干燥方式對香菇品質特性及微觀結構的影響

張海偉，魯加惠，張雨露，梁 進，張 梁

（安徽農業大學茶與食品科技學院，安徽省農產品加工工程實驗室，安徽 合肥 230036）

香菇（Lentinus edodes）滋味鮮美，營養豐富，素有“菇中之王”的美稱，是世界第二大食用菌[1]。新鮮香菇的保鮮期約3～5 d，其采后仍能通過自身呼吸作用消耗菇體內的營養物質，導致菌蓋褐變、開傘、水分喪失，甚至木質化，降低其營養價值和商品性[2]。因此香菇采后常通過干燥技術加工成干制品，一般干香菇的保質期可達1～2 年，更便于貯藏、運輸，同時干燥也有利于形成香菇特有的風味[3]。

目前香菇干燥方式主要有熱風干燥（hot air drying，HAD）、真空冷凍干燥（freeze drying，FD）、微波干燥（microwave drying，MVD）、微波真空冷凍干燥（microwave vacuum freeze drying，MVFD）、紅外輻射干燥（infrared drying，IRD）等。HAD的設備成本低、操作方便，同時熱風（65～80 ℃）能使香菇內還原糖與蛋白質發生美拉德反應，形成濃郁的香菇特征風味，所以HAD是香菇干制加工的常用方式[4-6]。FD能較完整地保留物料的營養物質、外觀與形狀，且干制品的復水速率和復水性較好[7]。MVFD將MVD與FD技術聯合，在干燥過程中利用微波提供物料所需的升華潛熱，使物料中的固態水直接升華為水蒸氣，不僅能保持物料原有的形狀，而且大大提高了干燥速率[8]。但是微波具有輝光放電特征，容易產生產品干燥不均勻、品質不穩定等現象[9-11]。故MVFD技術常用來處理片狀或小體積物料[12-13]。根據干燥過程中物料含水率下降規律來梯度調整微波功率，可以減少微波干燥可能產生的不良影響。有研究報道采用階段式MVFD加工雙孢菇片、蘋果片、秋葵等，物料干燥效率提高（35%～60%）、復水性增加，并能保持產品良好的營養與感官品質[14-16]。然而采用階段式MVFD干燥加工整鮮香菇的研究鮮見報道。干制品的復水速率和復水性、復水后感官品質與其內部微觀結構密切相關。趙圓圓等研究發現真空冷凍干燥的香菇具有均勻多孔的微觀結構，復水60 min后復水比最大，可達9.22[17]。MVFD干燥的雙孢菇片[14]、蘋果片[15]的毛細管形狀保持較好，表面結構變化不大且微觀內部結構與FD產品較為相似，但MVFD整香菇的微觀結構鮮見報道。干制品的營養成分如氨基酸、可溶性糖等與產品感官品質中的鮮味、甜味有直接的聯系。有研究報道金針菇、口蘑、黑木耳、香菇、杏鮑菇、平菇等17 種市售食用菌中游離氨基酸含量與感官評價的評分呈顯著正相關關系[18-19]。但MVFD加工完整香菇的營養成分、復水熟制后的感官特性及指標間相關性綜合分析較少。

本實驗以新鮮整香菇為對象，分別采用三段式微波真空冷凍干燥（three-stage MVFD，TS-MVFD）、FD與HAD技術干燥加工，探討不同干燥方式下香菇干制品的干燥特性、主要營養成分及微觀結構，并通過標度法定量分析3 種香菇干制品復水熟制后的感官特性，為香菇干制品加工及品質分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮香菇購于安徽省合肥市周谷堆農貿市場，運回實驗室后放置在溫度（4±1）℃、相對濕度（90±5）%的冷庫中貯藏備用。挑選未開傘，無霉變、蟲蛀，菌蓋直徑（5±1）cm的香菇樣品用于干燥實驗。

重蒸酚 洛陽市化學試劑廠；硫酸 煙臺市雙雙化工有限公司；葡萄糖、無水乙醇、磺基水楊酸 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

NJL07-9型微波真空冷凍干燥爐 南京杰全微波設備有限公司；Gamma 1-16 LSC plus真空冷凍干燥機德國Christ公司；GZX-9246 MBE數顯鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；CPA223S型電子天平北京賽多利斯儀器系統有限公司；HH-6型數顯恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；KQ-300D型數顯超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；0～150 mm游標卡尺 上海九量五金工具有限公司；TA.XT.Plus質構儀英國SMS公司；CR-400型色差計 日本柯尼卡美能達公司；L-8900型全自動氨基酸分析儀、S4800型掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 香菇干燥

