白玉菇遠紅外干燥工藝優化及其對品質的影響

麥馨允，黃斌，黃嬌麗，蘇仕林，彭紹庭

(百色學院 農業與食品工程學院，廣西 百色，533000)

白玉菇，又稱白玉蕈(whiteHypsizygusmarmoreus)，是真姬菇(Hypsizygusmarmoreus)的一個白色變種，屬擔子菌亞門、傘菌目、白蘑科、玉蕈屬[1]。白玉菇外形美觀、營養豐富，是一種具有很高營養價值和藥用價值的食用菌[2]。采后食用菌由于含水量高、代謝旺盛、病蟲害等因素，其品質下降較快，保質期較短[3]。對食用菌進行干制可使食用菌含水量降低到安全水分范圍，水分活度下降，抑制體內微生物活動和酶活性，延長貨架期。同時，干制后的食用菌質量、體積都得到減小，包裝和貯運成本降低[4]。目前對白玉菇產業的研究主要集中在栽培[5-6]，采后鮮品保鮮[7-9]，生物多糖[10]等活性物質的提取和功能性研究等領域，干制白玉菇的研究較少。遠紅外干燥是利用遠紅外線(3 ～1 000 μm)輻射食品[11]，遠紅外線被食品吸收后，產生共振現象，因其原子、分子的振動和轉動，從而產生熱而使物質升溫，食品中的水、有機物和高分子物質具有很強的吸收遠紅外的能力[12]。遠紅外加熱迅速，吸收均一、食品原料不易變形，營養損失小，兼有殺菌和降低酶活性的作用[13]。國內外對食用菌進行遠紅外干燥研究主要集中在干燥動力學模型上。DARVISHI等研究蘑菇遠紅外干燥特性，通過比較5種薄層干燥模型，對數模型更符合蘑菇片干燥過程[14]；SALEHI等的研究中，Page模型更符合雙孢菇紅外真空干燥特性[15]；而在熱風干燥和遠紅外干燥前采用超聲波預處理雙孢菇可提高干燥時的傳質速率，對數模型對該干燥過程的擬合結果較好[16]。ZHAO等研究香菇熱風干燥和遠紅外干燥過程中水分動態分配和微觀結構的形成，與熱風干燥相比，遠紅外干燥的水分擴散和蒸發速率較快，耗時短，干制品含水量低，香菇制品均勻多孔，品質優良[17]。有關綜合考慮白玉菇遠紅外干燥特性和干制品品質來優化干燥工藝參數的研究目前尚未見報道。

本研究通過單因素試驗及正交設計，揭示白玉菇遠紅外干燥特性的變化規律，綜合分析干制后白玉菇的亮度、復水比、Vc和感官評分等質量指標，得到最優的遠紅外干燥工藝參數(遠紅外溫度、切片厚度、裝載量)，為白玉菇的干制提供一定的實踐指導。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗所用的鮮白玉菇，購自百色市華潤萬家超市，挑揀無病蟲害、無畸形、無機械損傷、菇體新鮮、朵形飽滿、大小均勻、成熟度一致、顏色亮白、無褐變的白玉菇。干燥實驗前測定鮮白玉菇初始干基含水率、亮度和Vc。

1.2 試劑

抗壞血酸(分析純)，天津市致遠化學試劑有限公司；2,6-二氯靛酚鈉鹽(分析純)，上海金穗生物科技有限公司；草酸(分析純)，西隴化工股份有限公司；NaHCO3(分析純)，廣東光華科技股份有限公司。

1.3 儀器設備

SMY-2000系列測色色差計，北京盛名揚科技開發有限責任公司；E1200Y-2電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；電子天平，上海安亭電子儀器廠；YHG-300-BS遠紅外快速恒溫干燥箱(功率1 000 W)，上海躍進醫療器械有限公司。

1.4 方法

將挑選好的白玉菇清洗干凈后，切成一定厚度，取一定質量樣品置于遠紅外快速恒溫干燥箱中在一定的遠紅外溫度下干燥，每隔一定時間稱取質量，干燥至前后2次稱量質量差不超過0.10 g時，即認為樣品達到平衡含水率Me，結束干燥。此時的干基含水率≤0.14 g/g，符合食用菌干制品水分含量的要求[18]。設3次平行。干燥結束后，測定干制品的指標。

