張?jiān)较瑁瑒?靜,吳小恬,趙 亞,石啟龍
(山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院,山東淄博 255000)
食用菌是指子實(shí)體碩大、可供食用的大型真菌,通稱為蘑菇,富含植物蛋白、維生素和礦物質(zhì),熱量和脂肪含量低,食藥兼用,被聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦為健康食品。食用菌具有獨(dú)特的質(zhì)地和風(fēng)味、豐富的營養(yǎng)物質(zhì)以及珍貴的藥用價值,在世界各地大量種植,成為最受人們歡迎的食物之一[1-2]。我國是食用菌生產(chǎn)大國,產(chǎn)量占世界食用菌總產(chǎn)量的43%,而且種植規(guī)模不斷擴(kuò)大、品種不斷增多[3]。食用菌含水率高(70%~95%),呼吸旺盛,采后貯運(yùn)過程中極易出現(xiàn)褐變、開傘、腐爛、水分喪失、木質(zhì)化等腐敗變質(zhì)現(xiàn)象;此外,食用菌貯運(yùn)費(fèi)用高且容易出現(xiàn)機(jī)械損傷,降低其營養(yǎng)價值和商品性,采后經(jīng)濟(jì)損失較大,嚴(yán)重制約了其在市場上的流通[4-6]。
干燥是食用菌常用的加工方式,能將食用菌含水率和水分活度(water activity,aw)降低到一定程度,有效解決其貨架期短的問題,降低貯運(yùn)成本[7];且食用菌在干燥過程中,可以生成新的揮發(fā)性物質(zhì),提高其特征性風(fēng)味[8]。干燥方法直接影響食用菌干制后的外觀(色澤、形態(tài))、味道(香氣、風(fēng)味)和營養(yǎng)成分,因此,選擇適宜的干燥方法降低食用菌水分含量和aw,對提高其特征性風(fēng)味,延長其貨架期尤為重要。基于傳統(tǒng)干燥、新型干燥及聯(lián)合干燥等3 個方面,本文闡述了國內(nèi)外食用菌的干燥方法及其研究現(xiàn)狀,分析了食用菌干燥領(lǐng)域的發(fā)展趨勢,以期為食用菌干燥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。
食用菌傳統(tǒng)干燥方式包括自然干燥和熱風(fēng)干燥,具有操作簡單、可大批量工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。但是,相比于新型干燥與聯(lián)合干燥技術(shù),其干燥效率低、產(chǎn)品質(zhì)量欠佳,隨著人們生活水平的不斷提高,傳統(tǒng)干燥方式逐漸被新型干燥技術(shù)取代。
自然干燥(natural drying,ND)包括曬干和陰干,是一種在陽光直射或陰涼通風(fēng)處,借助陽光照射或空氣和風(fēng)的自然流動除去食用菌內(nèi)部水分的方法,該法無需投入特殊設(shè)備,成本低且操作簡單,但干燥過程不易控制,受環(huán)境影響較大且衛(wèi)生水平堪憂。此外,產(chǎn)品的外觀品質(zhì)無法保證,營養(yǎng)成分容易破壞。因此,目前食用菌自然干燥應(yīng)用較少[9-10]。
熱風(fēng)干燥(hot air drying,HAD)基于熱量傳遞系統(tǒng),以空氣為傳熱介質(zhì),利用鼓風(fēng)機(jī)或加熱器將熱空氣不斷吹入干燥室內(nèi),使熱風(fēng)在干燥室內(nèi)產(chǎn)生對流,提高物料表面溫度,使物料水分蒸發(fā),達(dá)到干燥的目的[11-12]。
采用HAD 處理的食用菌常見于方便食品中,食用菌脫水后其質(zhì)構(gòu)、復(fù)水特性以及風(fēng)味物質(zhì)都是評價干燥品質(zhì)的重要指標(biāo)。Xu 等[13]采用高溫預(yù)加熱處理(45、55、65、75 ℃,30 min),然后進(jìn)行傳統(tǒng)HAD(首先45 ℃、4.5 h,然后60 ℃、4.0 h),探究高溫預(yù)處理與HAD 香菇整體質(zhì)量之間的關(guān)系,結(jié)果表明,高溫預(yù)加熱處理顯著影響干香菇的整體質(zhì)量,提高了香菇的復(fù)水率和硬度,降低了收縮率、褐變度和甲醛含量,而且有利于風(fēng)味物質(zhì)的形成。Qin 等[14]研究了溫度60 ℃時,HAD 不同干燥階段香菇特征香氣的變化,結(jié)果表明,香菇中揮發(fā)性化合物分為3 個階段:早期(<2 h)、中期(2~3.5 h)和后期(>3.5 h),鮮香菇具有香菇味和泥土氣味,其特征香氣成分為3-辛醇和3-辛酮,早期呈現(xiàn)大蒜味和臭雞蛋味,是釋放二甲基三硫化物、茴香硫醚、2,3,5-三硫雜環(huán)己烷和環(huán)狀硫化合物所致;干燥中期臭雞蛋味消失,出現(xiàn)焙烤香氣;干燥后期香氣由炒香到焦香,這主要是由于焦糖化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)所生成的酯類和芳香化合物所致。
