不同香菇干燥方式的干燥特性和干品品質對比研究

李 斌,別 玉,*,張 偉

(1.昆明理工大學化學工程學院,云南昆明 650500;2.紅云紅河集團曲靖卷煙廠,云南曲靖 655000)

不同香菇干燥方式的干燥特性和干品品質對比研究

李 斌1,別 玉1,*,張 偉2

(1.昆明理工大學化學工程學院,云南昆明 650500;2.紅云紅河集團曲靖卷煙廠,云南曲靖 655000)

干制香菇是延長香菇保質期的有效方式之一,采取三種單一干燥方法和兩種組合干燥方法對香菇進行干燥處理,研究了香菇干燥過程中的干燥動力學特性和干制品品質的變化。實驗結果表明:從干燥效率和失水速率來看,三種干燥方法從優到次依次為熱風干燥、普通烘箱干燥、真空干燥;從干制品外形品質來評價,從優到次依次為真空干燥、熱風干燥、普通烘箱干燥。而真空與熱風聯合干燥香菇是有應用價值的,聯合干燥后的干香菇產品品質遠優于熱風干燥,且比單一的真空干燥縮短干燥時間。

香菇,干燥模式,干燥特性,聯合干燥

干燥后的香菇不僅可延長保質期,還可改善營養。傳統的香菇干燥多以曬干和烘干為主,其浪費較大,且難以保證質量。國內外對各種干燥方式下的香菇干燥特性進行了大量實驗研究。宮元娟等[1]在香菇冷凍干燥工藝參數的實驗研究中確定了最優工藝參數,以提高凍干效率和凍干香菇品質。王俊等[2]利用自制的熱風干燥實驗臺在對香菇干燥的研究中得到了三因素(前期溫度、后期溫度、風速)對三指標(干燥質量、脫水速率、單位能耗)的影響規律,提出了參數的最佳組合。Anet Rezek Jambrak等[3]用超聲波對蘑菇等進行預處理,結果表明,超聲波預處理比對照樣品明顯提高了干燥速率。由于單一干燥方式都有各種不足,學者們嘗試了兩種甚至多種干燥方式組合干制香菇,聯合干燥可以結合兩種干燥方法的優點。徐貴力等[4]研究遠紅外常壓、負壓聯合干燥香菇,發現采用聯合干燥的方法不僅可使香菇干燥時間縮短和能耗降低,而且提高了香菇干制品的優等率。索申敬[5]將熱泵技術應用于食品干燥中,相比常規干燥方法更高效節能。這些研究成果為香菇干燥工藝提供了大量的一手數據,然而,卻少有研究者系統對比過幾種干燥方法對干燥品質的影響規律,尚需要開展實驗研究進行探索。

本文為香菇干燥領域提供了三種單一干燥方式下香菇的干燥特性相關數據,且針對兩種評價指標進行了對比。此外,還對兩種聯合干燥進行了實驗研究,可為香菇干燥工藝的優選提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇 購買于農貿市場,要求新鮮,菇體肥滿潔白,組織結實,菇蓋完好,不破損,不開傘,不變色,香菇的初始含水率為84%,每次實驗的新鮮香菇用量約為40 g。

HX202Z型電子天平 慈溪市天東衡器廠;XMTD-8222型普通電熱烘箱 上海精宏實驗設備有限公司;GZX-9023 MBE型電熱鼓風干燥箱、DZF-6020型真空干燥箱 上海博訊實業有限公司醫療設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 挑選鮮香菇,剔除基部培養基,然后清洗、瀝干、低溫通風存放[7]。

1.2.2 干燥處理 取相同質量經過預處理的鮮香菇,分別采用如下五種干燥方式將其干燥至含水率在13%以下,取出香菇,觀察香菇形態特征,對其進行包括菇蓋色澤、菇褶色澤、香味以及收縮四個方面的外觀質量測評。

普通烘箱干燥:在干燥溫度為60 ℃的普通電熱烘箱中干燥鮮香菇。

熱風干燥:在干燥溫度為60 ℃、風速為18/h的電熱鼓風干燥箱中干燥鮮香菇。

真空干燥:在干燥溫度為60 ℃、真空度為0.1 MPa的真空干燥箱中干燥鮮香菇。

對上述3種方式進行以下操作步驟:每隔30 min,迅速打開烘箱箱門,取出香菇,并放在電子天平上稱重,記錄香菇質量。稱重完后迅速將香菇放入烘箱烘盤繼續干燥,記錄香菇放入烘盤時的時間。重復以上步驟,直至香菇含水率在13%以下。待60 ℃香菇干燥實驗完成后,再分別進行70、80 ℃的普通烘箱干燥、熱風干燥和真空干燥實驗。

