響應(yīng)面法優(yōu)化切片香菇熱泵干燥工藝研究

高 嬋，賈鳳娟，王文亮，弓志青，王延圣，崔文甲，尚海燕，李寧陽*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安 271018；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與營養(yǎng)研究所，山東濟(jì)南 250100；3.農(nóng)業(yè)部新食品資源加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南 250100）

香菇（Lentinus edodes）又名香信、香覃、厚菇、花菇，屬于真菌門、擔(dān)子菌綱、傘菌目、側(cè)耳科、香菇屬[1-3]。香菇營養(yǎng)價(jià)值較高，不但富含多種蛋白質(zhì)、維生素等成分[4-5]，而且富含香菇嘌呤、香菇多糖、麥角固醇等活性成分，具有獨(dú)特的香氣[6]。因此香菇又有“山珍”“菇中皇后”“菇中之王”的美譽(yù)[7-8]，多食香菇有利于人體健康。

新鮮香菇水分含量高，易腐爛變質(zhì)，而且不便于運(yùn)輸、銷售，將其干制后更易銷售[9]。香菇干制方式有多種，如自然晾曬、熱風(fēng)干燥[10-11]、真空冷凍干燥[12-13]、真空微波干燥[14-15]、紅外干燥[16]、太陽能干燥[17]、熱泵干燥[18]等。自然晾曬耗時(shí)長，且受天氣限制，局限性大[19]。熱風(fēng)干燥通常采用電加熱，設(shè)備簡單，但能耗較高，營養(yǎng)成分流失嚴(yán)重，復(fù)水性差。微波干燥香菇品質(zhì)不穩(wěn)定，而真空干燥、真空冷凍干燥都存在能耗較高、設(shè)備投資大、生產(chǎn)效率低的缺陷[20]。熱泵干燥可吸收環(huán)境熱量用于加熱，因此成本較低，且環(huán)保節(jié)能，除濕速度快，生產(chǎn)效率高，所得干制品品質(zhì)高，干燥時(shí)間短，干燥效果好，是較為理想的香菇干燥方式[21-22]。李麗等[23]研究了干燥溫度、切片厚度對山藥熱泵干燥的影響，結(jié)果表明干燥溫度越高、切片厚度越薄，山藥干燥速率越快，干燥時(shí)間越短；她還得出，影響干燥速率的主要因素是溫度，其次是切片厚度。聶林林等[24]研究了溫度、風(fēng)速和裝載量對香菇干燥的影響，發(fā)現(xiàn)對香菇干燥影響較大的因素是溫度和風(fēng)速。閆丹丹[25]研究了干燥溫度、切片厚度和載樣量對蒜片熱泵干燥的影響，結(jié)果表明，影響大蒜干燥的主要因素是切片厚度，其次是溫度和載樣量。楊玲等[26]研究了干燥溫度、風(fēng)速、裝載量和切片厚度對天祝野蘑菇熱泵干燥工藝的影響，結(jié)果表明，溫度是決定干燥品質(zhì)的首要因素，切片厚度是第二類因素，干燥溫度、裝載量對色澤均產(chǎn)生極顯著影響（P＜0.01）。因此本文以熱泵干燥為供熱方式，以干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比為考察指標(biāo)，研究香菇切片干燥過程中的干燥溫度、裝載量和切片厚度對香菇的影響，采用響應(yīng)面法優(yōu)化香菇熱泵干燥的工藝，為香菇熱泵干燥加工技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

品種為‘808 香菇’，購自濟(jì)南小蘇家農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場，成熟度良好，大小均勻，無機(jī)械損傷。

L3.5AB 型熱泵干燥機(jī)，東莞市正旭新能源設(shè)備科技有限公司；CR400 色彩色差計(jì)，日本柯尼卡美能達(dá)公司；SD-1039 型果蔬切片機(jī)，佛山市德順區(qū)思萊爾電器五金制品廠；HH-S6 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金怡儀器科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