HAD 過程中通過控制干燥室內(nèi)濕度可有效改善食用菌干燥特性與品質(zhì)。李星儀等[15]將計(jì)算機(jī)視覺在線檢測技術(shù)應(yīng)用于HAD,采用連續(xù)排濕、全程設(shè)定恒定相對濕度(relative humidity,RH)、階段降低RH、后期迅速降低RH 等4 種RH 控制方法干燥去柄香菇,綜合考慮干香菇品質(zhì)與干燥速率,連續(xù)排濕為香菇HAD 推薦排濕方式,其次采用全程設(shè)定恒定RH 為30%,后期迅速降低RH。Liu 等[16]首次提出了杏鮑菇片HAD 過程中,通過控制濕物料水分蒸發(fā)速率從而控制干燥室內(nèi)RH 的加濕策略,溫度60 ℃、風(fēng)速3 m/s 條件下,研究了干燥初期加濕時間(0、15、30、45 min)對干燥過程及干制品的影響,結(jié)果表明,加濕30 min 可有效改善產(chǎn)品質(zhì)量,縮短15%干燥時間,降低23%干燥能耗,提高干燥系統(tǒng)的可持續(xù)性。
HAD 設(shè)備簡易,操作簡單,加工成本低,適用于工業(yè)上大批量食用菌的干燥,但干燥效率低、時間長,能耗高、成品質(zhì)量差,限制了HAD及其設(shè)備的發(fā)展[17-18]。因此,HAD常與其他干燥方式聯(lián)合使用,取得良好的干燥效果。
傳統(tǒng)干燥方式不能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,因此應(yīng)用于食用菌干燥的更多新型干燥技術(shù)相繼出現(xiàn),主要有熱泵干燥、真空冷凍干燥、太陽能干燥、紅外輻射干燥、微波干燥及真空干燥等。
熱泵干燥(heat pump drying,HPD)系統(tǒng)分為制冷劑回路與干燥介質(zhì)回路兩個子系統(tǒng),工作時,冷凝器將干燥室內(nèi)低溫空氣加熱成高溫低濕空氣,傳至干燥室,而熱空氣途經(jīng)干燥室變成溫濕空氣,繼續(xù)循環(huán)流動流經(jīng)蒸發(fā)器表面,實(shí)現(xiàn)降溫、除濕;空氣在由低溫、低濕→高溫、低濕→高溫、高濕→低溫、低濕的循環(huán)過程中實(shí)現(xiàn)物料除濕,故HPD 又稱熱泵除濕干燥[19-20]。HPD 具有能效高、環(huán)境污染小、干燥條件范圍廣、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),因此,廣泛應(yīng)用于生鮮食品如果蔬、食用菌的干燥。
目前HPD 應(yīng)用于食用菌干燥領(lǐng)域主要集中于工藝流程探索及參數(shù)優(yōu)化方面。沈文龍等[21]研究了杏鮑菇HPD特性并優(yōu)化了干燥工藝參數(shù),得到杏鮑菇HPD 最佳工藝為初始溫度50 ℃,溫度增量7 ℃,鋪料密度2.9 kg/m2。王教領(lǐng)等[22]在HPD 系統(tǒng)中引入轉(zhuǎn)輪,優(yōu)化得到杏鮑菇轉(zhuǎn)輪HPD 最佳工藝參數(shù),即再生溫度87 ℃,干燥溫度50 ℃,轉(zhuǎn)換點(diǎn)RH 45%,杏鮑菇干制品的色差、復(fù)水比與除濕能耗比分別為22.89、4.028 和2 633 kJ/kg。聶林林等[23]研究了干燥溫度、風(fēng)速及裝載量對HPD 香菇品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,干燥溫度、風(fēng)速和裝載量分別為50 ℃、3 m/s 和1 500 g 時,香菇干制品質(zhì)量最佳。
真空冷凍干燥(vacuum freeze drying,VFD)將真空技術(shù)、低溫技術(shù)以及傳熱工程等結(jié)合于一體,通過預(yù)先冷凍物料,使其內(nèi)部水分轉(zhuǎn)變?yōu)楸В缓笤诟哒婵諚l件下使冰晶升華的過程,是國際上公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)干燥方法[24]。
