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食用菌干燥技术研究进展

2022-11-27张越翔吴小恬石启龙

中国果菜 2022年1期
关键词:含水率真空微波

张越翔,刘 静,吴小恬,赵 亚,石启龙

(山东理工大学农业工程与食品科学学院,山东淄博 255000)

食用菌是指子实体硕大、可供食用的大型真菌,通称为蘑菇,富含植物蛋白、维生素和矿物质,热量和脂肪含量低,食药兼用,被联合国粮农组织推荐为健康食品。食用菌具有独特的质地和风味、丰富的营养物质以及珍贵的药用价值,在世界各地大量种植,成为最受人们欢迎的食物之一[1-2]。我国是食用菌生产大国,产量占世界食用菌总产量的43%,而且种植规模不断扩大、品种不断增多[3]。食用菌含水率高(70%~95%),呼吸旺盛,采后贮运过程中极易出现褐变、开伞、腐烂、水分丧失、木质化等腐败变质现象;此外,食用菌贮运费用高且容易出现机械损伤,降低其营养价值和商品性,采后经济损失较大,严重制约了其在市场上的流通[4-6]。

干燥是食用菌常用的加工方式,能将食用菌含水率和水分活度(water activity,aw)降低到一定程度,有效解决其货架期短的问题,降低贮运成本[7];且食用菌在干燥过程中,可以生成新的挥发性物质,提高其特征性风味[8]。干燥方法直接影响食用菌干制后的外观(色泽、形态)、味道(香气、风味)和营养成分,因此,选择适宜的干燥方法降低食用菌水分含量和aw,对提高其特征性风味,延长其货架期尤为重要。基于传统干燥、新型干燥及联合干燥等3 个方面,本文阐述了国内外食用菌的干燥方法及其研究现状,分析了食用菌干燥领域的发展趋势,以期为食用菌干燥产业的发展提供参考。

1 传统干燥技术

食用菌传统干燥方式包括自然干燥和热风干燥,具有操作简单、可大批量工业生产等优点。但是,相比于新型干燥与联合干燥技术,其干燥效率低、产品质量欠佳,随着人们生活水平的不断提高,传统干燥方式逐渐被新型干燥技术取代。

1.1 自然干燥

自然干燥(natural drying,ND)包括晒干和阴干,是一种在阳光直射或阴凉通风处,借助阳光照射或空气和风的自然流动除去食用菌内部水分的方法,该法无需投入特殊设备,成本低且操作简单,但干燥过程不易控制,受环境影响较大且卫生水平堪忧。此外,产品的外观品质无法保证,营养成分容易破坏。因此,目前食用菌自然干燥应用较少[9-10]。

1.2 热风干燥

热风干燥(hot air drying,HAD)基于热量传递系统,以空气为传热介质,利用鼓风机或加热器将热空气不断吹入干燥室内,使热风在干燥室内产生对流,提高物料表面温度,使物料水分蒸发,达到干燥的目的[11-12]。

采用HAD 处理的食用菌常见于方便食品中,食用菌脱水后其质构、复水特性以及风味物质都是评价干燥品质的重要指标。Xu 等[13]采用高温预加热处理(45、55、65、75 ℃,30 min),然后进行传统HAD(首先45 ℃、4.5 h,然后60 ℃、4.0 h),探究高温预处理与HAD 香菇整体质量之间的关系,结果表明,高温预加热处理显著影响干香菇的整体质量,提高了香菇的复水率和硬度,降低了收缩率、褐变度和甲醛含量,而且有利于风味物质的形成。Qin 等[14]研究了温度60 ℃时,HAD 不同干燥阶段香菇特征香气的变化,结果表明,香菇中挥发性化合物分为3 个阶段:早期(<2 h)、中期(2~3.5 h)和后期(>3.5 h),鲜香菇具有香菇味和泥土气味,其特征香气成分为3-辛醇和3-辛酮,早期呈现大蒜味和臭鸡蛋味,是释放二甲基三硫化物、茴香硫醚、2,3,5-三硫杂环己烷和环状硫化合物所致;干燥中期臭鸡蛋味消失,出现焙烤香气;干燥后期香气由炒香到焦香,这主要是由于焦糖化反应和美拉德反应所生成的酯类和芳香化合物所致。