1.4.1 單因素試驗

遠紅外干燥工藝的優化主要包括遠紅外溫度、切片厚度和裝載量，分別在固定其他因素相同的條件下，選取遠紅外溫度為50、60、70和80 ℃(切片厚度6 mm，裝載量15.00 g/dm2)，切片厚度為4、6、8和10 mm (遠紅外溫度60 ℃，裝載量15.00 g/dm2)，裝載量為12.50、15.00、17.50和20.00 g/dm2(遠紅外溫度60 ℃，切片厚度6 mm)分別進行單因素實驗。通過測定干燥特性和產品質量確定各因素的合理范圍。

1.4.2 正交設計

在單因素試驗結果基礎上，選擇合理范圍內的遠紅外溫度、切片厚度、裝載量水平進行L9(34)正交設計，將白玉菇干制品亮度、Vc、復水比和感官評分作為試驗指標，對干燥工藝進行優化。各因素水平見表1。

表1 正交設計因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal design

1.5 測定項目與方法

1.5.1 含水率測定

直接干燥法測定樣品含水率[19]。

1.5.2 干基含水率測定

干基含水率測定如式(1)。

(1)

式中：Mt為干基含水率，g/g；mt為樣品干燥t時刻時的質量，g；mg為樣品干物質質量，g。

1.5.3 水分比(moisture ratio，MR)測定[20]

水分比測定如式(2)。

(2)

式中：MR,水分比；M0,樣品初始干基含水率，g/g；Mt,樣品干燥t時刻時的干基含水率，g/g；Me,樣品干燥達到平衡時的干基含水率，g/g。

1.5.4 干燥速率(drying rate，DR)測定[21]

干燥速率測定如式(3)。

(3)

式中：DR,樣品干燥速率，g/(g·min)；Mt+△t,樣品干燥t+△t時刻的干基含水率，g/g；Mt,樣品干燥t時刻的干基含水率，g/g；△t,時間差值，min。

1.5.5 亮度(L*)測定

利用色度計進行測定，采用CIE1976L*、a*、b*色度坐標值，觀測白玉菇的亮度L*[22]。

1.5.6 Vc的測定

2,6-二氯靛酚滴定法測定白玉菇中Vc含量[23]。

1.5.7 復水比測定

稱取一定質量白玉菇干制品，放入40 ℃熱水中浸泡1 h，撈出后瀝干20 min，并用吸水紙吸干表面水分后稱重，復水后與復水前樣品的重量之比即為白玉菇干制品的復水比[24]。復水比測定如式(4)。

(4)

式中：Rf,復水比；mf,樣品復水后瀝干質量，g；mg,干制品質量，g。

1.5.8 感官評分

由數名品評員組成感官評分小組，對白玉菇干制品從色澤、滋味、氣味、狀態幾個方面進行感官評分并進行打分[18]，以100分制計。感官評分參考標準見表2。

表2 感官評分分值表Table 2 The criteria for sensory evaluation

1.6 數據分析

采用PASW Statistics 18進行方差分析和主成分分析，差異顯著性分析采用Tukey法，數據結果以算數平均值表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 遠紅外溫度對白玉菇干燥特性和質量的影響

由圖1-a、圖1-b可知，白玉菇干基含水率和含水比都隨干燥時間的延長而下降，下降程度隨著遠紅外溫度的升高而加大，到達平衡時的干燥時間隨著遠紅外溫度的升高而縮短，50、60、70和80 ℃遠紅外溫度的干燥時間分別為600、315、270、200 min。干燥結束時干基含水率皆小于0.14 g/g，達到安全水分范圍。

