大球蓋菇變溫熱風干燥工藝研究

史依沫，王麗，崔曉瑞，李淑榮，汪慧華，馬長路，宿曉旭，劉小飛，潘妍

（1.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院，北京 102442；2.內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司）

大球蓋菇（Strorharia rugosoannuata）別名為皺環(huán)球蓋菇、皺球蓋菇等，屬于擔子菌門，層菌綱，傘菌目，球蓋菇科，球蓋菇屬[1]。由于其栽培技術(shù)簡單，營養(yǎng)豐富，產(chǎn)量大，消費者可接受性強，所以在歐美國家的菇類交易市場占相當大的比重，同時也是聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）向發(fā)展中國家推薦栽培的蕈菌之一。大球蓋菇色澤艷麗，品質(zhì)優(yōu)良，菇體飽滿，口感極佳，富含人體所需的多種礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)，食用價值高，其與一般食用菌相比營養(yǎng)價值相對較高，深受廣大消費群體的喜愛。它還具有預(yù)防冠心病，助消化，緩解疲勞的功效[4]。因其新鮮時濕基含水率較高，導致在其進行加工儲藏時易發(fā)生腐爛和褐變，所以需對其進行干制加工來提高大球蓋菇的保藏性。

傳統(tǒng)的干燥方法一般是曬干和熱風干燥[5]，但是曬干一般耗費時間比較長，產(chǎn)品品質(zhì)不容易控制，所以工業(yè)生產(chǎn)不選用曬干方法來處理整菇。熱風干燥是現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的一種方法，從工藝和成本來講，符合我國國情和人們的消費水平。熱風干燥是利用熱空氣強制對流使物料表面水分蒸發(fā)從而達到干燥的目的。目前已有婁正、陳君琛、張黎驊[6-8]分別利用熱風干燥技術(shù)對金銀花、杏鮑菇、銀杏果進行了工藝優(yōu)化；李靜、郭曉龍、段鹍[9-11]分別利用變溫干燥技術(shù)對蘋果、小白杏、煙絲進行了處理，均取得較好的效果，但未見將變溫分段干燥技術(shù)運用于大球蓋菇整菇的加工的研究。

單純的熱風干燥技術(shù)還存在一定的缺陷，比如干燥時間長，干燥效率差，干制成品色澤劣變嚴重，生產(chǎn)成本相對提高。研究是基于熱風干燥技術(shù)，將變溫熱風干燥應(yīng)用于大球蓋菇的干制加工，通過分析在干制過程中樣品的含水率的變化規(guī)律，以及不同干燥過程中對大球蓋菇干制品品質(zhì)的影響，進行大球蓋菇變溫干燥工藝研究，確定其干燥時的最佳工藝參數(shù)，為實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保和得到高品質(zhì)產(chǎn)品提供理論保證。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

大球蓋菇，采購于北京新發(fā)地中央農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場。通過人工選取新鮮完整，大小均一的，保證原材料的品質(zhì)，采購后的大球蓋菇放置于泡沫箱，低溫儲藏于冰箱內(nèi)備用。參考GB 5009.3-2016 利用直接干燥法對大球蓋菇進行水分測定得其平均干基含水率89%～92%[12]。

1.2 儀器與設(shè)備

實驗型烘烤設(shè)備（北京華珍烘烤系統(tǒng)設(shè)備工程有限公司，型號SY-4），PLC 全自動控制，可以分段控制干燥工況，溫度控制精度為±1 ℃，相對濕度控制精度為±5%；測色色差計（上海精密科學儀器有限公司，型號WCS-S）；分析天平（深圳優(yōu)米儀器設(shè)備有限公司，型號JT-3003B）。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 原料預(yù)處理

將大球蓋菇去除根部，用清水清洗，去除泥沙，直至清水不再變渾濁，將大球蓋菇放置于篩子中瀝干多余水分，再放置于通風陰涼處2 h 備用。

1.3.2 試驗設(shè)計

取相同質(zhì)量的大球蓋菇6 份，分別在30、35、40、45、50、55 ℃干燥8 h，期間每隔30 min 測量一次大球蓋菇的質(zhì)量，前后2 次測量質(zhì)量相差不超過10 g為干燥結(jié)束點。繪制干基含水率隨干燥時間變化的曲線，干燥速率隨時間變化的曲線。