HAD 过程中通过控制干燥室内湿度可有效改善食用菌干燥特性与品质。李星仪等[15]将计算机视觉在线检测技术应用于HAD,采用连续排湿、全程设定恒定相对湿度(relative humidity,RH)、阶段降低RH、后期迅速降低RH 等4 种RH 控制方法干燥去柄香菇,综合考虑干香菇品质与干燥速率,连续排湿为香菇HAD 推荐排湿方式,其次采用全程设定恒定RH 为30%,后期迅速降低RH。Liu 等[16]首次提出了杏鲍菇片HAD 过程中,通过控制湿物料水分蒸发速率从而控制干燥室内RH 的加湿策略,温度60 ℃、风速3 m/s 条件下,研究了干燥初期加湿时间(0、15、30、45 min)对干燥过程及干制品的影响,结果表明,加湿30 min 可有效改善产品质量,缩短15%干燥时间,降低23%干燥能耗,提高干燥系统的可持续性。

HAD 设备简易,操作简单,加工成本低,适用于工业上大批量食用菌的干燥,但干燥效率低、时间长,能耗高、成品质量差,限制了HAD及其设备的发展[17-18]。因此,HAD常与其他干燥方式联合使用,取得良好的干燥效果。

2 新型干燥技术

传统干燥方式不能保证产品质量的稳定性,因此应用于食用菌干燥的更多新型干燥技术相继出现,主要有热泵干燥、真空冷冻干燥、太阳能干燥、红外辐射干燥、微波干燥及真空干燥等。

2.1 热泵干燥

热泵干燥(heat pump drying,HPD)系统分为制冷剂回路与干燥介质回路两个子系统,工作时,冷凝器将干燥室内低温空气加热成高温低湿空气,传至干燥室,而热空气途经干燥室变成温湿空气,继续循环流动流经蒸发器表面,实现降温、除湿;空气在由低温、低湿→高温、低湿→高温、高湿→低温、低湿的循环过程中实现物料除湿,故HPD 又称热泵除湿干燥[19-20]。HPD 具有能效高、环境污染小、干燥条件范围广、产品质量高等优点,因此,广泛应用于生鲜食品如果蔬、食用菌的干燥。

目前HPD 应用于食用菌干燥领域主要集中于工艺流程探索及参数优化方面。沈文龙等[21]研究了杏鲍菇HPD特性并优化了干燥工艺参数,得到杏鲍菇HPD 最佳工艺为初始温度50 ℃,温度增量7 ℃,铺料密度2.9 kg/m2。王教领等[22]在HPD 系统中引入转轮,优化得到杏鲍菇转轮HPD 最佳工艺参数,即再生温度87 ℃,干燥温度50 ℃,转换点RH 45%,杏鲍菇干制品的色差、复水比与除湿能耗比分别为22.89、4.028 和2 633 kJ/kg。聂林林等[23]研究了干燥温度、风速及装载量对HPD 香菇品质的影响,结果表明,干燥温度、风速和装载量分别为50 ℃、3 m/s 和1 500 g 时,香菇干制品质量最佳。

2.2 真空冷冻干燥

真空冷冻干燥(vacuum freeze drying,VFD)将真空技术、低温技术以及传热工程等结合于一体,通过预先冷冻物料,使其内部水分转变为冰晶,然后在高真空条件下使冰晶升华的过程,是国际上公认的优质干燥方法[24]。

国内有许多利用VFD 技术对食用菌进行干燥的研究。杨玲等[25]研究了HAD、VFD、速冻VFD 等3 种干燥方式对松露品质的影响,综合分析干制松露的复水率、粉碎度、感官质量、含水率、营养成分,试验得出VFD 为松露的最佳干燥工艺。陈健凯[26]采用单因素与正交试验优化了香菇VFD 工艺,得到最佳工艺参数为真空压力0.08 kPa,加热板温度40 ℃,装载量6 kg/m2,预冻速度4 ℃/min。马宁等[27]采用HAD 与VFD 分别处理印度块菌,以复水特性、营养成分、感官品质及微观结构为评价指标,通过低场核磁共振分析印度块菌干燥过程中水分分布和迁移状态,结果表明,VFD 为印度块菌的最适干燥方式。

尽管VFD 干燥时间长且费用昂贵,但与其他干燥方式相比,VFD 可以最大程度地保持食品质量[28]。VFD 应用于新鲜食用菌脱水,可有效地保留食用菌原有的色泽与风味,减少营养素与生理活性物质的损失,进而获得高品质食用菌干制品,尤其适用于冬虫夏草、羊肚菌等珍奇、名贵食用菌的干燥。