國內(nèi)有許多利用VFD 技術(shù)對食用菌進(jìn)行干燥的研究。楊玲等[25]研究了HAD、VFD、速凍VFD 等3 種干燥方式對松露品質(zhì)的影響,綜合分析干制松露的復(fù)水率、粉碎度、感官質(zhì)量、含水率、營養(yǎng)成分,試驗(yàn)得出VFD 為松露的最佳干燥工藝。陳健凱[26]采用單因素與正交試驗(yàn)優(yōu)化了香菇VFD 工藝,得到最佳工藝參數(shù)為真空壓力0.08 kPa,加熱板溫度40 ℃,裝載量6 kg/m2,預(yù)凍速度4 ℃/min。馬寧等[27]采用HAD 與VFD 分別處理印度塊菌,以復(fù)水特性、營養(yǎng)成分、感官品質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)為評價指標(biāo),通過低場核磁共振分析印度塊菌干燥過程中水分分布和遷移狀態(tài),結(jié)果表明,VFD 為印度塊菌的最適干燥方式。
盡管VFD 干燥時間長且費(fèi)用昂貴,但與其他干燥方式相比,VFD 可以最大程度地保持食品質(zhì)量[28]。VFD 應(yīng)用于新鮮食用菌脫水,可有效地保留食用菌原有的色澤與風(fēng)味,減少營養(yǎng)素與生理活性物質(zhì)的損失,進(jìn)而獲得高品質(zhì)食用菌干制品,尤其適用于冬蟲夏草、羊肚菌等珍奇、名貴食用菌的干燥。
太陽能干燥(solar drying,SD)分為吸收式和對流式,其中,吸收式通過加透明蓋板實(shí)現(xiàn)對物料直接曝曬;對流式則以空氣為工質(zhì),利用太陽能集熱器加熱空氣,物料與干燥器內(nèi)的熱空氣實(shí)現(xiàn)對流換熱,使其水分汽化,物料得以干燥[29]。
姚利利[30]研究了干燥溫度(50、55、60、65 ℃)、干燥風(fēng)速(4、6、8、10 m/s)、干燥量(2、4、6、8 kg)對香菇失水特性的影響,結(jié)果表明,干燥溫度和風(fēng)速越高、干燥量越低,香菇的干燥速率越快,干燥時間越短;采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),以干燥時間和能耗為指標(biāo),得到香菇適宜的SD 工藝參數(shù):干燥溫度55 ℃,干燥風(fēng)速8 m/s,干燥量6 kg。王婭等[9]探究了HAD、VFD 和SD 等3 種干燥方式對香菇干制品品質(zhì)的影響,綜合考慮產(chǎn)品收縮率、硬度、復(fù)水率、干燥時間、營養(yǎng)素保留率和能耗等指標(biāo),SD 為香菇最合理的干燥方式。
SD 具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),但與ND 類似,易受空氣質(zhì)量及環(huán)境溫度、RH 影響,不能保證干制品品質(zhì),因此,如何維持穩(wěn)定的太陽能供應(yīng),提高其熱效率與可控性是未來SD 的研究重點(diǎn)。
紅外輻射干燥(infrared radiation drying,IRD),簡稱“紅外干燥”,通過紅外線輻射物料,物料吸收紅外線,當(dāng)物料分子固有振動頻率與紅外輻射頻率相同或接近時,產(chǎn)生類似物理學(xué)的“共振”現(xiàn)象,輻射能轉(zhuǎn)化成熱能,此時物料內(nèi)外溫度同時升高,導(dǎo)致物料內(nèi)部水分外遷并且使其表面的水分蒸發(fā)達(dá)到干燥目的[31]。IRD 具有成本低、干燥效率高、熱量分布均勻、便于溫控、營養(yǎng)損失小且兼有殺菌和抑制酶活性等優(yōu)點(diǎn),因此,廣泛應(yīng)用于食用菌干燥領(lǐng)域。
國內(nèi)學(xué)者對食用菌IRD 進(jìn)行了工藝優(yōu)化,以得到優(yōu)質(zhì)干制食用菌。麥馨允等[32]探究了不同因素對白玉菇IRD干燥特性及品質(zhì)的影響,并進(jìn)一步優(yōu)化得到最佳工藝參數(shù):遠(yuǎn)紅外溫度60 ℃,切片厚度4 mm,裝載量15 g/dm2,此條件下得到白玉菇的白度值、VC 含量、復(fù)水比與感官評分分別為37.81、14.52 mg/100 g、3.12 和91。郭玲玲等[33]通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到中短波紅外干燥(MIRD)香菇的最佳工藝參數(shù)為干燥溫度55 ℃、輻照距離120 mm、切片厚度4.5 mm,此參數(shù)下得到香菇的白度值、復(fù)水比、硬度、氨基酸含量和總糖含量分別為58.56、5.32、495.63 g、818.12 mg/100 g 和281.37 mg/g。