切片香菇熱泵干燥工藝流程：新鮮香菇清洗、去柄→切片→燙漂→鋪盤→干燥→包裝→成品。

選取大小一致、新鮮、表面無機(jī)械損傷的香菇，菌蓋直徑5.5～7.5 cm 作為原材料。將其去柄后沖洗干凈，自然風(fēng)干表面水分。然后用切片機(jī)將香菇切成不同厚度的片狀，按料液比1∶4（g/mL）加入去離子水，在95 ℃水浴鍋中燙漂2 min，稱量質(zhì)量后將其均勻平鋪于熱泵干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行干燥，每0.5 h 取出固定質(zhì)量樣品測定香菇含水量，直到干燥至香菇的安全貯藏標(biāo)準(zhǔn)（水分含量≤13%）以下即停止烘干。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

溫度對切片香菇熱泵干燥的影響：固定香菇切片厚度3 mm，裝載量300 g/m2，設(shè)置干燥溫度分別為50、55、60、65、70 ℃進(jìn)行熱泵干燥實(shí)驗(yàn)。

裝載量對切片香菇熱泵干燥的影響：固定干燥溫度60 ℃，切片厚度3 mm，設(shè)置裝載量分別為200、300、400、500、600 g/m2進(jìn)行熱泵干燥實(shí)驗(yàn)。

切片厚度對切片香菇熱泵干燥的影響：固定干燥溫度60 ℃，裝載量300 g/m2，設(shè)置切片厚度分別為1、2、3、4、5 mm 進(jìn)行熱泵干燥實(shí)驗(yàn)。

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，測定香菇干基含水率、干燥速率、色差值和復(fù)水比。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用響應(yīng)面法進(jìn)行Box-Behnken 中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以熱泵干燥溫度、切片厚度和裝載量作為自變量，以干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比作為響應(yīng)值，進(jìn)行3 因素3 水平響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 Experimental factors and levels of response surface methodology

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 初始含水量

參考GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[27]對香菇含水量進(jìn)行測定，測得香菇初始含水量為90.36%。

1.3.2 干基含水率

干基含水率的計(jì)算公式見式（1）。

式中，Md為物料干基含水率，g/g；Wd表示絕干質(zhì)量，g；Wt表示物料實(shí)時(shí)質(zhì)量，g。

1.3.3 干燥速率

干燥速率的計(jì)算公式見式（2）。

式中，DR為干燥速率，g/(g·h)；Mt為t時(shí)刻的干基含水率，%；Mt+dt為t+dt時(shí)刻的干基含水率，%；dt為t+dt與t時(shí)刻的時(shí)間差，h。

1.3.4 色差值

熱泵干燥后的香菇片通過色差儀采用五點(diǎn)取樣法進(jìn)行測定。記錄干香菇片的亮度（L*）、紅綠色（a*）和黃藍(lán)色（b*），隨機(jī)取樣，每個(gè)樣品重復(fù)測量3 次后取平均值，計(jì)算色差值ΔE，計(jì)算公式見式（3）。

式中，L0*、a0*、b0*分別表示新鮮香菇的色差值，L*、a*、b*分別表示干燥后香菇的色差值。

1.3.5 復(fù)水比

復(fù)水比的測定參考郭玲玲等[16]的方法并稍作修改。干燥后的香菇樣品，稱取1.0 g 放置于燒杯中，加入40 mL 蒸餾水，料液比為1∶40（g/mL），將燒杯置于40 ℃的恒溫水浴鍋中水浴加熱，每隔10 min 取出香菇片樣品，用吸水紙吸干表面水分后稱量質(zhì)量，記錄香菇復(fù)水變化，直至40 min。每組進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果取平均值。復(fù)水比（Rf）計(jì)算公式見式（4）。

式中，Rf表示復(fù)水比，g/g；mf表示復(fù)水后香菇片質(zhì)量，g；md表示干燥后香菇片質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組數(shù)據(jù)均由3 次平行實(shí)驗(yàn)后取平均值。使用Design expert 8.0 軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，SPSS 25.0 軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析檢驗(yàn)，Excel 2016 和Origin 2018 軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 香菇熱泵干燥單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 干燥溫度對香菇干燥品質(zhì)的影響

