杏鮑菇真空預冷工藝優化研究

劉達玉，周 琳，李 翔，邱愛東，劉海強

（成都大學生物工程學院，四川 成都 610106）

杏鮑菇（Pleurotus eryngii）是人們喜好的名貴食用菌之一，具有優良的加工烹飪特性和經濟價值[1]。但由于其不耐貯藏，夏天12 h就會出現黃軟爛現象，杏鮑菇采后必須及時進入冷鏈環節。常規的空氣預冷方式，所需冷卻時間長，杏鮑菇在冷卻期間已經發生劣變，因此，需要研究出更加快速的冷卻方式。隨著近年來杏鮑菇工廠化栽培規模的擴大[2]，其快速預冷、冷鏈貯藏的技術需求更加緊迫[3]。真空預冷儲藏是利用真空預冷設備，將杏鮑菇擱放在真空預冷室內，密閉后通過真空泵抽氣以形成真空環境，使杏鮑菇內部的水分蒸發帶走熱量，實現其自身的快速降溫，從而有效降低呼吸強度，抑制自身營養成分的消耗，以延長杏鮑菇貯藏保鮮期限[4]。真空預冷技術曾因一次性成本較高而限制了應用[5]，隨著技術的進步，以及名貴果蔬均存在保質期短的問題，近年來，該項技術已經逐步進入應用試驗階段，陶菲等[6]試驗研究了不同真菌預冷條件下雙孢蘑菇的保鮮效果，劉斌等[7-8]通過自行設計的小型預冷樣機，試驗研究杏鮑菇的預冷工藝和預冷效果，總體表現為冷卻時間顯著縮短，菇體冷卻均勻等特點，保持了產品的色澤、新鮮度和營養價值，具有非常好的應用前景。為了推動杏鮑菇真空預冷技術的產業化進程，采用工業化預冷技術裝備，探討不同預冷終溫、補水量以及裝載率對杏鮑菇預冷過程的影響，優化預冷終溫、補水量、裝載率等工藝參數，旨在提高杏鮑菇真空預冷的品質和生產效率，提升真空預冷的經濟效益和社會效益。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

杏鮑菇來自成都郫縣食用菌生產基地，采收后進行分揀，選取菇體完整、大小均一、表面光潔、無病蟲害、無機械損傷、成熟度一致的中菇。

1.2 真空預冷設備

商品化真空預冷機，由上海某保鮮科技有限公司制造，該機主要由擱放物料真空箱體、抽真空系統、水蒸氣冷凝系統、自動控制與記錄系統等組成。主要技術性能與參數：物料真空室內壓力控制范圍為 0.1 MPa～0.0001 MPa；預冷室溫度 0～15℃，在此范圍內根據預冷需要設定控制參數；預冷過程中物料溫度隨著時間變化曲線自動記錄；PLC和觸摸屏控制，設有物料預冷“溫度控制”和預冷“時間控制”2種模式；電壓/頻率為380 V/50 Hz，裝機總功率為7 kW；預冷室進料門關閉后“啟動”，真空預冷到達冷卻終止溫度則自動停機，預冷室出料門自動開啟，預冷的杏鮑菇運入真空包裝車間。

1.3 試驗內容與方法

1.3.1 不同預冷終溫試驗

擬定以下3種真空預冷溫度進行對比試驗，真空預冷溫度設為：A為+2℃，B為+4℃，C為+6℃。在擱放杏鮑菇之前，選擇較大的杏鮑菇，打孔至中央，插入溫度傳感器后封閉，用于試驗過程中判斷是否結束預冷。真空預冷后取樣測定其相關指標，每個處理設3個平行樣。

1.3.2 不同補水量試驗

擬定以下4種真空預冷補水量進行對比試驗，補水量設為：A為杏鮑菇重量的2.0%，B為杏鮑菇重量的3.0%，C為杏鮑菇重量的4.0%，CK為不補水的對照樣。在杏鮑菇預冷前，采用專用的霧化槍，均勻地噴霧在杏鮑菇表面，切忌不可把補水直接澆淋在杏鮑菇表面。每個處理設3個平行樣，真空預冷終溫采用前面試驗的優化溫度，處理完畢后取樣測定其相關指標。

