超聲波輔助雞腿菇熱風干燥工藝優化

杜昕，羅麗媛，劉松青

（成都師范學院，四川成都 611130）

雞腿菇（Coprinus comatus）學名毛頭鬼傘，因其形狀像雞腿、味道像雞絲而得名[1]，具有優良的食用價值及藥用價值，被FAO和WHO確定為集天然、營養、保健三種功能于一體的16種珍稀食用菌之一[2]。但雞腿菇子實體在運輸、儲藏過程中營養成分易被消耗，菇體產生褐變甚至腐爛，而干制雞腿菇含水量降為11.5%以下，能延長其保質期[3]。真空冷凍干燥的雞腿菇外觀、質地、風味均優于其他干燥方式[3-5]，但真空冷凍干燥價格昂貴、不易操作，相較之下熱風干燥價格低廉、易操作，實用性好，市場應用廣泛。但熱風干燥具有熱效率低、干燥時間長、營養物質損失量大的缺點[6-7]。因此，優化熱風干燥工藝，縮短干燥時間，對提高生產效率，保證雞腿菇干制品的營養價值、口感、風味尤為重要[8-10]。

超聲波可產生空化作用加速流體運動，機械振動效應可克服物體表面附著水分和結合水具有的結合力，加速水分蒸發[11]，增大物料組織間隙，縮短干燥時間，因此被廣泛用于輔助干燥研究。目前，國內外已有將超聲波應用于輔助洋蔥、胡蘿卜、蘋果、荔枝等果蔬干燥研究[12-18]。Deng Yun等[12]研究表明，蘋果經超聲波預處理后毛細管增大，降低水分傳遞阻力。嚴小輝等[13]研究表明，經超聲波預處理后能夠增大荔枝組織間隙，有效縮短半干型荔枝干的干燥時間。Fernandes等[14]通過對香蕉超聲預處理-熱風干燥工藝的研究，發現經超聲波預處理后的物料總干燥時間縮短30%。然而，超聲波輔助干燥雞腿菇的研究尚未見報道。

本文通過雞腿菇熱風干燥與超聲波輔助干燥的單因素及響應面優化實驗，揭示雞腿菇干燥特性，得到最佳熱風干燥工藝參數（切片厚度、熱風溫度、裝載量）及超聲波輔助干燥最佳工藝（超聲波溫度、超聲波時間、超聲波次數），并對兩種工藝干燥效率及品質進行比較，為超聲波預處理技術應用于熱風干燥提高雞腿菇品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮雞腿菇，購于溫江區農貿市場，需挑選成熟度良好，子實體大小均勻，無破損、褐變的雞腿菇為實驗材料。

抗壞血酸、碳酸氫鈉、2,6-二氯靛酚、考馬斯亮藍G250、牛血清蛋白等化學試劑，均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

DHG-9140型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海申光儀器儀表有限公司）、PS-D40A型潔康牌超聲清洗儀（潔康超聲波設備有限公司）、SC-02低速離心機（安徽中科中佳科學儀器有限公司）、恒溫水浴鍋（上海越眾儀器設備有限公司）、ECS005573可見分光光度計721（上海菁華科技儀器有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

雞腿菇→護色→超聲波輔助→熱風干燥→成品→測定。

1.3.2 雞腿菇護色

用流動清水洗去表面污物瀝干，使用0.20 mmol/L檸檬酸溶液作護色溶液，將雞腿菇浸入護色液30 min，用流動清水沖洗干凈瀝干備用[4]。

1.3.3 雞腿菇熱風干燥

實驗室通過熱風干燥單因素及響應面試驗得到雞腿菇最佳熱風干燥工藝為：切片厚度4.6 mm、熱風溫度56 ℃、裝載量7.6 g/dm2。

1.3.4 超聲波輔助干燥單因素試驗

將預處理后的雞腿菇進行超聲波輔助處理并結合最佳熱風干燥工藝干燥，以雞腿菇失重率為指標分別考察超聲波溫度、超聲波時間、超聲波次數對雞腿菇脫水效果的影響。每組進行3次平行試驗。

（1）不同超聲波溫度試驗：選擇超聲波次數3次，超聲波時間10 min，超聲波溫度25、30、35、40 ℃和45 ℃進行預處理。

（2）不同超聲波時間試驗：選擇超聲波溫度40 ℃，超聲波次數3次，超聲波時間5、10、15、20 min和25 min進行預處理。

（3）不同超聲波次數試驗：選擇超聲波溫度40 ℃，超聲波時間10 min，超聲波次數1、2、3、4次進行預處理。

1.3.5 超聲波輔助干燥正交試驗

將超聲波輔助干燥單因素試驗所得超聲波溫度、超聲波時間、超聲波次數最佳范圍設計三因素三水平正交試驗，以失重率（%）作為響應值，確定最優超聲波輔助干燥工藝并對其進行驗證。

