超聲波處理對(duì)香菇冷凍干燥過程的影響

段 續(xù) 任廣躍 朱文學(xué) 劉云宏

（河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

超聲波處理對(duì)香菇冷凍干燥過程的影響

段 續(xù) 任廣躍 朱文學(xué) 劉云宏

（河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽 471003）

針對(duì)目前香菇進(jìn)行深加工采用的熱風(fēng)干燥以及腌制等加工手段，造成其產(chǎn)品外觀質(zhì)量差，嚴(yán)重影響其商品價(jià)值的情況，采用真空冷凍干燥方法。為了縮短香菇冷凍干燥時(shí)間，對(duì)香菇進(jìn)行超聲波預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)正交試驗(yàn)優(yōu)化后的超聲波預(yù)處理（超聲波功率300 W，處理時(shí)間10 min，脈沖5 s∶3 s）可提高香菇冷凍干燥速率，使其干燥時(shí)間縮短29.4%，而且可以獲得更好的復(fù)水性（可提高約29%）。

香菇；超聲波；預(yù)處理；冷凍干燥

香菇富含蛋白質(zhì)、抗壞血酸和多種氨基酸［1］。目前對(duì)其進(jìn)行深加工主要是采用自然晾曬、熱風(fēng)干燥、腌制以及制成罐頭等加工手段。自然晾曬和熱風(fēng)干燥產(chǎn)品外觀質(zhì)量差，尤其是干燥過程的高溫處理對(duì)香菇的生物活性成分破壞嚴(yán)重，衛(wèi)生條件也較差，很難達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)；腌制和罐頭產(chǎn)品外觀品質(zhì)較好，但大量的鹽分和防腐劑處理嚴(yán)重降低了菌類作為營(yíng)養(yǎng)健康食品的重要附加值［2，3］。

近年凍干食品在歐美日等脫水食品市場(chǎng)開始占據(jù)主流地位，美國(guó)和日本市場(chǎng)上出售的脫水食品中，凍干食品已占了40%以上。國(guó)際市場(chǎng)上真空冷凍干燥食品價(jià)格是熱風(fēng)干燥食品的46倍，是速凍食品價(jià)格的78倍，市場(chǎng)占有量正逐年遞增［3］。近年來為了提高香菇的干燥品質(zhì)，中國(guó)也有學(xué)者［3－6］將凍干技術(shù)用于香菇的脫水，對(duì)香菇冷凍干燥的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，但由于香菇自身傳熱傳質(zhì)條件的限制，即使切片后其所需干燥時(shí)間依然很長(zhǎng)，通常要12 h以上。

近年來，有學(xué)者［7－9］將超聲波用于食品原料的滲透脫水處理、干燥前處理等方面，都取得了節(jié)約干燥時(shí)間的效果。因此，在凍干處理前對(duì)食品進(jìn)行超聲波預(yù)處理，有可能增加凍干過程中的水分遷移速度，從而降低真空冷凍干燥的成本。

本試驗(yàn)的目的就是將超聲波用于高品質(zhì)香菇冷凍干燥前處理，研究香菇經(jīng)過超聲波預(yù)處理之后對(duì)其真空冷凍干燥速率的影響及其變化規(guī)律，并得出較優(yōu)的超聲波預(yù)處理工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

香菇：市售，要求新鮮、大小均勻、無損傷、無腐爛。

1.2 主要儀器設(shè)備

速凍機(jī)：HLSY－Ⅱ型，鄭州亨利制冷設(shè)備有限公司；

冷凍干燥機(jī)：GLZ－0.2型，上海浦東冷凍干燥設(shè)備有限公司；

電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱：202型，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；

超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：JY92－ⅡDN型，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 香菇預(yù)處理 挑選大小均勻（傘蓋直徑約2.5 cm）的新鮮香菇，將菇柄統(tǒng)一修剪，長(zhǎng)度約為1 cm，清洗干凈后瀝去水分待用。

1.3.2 超聲波預(yù)處理 以超聲波功率、處理時(shí)間、脈沖為因素進(jìn)行超聲波處理時(shí)，其中空白試驗(yàn)應(yīng)注意除了未進(jìn)行超聲波處理外，其余條件嚴(yán)格保持一致。

（1）在超聲波處理時(shí)間為10 min，脈沖為5 s∶2 s的條件下，對(duì)超聲波功率進(jìn)行單因素試驗(yàn)，超聲波功率分別取150，200，250，300，350 W；