1.3.3 不同裝載率試驗

擬定以下3種真空預冷裝載率進行對比試驗，裝載率設為：A約為預冷室容積的20%，B約為預冷室容積的40%，C約為預冷室容積的60%。由于進貨和出貨操作需要、存放裝置、貨物間彼此間隙等原因，生產中裝載率不可以太高，裝載率屬于大致數據，難以準確測定。每個處理設3個平行樣，真空預冷終溫采用前面試驗的優化溫度，處理完畢后取樣測定其相關指標。

1.3.4 真空預冷操作

削好分級的杏鮑菇整齊排放在塑料筐內，裝至菇面快到筐口時即碼垛在預冷小車上，碼垛完成后，推入真空預冷室；預冷機參數設定真空度設定值為0.01 MPa以下，杏鮑菇中心溫度設定值為4.0℃；點擊冷卻水開關，真空泵、冷凍機開始真空預冷，放氣閥啟動后真空預冷完畢，另一側開門轉運至包裝車間進行真空包裝。

2 結果分析

2.1 不同預冷終溫下預冷前后失重率的變化

不同預冷終溫下預冷前后失重率的變化，結果見圖1。

圖1 不同預冷終溫的失重率變化Fig.1 Change of weightlessness rate with different finalcooling temperature

杏鮑菇真空預冷過程中失重主要是由菇體水分蒸發造成的，采用真空預冷技術，就是利用杏鮑菇中水分蒸發帶走熱量，實現菇體降溫。一般情況下，真空預冷溫度每下降5℃～6℃就會有約1%的水分被蒸發。由圖1可以看出，杏鮑菇預冷終溫為+2℃時，失重率為2.8%；預冷終溫為+4℃時，失重率為2.1%；而預冷終溫為+6℃時，失重率僅為1.7%。由此可見，杏鮑菇預冷終溫越低，水分蒸發量就越大，預冷終溫每降低1℃，杏鮑菇菇體水分蒸發失重率增加約0.3%。因此，從成本和效益方面考慮，預冷終溫并不是越低越好，綜合權衡考慮，選取+4℃的預冷終溫較為合理，基本可以滿足貯藏的需求。

2.2 不同預冷終溫下真空預冷的降溫過程

不同預冷終溫下真空預冷的降溫過程見圖2和圖3。

圖2 冬季不同預冷終溫下真空預冷的降溫曲線Fig.2 Cooling curves of vacuum cooling with different precooling final temperature in winter

圖3 夏季不同預冷終溫下真空預冷的降溫曲線Fig.3 Cooling curves of vacuum cooling with different precooling final temperature in summer

由圖2可以看出，冬季杏鮑菇的降溫過程大致分為3個階段，第1階段是極緩慢的降溫階段，或者叫平坦階段，這段時間溫度下降非常緩慢；第2階段是快速降溫階段，這個階段杏鮑菇的溫度迅速從約10℃左右下降到約6℃左右；最后階段是溫度緩慢下降直到預冷全過程結束，但由于設置的預冷終溫偏高，表現不明顯。從圖2中還可以看出，設定的預冷終溫越低所需時間就越長，預冷終溫為+6℃時所需時間為12 min，預冷終溫為+4℃時所需時間為14 min，而預冷終溫為+2℃時則需要16 min。溫度的變化主要是由水分蒸發帶走熱量的量決定的，在0～6 min內，壓力迅速下降，為到達杏鮑菇水分沸點階段；在6 min～12 min內，為杏鮑菇表層水分在沸點快速蒸發帶走熱量的階段，壓力變化不大，維持在杏鮑菇的飽和蒸汽壓附近；到12 min時，預冷結束，壓力緩慢下降，主要為部分內部水分蒸發降溫。

