不同干燥方式對黑木耳理化特性及抗生素含量變化的影響

焦睿智，岳田利，高振鵬，趙子丹，李鳴雷，王周利,*，葛 謙

（1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100；2.西北大學食品科學與工程學院，陜西西安 710127；3.寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，寧夏銀川 750002）

黑木耳（Auricularia auricula）風味獨特、營養(yǎng)豐富，含有維生素、鐵、磷、鈣等多種營養(yǎng)物質(zhì)，是世界上四種最重要的栽培食用菌之一[1]。我國作為世界第一的木耳生產(chǎn)大國，2021 年全國黑木耳產(chǎn)量已超過710 萬噸且其產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍在不斷擴大。目前，黑木耳的加工以其干制品為主，種植戶對木耳的干燥方式仍主要是自然晾曬。作為干制過程中最傳統(tǒng)的方式，主要缺點是干燥速率低和受環(huán)境影響較大。熱風干燥技術(shù)以其操作簡易、物料處理量大和成本低等優(yōu)點，在木耳干燥過程中的使用和探索也更加廣泛[2]，但物料加熱時由外向內(nèi)進行熱傳導，傳熱和傳質(zhì)方向相反，相比自然干燥速率較高但干燥能力仍有待提高[3]。此外，微波處理以其干燥速率快、熱效率高等特點，在農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)具有較好的應用前景[4-5]，也為工業(yè)化加工中黑木耳的干燥處理提供了可能。鑒于不同干燥方式的機制差異較大，其對應的干燥效率及對干制品的理化特性影響也較大，探究不同處理方式對黑木耳理化特性影響是非常重要的。

同時，近年來自然環(huán)境不同基質(zhì)及食品中都檢測到人類和獸用抗生素的殘留。喹諾酮類抗生素作為常見獸藥成分，隨著使用量增大不斷地排放到自然環(huán)境中。殘留的抗生素通過動物源性食品或其他途徑遷移最終進入人體，在人體內(nèi)不斷積累，對人體的健康構(gòu)成嚴重危害。如首次進入個體后導致敏感個體致敏，肌體再次接觸后產(chǎn)生的過敏反應及變態(tài)反應[6]，損傷器官[7]，急性中毒[8]等?，F(xiàn)階段，對于抗生素控制的探究主要集中于水源中多種抗生素污染問題處理[9]和食品中抗生素污染控制[10-11]等，食用菌中抗生素的限量標準及檢測方法研究較少；而木耳干燥階段的研究，主要集中于不同干燥方式其對品質(zhì)的影響[12]，對干燥過程黑木耳中抗生素殘留變化研究較少，基于黑木耳干制過程的抗生素控制研究未見報道。因此，本研究基于自然晾曬、熱風干燥和真空微波干燥三種不同處理方式，系統(tǒng)解析不同干燥工藝參數(shù)對應的黑木耳干燥時間，評價不同干燥處理對黑木耳的理化特性是否有顯著影響，并探究三種處理方式對黑木耳中抗生素的降解效果。通過比較對黑木耳的干燥時間、對抗生素的降解效果及對理化指標的影響，選擇更加高效的木耳干燥處理方法，為黑木耳干燥及食用菌加工過程中抗生素等質(zhì)量安全因子的控制提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑木耳（柞水木耳） 采收自陜西省商洛市柞水縣下梁鎮(zhèn)西川村；甲醇、甲酸、乙腈 色譜純，四川西隴科學有限公司；乙二胺四乙酸二鈉、檸檬酸、磷酸二氫鈉、無水硫酸鈉、氯化鈉 分析純，廣州光華科技股份有限公司；二乙胺-N-丙基硅烷（PSA） 煙臺青云儀器設備有限公司；恩諾沙星（純度≥98%）、環(huán)丙沙星（純度≥98%） 阿拉丁試劑有限公司。

