超聲滲透處理對香菇脫水復水性的影響

周民生,李營營,路志芳

(安陽工學院生物與食品工程學院,河南安陽 455000)

香菇(Lentinusedodes),富含粗蛋白(20.3%,干品,下同)、總糖(32.4%)、礦物質(4.2%)、粗脂肪(3.4%)、粗纖維(13.2%)、氨基酸(人體必需8種)[1],被譽為“菇中皇后”,深受人們喜愛[2]。鮮香菇含水量高達87%左右,非常柔嫩,采摘后不及時采取措施,水分容易散失,并出現顏色加深、菌蓋破膜、開傘、甚至腐爛等現象,導致商品價值下降[3]。為了保持香菇的營養價值,延長貨架期和儲藏期,對香菇進行脫水、干燥處理是非常必要的。同時干制香菇具有質量輕、食用方便、儲存時間長、營養成分不流失等優點,深受人們的鐘愛。

滲透脫水(Osmotic Dehydration)是指在一定溫度下,將新鮮的物料浸入高滲溶液中,移去部分水分的一種方法,處理中水的遷移在不發生相變下進行,能避免高溫引起的食品的色澤、風味和質地變化[4-6],而且可減少干燥時的能耗。目前,滲透脫水技術已在多種農產品脫水上得到應用,但是,單一的滲透脫水速率較慢[7],而聯合干燥可以結合兩種干燥方法的優點[8]。超聲波可使介質粒子振動,從而引起亞微觀范圍內超聲空化現象,使固液體系中的液體介質的質點運動增加,固體內部結構變化,使微孔擴散得以強化[9-10]。研究表明,超聲滲透脫水可顯著提高多種果蔬的脫水速度與品質[11-13]。不同果蔬的組成、結構存在差異,超聲波預處理各類參數條件及對產品品質的影響有所不同[14]。目前有關超聲波滲透應用于香菇脫水和復水的研究鮮有報道。

因此,本試驗通過分析超聲滲透處理中不同因素對香菇干制時間及復水性的影響,確定香菇超聲滲透處理的最佳工藝條件,為香菇干制中提高滲透脫水效率提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮香菇 安陽丹尼斯超市;綠色海晶鹽 河南省鹽業總公司出品。

JA2003電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;DHG-9240B電熱恒溫鼓風干燥箱 上海百典儀器設備有限公司;HH-600恒溫水浴鍋 常州諾基儀器有限公司;KQ-400E超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;VIS-7220N紫外可見分光光度計 上海瑞利分析儀器有限公司;CM-600D色差計 柯尼卡美能達公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 香菇脫水和復水工藝 新鮮香菇→清洗→超聲滲透處理→鼓風干制→復水。

香菇選擇:選擇大小一致、圓整、菇腿短而細、菇蓋厚度達到2 cm以上,開傘度小、硬度合適的新鮮香菇。

清洗稱量:用自來水沖洗10～15 s,去除菇體附著的灰塵,然后將香菇放在不銹鋼曬篩上瀝干水,用濾紙輕輕吸干表面露出的水珠,切去菇腿,用天平稱取20.0 g香菇(過多的切除)。

高職院校的學生是體格和智力趨向成熟的關鍵時期，同時又承擔著繁重的學習任務，營養狀況直接影響其體格發育、學習能力和效率，所以在校期間，充足、全面的營養及體育鍛煉是其體格生長發育、獲取知識、提高綜合技能的保證。高職院校的學生基本不吃早餐；午餐基本都是在學校食堂解決，如恰逢下課高峰期，有些學生甚至僅僅買份快餐快速解決午餐；至于晚餐，很多學生則是吃的比較晚，甚至還有些學生為了減肥而盲目地不吃主食。這些不良的飲食習慣，使得高職院校學生的健康問題日益成為人們關注的焦點。高職院校學生每日需要的能量和各種營養素一般高于從事輕體力活動的成年人，尤其是能量、蛋白質、脂類、鈣和鐵等，必須按照膳食指南供給[2]。

滲透處理:將香菇放入食鹽溶液進行超聲滲透處理,條件見試驗設計。為了防止菇體漂浮導致浸泡不充分,在上面覆蓋一網罩。

干燥:45 ℃預熱5 h,以避免初始溫度過高菇體表面硬化導致內部水分不能夠及時轉移至物料表面,影響干燥速率,每隔1 h翻動一次。干燥結束放入干燥器中冷卻至室溫并稱重。