（1）干燥溫度對香菇干燥特性的影響

由圖1（見下頁）可知，熱泵干燥不同溫度下的香菇干基含水率均隨干燥時(shí)間的延長而下降，干燥速率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。干燥前2 h 干基含水率下降較快，之后下降緩慢，直至達(dá)到恒質(zhì)量狀態(tài)。50 ℃條件下對香菇進(jìn)行干燥處理所需時(shí)間最長，為3.5 h；70 ℃的條件下對香菇進(jìn)行干燥處理所需要的時(shí)間最短，僅為1.5 h。溫度升高使香菇表面的水分蒸發(fā)速率加快，縮短香菇干燥時(shí)間。但是干燥溫度過高造成外擴(kuò)散速度過快，物料內(nèi)部水分來不及向外部轉(zhuǎn)移，妨礙水分進(jìn)一步蒸發(fā)，導(dǎo)致香菇表面結(jié)塊、烤焦[28]。

圖1 干燥溫度對香菇干燥特性的影響Fig.1 Effect of drying temperature on the drying characteristics of Lentinus edodes

圖1 顯示開始干燥時(shí)香菇內(nèi)水分含量較高，隨著時(shí)間的推移，前0.5 h 干燥速率呈現(xiàn)上升的趨勢，且溫度越高，干燥速率所達(dá)到的峰值越高。隨后香菇內(nèi)部水分含量逐漸降低，香菇表面的水分蒸發(fā)和將內(nèi)部向外部遷移的速率均下降，干燥速率降低，并逐漸趨向于零，最終完成干燥。

（2）干燥溫度對色差值的影響

由圖2 可知，隨著溫度的升高，色差值呈先下降后上升的趨勢，干燥溫度為60 ℃時(shí)色差值最小。實(shí)驗(yàn)中觀察發(fā)現(xiàn)，65 ℃和70 ℃干燥的香菇片已呈現(xiàn)肉眼可見的褐變，推測是因?yàn)楦邷丶觿×嗣览路磻?yīng)，使褐變加劇，色差值變大。溫度過低也導(dǎo)致色差值增大，可能是因?yàn)楦稍餃囟容^低時(shí)，需要更長的干燥時(shí)間，美拉德反應(yīng)時(shí)間長，所以色差值較高。

圖2 干燥溫度對色差值的影響Fig.2 Effect of drying temperature on color difference

（3）干燥溫度對復(fù)水比的影響

如圖3 所示，復(fù)水比隨著干燥溫度的上升，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；60 ℃時(shí)香菇復(fù)水比達(dá)到最高。分析原因可能是干燥溫度過高，破壞香菇內(nèi)部結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)等親水物質(zhì)變性，導(dǎo)致香菇片表面皺縮，失去再吸水的能力。干燥溫度過低時(shí)，達(dá)到香菇水分安全貯藏標(biāo)準(zhǔn)所需要的干燥時(shí)間較長，導(dǎo)致香菇表面質(zhì)地緊密，不利于復(fù)水。溫度過高或過低均不利于香菇的復(fù)水，這與Qi 等[29]的研究結(jié)果一致。綜合考慮干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比，將溫度區(qū)間設(shè)置為55～65 ℃進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖3 干燥溫度對復(fù)水比的影響Fig.3 Effect of drying temperature on rehydration rate

2.1.2 裝載量對香菇干燥品質(zhì)的影響

（1）裝載量對香菇干燥特性的影響

由圖4 可知，不同裝載量下的香菇熱泵干基含水率均隨干燥時(shí)間的延長而下降。隨著裝載量的降低，干基含水率下降越快，干燥時(shí)間越短。裝載量200 g/m2達(dá)到恒質(zhì)量狀態(tài)用時(shí)最少，僅為2.5 h；裝載量600 g/m2達(dá)到恒質(zhì)量狀態(tài)需要的干燥時(shí)間最長，為3.5 h。

圖4 裝載量對香菇干燥特性的影響Fig.4 Effect of loading-bearing capacity on the drying characteristics of Lentinula edodes

裝載量在200～500 g/m2時(shí)干燥速率較快，可能是因?yàn)檠b載量增大，要達(dá)到含水率13%以下這一香菇安全貯藏指標(biāo)所需要除去的水分總含量相應(yīng)增加，而熱泵干燥機(jī)單位時(shí)間內(nèi)可以蒸發(fā)的水分一定，因此導(dǎo)致干燥時(shí)間延長。干燥速率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。裝載量為200 g/m2的速率峰值最高，400 g/m2在0.5～1 h 時(shí)有一段恒速干燥階段，500 g/m2和600 g/m2在1～1.5 h 時(shí)有一段較明顯的恒速干燥階段。