將香菇去柄后，采用3 種方式進行干燥，各稱取（150.0±0.5）g香菇，以水分質量分數低于13%為干燥終點（根據GB 7096—2014《食品安全國家標準 食用菌及其制品》[20]）。

HAD：將香菇平鋪在干燥箱載料盤上，熱風溫度70 ℃。

FD：將香菇置于-80 ℃預凍8 h，放入真空凍干機中，設置加熱板溫度為30 ℃，冷阱溫度為40 ℃，真空度為50 Pa。

TS-MVFD：將香菇于-80 ℃預凍結8～12 h。先開啟冷阱使干燥腔內溫度降至-35 ℃以下，放入預凍結香菇物料，隨后開啟真空泵。當真空度低于100 Pa時開啟微波加熱。第一階段微波功率10～20 W，運行30 min（香菇失水率約為5%）；第二階段50 W干燥3 h（干燥至水分質量分數約30%）；第三階段30 W干燥1.5 h（水分質量分數低于13%）。

1.3.2 水分質量分數測定

水分質量分數測定采用烘箱直接干燥法，具體參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[21]。

1.3.3 復水比測定

復水比的測定參考Wang Hongcai等[22]的方法，并稍作修改。取1.5 g香菇干樣，放在25 ℃的蒸餾水中，每10 min測一次復水后的樣品質量，共復水120 min。在測定前將樣品表面多余水分用濾紙吸干，平行測定3 次。復水比按照公式（1）計算。

式中：mt為復水后的物料質量/g；m0為干燥物料的初始質量/g。

1.3.4 復重系數測定

復重系數的測定參考陸蒸等[23]的方法并稍作修改，取1.5 g香菇干樣，置于水浴鍋中60 ℃保溫復水4 h，取出瀝干表面水分后稱質量，平行測定3 次，復重系數按照公式（2）計算。

式中：K為復重系數；m復和m干分別為復水后和復水前物料質量/g；w原和w干分別為物料和干制品的水分質量分數/%。

1.3.5 收縮率測定

收縮率測定參考王洪彩[24]的方法。采用游標卡尺分別測量干燥前后香菇菌蓋直徑和厚度。干燥前隨機選5 個香菇樣品，分別從3 個不同的方向進行測量并標記，干燥結束后再次測量相應位置的尺寸，收縮率按照公式（3）計算。

式中：SR為收縮率/%；d0和dt分別是干燥前后香菇的直徑或厚度/mm。

1.3.6 色澤測定

色澤的測定參考Wang Hongcai等[22]的方法，采用CR-400型色差計測定新鮮香菇的L0、a0、b0及香菇干制品菇蓋的L*、a*、b*值，根據公式（4）計算色差ΔE，每組選取10 個樣品，結果取平均值。

1.3.7 總糖、粗多糖、游離氨基酸含量測定

總糖含量的測定參照GB/T 15672—2009《食用菌中總糖含量的測定》[25]；粗多糖含量的測定參考參照NY/T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的測定》[26]。以上單位均為g/100 g，結果均以干質量計。

游離氨基酸含量的測定：將香菇干樣粉碎過60 目篩，精確稱取0.200 0 g，置于50 mL離心管中，加入10 mL 10 g/100 mL磺基水楊酸水溶液，600 W超聲波輔助浸提30 min，再12 000×g、4 ℃離心25 min，吸取上清液過0.22 μm水膜，取1 mL進L-8900型全自動氨基酸分析儀測定，結果以干質量計。

1.3.8 微觀結構測定

采用掃描電子顯微鏡觀察香菇的微觀結構。將香菇干樣切成3 mm×3 mm×3 mm小塊，固定在樣品臺上，鍍膜后觀察，加速電壓1.0 kV，樣品放大500 倍和1 000 倍后采集圖像。

1.3.9 感官評價

感官評價小組由12 位評價人員（20～60 歲；男性4 位，女性8 位）組成，在評價前經過基本的味覺、嗅覺、香菇的感官屬性、標度方法培訓，培訓時間長于20 h，并且對香菇無特殊的喜愛或厭惡感。