復水:將稱量好的干制香菇浸入裝有200 mL自來水的燒杯中,放入設定好溫度(45 ℃)的水浴鍋中,在試驗中采用靜置法,30 min后更換一次水。45 min后取出香菇,放于不銹鋼曬篩瀝干,并用濾紙吸干表面水分,稱量。

1.2.2 試驗設計

1.2.2.1 各因素在滲透脫水中的作用 將20.0 g新鮮香菇浸入200 mL 15%滲透溶液(食鹽溶液)中進行超聲滲透處理20 min,超聲波功率分別為100、150、200、250和300 W,研究超聲波功率對香菇干制時間及復水性的影響。

將20.0 g新鮮香菇分別浸入200 mL 5%、10%、15%、20%、25%滲透溶液中進行超聲滲透處理20 min,超聲波功率為200 W,研究滲透液濃度對香菇干制時間及復水性的影響。

將20.0 g新鮮香菇浸入200 mL 15%滲透溶液中進行超聲滲透處理(功率為200 W),處理時間分別為5、10、15、20和25 min,研究滲透時間對香菇干制時間及復水性的影響。

1.2.2.2 正交試驗 綜合考察超聲波功率、超聲波時間、滲透液濃度組合方式三個因素對香菇超聲滲透干制時間和復水比的影響,選擇三因素三水平正交表L9(34)設計正交試驗[17]。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 干制時間 滲透處理過的香菇取出放于不銹鋼曬篩上瀝干水,再用濾紙輕輕吸干表面露出的水珠,放入電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥,記錄時間。干燥直至隔2 h稱重,質量差不高于0.2 mg。記錄時間、貼上標簽并計算干燥時間。

H=(t2-t1)

式(1)

式中:H為干制時間(h),t2為香菇干制后的時刻,t1為香菇放入鼓風干燥箱時的時刻。

1.2.3.2 復水比

式(2)

式中:R復水比,mg干制香菇的質量(g),mf復水后香菇質量(g)

1.2.3.3 還原糖 采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法測定[15]。

1.2.3.4 游離氨基酸 采用茚三酮顯色法[16]。

1.2.3.5 亮度(L*) 采用色差計測量。

1.3 數據處理

以上各處理除正交試驗外均重復三次,數據分析及作圖應用Oringin 8.0進行,結果表示為平均值±標準差;正交試驗進行極差分析。

2 結果與分析

2.1 不同因素對香菇脫水復水的影響

2.1.1 超聲波功率對香菇脫水復水的影響 如圖1a所示,干制時間和產品復水比,隨超聲波功率不同發生變化。隨著超聲波功率的增加干制時間縮短,當超聲功率超過250 W時,干制時間反而增加。復水比開始變化不明顯,之后急劇增加,250 W后隨著功率的增加復水比下降。功率在100～250 W,干制時間縮短,干香菇復水比增加,可能是由于空化效應及機械效應的超聲波可有效增強脫水過程中物料內外的質量傳遞速率,水分子運動加快,提高了滲透擴散的速度[18-19]。但在功率超過250 W后,干制時間反而增加,復水比減小,可能是因功率過大,香菇的組織細胞遭到超聲波功率嚴重的沖擊而破壞,不利于脫水復水。

同時可從圖1b看出,隨著超聲波功率的增加,產品的還原糖含量、氨基酸保留量及L*都有增加,而且當功率超過250 W時又均下降。在一定功率范圍超聲波對產品的營養物質及色澤不會產生明顯的作用,但超聲波處理會影響后繼干燥時間長短,從而改變還原糖和氨基酸的含量。干燥過程中還原糖和氨基酸發生美拉德反應,降低產品的L*值[16]。可見功率過高不利于香菇滲透脫水復水的進行,生產中并不是功率越高越好,應控制超聲波功率在250 W左右。

圖1 不同超聲波功率下香菇的脫水復水性Fig.1 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different ultrasonic power