熱風—真空聯合干燥:在干燥溫度為80 ℃的時候進行聯合干燥實驗。將香菇放入熱風干燥箱先進行熱風干燥直至香菇水分下降到40%時,轉入真空干燥箱,進行真空干燥,直至水分下降到13%以下。

真空—熱風聯合干燥:真空—熱風聯合干燥與熱風—真空聯合干燥的區別在于先進行真空干燥,待香菇含水率降到60%時,再切換為熱風干燥,直至水分下降到13%以下為止。

1.3 干燥過程的衡量指標

1.3.1 干燥速率 測量不同時刻的含水率,形成干燥特性曲線,含水率和干燥速率可按下式計算:

含水率ω(%)=(m0-mg)/m0×100;

干燥速率η=dm/dt;

式中:mg表示干物質質量;m0表示物料初始質量;dm表示相鄰2次測量的失水質量;dt表示相鄰2次測量的時間間隔。

平均干燥速率(g H2O/h)=蒸發水分總量/干燥時間,蒸發水分總量單位為g,干燥時間單位為h。

1.3.2 香菇感觀質量評分 香菇干制品的感觀評審主要從菇蓋色澤、菇褶色澤、香味以及收縮四個方面進行綜合評分,詳細評分標準如表1所示。

表1 香菇外觀質量評分Table 1 The quality scores of mushroom appearance

注:外觀評分最高為4分,加權后滿分為40分。

2 結果與分析

2.1 單一干燥模式對比分析

2.1.1 三種干燥模式外觀質量評分對比 通過對普通電熱烘箱、電熱鼓風烘箱以及真空干燥箱在60、70、80 ℃三個溫度段的香菇干制品外觀的觀察分析,根據香菇外觀質量評分表(表1),計算出的外觀綜合評分如表2所示。

表2 不同干燥方法對香菇外觀質量評分的影響Table 2 The influence of different drying methods on the quality scores of mushroom appearance

從表2中很明顯可以看出,熱風烘箱的香菇干制品外觀質量要比普通烘箱的干制品稍好,主要表現在菇褶方面,熱風干制品菇褶呈黃色,比普通烘箱干燥的菇褶深黃色要好。但是這兩種干燥方法的干制品收縮都比較嚴重,菇蓋均呈褐色。而真空干燥的干制品不僅收縮很小,菇蓋顏色也比二者略淺,呈淺褐色。三種干燥方法的干制品在香味方面的表現都很理想,香味都很濃。

2.1.2 三種干燥模式失水速率對比 普通烘箱干燥、熱風干燥、真空干燥三種干燥方法分別在60、70、80 ℃干燥的含水率變化對比曲線以及失水速率變化對比曲線如圖1～圖6所示。

圖1 60 ℃干燥溫度時的含水率變化曲線Fig.1 The change curves of moisture content at 60 ℃ drying temperature

圖2 70 ℃干燥溫度時的含水率變化曲線Fig.2 The change curves of moisture content at 70 ℃ drying temperature

圖3 80 ℃干燥溫度時的含水率變化曲線Fig.3 The change curves of moisture content at 80 ℃ drying temperature

圖4 60 ℃干燥溫度時的失水速率曲線Fig.4 The curves of water loss rate at 60 ℃ drying temperature

圖5 70 ℃干燥溫度時的失水速率曲線Fig.5 The curves of water loss rate at 70 ℃ drying temperature

圖6 80 ℃干燥溫度時的失水速率曲線Fig.6 The curves of water loss rate at 80 ℃ drying temperature

從圖1～圖6中可以看出,普通烘箱干燥與熱風干燥含水率變化曲線很相似,差別很小。60、70、80 ℃熱風干燥只比普通烘箱縮短30 min左右。但總體來說,熱風干燥含水率變化曲線都在普通烘箱干燥含水率變化曲線之下,意味著熱風干燥還是略快于普通烘箱干燥,真空干燥含水率變化曲線在最上面,且離熱風干燥、普通烘箱干燥含水率變化曲線較遠,表明真空干燥含水率下降最慢,比熱風干燥、普通烘箱干燥慢很多。