香菇熟制方法：先在40 ℃水中復水40 min（m（干香菇）∶m（水）＝1∶40）。取100 g復水香菇樣品于1 000 mL沸鹽水（含4 g/L NaCl）中煮制5 min，撈出冷卻至室溫備用。樣品采用隨機三位數編碼，平衡排序呈送。每組感官評價3 次。

標尺采用5點數字標度，增量為0.5，量化香菇各屬性的強度，其中0表示無，5表示極強。參比樣均選用市售某品牌干香菇，復水與熟制方法與樣品一致。香菇感官屬性、定義、參比樣強度見表1[27-29]。

表1 熟制香菇感官屬性的定義及參比Table 1 Definition and reference for sensory attributes of cooked shiitake mushroom

1.4 數據處理與分析

利用Origin 9.0軟件統計實驗數據，計算平均值及標準差，并繪制圖表。應用SPSS 18.0軟件進行方差分析和Pearson相關性分析，采用Duncan新復極差法比較因素水平間的差異，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對香菇干燥曲線的影響

圖1 不同干燥方式對香菇樣品干燥曲線的影響Fig. 1 Changes in moisture content in shiitake mushrooms subjected to different drying methods

從圖1的干燥曲線可以看出，香菇水分質量分數達到13%時，TS-MVFD、FD、HAD所需時間分別是5、14、8 h。TS-MVFD在干燥過程中先是一段時間的升速干燥階段后轉為降速解析階段，沒有恒速干燥階段，且干燥時間最短，干燥速率最大。FD分為升華干燥和解析干燥階段，在解析階段需要將物料內部較緊密的結合水除去，干燥速率明顯下降，且傳熱效率低，所以在凍干過程中解吸時間較長。HAD加熱由表及里，干燥脫水速率較慢，且干燥速率保持相對較平恒。TS-MVFD對物料的穿透加熱效果要明顯優于FD，尤其是在物料水分含量低的情況下更能體現出介電加熱的優勢，比傳統冷凍干燥時間縮短一半以上[30]。

2.2 不同干燥方式對香菇色澤的影響

表2 不同干燥方式對香菇樣品色澤的影響Table 2 Effects of different drying methods on color parameters of shiitake mushroom samples

由表2可知，FD香菇干制品與新鮮樣品的色差值最小，表觀色澤與鮮香菇最接近。TS-MVFD香菇菌蓋色澤（L*、a*、b*）與FD香菇無顯著性差異（P＞0.05）。HAD香菇干制品亮度L*值最低，菌蓋顏色由灰白色褐變成深褐色，與新鮮香菇原樣色澤差異（ΔE值）最大。這可能由于干燥溫度高（約70 ℃）且時間長（8 h），非酶促褐變美拉德反應導致樣品色澤褐黑化[5]。MVFD干燥整香菇過程中，因微波的內部加熱易形成一些局部熱點，這些熱點可能促成美拉德反應以及焦糖化反應等，使物料色澤變暗淡，還可能導致物料局部燒焦[10]。采用TS-MVFD減少了局部熱點和干燥不均勻的產生，使得TS-MVFD與FD香菇干制品L*值差異不顯著（P＞0.05）。

2.3 不同干燥方式對香菇收縮率和復重系數的影響

表3 不同干燥方式對香菇樣品復重系數和收縮率的影響Table 3 Effects of different drying methods on rehydration coefficient and shrinkage rate of shiitake mushroom samples

收縮率表示產品的收縮程度，反映產品在形狀上改變的大小。由表3可知，3 種干燥方式對整香菇的菌蓋直徑和厚度收縮率的影響差異顯著（P＜0.05）。其中FD引起的收縮率最小，其次是TS-MVFD的樣品，HAD香菇菌蓋直徑和菌蓋厚度的收縮率最大，菌蓋厚度收縮一半以上（57.28%）。在FD加工時，在低溫和真空條件下，物料內部結構改變較小，因為失水的作用，菌蓋厚度有一定的減小（25.30%），整體形狀基本保持不變。TS-MVFD加工時，隨著香菇物料中水分含量逐漸減少，適當降低微波功率，能減少微波加熱的不均勻性，同時在微波能的作用下，內部加熱產生的蒸汽壓使香菇產生一定的膨化現象，避免菌體發生較大的收縮[31]。而HAD干燥過程中，由于加熱溫度高，水分散失不均勻，菌蓋直徑和厚度均產生明顯的收縮。