2.3 太阳能干燥

太阳能干燥(solar drying,SD)分为吸收式和对流式,其中,吸收式通过加透明盖板实现对物料直接曝晒;对流式则以空气为工质,利用太阳能集热器加热空气,物料与干燥器内的热空气实现对流换热,使其水分汽化,物料得以干燥[29]。

姚利利[30]研究了干燥温度(50、55、60、65 ℃)、干燥风速(4、6、8、10 m/s)、干燥量(2、4、6、8 kg)对香菇失水特性的影响,结果表明,干燥温度和风速越高、干燥量越低,香菇的干燥速率越快,干燥时间越短;采用单因素试验和正交试验,以干燥时间和能耗为指标,得到香菇适宜的SD 工艺参数:干燥温度55 ℃,干燥风速8 m/s,干燥量6 kg。王娅等[9]探究了HAD、VFD 和SD 等3 种干燥方式对香菇干制品品质的影响,综合考虑产品收缩率、硬度、复水率、干燥时间、营养素保留率和能耗等指标,SD 为香菇最合理的干燥方式。

SD 具有节能、环保等优点,但与ND 类似,易受空气质量及环境温度、RH 影响,不能保证干制品品质,因此,如何维持稳定的太阳能供应,提高其热效率与可控性是未来SD 的研究重点。

2.4 红外辐射干燥

红外辐射干燥(infrared radiation drying,IRD),简称“红外干燥”,通过红外线辐射物料,物料吸收红外线,当物料分子固有振动频率与红外辐射频率相同或接近时,产生类似物理学的“共振”现象,辐射能转化成热能,此时物料内外温度同时升高,导致物料内部水分外迁并且使其表面的水分蒸发达到干燥目的[31]。IRD 具有成本低、干燥效率高、热量分布均匀、便于温控、营养损失小且兼有杀菌和抑制酶活性等优点,因此,广泛应用于食用菌干燥领域。

国内学者对食用菌IRD 进行了工艺优化,以得到优质干制食用菌。麦馨允等[32]探究了不同因素对白玉菇IRD干燥特性及品质的影响,并进一步优化得到最佳工艺参数:远红外温度60 ℃,切片厚度4 mm,装载量15 g/dm2,此条件下得到白玉菇的白度值、VC 含量、复水比与感官评分分别为37.81、14.52 mg/100 g、3.12 和91。郭玲玲等[33]通过响应面法优化得到中短波红外干燥(MIRD)香菇的最佳工艺参数为干燥温度55 ℃、辐照距离120 mm、切片厚度4.5 mm,此参数下得到香菇的白度值、复水比、硬度、氨基酸含量和总糖含量分别为58.56、5.32、495.63 g、818.12 mg/100 g 和281.37 mg/g。

Zhao 等[34]比较了远红外辐射干燥(FIRD)、VFD、HPD、HAD 和HAD-瞬时控制压降干燥(即瞬时压差膨化干燥,DIC)对香菇干燥效率与品质特性的影响,结果表明,与HPD、HAD 和HAD-DIC 相比,FIRD 香菇收缩率及色差值更小,硬度和复水率更高,VFD 和FIRD 香菇的蛋白质和多糖保留率更高,FIRD 比VFD 干燥时间少66.25%,且风味成分数量多,FIRD 香菇的整体质量最好。Zhao 等[35]研究了HAD 和FIRD 过程中,香菇水分状态、分布和微观结构的变化,结果表明,FIRD 香菇的干燥时间更短(630 min),水分含量更低(0.07 g/g,w.b.),干燥产品的玻璃化转变温度更高(7.88 ℃),且菌盖直径大(3.4 cm),复水率高(7.31),硬度低(37.93 N),脆度高(1.41 mm),FIRD 通过在较短干燥过程中增强内部水分扩散和减轻表面硬化作用而得到优质香菇干制品。

2.5 微波干燥

微波干燥(microwave drying,MWD)利用介质损耗原理,微波发生器将微波辐射到物料上,介电材料与微波电磁场相互耦合,形成各种功率耗散进而达到能量转化目的。能量转化方式包含多种,离子传导和偶极子转动是微波加热的主要原理。微波加热通过被加热物料内部偶极子的高频往复运动,产生“内摩擦热”和“极化能”,微波能量转换成介质热能,物料内部和表层同时升温,物料水分蒸发达到干燥目的[36]。