Zhao 等[34]比較了遠(yuǎn)紅外輻射干燥(FIRD)、VFD、HPD、HAD 和HAD-瞬時控制壓降干燥(即瞬時壓差膨化干燥,DIC)對香菇干燥效率與品質(zhì)特性的影響,結(jié)果表明,與HPD、HAD 和HAD-DIC 相比,F(xiàn)IRD 香菇收縮率及色差值更小,硬度和復(fù)水率更高,VFD 和FIRD 香菇的蛋白質(zhì)和多糖保留率更高,F(xiàn)IRD 比VFD 干燥時間少66.25%,且風(fēng)味成分?jǐn)?shù)量多,F(xiàn)IRD 香菇的整體質(zhì)量最好。Zhao 等[35]研究了HAD 和FIRD 過程中,香菇水分狀態(tài)、分布和微觀結(jié)構(gòu)的變化,結(jié)果表明,F(xiàn)IRD 香菇的干燥時間更短(630 min),水分含量更低(0.07 g/g,w.b.),干燥產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高(7.88 ℃),且菌蓋直徑大(3.4 cm),復(fù)水率高(7.31),硬度低(37.93 N),脆度高(1.41 mm),F(xiàn)IRD 通過在較短干燥過程中增強(qiáng)內(nèi)部水分?jǐn)U散和減輕表面硬化作用而得到優(yōu)質(zhì)香菇干制品。
微波干燥(microwave drying,MWD)利用介質(zhì)損耗原理,微波發(fā)生器將微波輻射到物料上,介電材料與微波電磁場相互耦合,形成各種功率耗散進(jìn)而達(dá)到能量轉(zhuǎn)化目的。能量轉(zhuǎn)化方式包含多種,離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動是微波加熱的主要原理。微波加熱通過被加熱物料內(nèi)部偶極子的高頻往復(fù)運(yùn)動,產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”和“極化能”,微波能量轉(zhuǎn)換成介質(zhì)熱能,物料內(nèi)部和表層同時升溫,物料水分蒸發(fā)達(dá)到干燥目的[36]。
陳君琛等[37]討論了微波功率與裝載量對香菇MWD的影響,建立了多種干燥動力學(xué)模型,研究發(fā)現(xiàn),其他干燥條件一定時,微波功率越高、裝載量越少,干燥速率越快;Page 方程可準(zhǔn)確預(yù)測MWD 過程中香菇含水率變化。張志勇等[38]探究香菇在不同微波強(qiáng)度下的干燥特性,提出分段變功率MWD 工藝:前、后期微波強(qiáng)度分別為2.4、0.8 W/g,緩蘇5 min,此工藝提高了微波能利用率,解決了MWD 后期“熱失控”現(xiàn)象。
MWD 的高生產(chǎn)效率以及營養(yǎng)物質(zhì)損失小的特點(diǎn),使其在食用菌干燥中潛力巨大,但干燥后期由于水分?jǐn)U散不均勻容易因過熱出現(xiàn)物料邊角焦化現(xiàn)象,產(chǎn)品均勻性得不到保證,未來研究應(yīng)重點(diǎn)解決MWD 物料局部過熱問題。
真空干燥(vacuum drying,VD)是使物料處于真空條件下,通過降低壓強(qiáng)以降低水的沸點(diǎn),并通過適當(dāng)加熱方式,達(dá)到負(fù)壓狀態(tài)下水的沸點(diǎn),以脫除物料水分的一種干燥方式。VD 具有干燥速度快、溫度低、氧氣含量低、干制品品質(zhì)優(yōu)等特點(diǎn),但設(shè)備成本較高。
?umic 等[39]采用響應(yīng)面法優(yōu)化了雞油菌VD 工藝,得出雞油菌aw最小化和復(fù)水比最大化的優(yōu)化條件為溫度50 ℃,真空壓力10 kPa;總酚含量最大化的優(yōu)化條件為溫度55 ℃,真空壓力10 kPa。?umic 等[40]以干燥溫度、真空壓力為自變量,以含水率、aw、總酚含量、抗氧化能力和總色澤變化作為香菇品質(zhì)評價指標(biāo),通過響應(yīng)面分析得到香菇VD 最優(yōu)工藝參數(shù)為溫度57.1 ℃,真空壓力10 kPa。Deng 等[41]采用響應(yīng)面法探究油炸溫度、真空壓力和油炸時間對真空油炸香菇片品質(zhì)的影響并得到了最佳工藝參數(shù),結(jié)果表明,隨油炸溫度降低和真空壓力增加,香菇片脆性與感官值增加,色差和總油量降低;油炸時間增加則會導(dǎo)致測試范圍內(nèi)所有響應(yīng)值增加,僅脆性28 min 后下降;在最優(yōu)真空油炸工藝參數(shù)下,即油炸溫度105 ℃、真空壓力0.085 MPa、油炸時間27.3 min,相比于傳統(tǒng)常壓油炸方式,香菇脆片的總油量降低33.54%,感官值增加18.78%。
單一干燥方式具有一定的局限性,聯(lián)合干燥技術(shù)則可以根據(jù)食用菌特性,將多種干燥方式進(jìn)行分階段優(yōu)化組合,以提高干燥速率,降低生產(chǎn)成本,改善成品品質(zhì)。
3.1.1 熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥(HA-VD)