復重系數代表干燥產品的復水能力，從表3可以看出，TS-MVFD香菇的復重系數最大（91.40%），與FD樣品（90.16%）之間無顯著性差異（P＞0.05），表明兩種干燥方式對物料細胞和結構的破壞程度較小。HAD香菇的復水系數最低，比TS-MVFD樣品低近26.73%。這是因為HAD產品皺縮嚴重（菌蓋厚度收縮57.28%），表面硬化結殼，導致其復水困難[17]。

2.4 不同干燥方式對香菇復水能力的影響

由圖2可知，TS-MVFD香菇復水比最大，且復水速率最快，其次是FD香菇，HAD香菇樣品的復水性最差，復水120 min后，TS-MVFD、FD、HAD香菇復水比分別為7.1、6.0和4.4。在干燥過程中，受溫度或失水等因素的影響，物料內部細胞可能會發生不可逆的損傷，毛細管緊縮，組織結構會有不同程度的塌陷，從而造成物料細胞的完整性被破壞，親水性下降[32]。傳統FD產品一般擁有較好的復水特性，趙圓圓等[33]報道FD香菇復水30 min復水比達到8.9，這是因為FD加工過程中，溫度較低，能保持物料結構的完整性，使產品結構具有多孔性，復水速率較快。TS-MVFD中微波能作為提供升華熱的能量，水分子由內向外散失，使干燥速率加快；梯度降低微波功率，減少局部熱點，降低物料結構坍塌、黏連的程度，使物料細胞結構更均勻，且孔徑可能因大量冰晶快速汽化而變大，最終產品的復水性高于傳統FD產品[13]。Jiang Ning等[16]報道利用冷凍干燥聯合微波真空干燥技術加工秋葵中，微波加熱使樣品結構的膨脹有助于防止組織收縮變形，使得干物料提高復水性，這與本實驗結果相似。石芳等[34]利用低場核磁共振與核磁共振成像技術研究干香菇復水過程中水分變化規律中指出，非均勻間歇干燥組水分信號明顯強于其他各組，復水能力較強。TS-MVFD也是一種非均勻間歇干燥方式，這也可能是其復水比高的原因。HAD干燥時間長，內部水分蒸發速率也慢，對產品的結構造成了較大的損害，導致復水速率較慢，復水比低。

圖2 不同干燥方式對香菇樣品復水曲線的影響Fig. 2 Effects of different drying methods on rehydration curve of shiitake mushroom samples

2.5 不同干燥方式對香菇營養成分的影響

表4 不同干燥方式對香菇樣品營養成分的影響Table 4 Effects of different drying methods on nutrition composition of shiitake mushroom samples

由表4可知，TS-MVFD和FD香菇中游離氨基酸（3.44、3.61 g/100 g）、總糖（60.21、62.01 g/100 g）、粗多糖（7.41、7.93 g/100 g）含量顯著高于HAD樣品，接近于鮮樣，表明營養物質的損耗與加熱溫度有密切關系。HAD由于干燥溫度高且時間過長，香菇呼吸強度會短時增加，消耗糖，同時香菇內的還原糖與氨基酸類物質發生美拉德反應，從而降低多糖類和氨基酸含量[5,27]。FD加工的干香菇糖類物質損失最少，可能因為水分在冷凍干燥下由冰晶狀態直接升華，基本保持原有形狀，使得營養成分不易與其他物質發生反應或產生流失[31]。MVFD加工溫度很低，但微波能量高，加熱不均勻，尤其在干燥后期，當水分含量降低，微波能會造成香菇局部發生美拉德或焦糖化反應，從而減少香菇中糖類及游離氨基酸含量[15]。但根據物料中水分含量下降的規律，通過階段梯度改變微波功率，可使微波能量發揮最大效率，減少局部熱點，使得氨基酸和糖類物質保留更多。

表5 不同干燥方式對香菇樣品游離氨基酸含量的影響Table 5 Effects of different drying methods on contents of free amino acids in shiitake mushroom samples

表6 不同干燥方式對香菇樣品中鮮味、甜味、苦味游離氨基酸含量的影響Table 6 Effects of different drying methods in contents of umami,sweet, bitter free amino acids in shiitake mushroom samples

