超聲波處理對香菇冷凍干燥過程的影響

段 續 任廣躍 朱文學 劉云宏

（河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471003）

超聲波處理對香菇冷凍干燥過程的影響

段 續 任廣躍 朱文學 劉云宏

（河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471003）

針對目前香菇進行深加工采用的熱風干燥以及腌制等加工手段，造成其產品外觀質量差，嚴重影響其商品價值的情況，采用真空冷凍干燥方法。為了縮短香菇冷凍干燥時間，對香菇進行超聲波預處理，發現經正交試驗優化后的超聲波預處理（超聲波功率300 W，處理時間10 min，脈沖5 s∶3 s）可提高香菇冷凍干燥速率，使其干燥時間縮短29.4%，而且可以獲得更好的復水性（可提高約29%）。

香菇；超聲波；預處理；冷凍干燥

香菇富含蛋白質、抗壞血酸和多種氨基酸［1］。目前對其進行深加工主要是采用自然晾曬、熱風干燥、腌制以及制成罐頭等加工手段。自然晾曬和熱風干燥產品外觀質量差，尤其是干燥過程的高溫處理對香菇的生物活性成分破壞嚴重，衛生條件也較差，很難達到出口標準；腌制和罐頭產品外觀品質較好，但大量的鹽分和防腐劑處理嚴重降低了菌類作為營養健康食品的重要附加值［2，3］。

近年凍干食品在歐美日等脫水食品市場開始占據主流地位，美國和日本市場上出售的脫水食品中，凍干食品已占了40%以上。國際市場上真空冷凍干燥食品價格是熱風干燥食品的46倍，是速凍食品價格的78倍，市場占有量正逐年遞增［3］。近年來為了提高香菇的干燥品質，中國也有學者［3－6］將凍干技術用于香菇的脫水，對香菇冷凍干燥的工藝參數進行了優化，但由于香菇自身傳熱傳質條件的限制，即使切片后其所需干燥時間依然很長，通常要12 h以上。

近年來，有學者［7－9］將超聲波用于食品原料的滲透脫水處理、干燥前處理等方面，都取得了節約干燥時間的效果。因此，在凍干處理前對食品進行超聲波預處理，有可能增加凍干過程中的水分遷移速度，從而降低真空冷凍干燥的成本。

本試驗的目的就是將超聲波用于高品質香菇冷凍干燥前處理，研究香菇經過超聲波預處理之后對其真空冷凍干燥速率的影響及其變化規律，并得出較優的超聲波預處理工藝參數。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

香菇：市售，要求新鮮、大小均勻、無損傷、無腐爛。

1.2 主要儀器設備

速凍機：HLSY－Ⅱ型，鄭州亨利制冷設備有限公司；

冷凍干燥機：GLZ－0.2型，上海浦東冷凍干燥設備有限公司；

電熱鼓風恒溫干燥箱：202型，北京市永光明醫療儀器廠；

超聲波細胞粉碎機：JY92－ⅡDN型，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 香菇預處理 挑選大小均勻（傘蓋直徑約2.5 cm）的新鮮香菇，將菇柄統一修剪，長度約為1 cm，清洗干凈后瀝去水分待用。

1.3.2 超聲波預處理 以超聲波功率、處理時間、脈沖為因素進行超聲波處理時，其中空白試驗應注意除了未進行超聲波處理外，其余條件嚴格保持一致。

（1）在超聲波處理時間為10 min，脈沖為5 s∶2 s的條件下，對超聲波功率進行單因素試驗，超聲波功率分別取150，200，250，300，350 W；

（2）在超聲波功率為300 W，脈沖為5 s∶2 s的條件下，對超聲波處理時間進行單因素試驗，超聲波處理時間分別取5，10，15，25，30 min；

（3）在超聲波功率為300 W，超聲處理時間為10 min的條件下，對超聲波處理時間進行單因素試驗，超聲波處理脈沖分別取5 s∶1 s，5 s∶2 s，5 s∶3 s，5 s∶4 s。

對選出的合適的超聲波功率、處理時間及脈沖水平進行正交試驗，得出較優超聲波處理條件。并通過極差分析找出對冷凍干燥香菇影響較大的因素。

本試驗設計3個因素為超聲波功率、超聲波處理時間和超聲波脈沖，在每個因素上設置3個水平，選用L9（34）正交試驗表進行正交試驗，然后通過分析研究，得出最佳超聲波預處理方案。