如圖3所示，夏季進行杏鮑菇真空預冷操作時，由于環境溫度提高，杏鮑菇初始溫度也會有所升高，一般在16℃左右，因此達到同樣的預冷終溫所需的時間有所增加，預冷終溫為+6℃時所需時間約為18 min，預冷終溫為+4℃時所需時間約為21 min，而預冷終溫為+2℃時則需要約24 min。

2.3 不同補水量下預冷前后失重率的變化

不同補水量下預冷前后失重率的變化，結果見圖4。

圖4 不同補水量的失重率變化Fig.4 Change of weightlessness rate with different filling water

杏鮑菇真空預冷中補加適量的霧化水，可以減少菇內水分的蒸發，進而減少菇體重量損失，保持經濟效益。由圖4可知，補水量為2.0%時，失重率為1.6%；補水量為3.0%時，失重率為1.2%；而補水量為4.0%時，失重率僅為1.0%。由此可知，隨著杏鮑菇補加霧化水量的增加，其失重率也在一定程度上減小，二者呈現出負相關性。但是繼續保藏后發現，杏鮑菇補水量必須控制在一定的范圍之內，若補水量過多，菇體表面將會留下水分，水分甚至會滲入菇體內部，這將不利于杏鮑菇的貯藏保鮮。通過觀察預冷后杏鮑菇菇體表面水分殘留情況和后續貯藏效果發現，選取3.0%以下的補水量較為適宜。

2.4 不同補水量下真空預冷的降溫過程

不同補水量下真空預冷的降溫過程見圖5。

圖5 不同補水量下真空預冷的降溫曲線Fig.5 Cooling curves of vacuum cooling with different filling water

杏鮑菇自身水分結合緊密，補加的水分更容易被蒸發而帶走熱量，即可以提高預冷速率，從而適當縮短杏鮑菇的預冷時間。從圖5中可以看出，經補水處理的杏鮑菇預冷時間明顯比對照樣品短。補水的杏鮑菇在降壓過程中，即到達水分沸點之前，就開始有一定的溫度下降，這個溫度下降與補水量存在著正相關性，杏鮑菇補水量為2.0%時，溫度下降2.0℃；補水量為3.0%時，溫度下降2.2℃；補水量為4.0%時，溫度下降2.4℃；而未添加霧化水的杏鮑菇在壓力下降到沸點之前，溫度僅下降0.3℃。在壓力下降到水的沸點溫度后，4種處理的杏鮑菇都出現快速的溫度下降。未補水杏鮑菇達到設定的預冷溫度所需時間為16 min，而補水量為2.0%、3.0%和4.0%的杏鮑菇所需時間分別為14 min、12 min和10 min，預冷時間明顯縮短，這既減少了杏鮑菇在低壓環境中保留的時間，減輕了低壓環境對組織結構帶來的膨脹，同時又可以節省大量的能源。因此，在實際生產中，杏鮑菇適宜補水量為3.0%以下，對縮短杏鮑菇預冷周期、提高真空預冷機生產效率等均有顯著效果。

2.5 不同裝載率下預冷前后失重率的變化

不同裝載率下預冷前后失重率的變化，結果見圖6。

圖6 不同裝載率的失重率變化Fig.6 Change of weightlessness rate with different loading rate

由圖6可以看出，裝載率對杏鮑菇真空預冷失重率有一定影響，失重率會隨著預冷室杏鮑菇裝載率的增加而減小，二者存在負相關性。預冷室杏鮑菇裝載率為20%時，其失重率為3.0%；預冷室杏鮑菇裝載率為40%時，其失重率為2.5%；而預冷室杏鮑菇裝載率為60%時，其失重率僅為2.2%。其原因在于，當杏鮑菇在真空預冷室裝載量較少時，預冷室內的剩余空間就大，相比之下，就需要更多的水蒸汽來填充，并且較少的杏鮑菇承擔了真空系統所要帶走的水分，因此，從百分率上來計算，杏鮑菇預冷時水分蒸發量會隨著裝載率的降低而有所增大。但是不能為了減小失重率，而強制加大裝載率，要綜合考慮預冷時間和企業的生產效率、操作方便性等因素。綜合考慮，選取60%的裝載率較為合適。