HC-3018R 型高速冷凍離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；LC-20A 型高效液相色譜儀、UV-1700 型紫外可見分光光度計 日本島津公司；FW-400AD 高速萬能粉碎機 天津鑫博得儀器有限公司；VYS-4ZH1/2V 真空微波干燥機 南京澳潤微波科技有限公司；DHG-9146A 熱風干燥機 上海精宏實驗設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同干燥處理過程中木耳水分含量變化 黑木耳熱風干燥操作規(guī)程[13]中對熱風干燥的溫度范圍控制在了40～58 ℃，結(jié)合劉清斌等[14]方法，本實驗研究40～80 ℃條件熱風干燥對木耳干燥過程中的水分含量變化影響；參考任愛清等[5]、梁昌祥等[15]方法結(jié)合實際試驗設備探究0.8～2.4 kW 條件下的木耳含水率變化情況。

1.2.1.1 自然干燥 將鮮木耳單層放置在室溫下（25 ℃）自然干燥，干燥期間每12 h 取樣測定含水率并記錄水分含量變化，待木耳中含水率低于12%后停止干燥。

1.2.1.2 熱風干燥 將鮮木耳單層放置在熱風干燥機中并分別設置干燥溫度為40、50、60、70、80 ℃，每10 min 取樣測定含水率，記錄木耳中水分含量變化，待木耳含水率低于12%后停止干燥。

1.2.1.3 真空微波干燥 將鮮木耳均勻置于真空微波設備專用托盤內(nèi)，設置真空度為86 kPa、干燥溫度為50℃，分別設置干燥功率為0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 kW，每5 min 取樣測定含水率，待木耳含水率低于12%后停止干燥。

1.2.1.4 木耳中含水率的計算 濕含量一般以物料中的水分與絕干物料的質(zhì)量比表示，本實驗在恒定干燥條件下進行，通過測定復水黑木耳在一定時間后濕含量（即M濕重-M干重），來表示干燥時間與相對含水率X 的關系曲線[16]。準確稱量鮮木耳質(zhì)量并記錄為M濕重，干燥過程中每次取樣后記錄木耳的質(zhì)量記為M干重，計算獲得木耳干燥處理過程中相對含水率并繪制干燥曲線。干燥過程中每組處理最少做三個平行試驗。

式中：M 濕重表示含水鮮木耳質(zhì)量，g；M 干重表示干燥不同時間后的質(zhì)量，g。

1.2.2 不同干燥處理對木耳基礎理化特性的影響參照國標檢測方法要求，對不同條件處理后木耳中總糖（GB/T 15672-2009 食用菌中總糖含量測定）[17]、粗蛋白（GB 5009.5-2016 食品中蛋白質(zhì)的測定）[18]、粗脂肪（GB 5009.6-2016 食品中脂肪的測定）[19]、粗纖維（GB/T 5009.10-2003 植物類食品中粗纖維的測定）[20]、灰分（GB 5009.4-2016 食品中灰分的測定）[21]等基礎理化指標進行評價，分析干燥條件對其品質(zhì)的影響。

1.2.3 不同干燥處理對木耳中抗生素降解影響評價

1.2.3.1 樣品制備 為探究不同干燥處理對黑木耳中抗生素降解效果影響，參照GB/T 6192-2019 中黑木耳[22]的理化指標要求，以木耳中抗生素含量0.05 mg/kg 為參照，將其最低濃度確定為0.5 mg/kg并設置不同梯度。具體樣品制備過程為：將干制的黑木耳分別浸泡在抗生素濃度為1、2、4、8、16 mg/kg的加標溶液中（室溫25 ℃），調(diào)整浸泡時間并取樣檢測黑木耳中抗生素含量，使黑木耳中抗生素含量為0.5、1、2、4、8 mg/kg。

1.2.3.2 自然干燥過程中抗生素含量變化 將含有0.5、1、2、4、8 mg/kg 抗生素的木耳樣品單層放置在室溫下（25 ℃）自然干燥72 h，待木耳滿足GB/T 6192-2019 中干制黑木耳水分含量要求，即含水率低于12%時停止干燥，評價抗生素初始濃度對兩種抗生素降解效果的影響。