干燥結(jié)束后以3 個溫度組合為一組進行分析，分為4 組，評價其感官、復(fù)水比、干燥速率、干基含水率，獲得每組干燥溫度條件下感官和質(zhì)量最優(yōu)的組合來確定大球蓋菇的干燥條件。

1.4 大球蓋菇的質(zhì)量評價方法

1.4.1 感官評定方法

參考其他菌類評分標準基礎(chǔ)上制定大球蓋菇的感官評定規(guī)則[13]。對干制的大球蓋菇進行隨機3 位數(shù)編碼，取等量樣品，請北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院10 位同學在單獨環(huán)境下進行感官評價，記錄得分進行分析。大球蓋菇感官評分規(guī)則，見表1。

表1 大球蓋菇感官評分規(guī)則Table 1 The Sensory evaluation rules of Strorharia rugosoannuata

1.4.2 干基含水率測定方法

干基含水率測定參考尹旭敏[14]的方法，即：

其中m0為物料初始質(zhì)量，mg為物料干制之后質(zhì)量。

1.4.3 復(fù)水比評價方法

參考胡曉浩[15]荸薺片復(fù)水測定方法，對烘干的大球蓋菇進行復(fù)水性實驗，將烘干的大球蓋菇放在燒杯里，加入150 mL 水，放入60 ℃水浴，之后撈出放置于篩子中瀝干稱重。

物料復(fù)水后瀝干重（G復(fù)）與干制品試樣重（G干）的比值，即：

1.4.4 色澤評價方法

明度L* ：指顏色的明暗程度。物體表面對光的反射率越高，人感受到的亮度就越高，這表明物體的明度就越高（L*的取值范圍是0～100，0 代表黑，100代表白）。

紅度和黃度：紅度a*和黃度b*是主要表征大球蓋菇菇柄表面顏色的參數(shù)。紅度表征顏色由紅到綠的程度；黃度表征由黃到藍的程度[9]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

對原始數(shù)據(jù)利用Excel 表格進行統(tǒng)計制圖，用SPSS 軟件進行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 大球蓋菇變溫干燥分析

2.1.1 大球蓋菇第一組變溫干燥分析

圖1 是大球蓋菇在30、35、40 ℃進行干燥的曲線圖。由圖可以看出，同一溫度下，隨著時間的增加，大球蓋菇的含水率在逐漸下降，曲線呈現(xiàn)整體下降的趨勢；同一時間段內(nèi)，溫度越高，干基含水率越低，說明升溫可以加快干燥速率。由此可知，溫度影響干燥進程。

圖1 大球蓋菇第一階段變溫干燥曲線圖Fig.1 The first group of variable temperature drying curve of Strorharia rugosoannuata

圖2 是大球蓋菇在30、35、40 ℃進行干燥的速率曲線圖。由圖可以看出，30、35、40 ℃三條干燥速率曲線都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且三者在1 h 前速率均急劇上升，1～5 h 開始下降，5～8 h 趨于平緩且速率相差不大。40 ℃的干燥速率顯著大于30、35，30、35 ℃的干燥速率相差不大。物料在開始干燥時溫度是低于干燥溫度箱內(nèi)溫度的，所以前期干燥過程的目的是讓物料提升到與干燥箱相同的溫度，加快后續(xù)干燥的進程。通過軟件分析，2 h 后干燥速率顯著下降（P＜0.05）。所以取2 h 為干燥節(jié)點，結(jié)束第一段干燥。

圖2 大球蓋菇第一階段變溫干燥速率曲線圖Fig.2 The first group of variable temperature drying curve rate of Strorharia rugosoannuata

2.1.2 大球蓋菇第二階段變溫干燥分析

圖3 是大球蓋菇在35、40、45 ℃進行干燥的曲線圖。與圖1 相比，其趨勢是相似的。由圖可以看出，同一溫度下，隨著時間的增加，大球蓋菇的干基含水率在逐漸下降，曲線呈現(xiàn)整體下降的趨勢；同一時間段內(nèi)，溫度越高，干基含水率越低，說明升溫可以加快干燥速率。

圖3 大球蓋菇第二階段變溫干燥曲線圖Fig.3 The second group of variable temperature drying curve of Strorharia rugosoannuata