2.1.2 滲透液濃度對香菇脫水復水的影響 香菇脫水復水不僅跟超聲波功率有關而且還受滲透液濃度的影響。滲透液直接與香菇接觸,其濃度直接影響著香菇的脫水復水。如圖2a和圖2b所示,新鮮香菇在滲透液濃度低于15%的條件下,隨著濃度的增加,香菇的干制時間明顯縮短,還原糖含量、氨基酸含量、L*、復水比幾乎呈直線上升。當濃度增加到15%時,干制時間最小,還原糖、L*、復水比最大,而氨基酸繼續增加(直至濃度20%時)。滲透液濃度超過15%后,干制時間逐漸增大,復水比先迅速下降最后趨于平緩,還原糖、氨基酸和L*亦隨之下降。香菇滲透脫水時水分傳遞的主要動力是組織內外的溶液濃度差引起的滲透壓,滲透壓越大,水分傳遞動力越大,水分滲出細胞內外的速度越快,復水時,細胞的通透性增大,有利于水分子的進入,復水比增大。但濃度過高時,溶液黏度增大,擴散系數降低,物料的傳質速度降低[7],且濃度越來越大,對細胞造成的損傷也越大[20],不利于細胞再次吸水,即復水比降低。滲透液濃度超過15%時,各指標隨濃度改變而變化的幅度變緩,說明濃度影響變弱,過高濃度在生產上可以不予考慮,故合適的濃度為5%～10%。

圖2 不同滲透液濃度下香菇的脫水復水性Fig.2 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different concentration of osmotic solution

2.1.3 超聲滲透時間對香菇脫水復水的影響 除了超聲波功率和滲透液濃度,超聲滲透時間也是影響香菇脫水復水原因之一。如圖3a和圖3b所示,超聲時間在15 min范圍內,隨著超聲時間的增加,干制時間先緩慢降低,繼而急劇下降,復水比明顯增大;氨基酸、L*值初始快速增加,然后變緩,還原糖增加則表現為先緩后急。超聲時間在15 min以上,干制時間先緩慢后急劇增大,復水比先急劇后緩慢降低,還原糖、L*、氨基酸也降低。在15 min以上,復水比降低可能是超聲時間過長,對細胞穿透性過大,對細胞造成破壞。故選擇滲透時間為10～20 min。

圖3 不同超聲時間下香菇的脫水復水性Fig.3 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different ultrasonic time

2.2 正交試驗

超聲功率(A)、滲透液濃度(B)、超聲時間(C)三因素對香菇干制時間及復水比的正交實驗結果見表2。由表2可看出,超聲功率是影響新鮮香菇超聲滲透脫水最主要原因,滲透液濃度影響最小。新鮮香菇超聲滲透干制最優處理是A2B2C3,即超聲波功率為250 W,超聲時間為20 min,滲透液濃度是15%。而影響干香菇復水的主要因素是超聲波功率,滲透液濃度次之,超聲滲透時間最小,最優組合是A2B3C2,即超聲波功率為250 W,超聲時間為15 min,滲透液濃度是15%。

表2 正交試驗方案及結果Table 2 Scheme and results of orthogonal test

A2B2C3是正交試驗中得到的最優脫水工藝條件,A2B3C2是最優復水比工藝條件。后者與正交試驗中得到的結果不同。因此,該結論需要進行進一步驗證,以確定選取工藝條件是否為最優條件。將選出干制時間最佳水平組合A2B2C3,復水比最佳水平組合A2B3C1與正交試驗表中得到的最優水平組合A2B3C2進行對比試驗(試驗進行三次,結果取平均值)選取最優工藝條件(見表3)。

表3 驗證性試驗香菇干制時間和復水比Table 3 Dry time and rehydration ratio ofLetinous edodes in proving trial

本試驗主要著重于復水性,由表3得出,超聲滲透香菇脫水復水研究的最佳工藝條件為A2B3C2,高于正交試驗設計中的水平組合。即在超聲波功率為250 W、在超聲時間為15 min、滲透液濃度為15%的工藝條件下,鮮香菇的干制時間為7.4 h、復水比為4.55,即超聲滲透香菇脫水復水的最佳工藝條件為A2B3C2。

3 結論

超聲波功率、超聲滲透處理時間和滲透液濃度均對香菇的干制時間、還原糖含量、氨基酸含量、L*、復水比有影響。影響香菇干制時間最主要的是超聲波功率,其次是超聲滲透時間,滲透液濃度作用最小;而影響香菇復水比因素主次關系為,超聲波功率>滲透液濃度>超聲滲透時間。干制時間最佳的工藝條件是超聲波功率為250 W、超聲作用時間20 min、滲透液濃度為15%,此條件下,干制時間7.3 h,復水比4.24。以復水比為標準,最佳的工藝條件是超聲波功率為250 W、超聲處理時間15 min、滲透液濃度為15%,對應的干制時間7.4 h,復水比4.55。生產上可根據實際需要采用合適指標作為選用工藝的依據。