相比于單一HAD 與VD,HA-VD 能夠在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效降低干燥成本。邵平等[42]研究表明,60 ℃HAD 與不同溫度(50、60、70 ℃)VD 聯(lián)合干燥銀耳,干制品復(fù)水比、收縮率、多糖含量分別不低于12、60%、22%,銀耳具有良好的微觀組織結(jié)構(gòu);此外,相比于單一的VD 和VFD,HA-VD 成本分別降低了19%和51%。陳君琛等[43]采用3 因素2 次旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì),綜合分析了干燥杏鮑菇的色澤、硬度、感官評分和干燥速率,得到杏鮑菇HA-VD 優(yōu)化工藝參數(shù)為HAD 溫度60 ℃,轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率≤78%,VD 溫度55 ℃、壓力-90 kPa,此條件下的干制杏鮑菇品質(zhì)較優(yōu),能耗較VD 降低了57%,但高于HAD。
3.1.2 熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥(HA-MWD)
HA-MWD 干燥速率快、能耗低、干制品品質(zhì)高,既改善了HAD 難以深入物料內(nèi)部、干燥速率低、物料表層容易硬化的問題,又提高了MWD 的均勻性,廣泛應(yīng)用于食用菌干燥領(lǐng)域。
高倫江等[44]比較了HAD 與HA-MWD 對香菇干燥速率及品質(zhì)特性的影響,結(jié)果表明,HA-MWD 在干燥速率、復(fù)水特性及外觀色澤等方面均優(yōu)于HAD,HA-MWD 產(chǎn)生了干香菇的重要風(fēng)味化合物。Wang 等[45]探究了HAD、IRD 和間歇微波輔助HAD 對香菇干燥動力學(xué)及品質(zhì)特性的影響,研究表明,間歇微波輔助HAD 可大大縮短干燥時間,提高干燥速率,且多糖含量最高,生成的香味物質(zhì)種類及數(shù)量最多。
3.1.3 熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干燥(HA-IRD)
HAD 以蒸發(fā)汽化的方式除去物料表面水分,內(nèi)部水分由于水分梯度不斷向表面擴(kuò)散,IRD 則可使物料內(nèi)外水分同時加熱,內(nèi)部水分外遷同時使其表面水分蒸發(fā),HA-IRD 具有明顯的協(xié)同增效作用,干燥速率優(yōu)于單一干燥[46]。高雪[47]比較了HAD、MIRD、MIRD-HAD 及HADMIRD 對香菇硬度、收縮率、復(fù)水比、蛋白質(zhì)、總糖、揮發(fā)性成分、干燥時間和單位能耗的影響,結(jié)果表明,香菇干制品綜合品質(zhì)和單位能耗相對較優(yōu)的干燥工藝為MIRD(70 ℃)-HAD(50 ℃),轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率70%。
HPD 過程中,由于干燥室溫度較低,干燥后期,物料內(nèi)部結(jié)合水較難去除,干燥速率明顯降低,導(dǎo)致干燥時間增加,能效降低,食用菌干制品品質(zhì)下降。將HPD 與其他干燥方式相結(jié)合,可以避免/減緩HPD 工作溫度受限和對流干燥不足的難題[48],加快食用菌干燥速率,提高食用菌干制品品質(zhì)。
3.2.1 太陽能輔助熱泵干燥(SA-HPD)
SA-HPD 是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的干燥方式,可根據(jù)室外環(huán)境選擇和切換模式,更高效、節(jié)能,該系統(tǒng)成本低、質(zhì)量好、可持續(xù)性強(qiáng),可用于生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品和提高效率,產(chǎn)品可以在更少的能量投入和更可控的條件下干燥。