圖4 是大球蓋菇在35、40 ℃和45 ℃進行干燥的速率曲線圖。由圖可以看出，35、40、45 ℃三條干燥速率曲線都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且三者在0.5 h前速率均急劇上升，而后開始下降。前0.5 h 物料處于調(diào)整狀態(tài)，所以0.5 h 各溫度速率差異不顯著；隨著時間的延長，35 ℃的干燥速率曲線顯著低于45 ℃的曲線，與40 ℃的曲線差異不顯著。35℃曲線2 h 后速度下降顯著，2～4 h 速度變化不顯著（P＞0.05）；40 ℃曲線1.5 h 速遞下降顯著，1.5～3.5 h 速度變化不顯著（P＞0.05）；45 ℃曲線2 h 后速度下降顯著，2～4 h 速度變化不顯著（P＞0.05）。為提高干燥效率，取2 h 為干燥節(jié)點，進行下一步干燥。

圖4 大球蓋菇第二階段變溫干燥速率曲線圖Fig.4 The second group of variable temperature drying rate curve of Strorharia rugosoannuata

2.1.3 大球蓋菇第三階段變溫干燥分析

圖5 是大球蓋菇在40、45、50 ℃進行干燥的曲線圖。由圖可以看出，同一溫度下，隨著時間的增加，大球蓋菇的干基含水率在逐漸下降，曲線呈現(xiàn)整體下降的趨勢；同一時間段內(nèi)，溫度越高，干基含水率越低，說明升溫可以加快干燥速率。50 ℃的干基含水率明顯低于40 ℃和45 ℃，40 ℃和45 ℃差別不顯著（P＞0.05）。

圖6 是大球蓋菇在40、45、50 ℃進行干燥的速率曲線圖。由圖可以看出，40、45、50 ℃三條干燥速率曲線都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且三者在0.5 h 前速率均急劇上升，速率差異不顯著，0.5～8 h 開始下降。40 ℃在2、3 h 和4 h 的干燥速率曲線顯著低于45 ℃和50 ℃的曲線，但通過比較半成品發(fā)現(xiàn)，45 ℃和50 ℃干燥樣品出現(xiàn)表皮過干現(xiàn)象。這可能由于升溫間隔過大，且內(nèi)部水分聚集現(xiàn)象。因此，選擇40 ℃和5.5 h 進行后續(xù)實驗。

圖5 大球蓋菇第三階段變溫干燥曲線圖Fig.5 The third group of variable temperature drying curve of Strorharia rugosoannuata

圖6 大球蓋菇第三階段變溫干燥速率曲線圖Fig.6 The third group of variable temperature drying rate curve of Strorharia rugosoannuata

2.1.4 大球蓋菇第四階段變溫干燥分析

圖7 是大球蓋菇在45、50、55 ℃進行干燥的曲線圖。由圖可以看出，同一溫度下，隨著時間的增加，大球蓋菇的干基含水率在逐漸下降，曲線呈現(xiàn)整體下降的趨勢；同一時間段內(nèi)，溫度越高，干基含水率越低，55 ℃的曲線明顯要比其他兩條下降趨勢顯著，干基含水率較低，達到了對大球蓋菇的干制效果。

圖8 是大球蓋菇在45、50、55 ℃進行干燥的速率曲線圖。由圖可以看出，45、50、55 ℃三條干燥速率曲線都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且三者在0.5 h 前速率均急劇上升，0.5～5.5 h 開始下降，5.5～8 h 趨于平緩且速率相差不大。整個圖呈現(xiàn)明顯的三段式結(jié)構(gòu)。分析其顯著性可知，6 h 時，三者差異不顯著（P＞0.05）；45 ℃，5.5～6 h 速率變化不顯著；50 ℃，5.5～6.5 h 速率變化不顯著（P＞0.05）；55 ℃，5.5～6.5 h 速率變化不顯著（P＞0.05）。且同時其干基含水率以達到干燥目的，所以取5.5 h 為干燥節(jié)點，結(jié)束干燥。

圖7 大球蓋菇第四階段變溫干燥曲線圖Fig.7 The fourth group of Variable temperature drying curve of Strorharia rugosoannuata

2.2 大球蓋菇干燥過程的品質(zhì)分析

表2 中給出了大球蓋菇第四段干燥完畢之后經(jīng)過感官評定小組的評分，可以看出45 ℃時的感官得分最高，55 ℃的感官得分最低，其主要原因就是在經(jīng)過干燥之后表面發(fā)生了褐變，顏色加深，外形皺縮，且伴隨令人不愉快的氣味，導致在感官上品質(zhì)較差。

表2 大球蓋菇分段干燥特性評分表Table 2 Strorharia rugosoannuata segment drying characteristic score table