由圖1-c可知，干燥速率在干燥初期迅速增大，然后減小。干燥初期，干燥速率和最大干燥速率都隨遠紅外溫度的升高而變大，溫度低，干燥速率峰值就出現得稍晚。這一方面是由于溫度越高，遠紅外輻射越強，被物料吸收后，光能轉變成動能，分子振動就越劇烈，振動會使部分分子掙脫了物料對它的束縛，振動摩擦會增強自熱效應，使物質迅速升溫，水分就會通過物態變化脫離物料[25]；另一方面，遠紅外加熱食品時，食品中的水、有機物和高分子物質具有很強的吸收遠紅外的能力，因此內部溫度往往比表面溫度高[26]；與此同時，干燥過程中白玉菇表面的水分不斷蒸發吸熱，導致表面溫度降低，傳熱方向由內到外，而物料水分梯度也是由內到外，物料內部水分的傳熱和傳質方向是一致的，從而也就加速了水分擴散，進而加速了干燥進程。最大干燥速率到達之后，隨著干燥的進行，干燥溫度越高，干燥速率下降就越快。50 ℃下初始干燥速率較低，40 ～120 min可近似為恒速干燥階段，處于表面氣化控制階段，白玉菇內部水分擴散與白玉菇表面水分蒸發的速度大致相等。120 min后，從恒速干燥階段進入到降速干燥階段。80 ℃下初始干燥速率在25 min時達到最大值0.21 g/(g·min)，但隨著干燥過程的進行，干燥速率下降，此時干燥屬于內部擴散控制階段，白玉菇內部水分遷移速度小于白玉菇表面水分擴散速度。60、70、80 ℃都沒有恒速干燥期，這可能是由于干燥溫度過高，白玉菇表面水分蒸發過快，表面逐漸變干甚至形成表面硬化，透氣性差，影響內部水分得向外移動，實際氣化表面減小，從而引起了干燥速率的降低[27]，80 ℃最高，因而干燥速率下降得最快。可見，一定程度上提高遠紅外溫度能加快傳質和傳熱進程。

由圖1-d可知，50、60、70和80 ℃遠紅外溫度干燥條件下干燥速率轉折點時的干基含水率分別為9.37、8.14、7.96和6.24 g/g，轉折點又叫第一水分臨界點，標志著干燥從表面氣化控制轉變為內部擴散控制。溫度越高，初始干燥程度就越劇烈，初始干燥速率較大，水分減少迅速，即使達到轉折點的時間稍短，但達到轉折點時的干基含水率相對較低。

a-干基含水率；b-含水比；c-干燥速率變化；d-干基含水率-干燥速率圖1 遠紅外溫度對白玉菇干燥特性的影響Fig.1 The effect of far-infrared temperature on drying characteristics of white Hypsizygus marmoreus

隨著干燥的進行，白玉菇內部水分含量減少，干基含水率減小，因此，干燥后期干燥速率逐漸降低。

由表3可知，不同遠紅外溫度對白玉菇干制品Vc和復水比的影響顯著(P<0.05)。果蔬中普遍含有Vc，而Vc是對熱、光、氧敏感的維生素，干燥過程中Vc保留率越高，說明干燥方式對果蔬組織的破壞就越小，因此，Vc含量通常可作為衡量干制品質量的指標之一[28]。Vc的損失主要由化學變化引起的，抗壞血酸氧化降解生成脫氫抗壞血酸，并進一步水解，高溫容易讓Vc發生氧化降解。而50 ℃下干燥時間過長，是60 ℃干燥時間的1.90倍，物料長時間暴露在空氣和高于室溫環境，對Vc破壞也大。因此，60 ℃ 下白玉菇的Vc含量較其他溫度的Vc含量大。干制品復水后恢復原來新鮮狀態的程度是衡量干制品品質的重要指標，主要取決于細胞和結構的破壞程度[29]。干燥過程果蔬組織遭受破壞從而使果蔬組織吸水能力降低，溫度越高，破壞越強烈，干制品組織恢復能力越弱，故復水比就越小。50、60、70 ℃下的復水比無顯著差異(P>0.05)，80 ℃下的復水比顯著小于其他組(P<0.05)。綜合干燥特性和干制品質量來看，80 ℃干燥時容易形成表面硬化，影響干燥效果，50 ℃干燥時間過長，對Vc含量等營養物質的破壞較大，因此較適合的遠紅外溫度為60 ℃。

表3 遠紅外溫度、切片厚度和裝載量對白玉菇品質的影響Table 3 The effect of far-infrared temperature, thickness and loading amount on quality of white Hypsizygus marmoreus

注：不同小寫字母代表同列數據差異顯著(P<0.05)。

2.1.2 切片厚度對白玉菇干燥特性和質量的影響

由圖2-a、圖2-b可知，不同切片厚度的白玉菇干基含水率和含水比都隨干燥時間的延長而減小，切片厚度越薄，白玉菇干基含水率和含水比下降得就越快，干燥時間隨著切片厚度的減小而縮短，4、6、8 mm切片厚度的干基含水率和含水比變化曲線較為接近，10 mm切片厚度干基含水率和含水比下降最慢，4、6、8和10 mm切片厚度的干燥時間分別為270、315、360、450 min。干燥結束時干制品皆達到安全水分范圍。

a-干基含水率;b-含水比;c-干燥速率變化；d-干基含水率-干燥速率圖2 切片厚度對白玉菇干燥特性的影響Fig.2 The effect of thickness on drying characteristics of white Hypsizygus marmoreus