陈君琛等[37]讨论了微波功率与装载量对香菇MWD的影响,建立了多种干燥动力学模型,研究发现,其他干燥条件一定时,微波功率越高、装载量越少,干燥速率越快;Page 方程可准确预测MWD 过程中香菇含水率变化。张志勇等[38]探究香菇在不同微波强度下的干燥特性,提出分段变功率MWD 工艺:前、后期微波强度分别为2.4、0.8 W/g,缓苏5 min,此工艺提高了微波能利用率,解决了MWD 后期“热失控”现象。

MWD 的高生产效率以及营养物质损失小的特点,使其在食用菌干燥中潜力巨大,但干燥后期由于水分扩散不均匀容易因过热出现物料边角焦化现象,产品均匀性得不到保证,未来研究应重点解决MWD 物料局部过热问题。

2.6 真空干燥

真空干燥(vacuum drying,VD)是使物料处于真空条件下,通过降低压强以降低水的沸点,并通过适当加热方式,达到负压状态下水的沸点,以脱除物料水分的一种干燥方式。VD 具有干燥速度快、温度低、氧气含量低、干制品品质优等特点,但设备成本较高。

Šumic 等[39]采用响应面法优化了鸡油菌VD 工艺,得出鸡油菌aw最小化和复水比最大化的优化条件为温度50 ℃,真空压力10 kPa;总酚含量最大化的优化条件为温度55 ℃,真空压力10 kPa。Šumic 等[40]以干燥温度、真空压力为自变量,以含水率、aw、总酚含量、抗氧化能力和总色泽变化作为香菇品质评价指标,通过响应面分析得到香菇VD 最优工艺参数为温度57.1 ℃,真空压力10 kPa。Deng 等[41]采用响应面法探究油炸温度、真空压力和油炸时间对真空油炸香菇片品质的影响并得到了最佳工艺参数,结果表明,随油炸温度降低和真空压力增加,香菇片脆性与感官值增加,色差和总油量降低;油炸时间增加则会导致测试范围内所有响应值增加,仅脆性28 min 后下降;在最优真空油炸工艺参数下,即油炸温度105 ℃、真空压力0.085 MPa、油炸时间27.3 min,相比于传统常压油炸方式,香菇脆片的总油量降低33.54%,感官值增加18.78%。

3 联合干燥技术

单一干燥方式具有一定的局限性,联合干燥技术则可以根据食用菌特性,将多种干燥方式进行分阶段优化组合,以提高干燥速率,降低生产成本,改善成品品质。

3.1 热风相关联合干燥技术

3.1.1 热风-真空联合干燥(HA-VD)

相比于单一HAD 与VD,HA-VD 能够在提高生产效率和产品质量的基础上有效降低干燥成本。邵平等[42]研究表明,60 ℃HAD 与不同温度(50、60、70 ℃)VD 联合干燥银耳,干制品复水比、收缩率、多糖含量分别不低于12、60%、22%,银耳具有良好的微观组织结构;此外,相比于单一的VD 和VFD,HA-VD 成本分别降低了19%和51%。陈君琛等[43]采用3 因素2 次旋转组合试验设计,综合分析了干燥杏鲍菇的色泽、硬度、感官评分和干燥速率,得到杏鲍菇HA-VD 优化工艺参数为HAD 温度60 ℃,转换点含水率≤78%,VD 温度55 ℃、压力-90 kPa,此条件下的干制杏鲍菇品质较优,能耗较VD 降低了57%,但高于HAD。

3.1.2 热风-微波联合干燥(HA-MWD)

HA-MWD 干燥速率快、能耗低、干制品品质高,既改善了HAD 难以深入物料内部、干燥速率低、物料表层容易硬化的问题,又提高了MWD 的均匀性,广泛应用于食用菌干燥领域。

高伦江等[44]比较了HAD 与HA-MWD 对香菇干燥速率及品质特性的影响,结果表明,HA-MWD 在干燥速率、复水特性及外观色泽等方面均优于HAD,HA-MWD 产生了干香菇的重要风味化合物。Wang 等[45]探究了HAD、IRD 和间歇微波辅助HAD 对香菇干燥动力学及品质特性的影响,研究表明,间歇微波辅助HAD 可大大缩短干燥时间,提高干燥速率,且多糖含量最高,生成的香味物质种类及数量最多。

3.1.3 热风-红外联合干燥(HA-IRD)

