質(zhì)的干香菇,本研究為香菇熱風(fēng)微波分段聯(lián)合干燥工藝的生產(chǎn)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。