Xu 等[49]比較了獨(dú)立太陽能干燥系統(tǒng)(ISDS)、獨(dú)立閉式熱泵干燥系統(tǒng)(ICHPDS)以及閉式、開式、半開式太陽能輔助熱泵干燥系統(tǒng)(SA-HPDS)等5 種干燥模式下香菇的干燥特性,結(jié)果表明,SA-HPDS 在各模式下性能良好,且易于進(jìn)行不同模式間的切換,適用于較弱的太陽輻射強(qiáng)度,可根據(jù)進(jìn)風(fēng)溫度和RH 決定3 種模式(封閉、開放和半開放),干燥后期切換到SAHPDS 封閉干燥模式,與相同條件下的ICHPDS 相比,節(jié)能率達(dá)到37.96%。Sevik 等[50]探究HPD、SD 和SA-HPD 等3 種干燥方式對蘑菇干燥效果的影響,結(jié)果表明,SA-HPD 有利于提高熱效率,且SA-HPD 系統(tǒng)性能參數(shù)值優(yōu)于HPD 系統(tǒng)。此外,溫度45 ℃和質(zhì)量流量310 kg/h 下可獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。朱傳輝等[51]設(shè)計(jì)了一種新型SA-HPD 裝置,并以香菇為原料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,在溫度50、60 ℃,風(fēng)速2~3 m/s條件下,相比于SD 和HPD,SA-HPD 的干燥時間最短,干燥后的香菇為黃褐色,品質(zhì)較好。SA-HPD 的系統(tǒng)性能參數(shù)高于單獨(dú)使用HPD 的系統(tǒng)性能參數(shù),能量利用率較高,節(jié)能環(huán)保。
3.2.2 真空熱泵干燥(VA-HPD)
HPD 熱效率高,但干燥時間長,VD 能耗較高,但干燥速率快、產(chǎn)品質(zhì)量高,將HPD 與VD 有機(jī)結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ),獲得低能耗、高品質(zhì)食用菌干制品。
Artnaseaw等[52]研究了干燥溫度50~65 ℃、真空壓力0.01~0.04 MPa 條件下,香菇的VA-HPD 干燥特性,采用9 種薄層干燥模型擬合數(shù)據(jù),結(jié)果表明,隨著干燥溫度的升高或真空壓力的降低,香菇的干燥時間減少、顏色降解速率增大,干燥溫度對香菇的復(fù)水能力影響不顯著,復(fù)水能力隨真空壓力的增大而增加;Midilli et al.為描述香菇VA-HPD 的最適模型。程慧等[53]探究香菇VA-HPD 的熱泵溫度、真空度和轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率對產(chǎn)品質(zhì)量和單位能耗的影響,并與HPD 和VD 相比較,確定了最佳聯(lián)合干燥參數(shù):HPD 溫度49 ℃,轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率56%,真空壓力0.11 kPa,此條件下香菇的感官評分、復(fù)水比、硬度和單位能耗分別為8.3、2.72、3.61 N 和345.01 kJ/g。Goh 等[54]設(shè)計(jì)了一種在中溫(30~40 ℃)環(huán)境運(yùn)行的2 級減壓電阻真空熱泵干燥裝置,該設(shè)備生產(chǎn)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優(yōu)于ND 和HPD,且具有較高的能效。
MWD 與其他干燥聯(lián)合,可以有效解決MWD 后期出現(xiàn)局部過熱而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降的問題,其中,微波真空聯(lián)合干燥(MW-VD)、微波真空冷凍干燥(MW-VFD)在食用菌干燥領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
3.3.1 微波真空干燥
MW-VD 結(jié)合了MWD 和VD 的優(yōu)點(diǎn),產(chǎn)品質(zhì)量和能效顯著提高。Tian 等[12]評估了HAD、VD、MWD 和MW-VD對整個香菇品質(zhì)和揮發(fā)性化合物的影響,研究發(fā)現(xiàn),MW-VD 可獲得優(yōu)質(zhì)脫水香菇,干制品最大限度地保留營養(yǎng)素和色澤,產(chǎn)品具有均勻、蜂窩狀結(jié)構(gòu)。但MW-VD存在干燥后期物料溫度急劇升高,導(dǎo)致產(chǎn)品外觀、風(fēng)味變差等問題。Zhao 等[55]研究了緩蘇處理對茶樹菇MW-VD干燥特性和干制品理化特性的影響,通過增加緩蘇中間水分、溫度、時間,減少RH,進(jìn)而縮短有效干燥時間,與單純MW-VD 相比,緩蘇處理最大限度地提高了茶樹菇的復(fù)水率、多糖和游離氨基酸含量,且色澤良好。
3.3.2 微波真空冷凍干燥
MW-VFD 目的是使物料中水分在整個干燥過程中盡可能以冰晶形式存在,以升華方式去除物料水分。相比于VFD,MW-VFD 的干燥效率和整體能耗顯著改善[56-57],且產(chǎn)品與VFD 品質(zhì)相當(dāng),最大程度保留了新鮮物料的外觀、風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)。