HAD 以蒸发汽化的方式除去物料表面水分,内部水分由于水分梯度不断向表面扩散,IRD 则可使物料内外水分同时加热,内部水分外迁同时使其表面水分蒸发,HA-IRD 具有明显的协同增效作用,干燥速率优于单一干燥[46]。高雪[47]比较了HAD、MIRD、MIRD-HAD 及HADMIRD 对香菇硬度、收缩率、复水比、蛋白质、总糖、挥发性成分、干燥时间和单位能耗的影响,结果表明,香菇干制品综合品质和单位能耗相对较优的干燥工艺为MIRD(70 ℃)-HAD(50 ℃),转换点含水率70%。

3.2 热泵相关联合干燥技术

HPD 过程中,由于干燥室温度较低,干燥后期,物料内部结合水较难去除,干燥速率明显降低,导致干燥时间增加,能效降低,食用菌干制品品质下降。将HPD 与其他干燥方式相结合,可以避免/减缓HPD 工作温度受限和对流干燥不足的难题[48],加快食用菌干燥速率,提高食用菌干制品品质。

3.2.1 太阳能辅助热泵干燥(SA-HPD)

SA-HPD 是一种适应性较强的干燥方式,可根据室外环境选择和切换模式,更高效、节能,该系统成本低、质量好、可持续性强,可用于生产高质量产品和提高效率,产品可以在更少的能量投入和更可控的条件下干燥。

Xu 等[49]比较了独立太阳能干燥系统(ISDS)、独立闭式热泵干燥系统(ICHPDS)以及闭式、开式、半开式太阳能辅助热泵干燥系统(SA-HPDS)等5 种干燥模式下香菇的干燥特性,结果表明,SA-HPDS 在各模式下性能良好,且易于进行不同模式间的切换,适用于较弱的太阳辐射强度,可根据进风温度和RH 决定3 种模式(封闭、开放和半开放),干燥后期切换到SAHPDS 封闭干燥模式,与相同条件下的ICHPDS 相比,节能率达到37.96%。Sevik 等[50]探究HPD、SD 和SA-HPD 等3 种干燥方式对蘑菇干燥效果的影响,结果表明,SA-HPD 有利于提高热效率,且SA-HPD 系统性能参数值优于HPD 系统。此外,温度45 ℃和质量流量310 kg/h 下可获得优质产品。朱传辉等[51]设计了一种新型SA-HPD 装置,并以香菇为原料进行了实验验证,在温度50、60 ℃,风速2~3 m/s条件下,相比于SD 和HPD,SA-HPD 的干燥时间最短,干燥后的香菇为黄褐色,品质较好。SA-HPD 的系统性能参数高于单独使用HPD 的系统性能参数,能量利用率较高,节能环保。

3.2.2 真空热泵干燥(VA-HPD)

HPD 热效率高,但干燥时间长,VD 能耗较高,但干燥速率快、产品质量高,将HPD 与VD 有机结合,可以实现优势互补,获得低能耗、高品质食用菌干制品。

Artnaseaw等[52]研究了干燥温度50~65 ℃、真空压力0.01~0.04 MPa 条件下,香菇的VA-HPD 干燥特性,采用9 种薄层干燥模型拟合数据,结果表明,随着干燥温度的升高或真空压力的降低,香菇的干燥时间减少、颜色降解速率增大,干燥温度对香菇的复水能力影响不显著,复水能力随真空压力的增大而增加;Midilli et al.为描述香菇VA-HPD 的最适模型。程慧等[53]探究香菇VA-HPD 的热泵温度、真空度和转换点含水率对产品质量和单位能耗的影响,并与HPD 和VD 相比较,确定了最佳联合干燥参数:HPD 温度49 ℃,转换点含水率56%,真空压力0.11 kPa,此条件下香菇的感官评分、复水比、硬度和单位能耗分别为8.3、2.72、3.61 N 和345.01 kJ/g。Goh 等[54]设计了一种在中温(30~40 ℃)环境运行的2 级减压电阻真空热泵干燥装置,该设备生产的干制香菇含水率、β-葡聚糖、功能成分和抗氧化活性等方面均优于ND 和HPD,且具有较高的能效。

3.3 微波相关联合干燥技术

MWD 与其他干燥联合,可以有效解决MWD 后期出现局部过热而导致产品质量下降的问题,其中,微波真空联合干燥(MW-VD)、微波真空冷冻干燥(MW-VFD)在食用菌干燥领域具有良好的应用前景。