1.2.3.3 熱風干燥過程中抗生素含量變化 探究熱風干燥處理在不同溫度條件下，對干燥過程中木耳抗生素的降解效果影響。將含有0.5、1、2、4、8 mg/kg抗生素的木耳樣品單層放置在熱風干燥機中，60 ℃條件下連續(xù)處理220 min，待木耳中含水率低于12%時停止干燥，測定抗生素含量。同時，將含有0.5 mg/kg 抗生素的木耳單層放置在熱風干燥機中并設置干燥溫度分別為40、50、60、70、80 ℃，待木耳含水率低于12%后停止干燥。干燥過程中，前3 h間隔30 min 取樣，3 h 后間隔1 h 取樣，測定抗生素含量變化。評價熱風干燥過程中抗生素初始濃度和干燥溫度對抗生素含量變化影響。

1.2.3.4 真空微波干燥過程中抗生素含量變化 探究真空微波干燥處理在不同微波功率條件下，對干燥至恒重的木耳中抗生素降解效果影響。將含有0.5、1、2、4、8 mg/kg 抗生素的木耳樣品單層均勻置于微波專用托盤內(nèi)，設置真空度86 kPa、干燥溫度上限為50 ℃、干燥功率1.6 kW 對樣品連續(xù)處理45 min，待木耳中含水率低于12%時停止干燥，測定抗生素含量。同時，將含有0.5 mg/kg 抗生素的木耳進行真空微波干燥處理，設置功率分別為0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 kW，待木耳含水率低于12%后停止干燥。干燥過程中，每5 min 取樣測定抗生素含量變化。評價真空微波干燥處理過程中抗生素初始濃度和功率對抗生素含量變化影響。

1.2.3.5 木耳中抗生素含量檢測 參照張科明等[23]檢測多種獸藥殘留的前處理方法并做修改。

樣品處理：取木耳樣品約100 g，用粉碎機粉碎、混勻后裝入潔凈的密封袋，密閉并標明編號，于干燥處保存。

提取：稱取1 g 樣品置于100 mL 塑料離心管中，加入8 ml Na2EDTA-Mcllvaine 緩沖液，渦旋振蕩1 min，再加入17 mL 5%甲酸乙腈，渦旋振蕩1 min，然后加入2 g 氯化鈉、3 g 無水硫酸鈉，迅速搖勻，渦旋振蕩1 min，以5000 r/min 離心 5 min，取出上清液待凈化。

凈化：稱取0.15 g PSA（乙二胺-N-丙基硅烷），并加入0.5 g 無水硫酸鈉置于10 mL 離心管中，向其中加入上述離心管中的上清液5 mL 后充分混合，以5000 r/min 離心5 min，吸取上清液1 mL 過0.22 μm有機相濾膜，裝瓶，于-20 ℃保存，供高效液相色譜測定。

色譜條件：色譜柱：C18柱4.6×150 mm；流速：0.8 mL/min；柱溫：30 ℃；進樣量：20 μL；流動相A 為乙腈，流動相B 為0.7%（v/v）磷酸水溶液，等度洗脫（A 相20%：B 相80%），檢測器：熒光檢測器。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個試驗均做3 次平行，使用Origin 2018 軟件作圖，采用SPSS 18 軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥處理過程中木耳水分含量變化

