真空冷凍干燥技術(shù)在食用菌加工中的應(yīng)用研究

徐 沖， 陳 杰， 陳麗媛， 孫翠煥

(遼寧省微生物科學(xué)研究院， 遼寧 朝陽 122000)

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真空冷凍干燥技術(shù)在食用菌加工中的應(yīng)用研究

徐 沖， 陳 杰*， 陳麗媛， 孫翠煥

(遼寧省微生物科學(xué)研究院， 遼寧 朝陽 122000)

概述了食用菌凍干制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢、真空冷凍干燥技術(shù)原理及產(chǎn)品特點(diǎn)，綜述了應(yīng)用真空冷凍干燥技術(shù)加工食用菌制品所需的主要設(shè)備、生產(chǎn)工藝流程及操作要點(diǎn)。探討真空冷凍干燥過程中各項(xiàng)工藝參數(shù)對食用菌干燥特性的影響、食用菌冷凍干燥技術(shù)的優(yōu)越性及技術(shù)壁壘。對真空冷凍干燥技術(shù)在食用菌加工中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

食用菌；真空冷凍干燥；工藝；應(yīng)用

食用菌營養(yǎng)豐富,具有較高的食用價(jià)值和醫(yī)療保健功效[1]，現(xiàn)已成為人們餐桌上的常見美味佳肴。有些食藥用菌例如羊肚菌、蟲草、靈芝等價(jià)格昂貴，需跨地域銷售，但由于食用菌采收后鮮度會迅速下降，顏色褐變、菇體萎縮，具有不易貯存的特性，所以采收后需盡快鎖住食用菌的營養(yǎng)價(jià)值。真空冷凍干燥技術(shù)是集真空技術(shù)、低溫技術(shù)、傳熱工程等于一體的新型綜合干燥技術(shù)工藝，是先將被干燥物料中的水凍成冰,然后使冰升華的一種干燥方法，是國際上公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)保鮮干燥方法。應(yīng)用真空冷凍干燥技術(shù)對采收的鮮食用菌進(jìn)行加工，可有效減少食用菌營養(yǎng)成分和生理活性成分的損失，使得商品銷售可不受時(shí)間和地域的限制。我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，調(diào)查結(jié)果顯示[2]，近年我國食用菌平均年增產(chǎn)135萬t，增長率近20%；當(dāng)前國內(nèi)食用菌工廠化(包括半工廠化)生產(chǎn)的650余家企業(yè)中，日產(chǎn)量5 t以上的企業(yè)約有230余家，而日產(chǎn)量超過20 t的約30家。除了鮮品銷售外，各品種凍干食用菌的銷量也在逐年遞增，由于凍干食用菌制品不需添加防腐劑,能夠保持其純天然性，是真正的純天然、無污染、高營養(yǎng)價(jià)值的綠色食品,凍干食用菌制品具有很強(qiáng)的市場競爭力。由此可見，食用菌凍干制品加工產(chǎn)業(yè)極具發(fā)展前景。

1 食用菌真空冷凍干燥技術(shù)原理及設(shè)備構(gòu)成

化學(xué)熱力學(xué)中的相平衡理論是真空冷凍干燥技術(shù)原理的基礎(chǔ)。一般采用預(yù)先凍結(jié)的方式將食用菌中的水首先快速凍結(jié)成冰晶,然后在高真空條件下，使食用菌中的冰晶升華,當(dāng)冰晶升華后再除去食用菌中剩余的小部分吸附水。真空冷凍干燥設(shè)備通常由控制儀表箱、干燥室、加熱板、真空泵、冷阱、冷凍機(jī)、冷卻水塔等構(gòu)成。

2 食用菌真空冷凍干燥工藝流程

2.1 前處理工藝

食用菌的前處理工藝指進(jìn)行原材料選擇、清洗、切片、漂燙、殺菌、添加制劑或抗氧化劑等步驟。清除變質(zhì)的原材料和其中的雜質(zhì)，防止因脂肪氧化及酵母引起的化學(xué)變化，使其易升華干燥。前處理的過程中應(yīng)避免過度的加熱。在真空冷凍干燥過程中，組織結(jié)構(gòu)厚且細(xì)密的食用菌，例如雙孢菇、杏鮑菇、香菇、猴頭菇等，因其干燥速度慢、耗時(shí)長，一般需要切片處理，同時(shí)可提高冷凍干燥的速度；有些食用菌組織結(jié)構(gòu)薄且疏松，如蟲草、竹蓀、木耳、金針菇等，通常不需要切片處理，直接進(jìn)行冷凍干燥。陳合等[3]研究表明,有的食用菌品種，如香菇經(jīng)漂燙比未經(jīng)漂燙更容易凍干,但會產(chǎn)生較大的變形,且造成部分營養(yǎng)物質(zhì)流失,綜合考慮應(yīng)選擇鮮香菇作原料，不需漂燙處理；而金針菇漂燙后容易干燥,而未經(jīng)漂燙的則較難凍干,因此應(yīng)選擇熱燙金針菇。