3.3.1 微波真空干燥

MW-VD 结合了MWD 和VD 的优点,产品质量和能效显著提高。Tian 等[12]评估了HAD、VD、MWD 和MW-VD对整个香菇品质和挥发性化合物的影响,研究发现,MW-VD 可获得优质脱水香菇,干制品最大限度地保留营养素和色泽,产品具有均匀、蜂窝状结构。但MW-VD存在干燥后期物料温度急剧升高,导致产品外观、风味变差等问题。Zhao 等[55]研究了缓苏处理对茶树菇MW-VD干燥特性和干制品理化特性的影响,通过增加缓苏中间水分、温度、时间,减少RH,进而缩短有效干燥时间,与单纯MW-VD 相比,缓苏处理最大限度地提高了茶树菇的复水率、多糖和游离氨基酸含量,且色泽良好。

3.3.2 微波真空冷冻干燥

MW-VFD 目的是使物料中水分在整个干燥过程中尽可能以冰晶形式存在,以升华方式去除物料水分。相比于VFD,MW-VFD 的干燥效率和整体能耗显著改善[56-57],且产品与VFD 品质相当,最大程度保留了新鲜物料的外观、风味和营养物质。

朱彩平等[58]探讨了微波功率、转换点含水率和干燥时间对平菇MW-VFD 效率、含水率、复水比和感官评价的影响,得到最优干燥组合:微波功率300 W、转换点含水率37%、干燥时间11 h。段续等[59]研究了不同微波比功率(0.25、0.5、0.75 W/g)及真空压力(0.05、0.10、0.15 kPa)对双孢蘑菇MW-VFD 动力学和品质特性的影响,综合考虑有效水分扩散系数、白度、VC 保存率、复水比、收缩率、能耗及感官评分,确定了双孢蘑菇MW-VFD 最佳微波比功率0.25 W/g,真空压力0.10 kPa。

基于孔隙率变化,Liu 等[60]探究了固定微波加载程序(2、3、4 W/g)和动态微波加载程序(0~300 min、3 W/g;300~450 min、2 W/g;450~540 min、4 W/g)对双孢蘑菇干燥特性与品质的影响,表明动态微波加载方法可有效提高双孢蘑菇干燥速度和品质。

3.3.3 远红外-微波联合干燥(FIR-MWD)

相比于单一FIRD 与MWD,FIR-MWD 可降低生产成本,获得高质量干制食用菌。刘正怀等[61]比较了FIRD、MWD 及FIR-MWD 对香菇干燥性能和品质的影响,结果表明,FIRD 和MWD 包含加速干燥、恒速干燥和降速干燥3 个阶段,但MWD 的加速干燥阶段很短,很快进入恒速干燥阶段。FIR-MWD 处理的香菇质量最佳且能耗较低,其最佳工艺参数为FIRD 温度66.81 ℃,转换点含水率53%,MWD 功率1.13 W/g。

3.3.4 微波真空-红外干燥(MV-IRD)

MV-IRD 结合了微波加热和红外加热两种不同加热机制,二者产生协同作用,可大大提高干燥速率,得到高品质产品。Kantrong 等[62]采用MVD 和MV-IRD 等2 种方式干燥香菇,探讨微波功率(56、143、209、267 W)、绝对压力(18.66、29.32、39.99、50.65 kPa)和红外功率(0、100、200 W)对干燥特性、品质和比能耗的影响,结果表明,干燥速率随绝对压力、微波功率和红外功率的增加而增大,MV-IRD 可以改善香菇的色泽、复水率和复水香菇的质构。综合考虑香菇品质和能耗,MV-IRD 最佳干燥条件为微波功率267 W,绝对压力18.66 kPa,红外功率200 W。

3.4 瞬时压差膨化联合干燥

瞬时压差膨化干燥(instant controlled pressure drop,DIC),又称爆炸膨化干燥(explosion puffing drying)、气流膨化干燥(pneumatic puffing drying)等。该技术基于产品的热机械效应,在膨化干燥过程中对温度、压力和时间进行精准调控,以瞬间泄压的形式触发压力由高到低的瞬间变化,使物料从相对较高的蒸汽压力环境中迅速过渡到真空,引起物料水分瞬间汽化、闪蒸,被干燥物料体积膨胀,形成多孔性疏松结构,最终实现物料的快速干燥[63-65]。DIC 对物料的含水率有一定的要求,故DIC 常与其他干燥方式联合使用。