自然干燥、熱風干燥、真空微波干燥三種不同干燥方式對鮮木耳干燥至水分含量12%以下所需的時間如表1 所示，其干燥過程中的水分含量變化曲線如圖1 所示。表1 中所示自然干燥將木耳水分含量降至12%以下所需的干燥時間為72 h，這個時間在熱風干燥則縮短至150 min，且隨溫度上升所需時間進一步縮短，在80 ℃熱風干燥條件下僅需150 min；真空微波干燥由于真空環(huán)境，過高的溫度使物料無法通過空氣散熱而破壞營養(yǎng)物質(zhì)，故控制真空度86 kPa及溫度上限為50 ℃，干燥木耳所需的時間隨干燥功率的上升而呈下降趨勢，在2.4 kW 真空微波干燥條件下僅需15 min 即可將木耳水分含量降至12%以下。如圖1a 所示，木耳在自然干燥下水分含量的變化曲線沒有明顯的加速干燥階段，而這個現(xiàn)象在圖1b和圖1c 中，體現(xiàn)則較為明顯，尤其隨干燥溫度上升或干燥的功率上升，木耳的加速干燥階段則越明顯的體現(xiàn)。不同干燥方式的干燥效率有明顯區(qū)別，熱風干燥相對于自然干燥干燥速率有明顯增加，真空微波干燥則在這一程度上出現(xiàn)更明顯的增加。Morales[8]的研究采用真空微波干燥技術(shù)干燥新鮮臍橙皮，與傳統(tǒng)的熱風干燥相比，VMD 的干燥時間縮短了90.7%～94.7%，也證明了真空微波干燥的干燥效率。

圖1 不同干燥處理時木耳中水分含量變化曲線Fig.1 Moisture content change curve of Auricularia auricula under different drying methods

2.2 不同干燥處理對木耳理化指標的影響

確定了不同種干燥方式干燥木耳所需的干燥時間后，評價不同種干燥方式對木耳中的營養(yǎng)理化指標是否有較大影響，參照GB/T 6192-2019 黑木耳中的基本理化指標對總糖、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、灰分含量進行測定，結(jié)果如表2 所示。其中總糖含量在80 ℃熱風干燥和2.4 kW 真空微波干燥時分別下降1.34%和2.28%，但仍高于國家標準要求的總糖含量≥22%，這與梁曉君等[24]的研究結(jié)果相同，經(jīng)過熱風干燥和真空微波干燥后的玉木耳粉總糖含量均有不同程度下降且有顯著性變化（P＜0.05）。其余理化指標如粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、灰分等在自然干燥、熱風干燥、真空微波干燥等不同干燥條件下均無顯著性變化（P＞0.05），且均符合GB/T 6192-2019 中黑木耳的理化指標要求。梁曉君等在對玉木耳的粗纖維、粗脂肪、粗蛋白時得出粗蛋白與粗脂肪沒有顯著性變化（P＞0.05），而對粗脂肪含量有顯著性影響（P＜0.05），本試驗中粗脂肪含量則無顯著性變化（P＞0.05）。Bondaruk 等[25]的研究也表明50、70 ℃的熱風干燥與6～24 kPa 的真空微波干燥使馬鈴薯的總糖含量降低約1%～16%。故不同干燥方式對木耳的品質(zhì)影響變化不大，其中總糖含量有較小影響，則可通過不同干燥方式對木耳的干燥時間及后續(xù)討論對木耳種抗生素的降解情況評價其干燥效果。

表2 不同干燥方式對木耳理化指標影響Table 2 Effects of different drying methods on physicochemical indexes of Auricularia auricula

2.3 不同干燥處理對木耳中抗生素降解影響評價

2.3.1 自然干燥處理的抗生素含量變化 自然干燥過程中抗生素初始濃度對木耳中抗生素降解的影響如圖2 所示。恩諾沙星與環(huán)丙沙星兩種抗生素在自然干燥過程中的降解效果受抗生素初始濃度的影響，降解率隨木耳中抗生素初始濃度含量的降低從9.67%升高至16.32%，在抗生素濃度為0.5 mg/kg 時恩諾沙星與環(huán)丙沙星的降解率分別為16.32%和14.22%。說明木耳中低濃度的抗生素在干燥過程中更易被降解，且在不同抗生素濃度情況下，恩諾沙星的降解效果均高于環(huán)丙沙星。在自然晾曬干燥的過程中，抗生素的降解應該伴隨著光降解作用，目前采用較多的化學降解方法仍然為光催化氧化法[26-27]，光催化法原理是利用光催化劑產(chǎn)生光生電子和光生空穴，通過自由基與目標污染物共同作用下發(fā)生氧化反應，將抗生素分解成小分子的無機物質(zhì)，從而消除對環(huán)境的污染。王浩楠等[28]認為抗生素在陽光照射下沒有光敏劑的催化也會發(fā)生光降解，只是有各種光敏催化劑的參與會使光催化降解效果大幅提升。結(jié)合郭洪光等[29]、劉楊等[30]的試驗結(jié)果得出，恩諾沙星與環(huán)丙沙星的四個主要降解路徑，通過一系列的脫氟、光裂解、取代、加成及脫氨基反應，最終導致目標物開環(huán)裂解，氧化反應主要集中在喹諾酮類抗生素核心的C-F 鍵、羧酸基團及哌嗪基團上。