（2）在超聲波功率為300 W，脈沖為5 s∶2 s的條件下，對(duì)超聲波處理時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)，超聲波處理時(shí)間分別取5，10，15，25，30 min；

（3）在超聲波功率為300 W，超聲處理時(shí)間為10 min的條件下，對(duì)超聲波處理時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)，超聲波處理脈沖分別取5 s∶1 s，5 s∶2 s，5 s∶3 s，5 s∶4 s。

對(duì)選出的合適的超聲波功率、處理時(shí)間及脈沖水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出較優(yōu)超聲波處理?xiàng)l件。并通過極差分析找出對(duì)冷凍干燥香菇影響較大的因素。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)3個(gè)因素為超聲波功率、超聲波處理時(shí)間和超聲波脈沖，在每個(gè)因素上設(shè)置3個(gè)水平，選用L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)，然后通過分析研究，得出最佳超聲波預(yù)處理方案。

1.3.3 香菇干燥試驗(yàn) 將上述經(jīng)過處理后的樣品瀝干水后放入速凍機(jī)內(nèi)，預(yù)凍速率為2.5℃／min，預(yù)凍2～3 h，當(dāng)樣品溫度降至－33℃時(shí)，迅速取出放入真空冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行冷凍干燥。冷凍干燥過程中，干燥倉壓力設(shè)定為70 Pa，加熱板溫度設(shè)為60℃，冷阱溫度為－45℃。當(dāng)干燥曲線上顯示香菇含水量為5%以下時(shí)，將其取出，干燥結(jié)束。

1.3.4 含水率測(cè)定 采用常壓烘箱干燥法，GB 5009.3——2003。

1.3.5 復(fù)水比 復(fù)水比即為干制品在一定時(shí)間內(nèi)復(fù)水后的重量與復(fù)水前重量之比，由式（1）可算出：

式中：

RR—— 復(fù)水比；

W r—— 復(fù)水后總重，g；

W d—— 復(fù)水前的干品總重，g。

試驗(yàn)步驟：樣品在40℃蒸餾水中浸泡60 min，放入布氏漏斗的濾紙上，布氏漏斗置于抽濾長(zhǎng)頸瓶上，長(zhǎng)頸瓶與循環(huán)水真空泵相連，用真空泵抽真空30 s，除去樣品表面水分，取出迅速稱重，整個(gè)過程不得超過1 min。重復(fù)3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS V10.0軟件進(jìn)行分析，對(duì)其進(jìn)行One－way方差分析（ANOVA），并用Duncan’s復(fù)相關(guān)試驗(yàn)法進(jìn)行均值差異性的相關(guān)分析，顯著性水平P≤0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲波處理?xiàng)l件對(duì)香菇冷凍干燥時(shí)間和復(fù)水性的影響

由圖1可知，在超聲波功率低于300 W時(shí)，隨著功率的增加，香菇冷凍干燥所需時(shí)間逐漸縮短，在300 W達(dá)到最小，而在功率為350 W時(shí)所需時(shí)間略有上升。超聲波功率可表示為單位面積所含機(jī)械波的多少，超聲率越大，作用的香菇的面積就越大。由圖1可知，超聲功率為300 W，處理10 min后，香菇的冷凍干燥時(shí)間比未處理縮短了3.9 h（減少28%）。但是，超聲預(yù)處理功率太大時(shí)，其干燥時(shí)間反而有上升趨勢(shì)。其原因可能為由于只有合適的超聲波功率才能令香菇產(chǎn)生空化效應(yīng)或組織破碎，從而形成微孔道，在干燥過程中水分逸出才能更加通暢［10］。對(duì)于其復(fù)水性來說，其復(fù)水比最高可達(dá)到7.2，較未處理樣品復(fù)水比提高了約29%。當(dāng)超聲波功率增至250 W以上時(shí)，其對(duì)凍干香菇的復(fù)水性能已經(jīng)沒有顯著性影響。

圖1 超聲波功率對(duì)冷凍干燥香菇干燥時(shí)間和復(fù)水性的影響Figure 1 The effect of different ultrasonic power on the drying time and rehydration of freeze drying mushroom

圖2 超聲波處理時(shí)間對(duì)冷凍干燥香菇干燥時(shí)間和復(fù)水性的影響Figure 2 The effect of different ultrasonic treatment timer on the drying time and rehydration of freeze drying mushroom