1.3.3 香菇干燥試驗 將上述經過處理后的樣品瀝干水后放入速凍機內，預凍速率為2.5℃／min，預凍2～3 h，當樣品溫度降至－33℃時，迅速取出放入真空冷凍干燥機中進行冷凍干燥。冷凍干燥過程中，干燥倉壓力設定為70 Pa，加熱板溫度設為60℃，冷阱溫度為－45℃。當干燥曲線上顯示香菇含水量為5%以下時，將其取出，干燥結束。

1.3.4 含水率測定 采用常壓烘箱干燥法，GB 5009.3——2003。

1.3.5 復水比 復水比即為干制品在一定時間內復水后的重量與復水前重量之比，由式（1）可算出：

式中：

RR—— 復水比；

W r—— 復水后總重，g；

W d—— 復水前的干品總重，g。

試驗步驟：樣品在40℃蒸餾水中浸泡60 min，放入布氏漏斗的濾紙上，布氏漏斗置于抽濾長頸瓶上，長頸瓶與循環水真空泵相連，用真空泵抽真空30 s，除去樣品表面水分，取出迅速稱重，整個過程不得超過1 min。重復3次，取平均值。

1.4 統計分析

試驗數據采用SPSS V10.0軟件進行分析，對其進行One－way方差分析（ANOVA），并用Duncan’s復相關試驗法進行均值差異性的相關分析，顯著性水平P≤0.05。

2 結果與討論

2.1 超聲波處理條件對香菇冷凍干燥時間和復水性的影響

由圖1可知，在超聲波功率低于300 W時，隨著功率的增加，香菇冷凍干燥所需時間逐漸縮短，在300 W達到最小，而在功率為350 W時所需時間略有上升。超聲波功率可表示為單位面積所含機械波的多少，超聲率越大，作用的香菇的面積就越大。由圖1可知，超聲功率為300 W，處理10 min后，香菇的冷凍干燥時間比未處理縮短了3.9 h（減少28%）。但是，超聲預處理功率太大時，其干燥時間反而有上升趨勢。其原因可能為由于只有合適的超聲波功率才能令香菇產生空化效應或組織破碎，從而形成微孔道，在干燥過程中水分逸出才能更加通暢［10］。對于其復水性來說，其復水比最高可達到7.2，較未處理樣品復水比提高了約29%。當超聲波功率增至250 W以上時，其對凍干香菇的復水性能已經沒有顯著性影響。

圖1 超聲波功率對冷凍干燥香菇干燥時間和復水性的影響Figure 1 The effect of different ultrasonic power on the drying time and rehydration of freeze drying mushroom

圖2 超聲波處理時間對冷凍干燥香菇干燥時間和復水性的影響Figure 2 The effect of different ultrasonic treatment timer on the drying time and rehydration of freeze drying mushroom

由圖2可見，在超聲功率為300 W的條件下，處理時間為15 min時，凍干時間縮短為9.8 h，此時超聲波預處理效果最好，冷凍干燥時間較未處理縮短了29%，之后則無明顯變化。事實上，由圖2可見在處理時間達到10 min后香菇凍干時間便無顯著性差異。這說明太長的超聲時間對提高干燥速率反而沒有太明顯的作用，因此，超聲波預處理的時間應在合適的區間選擇。從凍干香菇的復水性能上來看，當超聲時間超過5 min后便無顯著性差異。

由圖3可知，在超聲波脈沖為5 s∶2 s時香菇冷凍干燥所需時間最短，說明合適的間歇時間可以提高超聲波作用效果，這種現象可能與原料在超聲波作用下其拉伸松弛應力變化特性相關［11］。同時，從圖中還可看出超聲脈沖對凍干時間的影響不夠明顯，而其對凍干香菇的復水性則無顯著影響。

圖3 超聲脈沖對冷凍干燥香菇干燥時間和復水性的影響Figure 3 The effect of different ultrasonic treatment pulse on the drying time and rehydration of freeze drying mushroom