2.3 大球蓋菇干燥過程的復(fù)水率分析

分析第三第四段溫度對復(fù)水率的影響，由表2 可以看出不同干燥溫度對復(fù)水率是有影響的，且隨著溫度的升高，復(fù)水率也在升高，但是在55 ℃時復(fù)水率較50 ℃略有下降，其原因可能是大球蓋菇在55 ℃的干燥過程中蛋白發(fā)生了不可逆的變性，說明在其干制過程中溫度不宜超過55 ℃。

2.4 大球蓋菇干燥過程的色澤分析

L*值是表征大球蓋菇的亮度的數(shù)值，是在干燥過程中較重要的評價指標，與產(chǎn)品外觀有較強的相關(guān)性[17]。食品往往會因酶促褐變、非酶促褐變導致色澤發(fā)生異常變差。由表2 可看出各段L*值隨著溫度的升高而降低，在第一段時候L*變化較大，在第二三四段變化相對較小，說明L*值在后續(xù)干燥過程中對產(chǎn)品品質(zhì)影響較小，所以在第一段干燥時溫度選取30 ℃可以提高產(chǎn)品L*值。

2.5 討論

在干燥過程中物料表面水分受熱蒸發(fā)，然后水蒸氣向周圍空氣介質(zhì)中散發(fā)，此時物體表面水分較物體內(nèi)部低，所以存在水分梯度。因為存在水分梯度，水分就從水分含量高的部位向水分含量低的部位擴散。與此同時物料表面受熱高于它的中心，因而在物料內(nèi)部會建立一定的溫度梯度，溫度梯度會促進水分從高溫處向低溫處進行轉(zhuǎn)移。在熱風干燥過程中，水分梯度和溫度梯度同時存在，二者方向正好相反，要保證干燥的進行就要保證水分梯度大于溫度梯度。若溫度梯度大于水分梯度，就會干擾干燥的進行且會造成成品品質(zhì)降低。柳麗萍等[18]報道通過曬干方法可以去除84.4%水分，通過烘干的方法可以去除91.5%的水分，與研究的變溫干燥效果相類似。王鑫[19]采用振動遠紅外干燥方式，使蘿卜干燥時間縮短了0.67 h，脫水速率提高了40.58%；張建強[20]在80 ℃熱風干燥燕麥其復(fù)水性最好效果，與研究側(cè)重點不同，但選擇干燥方式較多，未來可以結(jié)合不同干燥方式，研究分段干燥對其干制品的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，整個干燥過程中分為三個階段：升溫階段、降速干燥階段、恒速干燥階段。剛開始干燥時，在升溫階段，熱量向物料傳遞，一部分用于使物料溫度升高，建立物料內(nèi)部與外部的水分梯度，加強水分向外擴散速度；一部分熱量用于汽化物料外部的水分，為水分向外擴散提供空間。在恒速干燥階段，是由于當前溫度無法使水分快速蒸發(fā)，提高溫度可以加快干燥速率。干燥過程主要發(fā)生在降速階段，在第二第三段干燥過程中沒有恒速階段，恒速階段干燥速率降低是因為大球蓋菇自身含水量降低所致，所以在降速階段提升溫度可以使進程不到恒速階段直接進入下一步干燥過程，從而使干燥進程加快。

3 結(jié)論

溫度和時間是影響大球蓋菇的干燥效果的主要因素，利用變溫干燥方法對大球蓋菇進行干制，可以顯著的去除其水分。溫度影響大球蓋菇的干燥速率，復(fù)水率隨溫度升高而升高，但溫度過高會導致蛋白變性使其復(fù)水率反而降低，所以要在保證復(fù)水率的基礎(chǔ)下進行干制。大球蓋菇在干制過程中易發(fā)生酶促或者非酶促褐變，所以要在褐變臨界時間點改變干燥條件或者停止干燥，來保證大球蓋菇干制品的品質(zhì)。

大球蓋菇的變溫熱風干燥過程主要發(fā)生在降速階段，為加快干燥過程需要提升溫度，來保證其過程不進入恒速干燥階段。在此條件，大球蓋菇變溫干燥溫度與時間的最佳組合為30 ℃下干燥2 h、35 ℃下干燥4 h、40 ℃下干燥5.5 h、45 ℃下干燥5.5 h，得到的干制品在感官狀態(tài)和復(fù)水性均較好，達到實驗干制品的目標要求。