真空微波干燥木耳技術(shù)研究

梁昌祥，黃彩奕，梁明華，陳兵兵，伍淑婕

（賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，廣西賀州 542899）

木耳（Auricularia auricula(L.ex Hook.)Underwood）是一種常見的可食用菌種，含有鐵、鈣、磷和維生素等多種有利于人體的營養(yǎng)物質(zhì)[1]。我國是世界第一的黑木耳生產(chǎn)國[2]，主要產(chǎn)地分布在黑龍江、云南、廣西等地。2019 年廣西食用菌產(chǎn)量已排在全國前5 位[3]，黑木耳是當(dāng)?shù)刂r(nóng)脫貧的拳頭產(chǎn)品之一。目前，國內(nèi)木耳干燥多采用自然光照或者人工烘干，這種傳統(tǒng)的干燥方式生產(chǎn)效率低下，也無法保證質(zhì)量。自然晾曬的木耳受天氣的制約，還會被周圍塵土砂礫污染，在天氣不好時用人工烘干的方式，不好掌握火候，容易干燥過度，因此需要研究更符合現(xiàn)代生產(chǎn)需要的干燥方法。目前，國內(nèi)使用傳統(tǒng)日曬木耳在晴朗天氣下需要1～2 d，而且浪費(fèi)人工和用地。除了自然干燥外，熱風(fēng)干燥也是現(xiàn)在常用的干燥方法之一[4]，熱風(fēng)干燥只需要4～8 h[5]就能干燥完成，但是加熱時熱量是從外面?zhèn)魅胛锪侠铮瑐鳠岷蛡髻|(zhì)方向相反，會導(dǎo)致木耳的干燥速度慢，也影響其干燥后的品質(zhì)[6]。相比較熱風(fēng)干燥，微波干燥的優(yōu)勢在于不但熱能利用率高、干燥時間短、生產(chǎn)效率高、能耗僅為其他加熱方式的幾十分之一，干燥時溫度相比較其他干燥方式要低，而且干燥均勻、干燥過程封閉清潔、可保證干燥后食品的品質(zhì)，干燥過程易實現(xiàn)自動化控制，技術(shù)上可靠、可行，真空微波技術(shù)在食品與農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等行業(yè)的應(yīng)用并不少見[7]，但目前選擇真空微波干燥木耳的加工廠比較少。試驗使用MEMD-M-V-6 型微波干燥箱對廣西產(chǎn)黑木耳進(jìn)行干燥處理，設(shè)定不同的微波功率和真空度對不同大小等級的木耳進(jìn)行試驗，對干濕比、含水量、直徑等理化指標(biāo)進(jìn)行測試，觀察這些變量給木耳干制品帶來的影響。試圖尋找出能快速、便捷并保證木耳質(zhì)量的干燥方法，為國內(nèi)木耳加工產(chǎn)業(yè)提供一個新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

購于當(dāng)天采摘的形狀完整，無破碎、無蟲洞的廣西產(chǎn)新鮮黑木耳，木耳色澤呈淺褐色，質(zhì)地為膠質(zhì)狀半透明，薄而有彈性，用水分測定儀測定其初始含水量在93%左右，將其每一朵完整的木耳分離開來，清洗干凈，瀝干表面多余水分，備用。

1.1.2 主要儀器

酷貝家用電子秤，永康市艾瑞貿(mào)易有限公司產(chǎn)品；MEMD-M-V-6 型微波干燥箱，河南勃達(dá)微波電氣自動化設(shè)備有限公司產(chǎn)品；MB90 型水分測定儀，奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 前處理

將清洗干凈的新鮮黑木耳按照直徑大小分成3 個等級，其中直徑范圍在16～10 cm 為大朵木耳（用a 表示）；直徑范圍在10～5 cm 為中朵木耳（用b表示）；直徑范圍在5 cm 以下為小朵木耳（用c表示）。

為了達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，要求每組木耳要干燥至含水量為10%～12%[8]（木耳安全含水量） 停止干燥，但不宜過低，試驗發(fā)現(xiàn)含水量低于5%，繼續(xù)干燥則會造成木耳的焦化。

將處理好的木耳原料薄厚均勻地平鋪在微波干燥箱的專用托盤上，確保每一朵木耳間不會發(fā)生重疊影響水分發(fā)散，從而影響干燥試驗結(jié)果，在同一真空度下，用不同干燥功率對3 個等級的木耳進(jìn)行干燥，繪制其含水量隨時間而變化的干燥曲線，并用結(jié)果進(jìn)行對比，觀察不同因素對真空微波木耳干制品的影響。

