熱風(fēng)干燥對黑木耳品質(zhì)的影響

白植方，方佳佳，賈振寶，宋婷婷，范麗軍，陶 菲,*

（1.中國計量大學(xué)標準化學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.中國計量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018；3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，浙江 杭州 310021）

黑木耳（Auricularia auricula），又稱云耳、木耳，是一種常見的藥食兩用真菌，屬于真菌界擔(dān)子菌門傘菌綱木耳科木耳屬。黑木耳子實體為圓形或半圓形，表面有光澤，顏色深褐色或黑色，為其可食用部分。我國是黑木耳主要生產(chǎn)國之一，有2 000多年的栽培歷史，遍及全國20多個省市自治區(qū)，其中以黑龍江、吉林、四川、云南、陜西和廣西等地野生或栽培的黑木耳最為著名。黑木耳含有以多糖、黑色素、多酚類化合物、甾醇等為代表的多種生物活性成分，這些活性物質(zhì)在提高機體免疫力、抗腫瘤、延緩衰老、緩解氧化應(yīng)激、降低血脂和膽固醇等方面發(fā)揮著積極作用[1-3]。

新鮮黑木耳的含水量較高，約為85%～90%左右，高含水量使得黑木耳易腐爛變質(zhì)，不利于流通貯藏。干燥后的黑木耳不易變質(zhì)，且體積小，方便儲存和攜帶，因此黑木耳干制品是其主要的銷售形式。目前，我國黑木耳干燥方式以自然晾曬為主，該方法干燥周期長，受天氣條件影響較大，且勞動強度大。近年來，隨著我國黑木耳種植規(guī)模的擴大，種植企業(yè)對采用人工干制黑木耳的需求越來越大[4]。因此，尋求更為高效的黑木耳干燥方法對提高黑木耳綜合利用率，促進我國黑木耳產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展十分重要。

熱風(fēng)干燥（Hot air drying，HAD）是最常用的干燥方法之一，該法是以高溫低濕空氣作為干燥介質(zhì)，以食品物料表面與干燥介質(zhì)的蒸氣壓差為干燥推動力。食品物料的熱風(fēng)干燥在實際應(yīng)用中具有操作簡單、投資成本低等優(yōu)勢，非常適用于大宗生鮮農(nóng)產(chǎn)品的脫水加工。目前，熱風(fēng)干燥已廣泛用于香菇、銀耳和杏鮑菇等食用真菌產(chǎn)品的干燥加工，并取得了較好的應(yīng)用效果[5-7]。但是，目前國內(nèi)學(xué)者對黑木耳熱風(fēng)干燥的相關(guān)研究較少。

本文研究了熱風(fēng)干燥對鮮木耳干燥特性的影響，并以自然晾曬及冷凍干燥為對照，研究熱風(fēng)干燥對黑木耳的復(fù)水性、水分分布和抗氧化活性的影響，以期為黑木耳脫水制品的開發(fā)和利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

黑木耳品種為‘黑山’，由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所提供。1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、β-胡蘿卜素、甲醇、氯仿、亞油酸、吐溫-20、奎諾二甲基丙烯酸酯（Trolox）等試劑均購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DGG-9140B 型熱風(fēng)干燥箱，上海美呈儀器有限公司；MesoMR23-060-I 型核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；FreeZONE 2.5Plus 冷凍干燥機，美國Labconco公司；UV2501型紫外可見分光光度計，島津儀器（蘇州）有限公司。

1.2 方法

1.2.1 黑木耳的干燥

1.2.1.1 熱風(fēng)干燥

分別取100 g 左右鮮木耳樣品，均勻地攤開在規(guī)格為600 mm×400 mm的網(wǎng)盤上，放入熱風(fēng)干燥箱內(nèi)，分別在55、70、85 ℃下干燥至恒質(zhì)量。以10 min為間隔，測定樣品在干燥過程中的質(zhì)量變化，結(jié)合含水率分析干燥特性指標。

1.2.1.2 自然晾曬

將新鮮鮮木耳均勻擺放至網(wǎng)盤上（取樣量和網(wǎng)盤規(guī)格同“1.2.1.1”），置于陰涼通風(fēng)處（15～25 ℃），自然晾曬至恒質(zhì)量。