朱彩平等[58]探討了微波功率、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率和干燥時間對平菇MW-VFD 效率、含水率、復(fù)水比和感官評價的影響,得到最優(yōu)干燥組合:微波功率300 W、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率37%、干燥時間11 h。段續(xù)等[59]研究了不同微波比功率(0.25、0.5、0.75 W/g)及真空壓力(0.05、0.10、0.15 kPa)對雙孢蘑菇MW-VFD 動力學(xué)和品質(zhì)特性的影響,綜合考慮有效水分?jǐn)U散系數(shù)、白度、VC 保存率、復(fù)水比、收縮率、能耗及感官評分,確定了雙孢蘑菇MW-VFD 最佳微波比功率0.25 W/g,真空壓力0.10 kPa。
基于孔隙率變化,Liu 等[60]探究了固定微波加載程序(2、3、4 W/g)和動態(tài)微波加載程序(0~300 min、3 W/g;300~450 min、2 W/g;450~540 min、4 W/g)對雙孢蘑菇干燥特性與品質(zhì)的影響,表明動態(tài)微波加載方法可有效提高雙孢蘑菇干燥速度和品質(zhì)。
3.3.3 遠(yuǎn)紅外-微波聯(lián)合干燥(FIR-MWD)
相比于單一FIRD 與MWD,F(xiàn)IR-MWD 可降低生產(chǎn)成本,獲得高質(zhì)量干制食用菌。劉正懷等[61]比較了FIRD、MWD 及FIR-MWD 對香菇干燥性能和品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,F(xiàn)IRD 和MWD 包含加速干燥、恒速干燥和降速干燥3 個階段,但MWD 的加速干燥階段很短,很快進(jìn)入恒速干燥階段。FIR-MWD 處理的香菇質(zhì)量最佳且能耗較低,其最佳工藝參數(shù)為FIRD 溫度66.81 ℃,轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率53%,MWD 功率1.13 W/g。
3.3.4 微波真空-紅外干燥(MV-IRD)
MV-IRD 結(jié)合了微波加熱和紅外加熱兩種不同加熱機(jī)制,二者產(chǎn)生協(xié)同作用,可大大提高干燥速率,得到高品質(zhì)產(chǎn)品。Kantrong 等[62]采用MVD 和MV-IRD 等2 種方式干燥香菇,探討微波功率(56、143、209、267 W)、絕對壓力(18.66、29.32、39.99、50.65 kPa)和紅外功率(0、100、200 W)對干燥特性、品質(zhì)和比能耗的影響,結(jié)果表明,干燥速率隨絕對壓力、微波功率和紅外功率的增加而增大,MV-IRD 可以改善香菇的色澤、復(fù)水率和復(fù)水香菇的質(zhì)構(gòu)。綜合考慮香菇品質(zhì)和能耗,MV-IRD 最佳干燥條件為微波功率267 W,絕對壓力18.66 kPa,紅外功率200 W。
瞬時壓差膨化干燥(instant controlled pressure drop,DIC),又稱爆炸膨化干燥(explosion puffing drying)、氣流膨化干燥(pneumatic puffing drying)等。該技術(shù)基于產(chǎn)品的熱機(jī)械效應(yīng),在膨化干燥過程中對溫度、壓力和時間進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控,以瞬間泄壓的形式觸發(fā)壓力由高到低的瞬間變化,使物料從相對較高的蒸汽壓力環(huán)境中迅速過渡到真空,引起物料水分瞬間汽化、閃蒸,被干燥物料體積膨脹,形成多孔性疏松結(jié)構(gòu),最終實(shí)現(xiàn)物料的快速干燥[63-65]。DIC 對物料的含水率有一定的要求,故DIC 常與其他干燥方式聯(lián)合使用。
劉增強(qiáng)等[66]采用VFD 將香菇含水量控制在30%,通過單因素與響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到香菇脆片DIC 最佳工藝:切片厚度7 mm、膨化溫度90 ℃、壓力差0.2 MPa、干燥溫度80 ℃、停滯時間12 min、干燥時間68 min。郭玲玲等[67]采用MIRD-DIC 生產(chǎn)香菇脆片,分析產(chǎn)品含水率、硬度、白度、復(fù)水比、氨基酸和總糖含量,得到最優(yōu)聯(lián)合干燥工藝:MIRD 含水率35.42%,DIC 干燥溫度56.88℃、干燥時間0.88 h。劉麗娜等[68]采用HAD 將香菇柄預(yù)干燥后,采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到香菇柄DIC 最佳工藝:膨化溫度86 ℃,干燥溫度69 ℃,干燥時間2 h,此條件下制得的香菇柄膨化效果較好,含水率、色差值和膨化度分別為3.83%、42.29 和0.685。