2.6 不同裝載率下真空預冷的降溫過程

不同裝載率下真空預冷的降溫過程見圖7。

圖7 不同裝載率下真空預冷的降溫曲線Fig.7 Cooling curves of vacuum cooling with different loading rate

由圖7可以看出，杏鮑菇預冷時間隨著真空預冷室裝載率的增大而略有延長，裝載率為20%時，預冷時間為12 min；裝載率為40%時，預冷時間為13 min；裝載率為60%時，預冷時間為14 min。裝載率每增加20%時，預冷時間僅增加8%左右。因此，總體說來，裝載率對杏鮑菇預冷過程影響相對較小，在實際產業化生產過程中，可選擇相對較大的裝載率。但是，工廠化生產中真空預冷室猶如1個小房間，杏鮑菇不可能直接堆滿，需要框籃盛裝、碼垛、推車搬運等，以裝載率達到60%左右為佳，這也是試驗中沒有設計更高裝載率的原因。

2.7 裝載率與生產能力的實際測算

裝載率的大小很大程度上決定真空預冷設備的生產能力，裝載率與生產能力的關系如圖8所示。

圖8 裝載率與生產能力的關系Fig.8 Relationship between loading rate and production capacity

由圖8可以看出，真空預冷機的生產能力隨著預冷室杏鮑菇裝載率的增加而增加，兩者呈現出顯著的正相關性。經過產業化生產現場測定，真空預冷杏鮑菇所需要的時間應該包括3部分：將杏鮑菇塑料筐轉入真空預冷室的時間（5 min）、真空預冷時間以及將杏鮑菇塑料筐轉出真空預冷室的時間（5 min）。裝載率為20%時，預冷時間=5+12+5=22 min，真空預冷機容量為1 000 kg，生產能力545 kg·h-1，以此類推，裝載率為40%時，生產能力1 043 kg·h-1，裝載率為60%時，生產能力為1 500 kg·h-1。由于杏鮑菇極易變色軟爛，必須在短時間內預冷，所以通過對真空預冷機優化預冷參數來提高生產能力是非常必要的。而裝載率對預冷時間的影響較小，因此，裝載率直接決定真空預冷設備的生產能力。鑒于一般企業的生產情況，1 500 kg·h-1的預冷能力基本上可以滿足生產的需要。如果企業的日產量過大，可以增大真空預冷機的容量或增加預冷機的數量，而不應繼續加大裝載率。如果一味地加大裝載率，如達到80%，將會給杏鮑菇進出預冷室的操作帶來諸多不便，也會使預冷時間延長。

3 小結

研究預冷終溫、補水量和裝載率對杏鮑菇預冷過程的影響，試驗結果表明，預冷終溫越低，菇體水分蒸發失重率就越大，預冷終溫每降低1℃，菇體水分蒸發失重率增加約0.3%，從成本和效益方面考慮，選取+4℃的預冷終溫較為合適。隨著補水量的增加，杏鮑菇預冷過程中失重率有所減小，但補水量必須控制在一定范圍內，若補水量添加過多，預冷后菇體表面將會留下水分，這對杏鮑菇的貯藏保鮮大為不利，選取3.0%以下的補水量較為合適。對于需要長期貯藏的杏鮑菇，補水量還應有所降低。杏鮑菇失重率隨著預冷室裝載率的增加而略有減小，總體影響不大，但裝載率對企業的生產效率影響很大，故經實踐選取60%的裝載率較為合適。綜上所述，杏鮑菇真空預冷的優化參數為：真空預冷終溫設計為+4℃，霧化水的補水量在3.0%以下，裝載率為60%左右，此工藝條件下預冷失重率為1.2%，預冷時間為14 min，杏鮑菇預冷后感官品質良好，經濟效益也更顯著。