1.2.2 干燥試驗

因試驗機(jī)器為中大型生產(chǎn)機(jī)械，其功率只有3，6，9 kW，以這3 種功率為基礎(chǔ)進(jìn)行研究。由于機(jī)器真空度的設(shè)定只能為一定范圍，試驗按照需要設(shè)定一個較小的真空度波動范圍，根據(jù)機(jī)器設(shè)定，當(dāng)真空度低于低值時，機(jī)器會自動開啟真空泵進(jìn)行抽氣，當(dāng)達(dá)到高值時自動停止。

①將微波干燥功率設(shè)定為3 kW，且在這一功率下設(shè)定真空度為0.015～0.020，0.035～0.040，0.055～0.060，0.075～0.080 MPa 時對木耳進(jìn)行干燥試驗，標(biāo)記為試驗組1，2，3，4。②將微波干燥功率設(shè)定為6 kW，且在這一功率下設(shè)定真空度為0.015～0.020，0.035～0.040，0.055～0.06，0.075～0.080 MPa 時對木耳進(jìn)行干燥試驗，標(biāo)記為試驗組5，6，7，8。③將微波干燥功率設(shè)定為9 kW，且在這一功率下設(shè)定真空 度 為0.015～0.020，0.035～0.040，0.055～0.060，0.075～0.080 MPa 時對木耳進(jìn)行干燥試驗，標(biāo)記為試驗組9，10，11，12。

每組隨機(jī)選擇25 份約200 g 的完好樣品，稱質(zhì)量，做好標(biāo)記，每隔5 min 取一份樣稱質(zhì)量一次（開停機(jī)距工況所需時間較少，暫時不做記錄），記錄樣品木耳質(zhì)量、干燥時間，最終達(dá)到木耳安全含水量（12%） 以下。結(jié)合鼓泡的情況分析應(yīng)采取的合適微波功率和真空度。并且每一組干燥試驗都隨機(jī)挑選其中三朵形狀完整，無破碎、無蟲洞的木耳作為樣品，記錄其干燥前后體積形狀的變化并進(jìn)行復(fù)水性試驗，取其平均值以減少試驗誤差，驗證最終產(chǎn)品干濕比是否達(dá)到了國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 復(fù)水性試驗

按照國標(biāo)（GB/T 6192—2019） 規(guī)定[9]，正常黑木耳干制品的干濕比在1∶9 以上才算達(dá)標(biāo)。按國標(biāo)（GB/T 6192—2019） 方法在每一組干燥試驗中，都稱取10 g 樣品（精準(zhǔn)至±0.1 g），在18～25 ℃的室內(nèi)，放入水中浸泡8 h，取出瀝水甩干后稱質(zhì)量，按照公式（1） 計算干濕比，計算結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。

式中：Y——樣品干濕比；

m1——樣品濕質(zhì)量，g；

m——樣品干質(zhì)量，g。

根據(jù)試驗實際情況，在干燥前每組試驗都選定3 朵樣品木耳并做標(biāo)記，記錄其干燥前的質(zhì)量、干燥后的質(zhì)量和復(fù)水后的質(zhì)量，用國標(biāo)方法計算其干濕比，并取3 朵的平均值作為試驗結(jié)果。

1.2.4 水分含量測定

用MB90 型水分含量測定儀測定干燥后木耳的水分含量。將水分測定儀進(jìn)行調(diào)平，調(diào)平后將干燥后的試驗品放入樣品盤，關(guān)閉上蓋讓水分儀自動開始干燥和測量，屏幕顯示選擇%MC（水分含量） 狀態(tài)，將溫度設(shè)定為105 ℃，測試結(jié)束干燥自動停止，讀數(shù)記錄，每組試驗都隨機(jī)取樣3 次分別進(jìn)行測試，結(jié)果取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 木耳干燥

2.1.1 不同功率對木耳干燥時間的影響

為了測試不同真空度與真空微波功率對木耳干燥時間的影響，在所有試驗組黑木耳全部干燥完成后，分別以微波干燥的真空度和真空微波功率為變量，繪制成折線圖，直觀地看到不同變量對木耳微波干燥時間的影響。

a 級木耳在0.075～0.080 MPa 時不同功率的干燥時間見圖1，b 級木耳在0.075～0.080 MPa 時不同功率的干燥時間見圖2，c 級木耳在0.075～0.080 MPa時不同功率的干燥時間見圖3。