（2）裝載量對色差值的影響

不同裝載量下香菇干燥至終點(diǎn)的色差值變化如圖5所示，隨著裝載量的增大，色差值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。裝載量500 g/m2的色差值最小，為9.90。裝載量200 g/m2的色差值最大，為16.05。裝載量在400～600 g/m2時(shí)色差值較小。裝載量過小，切片香菇平鋪在托盤內(nèi)空隙大，使干燥時(shí)間縮短，但也造成空間上的浪費(fèi)，不符合實(shí)際生產(chǎn)要求。裝載量過大，會(huì)導(dǎo)致干燥時(shí)間延長，使干燥后的香菇片色澤差，色差值大。

圖5 裝載量對色差值的影響Fig.5 Effect of loading-bearing capacity on color difference

（3）裝載量對復(fù)水比的影響

不同裝載量對香菇復(fù)水比的影響如由圖6 所示。復(fù)水比隨著裝載量的增加先增大后減小。裝載量為200 g/m2時(shí)的復(fù)水比最小，僅為5.07。裝載量500 g/m2的復(fù)水比最大，達(dá)到6.65。裝載量過大導(dǎo)致干燥時(shí)間過長，破壞香菇內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，阻礙復(fù)水時(shí)水分進(jìn)入，因此復(fù)水比降低。綜合考慮干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比，將裝載量區(qū)間設(shè)置為400～600 g/m2進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖6 裝載量對復(fù)水比的影響Fig.6 Effect of loading-bearing capacity on rehydration rate

2.1.3 切片厚度對香菇干燥品質(zhì)的影響

（1）切片厚度對香菇干燥特性的影響

由圖7 可以看出，隨著干燥時(shí)間的延長，不同厚度的切片香菇干基含水率呈現(xiàn)下降的趨勢。干基含水率下降的速率越快，水分蒸發(fā)越快，所需干燥時(shí)間越短。水分的內(nèi)擴(kuò)散是從香菇內(nèi)部擴(kuò)散到香菇表面的過程，由濕度梯度和溫度梯度驅(qū)動(dòng)，香菇在干燥后期含水量下降，內(nèi)部與表面的水蒸氣氣壓差減小，使干燥速度下降，薄的香菇切片水分遷移快，因此干燥速度快。當(dāng)干燥溫度和裝載量一定時(shí)，隨著切片厚度的增加，干燥速率呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢。香菇切片越薄，由物料內(nèi)部向外部擴(kuò)散的阻力越小，干燥速率越快，因此當(dāng)切片厚度為1、2 mm 時(shí)，香菇干燥所需時(shí)間少。

圖7 切片厚度對香菇干燥特性的影響Fig.7 Effect of slice thickness on drying characteristics of Lentinula edodes

（2）切片厚度對色差值的影響

由圖8 可知，香菇干燥的色差值隨著切片厚度的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。4 mm 厚的香菇切片色差值最小，為13.19?？梢姡稍镞^程中切片過薄，可能會(huì)導(dǎo)致香菇片表面焦糊、結(jié)塊變硬，使色差值增大；而切片厚度過大，則干燥時(shí)間增加，酶促和非酶促反應(yīng)時(shí)間延長，因此褐變程度增大[30]，增大了色差值。

圖8 切片厚度對色差值的影響Fig.8 Effect of slice thickness on color difference

（3）切片厚度對復(fù)水比的影響

由圖9 可知，復(fù)水比隨著切片厚度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。切片厚度為1～2 mm 時(shí)，復(fù)水比增大，2 mm 時(shí)的復(fù)水比最高，為6.35。切片厚度3～5 mm 時(shí)，復(fù)水比減小。切片香菇厚度在2～4 mm 時(shí)，干燥速率適中，水分下降速度較快，因此對香菇細(xì)胞組織的損傷小，片狀香菇恢復(fù)原來特性的能力強(qiáng)，因此復(fù)水比高。但厚度過大，干燥時(shí)間過長，對香菇組織細(xì)胞持續(xù)性損傷時(shí)間延長，也不利于香菇復(fù)水。綜合考慮，選擇香菇切片厚度為2～4 mm 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖9 切片厚度對復(fù)水比的影響Fig.9 Effect of slice thickness on rehydration rate