3.5.1 紅外-真空聯(lián)合干燥(IR-VD)
IR-VD 使物料處于真空條件下,內(nèi)部水分沸點(diǎn)降低,由紅外輻射提供熱源,通過熱傳導(dǎo)和熱輻射2 種方式對物料進(jìn)行加熱,蒸發(fā)和沸騰同時進(jìn)行,傳熱傳質(zhì)效率高、干制品品質(zhì)好[69-70]。Salehi 等[71]研究了紅外輻射功率(150、250、375 W)和真空壓力(5、10、15 kPa)對IR-VD雙孢蘑菇切片的干燥動力學(xué)的影響,結(jié)果表明,紅外功率與真空壓力均影響菇片的干燥時間,水分比主要受紅外功率的影響,而受系統(tǒng)壓力影響很??;Page 模型能較好地描述IR-VD 雙孢蘑菇切片的干燥特性。
3.5.2 冷凍干燥-紅外聯(lián)合干燥(VFD-IRD)
VFD 干燥時間長,能耗高,而IRD 干燥效率高、熱量分布均勻,二者聯(lián)合干燥可優(yōu)勢互補(bǔ),聯(lián)合干燥的分段節(jié)點(diǎn)同樣影響干制食用菌的品質(zhì)。Wang 等[72]探究冷凍干燥前和冷凍干燥后,采用中紅外干燥(MIRD)對香菇干燥特性及品質(zhì)特性的影響,并與VFD 香菇比較,結(jié)果表明,聯(lián)合干燥可以縮短干燥時間,如與VFD 香菇相比,F(xiàn)D(4 h)-MIRD 可節(jié)省干燥時間48%;MIRD(15 min)-FD 可節(jié)省干燥時間30%。與VFD 相比,VFD-MIRD 香菇的色澤、復(fù)水比、表觀密度和微觀結(jié)構(gòu)無顯著變化,應(yīng)用MIRD 有助于產(chǎn)生更多的微孔結(jié)構(gòu)。MIRD 與VFD 組合顯著影響香菇風(fēng)味物質(zhì)保留率,引起含硫物質(zhì)增加??偠灾?,F(xiàn)D(4 h)-MIRD 可替代VFD,二者所得香菇干制品品質(zhì)無明顯差異。
各種干燥方式均會對食用菌的外觀、風(fēng)味、營養(yǎng)成分等品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響,適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可改善干燥對食用菌品質(zhì)的影響,熱力和非熱力預(yù)處理包括熱燙、滲透脫水、真空浸漬調(diào)味、凍融,成膜、低溫等離子體、高壓電場、超聲波處理等,選擇合適的預(yù)處理方式對提高食用菌干制品品質(zhì)尤為重要。
食用菌干燥過程中會出現(xiàn)水分梯度,水分的內(nèi)擴(kuò)散與外擴(kuò)散同時進(jìn)行,相輔相成,相互制約,干制品品質(zhì)受擴(kuò)散速度差影響,深入探究食用菌干燥過程中水分狀態(tài)分布及其與干燥介質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性,有助于調(diào)控干燥參數(shù),實(shí)現(xiàn)干制品品質(zhì)調(diào)控的目的。
食用菌結(jié)構(gòu)組織差異較大,打破傳統(tǒng)聯(lián)合干燥方式的局限,開發(fā)適宜各種食用菌自身的新型聯(lián)合干燥方式,確定聯(lián)合干燥順序、含水率轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)及工藝參數(shù),發(fā)揮聯(lián)合干燥的優(yōu)勢,有利于提高食用菌干燥速率與干制品質(zhì)量,降低總成本。
干燥是減少食用菌采后損失的重要舉措,有利于延長產(chǎn)品貯藏期和貨架期,對食品安全和國民健康具有重大意義。本文綜述了食用菌干燥技術(shù)的研究進(jìn)展,闡述了不同干燥方式的基本原理與技術(shù)特點(diǎn),分析了食用菌干燥產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景,為食用菌干燥行業(yè)提供一定的參考,并為食用菌干制提供市場化的發(fā)展方向。食用菌干燥方法在不斷完善自身技術(shù)與設(shè)備的同時,與其它干燥方式相結(jié)合的聯(lián)合干燥將向著更深、更廣的方向發(fā)展,應(yīng)用前景廣闊。