從圖1～圖6中可以看出,三個溫度段的熱風干燥失水速率曲線都在最上面,其次是普通烘箱干燥,最下面是真空干燥。意味著熱風干燥失水速率最快,其次是普通烘箱干燥,真空干燥最慢。且熱風干燥與普通烘箱干燥都只有加速干燥段,而真空干燥有加速干燥,降速干燥兩段。熱風干燥與普通烘箱干燥的干燥速率都是在含水率為80%以上達到最大值(除60 ℃時的普通烘箱干燥外),而真空干燥卻在80%以下達到最大值。

2.1.3 三種干燥模式平均干燥速率對比 熱風干燥、普通烘箱干燥、真空干燥在60、70、80 ℃三個溫度段的平均干燥速率如表3所示。

表3 不同干燥方法在不同溫度段的平均干燥速率(g/h)Table 3 The average drying rate of different drying methods at different temperature(g/h)

從表3中可以看出,三種干燥方式的平均失水速率都隨著溫度升高而增大,溫度每升高10 ℃,平均失水速率約提升1.03～2.20 g/h;橫向對比,熱風干燥的平均失水速率最大,其次是普通烘箱干燥,最后是真空干燥,且溫度的提升對熱風干燥的影響最大。綜合看來,三種干燥方式在相同干燥溫度下的干燥速率為:熱風干燥>普通烘箱干燥>真空干燥。

2.2 熱風-真空聯合干燥

2.2.1 熱風-真空聯合干燥外觀質量評分 進行熱風-真空聯合干燥實驗,在干燥溫度為80 ℃的時候,先進行熱風干燥,待含水率下降到40%以下時,再進行真空干燥。通過對熱風-真空聯合干燥的干制品觀察分析,發現其干制品外觀質量與熱風干燥干制品類似,外觀質量一般,不如真空干燥的干制品好,優于普通烘箱干燥的干制品。具體表現為菇蓋褐色,菇褶黃色,香味較濃,收縮較重,加權分為3×3+3×3+4×2.5+1×1.5=29.5分。

2.2.2 熱風—真空聯合干燥失水速率 通過對實驗數據的整理分析,繪制出了熱風-真空聯合干燥與熱風干燥、真空干燥的含水率變化曲線以及失水速率曲線,如圖7和圖8所示。

圖7 80 ℃時聯合干燥與單一干燥的含水率變化曲線Fig.7 The change curves of moisture conten of combined drying and single drying at 80 ℃

圖8 80 ℃時聯合干燥與單一干燥的失水速率曲線Fig.8 The curves of water loss rate of combined drying and single drying at 80 ℃

從圖7中可以看出,熱風-聯合干燥的干燥時長較短,用時4.5 h,比熱風干燥的4 h略長,比真空干燥8.5 h約縮短一半。所以熱風-聯合干燥時長位于熱風干燥、真空干燥之間。而且熱風-聯合干燥含水率曲線在進行熱風干燥的時候,基本與熱風干燥的曲線吻合,切換為真空干燥時,曲線又幾乎與真空干燥曲線平行。

從圖8中可以看出,熱風干燥失水速率一直在最上面,熱風-真空聯合干燥大多數時候位于中間,最下面是真空干燥。說明熱風干燥的干燥速率最大,其次是熱風-真空聯合干燥,真空干燥最慢。

2.2.3 熱風-真空聯合干燥平均失水速率 熱風干燥、熱風-真空聯合干燥及真空干燥的平均失水速率如表4所示。

從表4中可以看出,在干燥溫度為80 ℃,熱風-真空聯合干燥的平均速率比真空干燥快0.29 g/h,比熱風干燥慢4.2 g/h。

表4 80 ℃時聯合干燥與單-干燥的平均干燥速率Table 4 The average drying rate of combined drying and single drying at 80 ℃

2.3 真空-熱風聯合干燥

2.3.1 真空-熱風聯合干燥外觀質量評分 真空-熱風聯合干燥實驗,在干燥溫度為80 ℃的時候,先進行真空干燥,待含水率下降到60%以下時,再進行熱風干燥,直至含水率下降到13%以下。通過對真空-熱風聯合干燥的干制品觀察分析,發現其干制品外觀質量比熱風干燥的干制品好很多,非常接近真空干燥干制品的外觀質量,優于熱風—真空聯合干燥的干制品,遠優于普通烘箱干燥的干制品。具體表現為菇蓋淺褐色,菇褶黃色,香味較濃,收縮一般,加權分為4×3+3×3+4×2.5+2×1.5=34分。