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)范圍。以熱泵干燥溫度X1、裝載量X2和切片厚度X3為自變量，以干燥時(shí)間Y1、色差值Y2、復(fù)水比Y3為響應(yīng)值，運(yùn)用Design expert軟件設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試實(shí)驗(yàn)，得到的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2。干燥時(shí)間、色差值越小越好，復(fù)水比越大越好，每組實(shí)驗(yàn)均做三組平行，結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 2 Design scheme of response surface test

2.3 回歸方程及參數(shù)分析

對表2 中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到各因素與干制香菇的干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比等指標(biāo)之間的回歸方程為：Y1=64.0-12.508 8X1+1.88X2+5.63X3-2.50X1X2+0X1X3-1.25X2X3+6.12X12+4.87X22+9.88X32；

對于上述各歸回模型進(jìn)行方差分析，并對模型系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，見表3。由表可知，干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比這3 個(gè)模型的P值均小于0.01，因此上述3 個(gè)模型均極顯著，各響應(yīng)值與各個(gè)實(shí)驗(yàn)因素之間存在極顯著的線性相關(guān)性；各模型的失擬項(xiàng)P值分別為0.367 8、0.136 7、0.291 6，均不顯著（P＞0.05）；同時(shí)，各模型的R2分別為96.79、99.02、97.61，表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與回歸數(shù)學(xué)模型擬合性良好，能夠采用上述模型較好地預(yù)測各指標(biāo)的實(shí)際值和切片香菇熱泵干燥過程中各項(xiàng)指標(biāo)隨干燥條件變化的規(guī)律。因此，可以采用上述模型來分析和研究切片香菇熱泵干燥的工藝。

表3 響應(yīng)面分析結(jié)果Table 3 Analysis results of response surface

對各因素的顯著性分析可知，干燥溫度對干燥時(shí)間、色差值、復(fù)水比的影響極顯著，切片厚度對色差值的影響極顯著，對干燥時(shí)間和復(fù)水比的影響不顯著。裝載量對干燥時(shí)間和復(fù)水比的影響極顯著，對色差值的影響不顯著。X12和X32對切片香菇的干燥時(shí)間有極顯著影響（P＜0.01），X22對切片香菇的干燥時(shí)間有顯著影響（P＜0.05）；X12、X22和X32對切片香菇的色差值有極顯著影響（P＜0.01）；X12、X22和X32對切片香菇的復(fù)水比有極顯著影響（P＜0.01）。由方程一次項(xiàng)系數(shù)的絕對值大小可以得出，各因素對切片香菇熱泵干燥品質(zhì)的影響主次順序依次為干燥溫度（X1）＞裝載量（X3）＞切片厚度（X2）。由此可見，干燥溫度（X1）是影響切片香菇干燥品質(zhì)的主要因素。

2.3.1 各因素對干燥時(shí)間的響應(yīng)面分析

由圖10 可以看出，在裝載量一定的條件下，干燥溫度越高，所需要的干燥時(shí)間越少；切片厚度越厚，所需干燥時(shí)間呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。在切片厚度一定的情況下，裝載量增大時(shí)，所需要的干燥時(shí)間先減小后增大；干燥溫度越高，所需干燥時(shí)間越短。當(dāng)溫度條件不變時(shí)，切片厚度和裝載量的增加使干燥時(shí)間均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。溫度對干燥時(shí)間的影響最大，溫度過高或過低均對香菇切片的干燥有不利的影響，因此，選擇合適的溫度進(jìn)行干燥，是香菇熱泵干燥的重點(diǎn)。

圖10 干燥溫度、裝載量和切片厚度對干燥時(shí)間的影響Fig.10 Effects of drying temperature,loading-bearing capacity and slice thickness on drying time