圖1 a 級木耳在0.075～0.080 MPa 時不同功率的干燥時間

圖2 b 級木耳在0.075～0.080 MPa 時不同功率的干燥時間

圖3 c 級木耳在0.075～0.080 MPa 時不同功率的干燥時間

由圖1 可知，功率對木耳干燥時間有很大的影響?？傮w來說，功率越大，干燥時間越短。其中，3 kW 需要較長時間，能耗更大，而6，9 kW 的干燥時間較短，在干燥后期會有一段時間較長的處理階段。因為真空微波傳熱不用介質(zhì)，不會對流，木耳內(nèi)外同時升溫，所以干燥均勻，干燥時間很短[10]。隨著微波功率的增大，木耳在單位時間內(nèi)吸收微波能變多，水分蒸發(fā)速度加快，達(dá)到安全含水量需要的時間就縮短[11]。在干燥后期時，木耳中含水量已經(jīng)很低，根據(jù)干燥的原理，水分要從木耳內(nèi)部先到達(dá)表面，所以干燥時間延長。如果僅僅考慮干燥時間，可以使用中大功率，但是結(jié)合成品質(zhì)量而言卻又是另外一種選擇。

而3 個等級的木耳在相同真空度和干燥功率下，干燥到同一安全含水率的時間相差不大，可以看出在5～16 cm 木耳微波干燥處理中，影響木耳微波干燥時間的主要因素不是木耳大小。

2.1.2 木耳膨化對木耳品質(zhì)的影響

新鮮黑木耳干燥過程中顏色不斷加深，直到干燥結(jié)束顏色變成黑褐色，表面光滑明亮、背面偏灰、不透明，變硬體積變小。以b 級黑木耳取樣為例，新鮮黑木耳與干燥后黑木耳之間有明顯的體積變化，各參數(shù)都縮小到干燥前的50%左右，復(fù)水后體積能恢復(fù)到原樣，但膨化后的干木耳嚴(yán)重變樣，與正常的干木耳差別巨大。

干燥后的黑木耳見圖4，膨化后木耳（左），新鮮木耳（右） 見圖5，b 級木耳干燥前后木耳的形狀變化見表1。

圖4 干燥后的黑木耳

圖5 膨化后木耳（左），新鮮木耳（右）

表1 b 級木耳干燥前后木耳的形狀變化

干燥功率為9 kW 時，試驗組9，10，11，12 在干燥進(jìn)行到大約15 min 時3 個等級的木耳皆開始出現(xiàn)明顯的膨化現(xiàn)象；干燥功率為6 kW 時，試驗組5，6，7，8，在干燥進(jìn)行至20 min 左右3 個等級木耳也出現(xiàn)膨化現(xiàn)象；干燥功率為3 kW 時，試驗組1，2，3，4 的木耳全程無明顯膨化現(xiàn)象。根據(jù)試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，真空微波干燥木耳會造成木耳干制品內(nèi)部鼓脹，而且真空度越大，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。預(yù)計在真空微波干燥初期，微波能處于累積階段，轉(zhuǎn)化的熱能相對較少，木耳中水分還比較多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化不明顯，木耳仍處于初期的柔軟狀態(tài)，表面沒有明顯變化，當(dāng)干燥進(jìn)行到一定程度時，大量微波能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度不斷升高，木耳中水分持續(xù)大量排出，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)被破壞開始分離[12]，并且木耳組織結(jié)構(gòu)間空氣逐漸增多，木耳開始膨脹，到干燥后期木耳逐漸變硬并定型，導(dǎo)致部分木耳干燥后嚴(yán)重變形，會發(fā)生這種現(xiàn)象是由于微波干燥會促使干燥物料產(chǎn)生孔洞結(jié)構(gòu)[13]，由于木耳非常薄，不會產(chǎn)生蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而是直接分離，產(chǎn)生膨化現(xiàn)象。所以干燥時間越短，膨脹效果越明顯，在相同功率下真空度越大木耳出現(xiàn)的膨化現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此不能僅僅考慮干燥時間，也要考慮干燥后木耳的品質(zhì)。

木耳的膨化率百分比見圖6。

圖6 木耳的膨化率百分比

3 種等級大小木耳都有這種膨化變形的發(fā)生，縱軸表示膨化率百分比。從柱形圖可看出，這種現(xiàn)象與木耳的大小形狀無關(guān)，只與微波干燥的真空度和功率有關(guān)。

在試驗過程中可考慮像羅漢果在干燥前扎針預(yù)防炸果一樣在木耳表面扎針來預(yù)防木耳膨化[14]，但考慮到扎針之后外觀有損影響感官，且經(jīng)過試驗后發(fā)現(xiàn)扎針后雖然不會膨脹得這么嚴(yán)重，但依舊會有部分分離，所以放棄這一方式。綜合以上的結(jié)果，干燥功率為3 kW 是比較好的選擇。