1.3.6 指標測定

1.3.6.1 褐變度測定

參照譚誼談等[15]方法，稱取雞腿菇2 g，研磨后加入20 mL預冷蒸餾水，在20 ℃條件下、以3 500 r/min離心10 min，取上清液。用蒸餾水作為空白對照，測定上清液在波長410 nm處的吸光度，以A410nm×10值表示雞腿菇褐變度。

1.3.6.2 維生素C含量測定

參照國家標準GB/T 5009.86-2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中2,6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量。

1.3.6.3 可溶性蛋白質含量測定

稱取雞腿菇樣品4.00 g，加入20 mL水，在10 ℃下浸提20 min。再以4 ℃、6 000 r/min離心10 min，得上清液，過濾。而后按李艷杰等[16]文中方法繪制標準曲線，測定并計算可溶性蛋白質含量。

1.3.6.4 總糖含量測定

參照國家標準GB/T 15672-2009《食用菌中總糖含量的測定》。

1.3.6.5 還原糖含量測定

采用3,5-二硝基水楊酸（DNS）比色法[17]：稱取雞腿菇1 g，研磨成粉并加入25 mL蒸餾水，80 ℃恒溫水浴30 min，冷卻后經多次過濾，取濾液蒸餾水定容到100 mL。取25 mL刻度試管，分別加入8.0 mL提取液及1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸試劑，沸水浴中加熱5 min。冷卻后蒸餾水定容至25 mL，混勻，540 nm波長下，測定吸光值。標注曲線的制定同方法1.3.6.4。

1.3.6.6 含水量計算

水通道蛋白-1與大鼠急性一氧化碳中毒性腦病的關系 … ………………… 李金蘭，劉群會，曹學兵，等 456

參照國家標準GB 5009.3-2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定。

1.3.6.7 失重率計算

式中：X-失重率，g/100 g，M0-樣品初始質量，g，Mt-t時刻樣品質量，g。

1.3.7 統計分析

利用Design Expert、SPSS、Excel、Origin軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 超聲輔助干燥單因素試驗結果

由圖1可知，隨著超聲波預處理溫度逐漸升高，雞腿菇失重率逐漸增大。但當溫度升高到一定程度時，雞腿菇失重率變化幅度逐漸減小。可能是適當的溫度會增加超聲波對雞腿菇的機械作用，使內部組織疏松，有利于排除水分，而高于40 ℃，雞腿菇內部結構破壞，排除水分受阻，故失重率降低[18]。另外，超聲波處理溫度過高也會導致雞腿菇褐變嚴重。因此選擇超聲波溫度為40 ℃左右作為正交實驗試驗的水平范圍。

圖1 超聲波溫度對雞腿菇脫水效果的影響

2.1.2 超聲波時間對雞腿菇脫水效果的影響

由圖2可知，隨著超聲波預處理時間逐漸延長，雞腿菇失重率逐漸增大。但當處理時間逐漸增大到一定程度時，雞腿菇失重率變化幅度較小逐漸趨于平衡狀態，這是因為機械作用對雞腿菇組織破壞加大，使水分排除不暢。即超聲波單次處理時間在15 min左右達到最佳失重效果，因此選擇超聲波處理時間為10 min左右作為正交試驗實驗的水平范圍。

圖2 超聲波時間對雞腿菇脫水效果的影響

2.1.3 超聲波次數對雞腿菇脫水效果的影響

由圖3可知，隨著超聲波處理次數的增加，雞腿菇失重率逐漸增大。當超聲波處理次數達到3次時，雞腿菇失重率繼續增大，但前后相鄰參數失重率變化幅度逐漸減小，為減少工藝操作，選擇超聲波處理次數為3次左右作為正交實驗試驗的水平范圍。

圖3 超聲波次數對雞腿菇脫水效果的影響

2.2 超聲波輔助干燥正交試驗結果

按照表1設計三因素三水平的超聲波預處理正交試驗，以雞腿菇失重率（%）作為試驗的結果依據，結果見表2、表3。

表1 超聲波預處理正交實驗因素水平表

由表2、表3極差、方差分析的結果可知，超聲波時間對雞腿菇失重效果影響顯著（P＜0.05），影響雞腿菇失重率各因素主次順序為B＞A＞C，即超聲波時間＞超聲波溫度＞超聲波次數。超聲波預處理的最優方案組合為A2B3C3，通過實驗驗證該方案，雞腿菇失重率可達到29.42%。得到最優超聲波輔助熱風干燥工藝：超聲波溫度40 ℃，超聲波時間15 min，超聲4次，熱風溫度55.79 ℃。