2.3.2 真空-熱風聯合干燥失水速率 通過對實驗數據的整理分析,繪制出了真空-熱風聯合干燥與熱風干燥,真空干燥的含水率變化曲線以及失水速率曲線,如圖9、圖10所示。

圖9 80 ℃時聯合干燥與單一干燥的含水率變化曲線Fig.9 The change curves of moisture conten of combined drying and single drying at 80 ℃

圖10 80 ℃時聯合干燥與單一干燥的失水速率曲線 Fig.10 The curves of water loss rate of combined drying and single drying at 80 ℃

從圖9中可以看出,真空—熱風干燥的干燥時長為7.5 h,比真空干燥快1 h,比熱風干燥慢3.5 h。相比熱風—真空聯合干燥要慢3 h。與熱風—真空聯合干燥類似,真空—熱風聯合干燥在真空干燥階段與真空干燥幾乎吻合,熱風干燥階段也與熱風干燥含水率曲線平行。

從圖10中可以看出,與熱風—真空聯合干燥一樣,熱風干燥失水速率一直在最上面,真空-熱風聯合干燥大多數時候位于中間,最下面是真空干燥。說明熱風干燥的干燥速率最大,其次是真空-熱風聯合干燥,真空干燥最慢。

2.3.3 真空-熱風聯合干燥平均失水速率 熱風干燥、熱風-真空聯合干燥及真空干燥的平均失水速率如表5所示。

表5 80 ℃時聯合干燥與單一干燥的平均速率Table 5 The average drying rate of combined drying and single drying at 80 ℃

從表5中可以看出,在干燥溫度為80 ℃,真空-熱風聯合干燥的平均速率比真空干燥快0.69 g/h,比熱風干燥慢3.8 g/h。

對比表4、表5中的熱風-真空干燥與真空-熱風干燥兩種不同的聯合干燥方式,發現相同干燥溫度下,真空-熱風聯合干燥的平均速率比熱風-真空聯合干燥快0.4 g/h。

3 結論

開展對單一的普通烘箱干燥、熱風干燥、真空干燥在60、70、80 ℃三個溫度段的香菇干燥實驗,以感官質量和失水速率為評價指標,最終發現相同干燥溫度下,干品品質從優到次依次為真空干燥、真空-熱風聯合干燥、熱風-真空聯合干燥、熱風干燥、普通烘箱干燥。三種干燥方式失水速率都隨干燥溫度的升高而增快,熱風干燥的失水速率快于普通烘箱干燥,真空干燥最慢,所需時間最長。熱風干燥速率快但干制品質量不好,真空干燥干制品質量較好但干燥速率太慢。通過熱風-真空聯合干燥以及真空-熱風聯合干燥香菇的實驗,發現熱風-真空聯合干燥雖然失水速率比真空干燥快,但其干制品質量與熱風干燥類似,都比較差,沒有實際應用價值。而真空-熱風聯合干燥結合了熱風干燥速率快,真空干燥質量好的優點。速率比真空干燥快,干制品質量比熱風干燥好。具有很好的應用前景。

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Comparative study of drying characteristics and dried product quality of several mushroom drying modes

LI Bin1,BIE Yu1,*,ZHANG Wei2

(1.Faculty of Chemical Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China;2.Qujing Cigarette Factory of Hongyun Honghe Group,Qujing 655000,China)

Drying mushroom is one of the effective ways of extending the mushroom life. In the process of drying mushroom,the drying dynamics characteristics and changes of drying products quality were studied by carrying out three different drying modes and two combined drying. The results showed that hot air drying was better than ordinary oven drying considering drying efficiency and dehydrating rate,and both were better than vacuum drying. However,considering the appearance quality of dried mushroom,vacuum drying was the best,then the hot air drying and the worst was ordinary oven drying. Vacuum and hot air combined drying was proven to be a effective and applicable,which had much better dried product quality than hot air dying and shorter drying period than vacuum drying.

mushroom;drying mode;drying characteristics;combined drying

2016-07-18

李斌(1994-),男,大學本科,研究方向:高效過程裝備技術,E-mail:startbinli@163.com。

*通訊作者:別玉(1984-)，女，講師，研究方向：農業生物環境與能源工程，E-mail:bieyujuli@163.com。

國家自然科學基金青年基金(21306071)。

TS255.1

A

:1002-0306(2017)04-0175-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.025