圖2 不同抗生素初始濃度下自然干燥對抗生素的降解情況Fig.2 Degradation of antibiotics by natural drying under different initial antibiotic concentrations

2.3.2 熱風干燥過程中抗生素含量變化 熱風干燥下抗生素初始濃度對熱風干燥降解木耳中抗生素的影響結(jié)果如圖3 所示。圖中熱風干燥下抗生素的降解效果仍隨木耳中抗生素初始濃度的升高而降低。故恩諾沙星、環(huán)丙沙星兩種抗生素濃度在0.5～8 mg/kg范圍內(nèi)時，抗生素初始濃度為0.5 mg/kg 的黑木耳在熱風干燥后抗生素降解率最高，兩種抗生素的降解率分別可達30.4%、29.1%，而在抗生素初始濃度為8 mg/kg 時的兩種抗生素降解效果則分別只有22.99%和21.09%，但相較于自然晾曬干燥方式對木耳中的抗生素降解效果均有明顯提高。

圖3 不同抗生素初始濃度下熱風干燥對抗生素的降解情況Fig.3 Degradation of antibiotics by hot air drying at different initial antibiotic concentrations

40～80 ℃熱風干燥降解木耳中抗生素殘留的變化情況及其干燥過程中的水分含量變化情況如圖4所示。圖4a 在80 ℃熱風干燥下，恩諾沙星、環(huán)丙沙星兩種抗生素在木耳干燥至水分含量12%以下的降解效果最好，分別為35.37%和33.19%；圖4b～圖4e 表示40～70 ℃的熱風干燥對木耳中抗生素殘留的降解情況變化，其中40 ℃的熱風干燥對抗生素降解率最低，50～70 ℃的熱風干燥將木耳水分含量降低至12%以下時，降解效果在25%～32%之間且抗生素的降解率會隨溫度升高而升高。在不同溫度的干燥試驗中，溫度降低也有利于木耳的干燥。在80 ℃時將木耳的水分含量降至12%以下僅需150 min，而在40 ℃下的熱風干燥則需280 min，對木耳的干燥效率有較大影響。劉博等[31]研究了熱處理對去除雞糞中氟喹諾酮類抗生素的效果，結(jié)果表明在處理時間40 min，溫度達190 ℃時，雞糞中喹諾酮類抗生素去除率可達64.5%～85.1%；溫度升高至220 ℃時，4 種諾酮類抗生素去除率均高于94.1%，也證明熱效應對抗生素的降解作用。張健等[32]也研究了喹諾酮類抗生素的熱降解過程，以及熱分解反應動力學方程的構(gòu)建。結(jié)果表明，熱風干燥在40～80℃時，溫度越高對抗生素的降解效果相對越好，且恩諾沙星的降解效果均好于環(huán)丙沙星，這可能與抗生素的熱分解效應有關。