1.2.1.3 冷凍干燥

將新鮮黑木耳在-25 ℃下凍結(jié)，然后放入冷凍干燥機的擱板上，冷阱溫度設(shè)定為-50 ℃，真空度為8 Pa。

1.2.2 干燥動力學(xué)參數(shù)計算

1.2.2.1 干基含水率

采用105 ℃直接干燥法測定，按照式（1）計算黑木耳干基含水率。

式中：Mt為干基含水率，g/g；mt為黑木耳樣品質(zhì)量，g；mg為黑木耳的絕干質(zhì)量，g。

1.2.2.2 水分比（MR）

按照公式（2）計算。

式中：MR為t時刻黑木耳的水分比；Mt為黑木耳在t時的干基含水率，g/g；M0為黑木耳在初始時刻的干基含水率，g/g；Me為黑木耳平衡時干基含水率，g/g。

1.2.2.3 干燥速率（DR）

按照公式（3）計算。

式中：DR為干燥速率，g·g-1·min-1；Mt和Mt+Δt分別為t和t+Δt時刻樣品的干基含水率，g/g；Δt是相鄰2 次測量的時間間隔，min。

1.2.3 干燥動力學(xué)模型擬合

運用5 個常用的干燥動力學(xué)模型對黑木耳熱風(fēng)干燥曲線進行擬合，并從中篩選出最適合描述各干燥方式的干燥動力學(xué)模型。以決定系數(shù)（R2）和均方根誤差（RMSE）作為模型擬合的評價指標，干燥動力學(xué)模型及其方程見表1。

表1 模擬干燥曲線的數(shù)學(xué)模型Table 1 Mathematical models for simulating drying curves

1.2.4 水分分布

精確稱取一定質(zhì)量的黑木耳樣品，將其置于15 mm口徑的檢測管中，利用核磁共振分析儀對黑木耳橫向弛豫時間（T2）分布曲線進行測試，每個樣品重復(fù)測定3次。多脈沖回波序列（CPMG）的參數(shù)為：主頻23 MHz，180°脈沖時間26 μs，重復(fù)采樣等待時間3 000 ms，偏移頻率305 468.85 Hz，90°脈沖時間15.00 μs。

1.2.5 復(fù)水比

稱取不同黑木耳干制品（10.0 g）分別加入500 mL蒸餾水，置于40 ℃水浴鍋中保溫復(fù)水60 min后，分別取出瀝干稱重，重復(fù)3組試驗。木耳復(fù)水比的計算公式如式（6）所示：

式中：m0為復(fù)水前干制品質(zhì)量，g；m1為復(fù)水后樣品瀝干質(zhì)量，g。

1.2.6 抗氧化活性的測定

稱取1.0 g干燥黑木耳，研磨成細粉后，加入8 mL甲醇，超聲提取5 min，在6 000 r/mim下離心分離15 min后收集上清液，分別測定DPPH自由基清除率和β-胡蘿卜素保護率。以Trolox 作陽性對照，以Trolox 溶液的質(zhì)量濃度（0、25、50、100、200、300 μg/mL）為橫坐標，分別以DPPH自由基清除率和β-胡蘿卜素保護率為縱坐標，繪制標準曲線，干燥黑木耳的DPPH自由基清除能力和β-胡蘿卜素保護能力均表示為μg Trolox/gmd。

1.2.6.1 DPPH自由基清除能力的測定

參考Ofosu 等[8]的方法，并稍作修改。取2 mL DPPH 溶液與0.5 mL 待測液混合，渦旋振蕩搖勻，室溫下暗處反應(yīng)30 min，于517 nm處測定吸光度值，以甲醇作為本底，計算DPPH自由基清除能力。

式中：A0為本底吸光度值；Ai為樣品溶液的吸光度值。

1.2.6.2β-胡蘿卜素褪色試驗（β-胡蘿卜保護能力）

參考Sila等[9]的方法，并稍作修改。取4 mLβ-胡蘿卜素的氯仿溶液（0.3 mg/mL）于圓底燒瓶中，加入50 μL亞油酸和600 μL吐溫-20，混勻后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去氯仿，再加入蒸餾水100 mL（4 ℃），超聲20 min 后得到澄清透明的乳化液。取2 mL 樣品溶液和6 mL乳化液混合，置于50 ℃水浴保溫60 min，測定保溫前后470 nm處的吸光度值，以甲醇作為對照試樣。

式中：A0為t=0 min時樣品管的吸光度值；At為t=60 min時樣品管的吸光度值；B0為t=0 min時對照管的吸光度值；Bt為t=60 min時對照管的吸光度值。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

每組試驗重復(fù)3 次，數(shù)據(jù)均表示為ˉx±s。利用IBM SPSS Statistics 26軟件進行相關(guān)性分析和干燥動力學(xué)模型擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱風(fēng)溫度對黑木耳干燥特性的影響