2.1.3 不同真空度對木耳干燥的影響

選取在3 kW的功率為例，分別設(shè)定為0.015～0.020，0.035～0.040，0.055～0.060，0.075～0.080 MPa時，對b 級木耳進(jìn)行木耳干燥試驗。

3 kW 功率時不同真空度的干燥時間見圖7。

圖7 3 kW 功率時不同真空度的干燥時間

由圖7 可知，在此條件下真空度越大，木耳干燥時間越短，且后半段的差距比較明顯，但相比于功率，真空度對木耳干燥時間的影響其實并不算大，功率才是影響木耳干燥時間的主要因素。為了加快干燥時間，節(jié)省時間，可以選擇較大的真空度，即0.075～0.080 MPa。

2.2 復(fù)水性試驗及水分含量測定

每組木耳各測3 次取其平均值。

b 級木耳的水分含量與干濕比（平均值） 見表2。

表2 b 級木耳的水分含量與干濕比（平均值）

由試驗結(jié)果可以看出，木耳最終含水量達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。食品中水分含量過高會加速微生物的生長繁殖，使食品可保存時間變短，因此需要干燥將物料中的水分含量降低到一定程度，抑制食品中的酶活性與微生物的繁殖，使其達(dá)到長期儲存的目的。干燥后的物料含水率要達(dá)到安全含水率以下。木耳干制品的含水量應(yīng)該在國家標(biāo)準(zhǔn)含水量12%以下，不僅易儲存，運(yùn)輸過程中還不易破碎[15]。

據(jù)國家質(zhì)檢總局對黑木耳、銀耳產(chǎn)品質(zhì)量的國家監(jiān)督抽查結(jié)果[16]，可以看出木耳干制品不合格的問題，多為含水量與干濕比不達(dá)標(biāo)，而試驗運(yùn)用真空微波干燥箱干燥的木耳，在設(shè)定好的干燥時間內(nèi)，木耳干制品的含水量都在安全含水量以下，都達(dá)到了國家規(guī)定的木耳干制品標(biāo)準(zhǔn)，可見真空微波干燥十分適合木耳加工標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

進(jìn)行復(fù)水性試驗將木耳泡發(fā)后瀝干多余水分，外表上看與正常新鮮木耳一致，顏色變回淺褐色且透光，手感柔軟，體積恢復(fù)原來大小。發(fā)生膨化現(xiàn)象的木耳在進(jìn)行復(fù)水性試驗泡發(fā)后，從外表上與新鮮黑木耳和正常干木耳泡發(fā)后的樣子差別不大，木耳中間依舊是中空分離狀態(tài)。

3 結(jié)論

相比于其他干燥方式，微波干燥更快速，更容易標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。微波干燥木耳時間比傳統(tǒng)干燥更短，只要設(shè)定好真空度、功率及干燥時間，就能保證干燥的木耳均達(dá)到想要的標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)效率、降低干燥時間，減少原材料損耗成本，并且保證品質(zhì)。傳統(tǒng)干燥方式會造成干燥不均勻的現(xiàn)象，真空微波干燥因其特性則可以完美避免這一現(xiàn)象發(fā)生，無論木耳的形狀大小其干燥效果都一致。

運(yùn)用MEMD-M-V-6 型微波干燥箱干燥廣西產(chǎn)本地新鮮黑木耳。根據(jù)試驗結(jié)果，干燥功率3 kW 時的試驗組1，2，3，4 號因素下3 個等級的木耳都品相完好，理化指標(biāo)也都達(dá)到國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；干燥功率6 kW 時，試驗組5，6，7，8 號因素下3 個等級木耳都出現(xiàn)膨化現(xiàn)象，且真空度越大，膨化現(xiàn)象越嚴(yán)重；干燥功率9 kW 時，試驗組9，10，11，12 號因素下3 個等級木耳膨化現(xiàn)象十分嚴(yán)重。根據(jù)觀察3 個大小等級的木耳出現(xiàn)這種膨化率可以發(fā)現(xiàn)，膨化現(xiàn)象的出現(xiàn)和木耳的形狀大小無關(guān)，只與干燥功率和真空度有關(guān)，且真空度越大，膨化率越高，過高的功率也會加劇這一現(xiàn)象，從而影響木耳干制品的品質(zhì)。

過高的功率會導(dǎo)致干燥過程太快，不好監(jiān)測木耳干燥過程的狀態(tài)，在用微波干燥機(jī)進(jìn)行工廠化木耳干燥處理時，如果全程只用單功率進(jìn)行干燥，應(yīng)該把功率設(shè)定為3 kW 最為合適，真空度0.075～0.080 MPa 較能節(jié)省時間，這樣設(shè)定能保證在快速干燥木耳的同時，保證木耳的品質(zhì)。