2.3.3 真空微波干燥處理的抗生素含量變化 真空微波干燥過程中抗生素初始濃度對木耳中抗生素降解的影響如圖5 所示。恩諾沙星與環(huán)丙沙星兩種抗生素在真空微波干燥過程中的降解效果同樣受抗生素初始濃度的影響，在抗生素濃度為0.5 mg/kg 時恩諾沙星與環(huán)丙沙星的降解率分別為36.72%和33.22%。恩諾沙星的降解效果均高于環(huán)丙沙星，且初始濃度對真空微波干燥降解木耳中抗生素的規(guī)律變化與熱風干燥、自然干燥都相同，木耳中抗生素的降解率均會隨抗生素初始濃度含量的降低而升高，進一步說明當抗生素含量較低時，對抗生素的降解效果相對更好。不同干燥功率下真空微波干燥降解抗生素的情況如圖6 所示，不同干燥功率下木耳中抗生素殘留的降解率沒有顯著性變化（P＜0.05），試驗中真空度均設置為86 kPa。為保證木耳干燥過程中物料品質(zhì)不被明顯破壞，試驗中溫度上限設置均為50 ℃，則熱效應在不同功率的微波干燥下對抗生素的降解效果可能相同，使其對木耳中抗生素殘留的降解率沒有顯著性變化（P＞0.05）。但隨干燥功率升高，電磁波產(chǎn)生的高頻電磁場讓物料內(nèi)部分子從原來的隨機分布狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電場的性排列取向，在高頻電磁場作用下造成分子的運動和相互摩擦從而產(chǎn)生能量使得介質(zhì)溫度不斷提高，從而使物質(zhì)干燥速率顯著增加。這與唐小閑等[33]對小黃姜真空微波干燥研究的結(jié)論相同，微波功率越大，干燥速率越快，干基含水率達到平衡時所需干燥時間越短。在干燥功率為0.8 kW時所需干燥時間為100 min，當干燥功率升高至2.4 kW時，干燥速率最快，可直接將干燥時間縮短為15 min，且對木耳的基礎營養(yǎng)指標影響較小，故真空微波干燥顯然可以作為干燥階段的最快速干燥方式，但在干燥過程中對抗生素的降解效果方面，其與熱風干燥差別卻不大。

圖5 不同抗生素初始濃度下真空微波干燥對抗生素的降解情況Fig.5 Degradation of antibiotics by vacuum microwave drying under different initial concentrations of antibiotics

圖6 不同干燥功率下真空微波干燥降解抗生素的情況Fig.6 Degradation of antibiotics by vacuum microwave drying under different drying power

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)探究了自然晾曬、熱風干燥和真空微波干燥三種處理方式對黑木耳的干燥效率，對黑木耳的理化特性影響以及喹諾酮類抗生素（恩諾沙星、環(huán)丙沙星）的降解效果。黑木耳干制過程中，80 ℃熱風處理需要150 min，2.4 kW 真空微波干燥需要15 min，大幅縮短了木耳干燥所需時間。以自然晾曬的黑木耳為參照，熱風干燥及真空微波干燥對木耳的總糖含量略有影響，對其他的基礎理化指標無顯著影響（P＞0.05），理化指標仍滿足國標要求。此外，自然干燥過程中恩諾沙星、環(huán)丙沙星的降解率分別為16.32%和14.22%；80 ℃熱風干燥和2.4 kW 真空微波干燥時恩諾沙星的降解率分別為35.37%和36.11%，環(huán)丙沙星的降解率分別為33.19%和32.39%，這兩種處理方式對抗生素降解沒有顯著差異，相對自然干燥有顯著提高。因此，真空微波干燥處理時間短、效率高，對黑木耳理化指標影響較小且具有良好抗生素殘留降解效果，為食用菌干燥及質(zhì)量安全控制提供了新思路。在具體木耳大批量干制過程中，考慮到控制生產(chǎn)成本問題，可在提高木耳干燥效率的基礎上，合理選擇木耳干燥方式。木耳生產(chǎn)加工中需要控制的污染因素很多，本文重點討論了干燥方式對木耳中的抗生素降解效果，后續(xù)研究可對木耳中多種主要因素如農(nóng)藥殘留、重金屬等同時評價。