常見的食品物料在熱風(fēng)干燥過程中根據(jù)干燥速率一般分為3 個階段，分別為升速干燥階段、恒速干燥階段和降速干燥階段[10-12]。黑木耳在不同熱風(fēng)溫度下的干燥曲線如圖1A 所示。熱風(fēng)溫度越高，水分比下降速率越快，干燥所需的時間越短。干燥溫度為85 ℃所用干燥時間為190 min，相較于55 ℃縮短了37%的干燥時間。提高食品物料的熱風(fēng)溫度，可加速水分子運動，從而加快黑木耳表面水分遷移，縮短熱風(fēng)干燥時間。黑木耳在不同干燥溫度下的干燥速率曲線如圖1B所示。干燥速率在干燥過程中整體上呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，黑木耳在脫水過程以降速干燥階段為主。熱風(fēng)干燥過程中，黑木耳沒有明顯的恒速干燥階段，主要是由于其較薄的厚度，水分從黑木耳內(nèi)部向外部遷移速率小于外表面水分的蒸發(fā)速率，導(dǎo)致木耳樣品表面的水分蒸氣壓保持在不飽和狀態(tài)。恒速干燥階段的缺失進一步說明內(nèi)部水分傳遞是影響黑木耳熱風(fēng)干燥過程中水分傳遞的主要因素[13]。

圖1 不同熱風(fēng)溫度下黑木耳的干燥曲線（A）和干燥速率曲線（B）Fig.1 Drying curves(A)and drying rate curves(B)of Auricularia auricula under different drying temperature

2.2 干燥模型擬合

運用IBM SPSS Statistics 26軟件對上述干燥過程進行表1中5個干燥數(shù)學(xué)模型的擬合分析，得到的數(shù)學(xué)模型如表2 所示。采用決定系數(shù)（R2）和均方根誤差（RMSE）作為判別模型擬合度的基評價指標。當(dāng)R2越接近于1、RMSE越接近于0 時，模型預(yù)測效果越好。如表2所示，Page 模型的R2≥0.989，RMSE≤0.023 12。因此，相較于其他4 種數(shù)學(xué)模型，Page 模型更適于擬合黑木耳的熱風(fēng)干燥過程。

表2 干燥曲線的數(shù)學(xué)模型擬合Table 2 Fitting results of hot air-drying empirical model of Auricularia auricula

2.3 黑木耳干制品的水分分布

水分是新鮮黑木耳中含量最多的組分，干燥過程中水分狀態(tài)和分布的變化與干燥產(chǎn)品的品質(zhì)密切相關(guān)[14]。低場核磁共振（Low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術(shù)是研究食品干燥加工過程中水分狀態(tài)的有力工具。不同干燥樣品的橫向馳豫時間（T2）分布曲線如圖2所示，鮮黑木耳T2弛豫分布曲線呈現(xiàn)出3 種波峰，對應(yīng)3 種不同的水分狀態(tài)，其中流動性最低的T21為細胞壁中的水分（結(jié)合水），流動性居中的T22為胞外間隙和細胞質(zhì)中的水分（不易流動水），流動性最強的T23為液泡中的水分（自由水）[15]。T2弛豫分布曲線圖中的峰面積越大，表明水分含量越高。由圖2 可以看出，鮮木耳的T23弛豫峰強度很大，說明鮮木耳中的水分較高，且以自由水為主。干燥后木耳樣品T2弛豫分布曲線中均以T21弛豫峰為主，T23弛豫峰強度較弱，說明干燥后樣品中的水分以結(jié)合水為主，鮮木耳中的絕大部分自由水被脫除。熱風(fēng)干燥樣品中結(jié)合水的信號強度均低于自然晾曬，高于冷凍干燥的樣品，說明熱風(fēng)干燥樣品的平衡水分含量介于二者之間。

圖2 新鮮黑木耳（A）和不同干燥處理黑木耳（B）的T2弛豫分布曲線圖Fig.2 T2 relaxation spectra of fresh(A)and dried(B)Auricularia auricula under different drying treatment conditions