2.2 超聲波預處理方案的優化

表2即為超聲波預處理工藝條件的正交試驗結果分析表，從表中極差分析可以看出影響香菇冷凍干燥時間的因素依次為超聲波功率、超聲波處理時間和超聲波脈沖。其中冷凍干燥時間越小，說明香菇冷凍干燥速率越快，即表中各個因素k值最小的水平為最優的水平。因此，本試驗的最優超聲波預處理條件為A3B1C3，即香菇的的最佳超聲波預處理方案為超聲波功率300 W，處理時間10 min，脈沖5 s∶3 s。在該條件下，香菇凍干時間為9.8 h，較未處理樣品凍干時間縮短了29.4%；復水比為7.6，較未處理樣品提高約29%。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Orthogonal factor level table

3 結論

超聲波預處理可在一定程度上提高冷凍干燥香菇的凍干速率，縮短干燥時間接近30%；提高凍干產品的復水能力約29%。在一定功率范圍內（低于250 W），較大的超聲波處理功率可獲得較短的冷凍干燥時間，而超聲功率對香菇復水性的影響則不明顯；在當超聲波處理時間超過10 min后，香菇冷凍干燥時間和復水性則沒有顯著變化；超聲脈沖則對凍干時間影響不顯著。通過正交分析得出影響香菇冷凍干燥時間的因素依次為超聲波功率、超聲波處理時間和超聲波脈沖，在生產中應依此順序進行控制。

表2 正交試驗結果分析表Table 2 The results of orthogonal experiment

1 李宏睿，陶浚，董兵兵，等.超聲波輔助提取香菇多糖工藝優化［J］.食品與機械，2010，26（6）：138～144.

2 王俊，許乃章.遠紅外與熱風聯合干燥香菇的研究［J］.食品與機械，1997（6）：16～19.

3 宮元娟，王博，林靜.香菇冷凍干燥工藝參數的試驗研究［J］.農業工程學報，2004，20（1）：226～229.

4 張力偉，張偉，陳真廣.香菇真空冷凍工藝及其設備［J］.農機化研究，2010（12）：73～76.

5 宮元娟，張瑛琳.香菇干燥方法與特點分析［J］.農業機械化與電氣化，2003（1）：35～36.

6 申瑾瑜.應用凍干技術加工食用菌制品［J］.冷飲與速凍食品工業，2006，12（3）：22～24.

7 Mulet A，Carcel J A，Sanjuan N.New food drying technologiesuse of ultrasound［J］.Food Science and Technology International，2003，9（3）：215～221.

8 Fuente－Blanco S，Riera－Francode E，Sarabia V M，et al.Food drying process by power ultrasound［J］.Ultrasonics，2006，44：523～527.

9 Fernandes F A N，Rodrigues S.Ultrasound as pre－treatment for drying of fruits：Dehydration of banana［J］.Journal of Food Engineering，2007，83（4）：1～24.

10 林平，朱海翔.超聲波預處理對真空冷凍干燥胡蘿卜的影響研究［J］.食品科技，2010，35（7）：116～119.

11 趙彩青，汪政富，胡小松.超聲波預處理對櫻桃番茄滲透脫水影響研究［J］.食品工業科技，2008，29（3）：149～150.

Effect of ultrasound treatment on freeze drying process of mushroom

DUAN Xu REN Guang－yue ZHU Wen－xue LIU Yun－hong

（Food and Biology Engineering College，Henan University of Science ＆Technology，Luoyang，Henan471003，China）

In order to avoid bad appearance quality resulting in low commodity value for processed by hot air drying and salt impregnation technology at present，mushroom could be dehydrated by freeze drying method.To reduce the freeze drying time of mushroom，the ultrasound pre－treatment was introduced to processing drying mushroom.It was found that ultrasound treatment could significantly improve the freezing drying rate of mushroom.An optimized strategy（ultrasound power 300 W，treatment time10min，pulse 5 s∶3 s）by orthogonal test could reduce the drying time by 29.4%，and improve the rehydration by 29%.

Mushroom；Ultrasound；Pre－treatment；Freeze drying

10.3969／j.issn.1003－5788.2012.01.010

河南省教育廳自然科學基金項目（編號：2011B550003）；洛陽市科技發展計劃項目（編號：1101035A）；河南科技大學博士啟動基金項目（編號：09001417）。

段續（1973－），男，河南科技大學副教授，博士。E－mail：duanxu＿dx＠163.com

2011－10－01