表2 超聲波預處理正交實驗設計方案及結果

表3 超聲波預處理正交試驗方差分析結果

2.3 超聲波輔助對熱風干燥時間的影響

分別測定最優熱風干燥工藝與最優超聲波輔助干燥工藝下雞腿菇含水量降至8%的干燥時間，結果如圖4所示。由圖4可知，經過超聲波預處理后，熱風干燥時間較優化前縮短。熱風干燥工藝參數優化后干燥所需時間為230 min；超聲波輔助后干燥所需時間為190min，較未輔助前干燥時間縮短17.39%。可能是由于超聲波預處理后雞腿菇組織間隙增大，加速水分流動，從而縮短干燥時間。

圖4 超聲波預處理對熱風干燥時間的影響

2.4 超聲波輔助干燥對雞腿菇品質的影響

2.4.1 超聲波輔助干燥對雞腿菇維生素C含量的影響

由圖5可知，雞腿菇熱風干燥后維生素C含量極顯著降低（P＜0.001），可能是熱風干燥過程中雞腿菇持續與空氣接觸，導致維生素C氧化損失。經超聲波輔助優化后，維生素C損失量顯著降低（P＜0.05），可能是由于經超聲波預處理后雞腿菇組織間隙增大，加速流體擴散，縮短干燥時間，避免雞腿菇持續暴露于空氣中，發生氧化作用引起更多維生素C損失。

圖5 熱風干燥對雞腿菇VC含量的影響

2.4.2 超聲波輔助干燥對雞腿菇可溶性蛋白質含量的影響

經回歸分析，測定可溶性蛋白質的回歸方程為y=0.610 3x+0.158 1，R2=0.993 2。由圖6可知，雞腿菇經熱風干燥后可溶性蛋白質含量極顯著降低（P＜0.001），熱風干燥使雞腿菇持續保持在55.79 ℃高溫條件下，部分可溶性蛋白質發生變性凝結損失。經超聲波輔助優化后，可溶性蛋白質損失量顯著降低（P＜0.05），可能是由于經超聲波預處理后雞腿菇組織間隙增大，加速流體擴散，縮短干燥時間，避免雞腿菇持續處于高溫條件下引起更多可溶性蛋白質變性損失。

2.4.3 超聲波輔助干燥對雞腿菇總糖、還原糖的影響

經回歸分析，測定總糖含量的回歸方程為y=0.007x+0.093 1，R2=0.993 6；測定還原糖的回歸方程為y=0.364 7x-0.008 5，R2=0.994 8。由圖7～8可知，雞腿菇干燥持續處于55.79 ℃高溫條件下，總糖、還原糖、多糖隨熱氣蒸發流失。總糖、還原糖含量極顯著降低（P＜0.001），經超聲波輔助優化后，總糖、還原糖損失量變化差異不顯著（P＞0.05）。可能是由于超聲波產生的空化效應加速流體擴散，縮短干燥時間，減少糖分流失；差異不顯著可能是由于影響糖含量主要因素是酶活性，熱風干燥始終保持一定的溫度濕度，從而對降低糖類損失量影響不顯著。

圖6 熱風干燥對雞腿菇可溶性蛋白質含量的影響

圖7 熱風干燥對雞腿菇總糖含量的影響

圖8 熱風干燥對雞腿菇還原糖含量的影響

3 結論

通過單因素試驗考察了超聲時間、超聲溫度以及超聲次數對熱風干燥效果的影響，并通過正交試驗設計得到雞腿菇最優超聲波輔助熱風干燥工藝條件為超聲波溫度40 ℃，超聲波時間15 min，超聲4次。此條件下，干燥時間190 min，較普通熱風干燥時間縮短17.39%。對比單一熱風干燥以及超聲波輔助熱風干燥后雞腿菇營養指標，經超聲波輔助熱風干燥后維生素C、可溶性蛋白質損失率分別減少19.64%、14.18%，差異顯著（P＜0.05）。其原因可能是超聲波產生的空化作用、機械振動等物理效應，在傳播過程中加速流體擴散，縮短干燥時間，減少營養物質損失。超聲波預處理技術應用于熱風干燥提高雞腿菇品質有一定協助作用。