氨基酸不僅是人體所需重要的營養物質，具有促進蛋白質合成等各種生理活性，同時也是重要的呈味物質[35]。根據游離氨基酸的呈味規律，其可分成甜味游離氨基酸（甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸等）、苦味游離氨基酸（纈氨酸、蛋氨酸、精氨酸等）和鮮味游離氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）[36]。不同干燥方式香菇中游離氨基酸含量如表5所示，游離氨基酸含量由高到低依次為：FD香菇＞TS-MVFD香菇＞HAD香菇（P＜0.05），但TS-MVFD香菇游離氨基酸含量與FD香菇相比差異低于5%。從表6可看出，TS-MVFD香菇中的鮮味游離氨基酸含量顯著高于FD樣品，甜味游離氨基酸含量雖然低于FD樣品，但差異不顯著（P＞0.05），苦味游離氨基酸含量顯著低于FD香菇，但顯著高于HAD香菇。因此在味覺上，TS-MVFD香菇的鮮、甜滋味理論上要高于FD和HAD樣品。有研究表明鮮味游離氨基酸和甜味游離氨基酸的滋味活度值（taste active value，TAV）相對較高，而苦味游離氨基酸的TAV相對偏低[37]。這也說明香菇中鮮味和甜味氨基酸呈味占主導，總體風味不呈現苦味。

2.6 不同干燥方式對香菇微觀結構的影響

圖3 不同方式干燥的香菇微觀結構Fig. 3 Microstructure of shiitake mushrooms subjected to different drying methods

不同的干燥方式對香菇的內部結構有很大的影響。圖3是3 種干燥方式下香菇樣品截面的微觀結構。TS-MVFD樣品的微孔分布多，蜂窩狀結構比較均勻，但孔隙較大（圖3A），FD樣品截面呈多孔性的蜂窩狀網狀結構，微孔分布大小相近且均勻，可知細胞結構受到破壞較小（圖3B）。TS-MVFD因微波加熱具有內源性，加熱熱傳導阻力小，梯度改變功率具有高效性，有利于提高物料的內外蒸汽壓差，同時物料中冰晶在短時間內快速升華，結構孔徑變大，因此TS-MVFD干燥樣品的微觀孔洞大于FD樣品[11]。這些大孔徑和孔隙會增強物料的吸水能力，因此TS-MVFD香菇干制品的復重系數和復水比較高。HAD樣品的結構掃描圖中其多孔蜂窩狀結構非常不明顯，纖維結構有層疊現象，細胞壁結構坍塌，說明樣品細胞結構產生嚴重破壞。所以HAD香菇表面會產生皺縮，收縮率比較大，復水能力差。

2.7 不同干燥方式對香菇感官品質的影響

3 種干燥方式的香菇干制品復水并且熟制后的感官特性見圖4。在咀嚼過程中，TS-MVFD香菇樣品的香菇味最濃，甚至超過了HAD樣品；在鮮味、甜味和回甘屬性上均最高。香菇樣品中總糖、粗多糖、游離氨基酸含量與樣品的回甘、鮮味屬性呈極顯著正相關（表7）。有研究報道真空微波冷凍聯合干燥的蘋果片感官品質總分高于微波真空干燥蘋果片，風味的評分接近FD蘋果片，這與本實驗中TS-MVFD、FD樣品感官特性相似[15]的結果一致。在口感方面，HAD樣品的口感較硬，咀嚼比較費力，而FD和TS-MVFD樣品較容易咀嚼；在彈性、嫩度、多汁性方面，TS-MVFD香菇的得分最高，且在殘渣屬性上是最低的。TS-MVFD加工使香菇干制品內部蜂窩狀結構均勻，空隙稍大，所以復重系數大，導致多汁性、彈性和嫩度強度更高。

圖4 不同干燥方式對熟制香菇的感官特性影響Fig. 4 Effects of different drying methods on sensory characteristics of cooked shiitake mushrooms

表7 3 種干香菇的總糖、粗多糖、游離氨基酸含量與感官風味屬性強度的相關性Table 7 Correlation of contents of total sugar, crude polysaccharides and free amino acids with intensity of flavor attributes for three dried shiitake mushroom samples

3 結 論

TS-MVFD加工完整香菇，提高了微波效能，減少了加熱不均勻性。與FD、HAD加工相比較，TS-MVFD加工時間更短，產品復水性更高，且營養成分（總糖、粗多糖、游離氨基酸）接近FD樣品。TS-MVFD香菇微觀結構保持較好，微孔分布均勻，且空隙略大于FD香菇。復水熟制后，TS-MVFD香菇樣品的風味、口感優于HAD和FD干燥產品。因此，TS-MVFD干燥香菇品質較優，且相對干燥時間短，是一種有推廣價值的干燥方式。