2.2 冷凍

真空冷凍干燥技術(shù)加工食用菌，一般采用預(yù)凍法[4]，即食用菌在放入真空干燥室前,先放入冷庫進(jìn)行冷凍處理然后再進(jìn)行干燥，這樣做節(jié)省了食用菌凍結(jié)時(shí)間，可有效節(jié)約冷凍干燥過程中的能源消耗。預(yù)凍時(shí)要速凍，此時(shí)蛋白質(zhì)處于凝聚和濃縮狀態(tài)，速度越快結(jié)晶越小，對食用菌組織破壞力小。

2.3 干燥

2.3.1 升華干燥 食用菌真空冷凍干燥過程中通常在此階段耗時(shí)最長。食用菌經(jīng)凍結(jié)后應(yīng)立即放入干燥箱中,此時(shí)將干燥箱進(jìn)行抽真空,使得食用菌制品中的水分能夠快速升華。該過程也是一種復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程。此過程中食用菌制品的厚度、機(jī)器提供的加熱溫度以及干燥室內(nèi)的真空程度都是影響干燥速率的因素。經(jīng)試驗(yàn)證明，類似香菇等食用菌，由于物料本身較厚，進(jìn)行切片處理，可有效縮短干燥時(shí)間。

2.3.2 解析干燥 干燥箱中食用菌內(nèi)的冰完全升華后,便開始進(jìn)入解析干燥階段。該階段食用菌內(nèi)已不存在凍結(jié)冰,但還會存在小部分的水分,為了降低食用菌的含水量,需對其進(jìn)一步干燥。方法是使食用菌溫度盡快上升到該食用菌品種的最高臨界溫度, 凍干結(jié)束前需在該溫度下維持一段時(shí)間。此時(shí)可采取增大壓強(qiáng)的方式，從而增加傳熱過程，可進(jìn)一步加快食用菌除水分過程。

2.4 包裝

凍干食用菌的包裝是很關(guān)鍵的，低溫低壓干燥后的食用菌產(chǎn)品組織呈多孔狀，表面組織比原來擴(kuò)大百余倍，隨著與氧氣接觸的機(jī)會增加，且因含水量極低,易吸潮，所以恢復(fù)常壓后應(yīng)盡快在真空或在充溢氮?dú)鈁5]的環(huán)境下包裝。一般食用菌的包裝應(yīng)在相對濕度30%～40%、室溫25 ℃下進(jìn)行。通常為保持凍干后的食用菌含水量在5%以下，會在包裝袋內(nèi)放入干燥劑以吸附微量水分。選擇包裝材料以塑料強(qiáng)度高、顏色深、透氣性差的為好。通過此方式包裝后的食用菌制品，保存期可長達(dá)3～7年不變質(zhì)。而一般冷藏,氣調(diào)保鮮最多不超過1年。故真空冷凍干燥后的食用菌制品可廣泛地應(yīng)用于軍需食品、即食食品[6]、登山食品、宇航食品、旅游食品、嬰兒食品、方便食品及保健品的生產(chǎn)。

3 影響食用菌冷凍干燥的因素及優(yōu)化工藝參數(shù)

真空冷凍干燥的干燥形式較復(fù)雜,易受多種因素影響,同時(shí)其耗能又比其他干燥形式高。所以，應(yīng)在確保食用菌制品產(chǎn)品質(zhì)量的情況下,通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化操作,強(qiáng)化工藝過程中的傳熱與傳質(zhì),在保持低能耗的基礎(chǔ)上,盡可能縮短用于凍干的時(shí)間?？梢?找出影響真空冷凍干燥過程的因素是十分重要的。

我國的食藥用菌種類繁多，為探討不同條件對其凍干過程的影響，首先應(yīng)研究所要生產(chǎn)的食用菌品種特性，然后通過大量的實(shí)驗(yàn),比如通過確定加熱方式、加熱板溫度[7]、預(yù)凍速度、物料的厚度、物料的初始溫度、物料孔隙率、物料共熔點(diǎn)、變性溫度對物料影響、真空度以及冷阱溫度的影響等參數(shù)找到該品種食用菌冷凍干燥的特有規(guī)律,研究這些工藝參數(shù)對食用菌水分含量、復(fù)水率、容重、感官評價(jià)、色澤及組織結(jié)構(gòu)的影響，選出最佳的凍干工藝參數(shù)[8]，為低能耗冷凍干燥過程的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。