由圖2可見，在超聲功率為300 W的條件下，處理時(shí)間為15 min時(shí)，凍干時(shí)間縮短為9.8 h，此時(shí)超聲波預(yù)處理效果最好，冷凍干燥時(shí)間較未處理縮短了29%，之后則無明顯變化。事實(shí)上，由圖2可見在處理時(shí)間達(dá)到10 min后香菇凍干時(shí)間便無顯著性差異。這說明太長(zhǎng)的超聲時(shí)間對(duì)提高干燥速率反而沒有太明顯的作用，因此，超聲波預(yù)處理的時(shí)間應(yīng)在合適的區(qū)間選擇。從凍干香菇的復(fù)水性能上來看，當(dāng)超聲時(shí)間超過5 min后便無顯著性差異。

由圖3可知，在超聲波脈沖為5 s∶2 s時(shí)香菇冷凍干燥所需時(shí)間最短，說明合適的間歇時(shí)間可以提高超聲波作用效果，這種現(xiàn)象可能與原料在超聲波作用下其拉伸松弛應(yīng)力變化特性相關(guān)［11］。同時(shí)，從圖中還可看出超聲脈沖對(duì)凍干時(shí)間的影響不夠明顯，而其對(duì)凍干香菇的復(fù)水性則無顯著影響。

圖3 超聲脈沖對(duì)冷凍干燥香菇干燥時(shí)間和復(fù)水性的影響Figure 3 The effect of different ultrasonic treatment pulse on the drying time and rehydration of freeze drying mushroom

2.2 超聲波預(yù)處理方案的優(yōu)化

表2即為超聲波預(yù)處理工藝條件的正交試驗(yàn)結(jié)果分析表，從表中極差分析可以看出影響香菇冷凍干燥時(shí)間的因素依次為超聲波功率、超聲波處理時(shí)間和超聲波脈沖。其中冷凍干燥時(shí)間越小，說明香菇冷凍干燥速率越快，即表中各個(gè)因素k值最小的水平為最優(yōu)的水平。因此，本試驗(yàn)的最優(yōu)超聲波預(yù)處理?xiàng)l件為A3B1C3，即香菇的的最佳超聲波預(yù)處理方案為超聲波功率300 W，處理時(shí)間10 min，脈沖5 s∶3 s。在該條件下，香菇凍干時(shí)間為9.8 h，較未處理樣品凍干時(shí)間縮短了29.4%；復(fù)水比為7.6，較未處理樣品提高約29%。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal factor level table

3 結(jié)論

超聲波預(yù)處理可在一定程度上提高冷凍干燥香菇的凍干速率，縮短干燥時(shí)間接近30%；提高凍干產(chǎn)品的復(fù)水能力約29%。在一定功率范圍內(nèi)（低于250 W），較大的超聲波處理功率可獲得較短的冷凍干燥時(shí)間，而超聲功率對(duì)香菇復(fù)水性的影響則不明顯；在當(dāng)超聲波處理時(shí)間超過10 min后，香菇冷凍干燥時(shí)間和復(fù)水性則沒有顯著變化；超聲脈沖則對(duì)凍干時(shí)間影響不顯著。通過正交分析得出影響香菇冷凍干燥時(shí)間的因素依次為超聲波功率、超聲波處理時(shí)間和超聲波脈沖，在生產(chǎn)中應(yīng)依此順序進(jìn)行控制。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表Table 2 The results of orthogonal experiment

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Effect of ultrasound treatment on freeze drying process of mushroom

DUAN Xu REN Guang－yue ZHU Wen－xue LIU Yun－h(huán)ong

（Food and Biology Engineering College，Henan University of Science ＆Technology，Luoyang，Henan471003，China）

In order to avoid bad appearance quality resulting in low commodity value for processed by hot air drying and salt impregnation technology at present，mushroom could be dehydrated by freeze drying method.To reduce the freeze drying time of mushroom，the ultrasound pre－treatment was introduced to processing drying mushroom.It was found that ultrasound treatment could significantly improve the freezing drying rate of mushroom.An optimized strategy（ultrasound power 300 W，treatment time10min，pulse 5 s∶3 s）by orthogonal test could reduce the drying time by 29.4%，and improve the rehydration by 29%.

Mushroom；Ultrasound；Pre－treatment；Freeze drying

10.3969／j.issn.1003－5788.2012.01.010

河南省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：2011B550003）；洛陽市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：1101035A）；河南科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目（編號(hào)：09001417）。

段續(xù)（1973－），男，河南科技大學(xué)副教授，博士。E－mail：duanxu＿dx＠163.com

2011－10－01