刘增强等[66]采用VFD 将香菇含水量控制在30%,通过单因素与响应面分析法优化得到香菇脆片DIC 最佳工艺:切片厚度7 mm、膨化温度90 ℃、压力差0.2 MPa、干燥温度80 ℃、停滞时间12 min、干燥时间68 min。郭玲玲等[67]采用MIRD-DIC 生产香菇脆片,分析产品含水率、硬度、白度、复水比、氨基酸和总糖含量,得到最优联合干燥工艺:MIRD 含水率35.42%,DIC 干燥温度56.88℃、干燥时间0.88 h。刘丽娜等[68]采用HAD 将香菇柄预干燥后,采用响应面法优化得到香菇柄DIC 最佳工艺:膨化温度86 ℃,干燥温度69 ℃,干燥时间2 h,此条件下制得的香菇柄膨化效果较好,含水率、色差值和膨化度分别为3.83%、42.29 和0.685。

3.5 其他联合干燥技术

3.5.1 红外-真空联合干燥(IR-VD)

IR-VD 使物料处于真空条件下,内部水分沸点降低,由红外辐射提供热源,通过热传导和热辐射2 种方式对物料进行加热,蒸发和沸腾同时进行,传热传质效率高、干制品品质好[69-70]。Salehi 等[71]研究了红外辐射功率(150、250、375 W)和真空压力(5、10、15 kPa)对IR-VD双孢蘑菇切片的干燥动力学的影响,结果表明,红外功率与真空压力均影响菇片的干燥时间,水分比主要受红外功率的影响,而受系统压力影响很小;Page 模型能较好地描述IR-VD 双孢蘑菇切片的干燥特性。

3.5.2 冷冻干燥-红外联合干燥(VFD-IRD)

VFD 干燥时间长,能耗高,而IRD 干燥效率高、热量分布均匀,二者联合干燥可优势互补,联合干燥的分段节点同样影响干制食用菌的品质。Wang 等[72]探究冷冻干燥前和冷冻干燥后,采用中红外干燥(MIRD)对香菇干燥特性及品质特性的影响,并与VFD 香菇比较,结果表明,联合干燥可以缩短干燥时间,如与VFD 香菇相比,FD(4 h)-MIRD 可节省干燥时间48%;MIRD(15 min)-FD 可节省干燥时间30%。与VFD 相比,VFD-MIRD 香菇的色泽、复水比、表观密度和微观结构无显著变化,应用MIRD 有助于产生更多的微孔结构。MIRD 与VFD 组合显著影响香菇风味物质保留率,引起含硫物质增加。总而言之,FD(4 h)-MIRD 可替代VFD,二者所得香菇干制品品质无明显差异。

4 食用菌干燥产业发展趋势

4.1 优化食用菌干燥预处理技术

各种干燥方式均会对食用菌的外观、风味、营养成分等品质产生一定的影响,适当的预处理可改善干燥对食用菌品质的影响,热力和非热力预处理包括热烫、渗透脱水、真空浸渍调味、冻融,成膜、低温等离子体、高压电场、超声波处理等,选择合适的预处理方式对提高食用菌干制品品质尤为重要。

4.2 加强食用菌干燥水分状态分布规律研究

食用菌干燥过程中会出现水分梯度,水分的内扩散与外扩散同时进行,相辅相成,相互制约,干制品品质受扩散速度差影响,深入探究食用菌干燥过程中水分状态分布及其与干燥介质之间的关联性,有助于调控干燥参数,实现干制品品质调控的目的。

4.3 开发新型联合干燥技术

食用菌结构组织差异较大,打破传统联合干燥方式的局限,开发适宜各种食用菌自身的新型联合干燥方式,确定联合干燥顺序、含水率转换节点及工艺参数,发挥联合干燥的优势,有利于提高食用菌干燥速率与干制品质量,降低总成本。

5 结语

干燥是减少食用菌采后损失的重要举措,有利于延长产品贮藏期和货架期,对食品安全和国民健康具有重大意义。本文综述了食用菌干燥技术的研究进展,阐述了不同干燥方式的基本原理与技术特点,分析了食用菌干燥产业发展前景,为食用菌干燥行业提供一定的参考,并为食用菌干制提供市场化的发展方向。食用菌干燥方法在不断完善自身技术与设备的同时,与其它干燥方式相结合的联合干燥将向着更深、更广的方向发展,应用前景广阔。

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