新鮮食用菌在加工過程中易發(fā)生酶促褐變，影響其保存期[9]，原因是食用菌組織中多數(shù)含有大量酚類物質(zhì)，在酚酶的作用下被氧化為鄰醌，鄰醌可快速通過聚合作用形成褐色素或黑色素，發(fā)生“酶促褐變”[10]。除此之外，抗壞血酸氧化分解和美拉德反應(yīng)也是導(dǎo)致食用菌褐變的因素[11]。食用菌褐變不僅影響其外觀和風(fēng)味，還影響營養(yǎng)價(jià)值和商品價(jià)值，同時(shí)造成原材料的損失。因此對食用菌在工藝過程褐變度的控制條件進(jìn)行優(yōu)化[12]，對于控制食用菌褐變，獲得高品質(zhì)食用菌制品具有現(xiàn)實(shí)的意義。

不同冷凍干燥溫度對食用菌醇類、酯類、酮類等揮發(fā)性成分也具有一定影響[13]。如何準(zhǔn)確判斷冷凍干燥過程的升華干燥結(jié)束點(diǎn)和解析干燥結(jié)束點(diǎn)[14],對冷凍干燥過程的優(yōu)化控制也具有重要意義。另外，食用菌制品作為可食用產(chǎn)品，微生物殘留[15]成為最主要的不安全因素，因此需要定期檢測各工藝流程中的細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群情況，通過優(yōu)化工藝條件來控制微生物殘留，最大程度的保留食用菌制品色、香、味、形的同時(shí)，保障食品衛(wèi)生[16]和安全。

4 食用菌真空冷凍干燥技術(shù)優(yōu)越性和技術(shù)壁壘

4.1 技術(shù)優(yōu)越性

4.1.1 食用菌制品質(zhì)量優(yōu)于其他干燥形式 真空冷凍干燥食用菌時(shí),食用菌中的水分以冰晶態(tài)存在,食用菌中的其他成分凍結(jié)在其中,冰升華時(shí)其他組織不受影響，可保留下來。與食用菌傳統(tǒng)晾曬工藝相比，有效保留了原來外觀形態(tài)及物質(zhì)結(jié)構(gòu),食用菌制品性狀不會收縮和龜裂,也不會造成表面的硬化。張樂等[17]通過實(shí)驗(yàn)證明，對食用菌中香菇品種而言，經(jīng)不同干燥工藝處理的香菇品質(zhì)有較大差異，其中冷凍干燥處理的香菇在顏色、膨化效果、復(fù)水性方面較好。高興洋等[18]利用真空低溫油炸和真空冷凍干燥兩種加工工藝制成香菇脆片，對其感官品質(zhì)、營養(yǎng)成分進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，真空冷凍干燥香菇脆片其硬度、脆度較大，體積皺縮率較小，顏色較白，感官品質(zhì)較好，同時(shí)其營養(yǎng)成分保留較好。邢亞閣等[19]對杏鮑菇進(jìn)行真空冷凍干燥實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明,真空冷凍干燥對杏鮑菇的粗脂肪含量、粗蛋白含量和總糖含量影響最小，對杏鮑菇中粗纖維含量影響較小。對香菇、木耳、蟲草、靈芝等食藥用菌的超微粉碎菌粉進(jìn)行真空冷凍干燥，可有效保留其氨基酸、維生素、類胡蘿卜素等營養(yǎng)成分，此外，菌粉還會有香味物質(zhì)生成?？梢?，真空冷凍干燥對某些食用菌營養(yǎng)成分含量的影響要優(yōu)于熱風(fēng)干燥、微波干燥[20]、自然干燥等其他干燥方式。