2.3.2 各因素對色差值的響應(yīng)面分析

由圖11 可以看出，在一定裝載量的條件下，干制香菇的色差值隨著干燥溫度的增加，呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢；隨著切片厚度的增加，呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。干燥溫度過高，香菇在高溫下進(jìn)行干燥，易產(chǎn)生褐變，導(dǎo)致色差值增大；干燥溫度過低，增加了干燥時(shí)間，不僅不利于節(jié)能減排，也會(huì)影響香菇片色澤。當(dāng)干燥溫度一定時(shí)，色差值隨著裝載量的增加先增加后降低，幅度較為明顯；隨著切片厚度的增加先降低后增大，幅度不明顯。當(dāng)切片厚度一定時(shí)，色差值隨干燥溫度和裝載量的增加，均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。

圖11 干燥溫度、裝載量和切片厚度對色差值的影響Fig.11 Effects of drying temperature,loading-bearing capacity and slice thickness on color difference

2.3.3 各因素對復(fù)水比的響應(yīng)面分析

由圖12 可以看出，當(dāng)裝載量一定時(shí)，干燥溫度增大，復(fù)水比呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；切片厚度增大，復(fù)水比呈現(xiàn)稍增大后減小的趨勢。當(dāng)干燥溫度一定時(shí)，裝載量增大，復(fù)水比先增大后減??；切片厚度增大，復(fù)水比呈現(xiàn)稍增大后減小的趨勢。當(dāng)切片厚度一定時(shí)，隨著溫度和裝載量增大，復(fù)水比出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。干燥溫度過高或過低均會(huì)導(dǎo)致復(fù)水比下降，而且裝載量過大，香菇片在托盤中的間隔小，甚至出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象，導(dǎo)致烘干過程中水分蒸發(fā)較慢，干燥時(shí)間延長，不利于香菇片的復(fù)水，導(dǎo)致復(fù)水比下降。

圖12 干燥溫度、裝載量和切片厚度對復(fù)水比的影響Fig.12 Effect of drying temperature,loading-bearing capacity and slice thickness on rehydration rate

2.4 最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

獲得高品質(zhì)的切片香菇熱泵干燥產(chǎn)品，需要較低的干燥時(shí)間和色差值，同時(shí)需要較高的復(fù)水比，其中干燥時(shí)間是主要考慮的指標(biāo)。因此，通過Design expert 8.0 軟件對切片香菇熱泵干燥的工藝進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化得出香菇熱泵干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)為溫度61.45 ℃，裝載量484.42 g/m2，切片厚度2.76 mm。考慮實(shí)際操作和設(shè)備條件，將切片香菇熱泵干燥最優(yōu)工藝調(diào)整為溫度60 ℃，裝載量500 g/m2，切片厚度3 mm。采用上述條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果取3 次平行實(shí)驗(yàn)的平均值，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為干燥時(shí)間（60±0.81）min，色差值10.78±0.04，復(fù)水比為7.15±0.03。與模型預(yù)測值相比，各數(shù)值的相對偏差均較小，與預(yù)測值較為接近，說明各個(gè)指標(biāo)模型的參數(shù)優(yōu)化較為合理，證明香菇熱泵干燥工藝優(yōu)化結(jié)果的可靠性以及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的有效性。

3 結(jié)論

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，分別建立了熱泵干燥溫度、切片厚度和裝載量對熱泵干燥香菇干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比影響的回歸模型。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所建模型的擬合度較好，可用于預(yù)測切片香菇熱泵干燥的干燥時(shí)間、色差值和復(fù)水比。經(jīng)優(yōu)化得出香菇熱泵干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)為干燥溫度60 ℃，裝載量500 g/m2，切片厚度3 mm。在此條件下烘干的香菇片色差值低，色澤較淺，復(fù)水比高，所需干燥時(shí)間少。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，香菇熱泵干燥的干燥時(shí)間為（60±0.81）min，色差值為10.78±0.04，復(fù)水比為7.15±0.03，同預(yù)測值較為接近，說明參數(shù)優(yōu)化較為合理，證明熱泵干燥切片香菇工藝優(yōu)化的結(jié)果具有可靠性，同時(shí)證明了統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的有效性。熱泵干燥供熱均勻，干燥速度快，高效節(jié)能，且能更好的保持香菇原有的色澤，可以在大規(guī)模實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。