2.4 干燥黑木耳的復(fù)水比

復(fù)水比是最常用的復(fù)水特性參數(shù)，反映了干制品復(fù)水后恢復(fù)到鮮品的程度，是檢驗干制品品質(zhì)的重要指標。復(fù)水比越大，表明其重新吸收水分的能力越強，復(fù)水時間越短。不同干燥處理黑木耳測得的復(fù)水比如圖3所示。冷凍干燥樣品的復(fù)水比最高，達到了24.6；自然晾曬黑木耳的復(fù)水比最低（11.3）。冷凍干燥過程中溫度較低，黑木耳中的水分以升華方式遷移，保持了黑木耳內(nèi)部多孔狀的結(jié)構(gòu)，使得黑木耳具有優(yōu)異的復(fù)水能力。55、70、85 ℃熱風(fēng)干燥黑木耳的復(fù)水比分別為17.2、18.7、20.5，均顯著高于自然晾曬的黑木耳（P＜0.05）。相較于冷凍干燥，熱風(fēng)干燥黑木耳的復(fù)水性能較低。黑木耳熱風(fēng)干燥過程中體積收縮，導(dǎo)致干制品硬度大和結(jié)構(gòu)致密是其復(fù)水性能下降的主要原因[16]。85 ℃熱風(fēng)干燥黑木耳的復(fù)水比高于55 ℃和70 ℃熱風(fēng)干燥的樣品，這可能是由于其干燥時間較短，蛋白質(zhì)和多糖類成分的變性程度較低，復(fù)水后保持了較好的親水能力。

圖3 不同干燥處理黑木耳的復(fù)水比Fig.3 Rehydration ratio of different drying treatment of Auricularia auricular

2.5 不同干燥黑木耳的抗氧化活性分析

不同干燥處理黑木耳的DPPH 自由基清除能力見圖4。55、70、85 ℃熱風(fēng)干燥黑木耳的DPPH 自由基清除能力分別為136.5、142.2、150.6 μg Trolox/gmd，均高于自然晾曬樣品（97.5 μg Trolox/gmd）。β-胡蘿卜素褪色抑制試驗是模擬分析細胞膜脂質(zhì)氧化程度的常用方法，在油/水乳化體系中，亞油酸被氧化后產(chǎn)生的過氧化物自由基能夠攻擊胡蘿卜素分子，進而產(chǎn)生褪色效應(yīng)，故根據(jù)體系中吸光度值的變化可以直接評估活性組分的抗氧化能力[17]。

圖4 不同干燥處理黑木耳的DPPH自由基清除能力Fig.4 DPPH free radical scavenging capacities of different drying treatment of Auricularia auricular

如圖5 所示，55、70、85 ℃熱風(fēng)干燥黑木耳的β-胡蘿卜素保護能力分別為89.3、115.7、138.9 μg Trolox/gmd。85 ℃干燥黑木耳β-胡蘿卜素保護能力顯著低于冷凍干燥（P＜0.05）。冷凍干燥是在低溫下進行的脫水過程，黑木耳中多糖類、黃酮類化合物等活性成分的保留率較高，所以表現(xiàn)出較高的自由基清除活性和胡蘿卜素保護能力。由以上結(jié)果可知，85 ℃熱風(fēng)干燥黑木耳的DPPH 自由基清除能力和胡蘿卜素保護能力均高于其他溫度（55 ℃和70 ℃）熱風(fēng)干燥樣品。較高的熱風(fēng)溫度一方面可以鈍化物料內(nèi)源性酶，提高多酚、多糖等活性成分穩(wěn)定性（保留率高），表現(xiàn)出較高的抗氧化活性[16]；另一方面，高溫干燥引發(fā)的美拉德反應(yīng)可產(chǎn)生大量具有抗氧化活性的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，如類黑精、呋喃、吡咯以及還原醛等，這些反應(yīng)產(chǎn)物相較于黑木耳中的多糖和多酚活性組分表現(xiàn)出更強的抗氧化活性。

圖5 不同干燥處理黑木耳的β-胡蘿卜素保護能力Fig.5 β-carotene protection capacities of different drying treatment of Auricularia auricular

3 結(jié)論

上述試驗結(jié)果表明，黑木耳的熱風(fēng)干燥溫度越高，干燥速率越快。熱風(fēng)干燥主要分為升速干燥階段與降速干燥階段，表明黑木耳的內(nèi)部水分擴散能力是決定其熱風(fēng)干燥速度的關(guān)鍵因素。Page 模型對黑木耳的熱風(fēng)干燥具有較好的擬合效果。熱風(fēng)干燥黑木耳的復(fù)水比、DPPH自由基清除能力和β-胡蘿卜素保護能力均高于自然晾曬干燥黑木耳。85 ℃熱風(fēng)干燥速率快、復(fù)水后的品質(zhì)好，其干制品抗氧化活性較強，是一種優(yōu)于自然晾曬的高效、優(yōu)質(zhì)的干燥工藝技術(shù)。