由圖2-c可知，干燥速率在干燥初期迅速增大后減小。干燥初期，切片厚度越薄，初始干燥速率和干燥速率峰值就相對越大；過了峰值后，切片厚度越薄，干燥速率下降就越快。切片厚度對干燥過程有兩個方面的影響。一是切片厚度越小，比表面積越大，傳質和傳熱面積也就相對越大，干燥速率也就較大；二是固定干燥溫度(60 ℃)和裝載量(15.00 g/dm2)，不同切片厚度的干燥過程沒有恒速干燥期，干燥速率峰值過后，進入內部擴散控制階段，切片厚度越大，內部水分擴散至物料表面的路徑越長，傳質和傳熱阻力越大，干燥時間就相對越長。因此，減小切片厚度可以在一定程度上加快傳熱進程，但切片厚度對白玉菇干燥特性的影響遠沒有溫度的影響明顯。

由圖2-d可知，干燥速率與切片厚度之間的反比關系還和干基含水率有關。干基含水率大，切片厚度對干燥速率的影響也增大，干基含水率小，切片厚度對干燥速率的影響也就減小，這是由于水分在物料內部的存在狀態導致的。干基含水率大，除去的是自由水，干燥阻力小，水分擴散快，干燥速率大；到干燥后期，主要除去的是多層吸附水，阻力較大，水分擴散慢，干燥速率小；所以到干燥后期不同切片厚度的干燥速率都普遍下降，且差距逐漸減小，此時提高干燥溫度，增大推動力，則可加快干燥速率。這一現象在汪喜波的研究中也有體現[30]。

由表3可知，不同切片厚度對白玉菇干制品復水比的影響顯著(P<0.05)，切片厚度為4和10 mm的干燥產品間的復水比差異不顯著(P>0.05)，綜合考慮干燥速率和干制品質量，選擇切片厚度為4 mm作為較好的水平。

2.1.3 裝載量對白玉菇干燥特性和質量的影響

由圖3-a、圖3-b可知，不同裝載量的白玉菇干基含水率和含水比都隨著干燥時間的延長而減小，裝載量越小，白玉菇干基含水率和含水比就減小得越快，干燥時間也越短。12.50、15.00、17.50和20.00 g/dm2下的干燥時間分別為280、315、360、390 min。干燥結束時干制品皆達到安全水分范圍。

由圖3-c可知，干燥速率在干燥初期增大之后減小。干燥初期，裝載量越小，初始干燥速率和干燥速率峰值就越大。12.5 g/dm2裝載量的干燥速率峰值最大，其最大干燥速率到達之后，隨著干燥的進行，干燥速率下降最快。裝載量越大，干燥負荷也就大，從而使干燥速率相對較慢。因此，減小裝載量可以在一定程度上加快傳熱進程，但裝載量對白玉菇干燥特性的影響遠沒有溫度的影響明顯。

由圖3-d可知，固定干燥溫度(60 ℃)和切片厚度(6 mm)時，裝載量越小，到達轉折點時的干基含水率就越小，這一現象與溫度單因素試驗規律類似。可能是由于裝載量越小，初始干燥程度就越劇烈，初始干燥速率較大，水分減少迅速，不同裝載量到達轉折點的時間相差不大，因此，裝載量小的達到轉折點時的干基含水率相對較低。

a-干基含水率變化;b-含水比變化;c-干燥速率變化;d-干基含水率-干燥速率變化圖3 裝載量對白玉菇干燥特性的影響Fig.3 The effect of loading amount on drying characteristics of white Hypsizygus marmoreus

此外，和切片厚度單因素試驗規律類似的是，干燥速率與裝載量之間的反比關系還受到干基含水率的影響，干基含水率越大，裝載量對干燥速率的影響也增大，隨著干基含水率減小，裝載量對干燥速率的影響也就減小，這與水分在物料內部的存在狀態有關。

由表3可知，不同裝載量對白玉菇干制品復水比的影響顯著(P<0.05)。12.50 g/dm2裝載量的復水比和Vc含量都最大，因此12.50 g/dm2裝載量下白玉菇干制效率和干制質量都較好。