4.1.2 食用菌制品性狀穩(wěn)定、復(fù)水性能優(yōu)良且適于長期保存 食用菌在低溫下進(jìn)行干燥,食用菌中的不穩(wěn)定物質(zhì)在此過程中不會發(fā)生變性,其物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)等基本無變化，不易損失營養(yǎng)成分[21], 保留了食用菌本身的獨(dú)特香氣。微生物的生長和酶的作用幾乎無法進(jìn)行。被干燥的食用菌制品內(nèi)部空隙通常類似海綿狀，其內(nèi)部組織較疏松，如浸泡在水中則很快恢復(fù)成鮮品時(shí)的形態(tài)。經(jīng)復(fù)水后的食用菌外觀形態(tài)、色澤、口感等指標(biāo)相比干燥前的新鮮食用菌而言，無太大變化。食用菌制品通過真空冷凍干燥加工后，能脫去約95%以上的水分, 真空冷凍干燥后的食用菌保存期長達(dá)2～5年，有利于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和長期儲存。尹秀華等[22]通過調(diào)整工藝參數(shù)，使得食用菌產(chǎn)品保留了更多香菇多糖。M. R. Pérez-Gregorio等[23]研究發(fā)現(xiàn)，冷凍干燥后的食用菌中含有的黃酮類化合物可以得到長達(dá)8個(gè)月的穩(wěn)定保存。

4.2 技術(shù)壁壘

真空冷凍干燥技術(shù)在食用菌凍干應(yīng)用中存在技術(shù)理論不純熟、使用環(huán)境要求較高、機(jī)器及使用成本較高[24]等問題。另外，任廣躍等[25]認(rèn)為真空冷凍干燥時(shí)可利用真空泵的抽吸形成低壓，同時(shí)利用制冷設(shè)備提供-40 ℃以下的低溫條件，用作蒸汽凝結(jié)器的冷源，由于沒有對流，傳熱效率很低，往往處理類似食用菌這種高含水率的制品需要長達(dá)30 h以上的干燥時(shí)間。除此之外，食用菌制品干燥過程中對真空技術(shù)、制冷技術(shù)、設(shè)備精密度等要求較高，容易導(dǎo)致機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易操控，電力等能源消耗大，造成食用菌制品成本高，所以其推廣應(yīng)用受到一定限制。

5 展 望

目前我國真空冷凍干燥工藝技術(shù)的成熟度還不夠, 可重復(fù)性不強(qiáng)，理論研究也是集中于凍干設(shè)備改良和生物制品的生產(chǎn)工藝,食用菌真空冷凍干燥方面的研究很少。這可能是由于大多數(shù)食用菌具有較低的附加值，所以該技術(shù)僅限于生產(chǎn)少數(shù)幾種價(jià)值較高的食藥用菌。運(yùn)用此項(xiàng)工藝技術(shù)前期需投入大量的資金用于購買設(shè)備，無論是國產(chǎn)還是進(jìn)口設(shè)備都存在價(jià)格貴、耗能高、收回投資慢等問題[26]，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用于食用菌加工上較少。因此，需要對該技術(shù)各項(xiàng)參數(shù)繼續(xù)完善，進(jìn)而找出適合各個(gè)食用菌品種的相關(guān)技術(shù)參數(shù)顯得尤為重要。莊昱等[26]研究表明，通過采用真空預(yù)脫水、中速凍結(jié)、凍干交替捕水融冰、凍干真空壓力高低增幅循環(huán)調(diào)節(jié)等工藝措施, 能有效降低凍干食用菌過程的能耗。隨著人們飲食結(jié)構(gòu)的變化，真空冷凍干燥技術(shù)將以其特有的優(yōu)越特性在我國得到越來越廣泛的應(yīng)用，凍干食用菌產(chǎn)品的需求量也將大大增加。

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Application of Vacuum Freeze-Drying Technology in Edible Fungi Processing

XU Chong, CHEN Jie, CHEN Li-yuan, SUN Cui-huan

(LiaoningAcad.ofMicrobiology,Chaoyang122000)

The development situation of freeze-dried edible fungi production industry, the principal of vacuum freeze-drying technique, and the features of the products were outlined, main equipments needed for the application of vacuum freeze-drying technique to process edible fungi, production technical process, and main operation points were summarized. The effects of various technological parameters during the vacuum freeze-drying process on the drying features of edible fungi, the superiority of edible fungi freeze-drying technique and technical barrier were investigated. The outlook of the application of vacuum freeze-drying technique in edible fungi processing were approached.

edible fungus; vacuum freeze-drying; technology; application

遼寧省科學(xué)事業(yè)公益研究基金項(xiàng)目(2015002003)

徐沖 男，碩士研究生，助理研究員。研究方向?yàn)槲⑸飸?yīng)用研究與生物工程技術(shù)。Tel:0421-2914613，E-mail：sss646@163.com

* 通訊作者。女，碩士研究生，副研究員?，F(xiàn)從事微生物應(yīng)用研究工作。Tel:0421-2914613，E-mail：bubus@126.com

2015-10-01；

2015-11-21

Q939.9

A

1005-7021(2015)06-0096-04

10.3969/j.issn.1005-7021.2015.06.019