2.2 正交設計結果分析

表4～表7分別為L*、Vc、復水比、感官評分的正交設計方差分析結果。

表4 L*方差分析表Table 4 Analysis of variance for L*

表5 Vc含量方差分析表Table 5 Analysis of variance for content of Vc

表6 復水比方差分析表Table 6 Analysis of variance for rehydration ratio

表7 感官評分方差分析表Table 7 Analysis of variance for sensory evaluation

由表4～表7可知，溫度對Vc含量、復水比、感官評分的影響極顯著(P<0.01)，對L*的影響不顯著(P>0.05)，可見，高溫對Vc含量和組織細胞結構的破壞比較明顯。

60 ℃的遠紅外溫度，白玉菇干制品Vc含量最高，復水比最大，感官評分最好。切片厚度對L*、感官評分的影響極顯著(P<0.01)，對復水比的影響顯著(P<0.05)，對Vc的影響不顯著(P>0.05)。切片厚度6 mm時，L*和復水比最優；切片厚度為4 mm時，感官評分和Vc含量最優。裝載量對復水比的影響極顯著(P<0.01)，對L*、感官評分的影響顯著(P<0.05)，對Vc的影響不顯著(P>0.05)。裝載量為12.5 g/dm2，復水比最優；裝載量為15 g/dm2，L*、感官評分最優；裝載量為10 g/dm2，Vc含量最優。

多指標單獨分析難以得到一個綜合結果。由于L*、Vc、復水比、感官評分皆為正向指標，即指標的數值越大越好，對這4個指標進行無量綱化，以消除指標之間因量級不同而對分析結果造成的影響，采用主成分分析，求得主成分得分，通過比較主成分綜合得分來整體評價干燥白玉菇產品品質，正交設計極差分析結果和因子得分、主成分得分、綜合得分見表8。由表8可知，3個因素對干制品質量的綜合影響程度分別為RB>RA>RC，即切片厚度對干燥品質的影響最大，其次是遠紅外溫度，最后是裝載量；遠紅外干燥最佳條件是A2B2C3，即遠紅外溫度60 ℃，切片厚度4 mm，裝載量15.00 g/dm2，和方差分析結果基本吻合。

表8 正交設計結果及因子得分、主成分得分、綜合得分Table 8 The data of orthogonal design, factors score, principle components score and overall score

續表8

試驗號A(遠紅外溫度)B(切片厚度)C(裝載量)L?Vc復水比感官評分因子1因子2主成分1主成分2綜合得分933236.4612.162.6279.00-0.510.29-0.730.32-0.33K1-0.26-1.01-0.12K20.750.55-0.18K3-0.490.460.30極差1.241.560.48最優水平A2B2C3影響程度B>A>C

對最優水平A2B2C3進行實驗驗證，驗證結果顯示，最優工藝參數下干燥，白玉菇干制品亮度L*值為37.81，Vc含量為14.52 mg/100g，復水比為3.12，感官評分為91，結果較為理想，因此可以確定為最優遠紅外干燥工藝參數。

3 結論

采用不同遠紅外溫度、切片厚度、裝載量干燥白玉菇，通過單因素試驗對白玉菇干燥特性曲線進行研究，遠紅外溫度升高、切片厚度減小、裝載量減小都可以有效降低白玉菇的干基含水率和含水比，干燥時間得到縮短；然而溫度過高，容易造成白玉菇干燥表面的硬化，反而降低了干燥中后期的干燥速率；因素對干燥速率的影響還與干基含水率有關，干基含水率大，遠紅外溫度、切片厚度和裝載量對干燥速率的影響也增大。同時，還對單因素干制品的Vc含量和復水比進行分析，得到了3個因素水平的合理范圍：遠紅外溫度50 ～70 ℃，切片厚度在2 ～6 mm、裝載量在10 ～15 g/dm2。

在單因素基礎上進行正交設計，對3因素參數進行優化。遠紅外溫度是影響干制品Vc含量、復水能力和感官的主要因素，遠紅外溫度過高，干制品Vc含量低，復水能力差；切片厚度是影響亮度、感官、復水比的主要因素，切片厚度薄，干制品色澤感官較佳，復水能力好；裝載量是影響干制品復水能力、亮度和感官的主要因素，裝載量小，干制品復水能力好，感官亮度佳，能耗也低。

對正交設計數據進行主成分分析和極差分析，得出遠紅外溫度、切片厚度、裝載量對白玉菇干制品質量的綜合影響程度分別為：切片厚度>遠紅外溫度>裝載量，最佳遠紅外干燥最佳條件是A2B2C3，即遠紅外溫度60 ℃，切片厚度4 mm，裝載量15.00 g/dm2。