白玉菇远红外干燥工艺优化及其对品质的影响

白玉菇，又称白玉蕈(white Hypsizygus marmoreus)，是真姬菇(Hypsizygus marmoreus)的一个白色变种，属担子菌亚门、伞菌目、白蘑科、玉蕈属[1]。白玉菇外形美观、营养丰富，是一种具有很高营养价值和药用价值的食用菌[2]。采后食用菌由于含水量高、代谢旺盛、病虫害等因素，其品质下降较快，保质期较短[3]。对食用菌进行干制可使食用菌含水量降低到安全水分范围，水分活度下降，抑制体内微生物活动和酶活性，延长货架期。同时，干制后的食用菌质量、体积都得到减小，包装和贮运成本降低[4]。目前对白玉菇产业的研究主要集中在栽培[5-6]，采后鲜品保鲜[7-9]，生物多糖[10]等活性物质的提取和功能性研究等领域，干制白玉菇的研究较少。远红外干燥是利用远红外线(3 ～1 000 μm)辐射食品[11]，远红外线被食品吸收后，产生共振现象，因其原子、分子的振动和转动，从而产生热而使物质升温，食品中的水、有机物和高分子物质具有很强的吸收远红外的能力[12]。远红外加热迅速，吸收均一、食品原料不易变形，营养损失小，兼有杀菌和降低酶活性的作用[13]。国内外对食用菌进行远红外干燥研究主要集中在干燥动力学模型上。DARVISHI等研究蘑菇远红外干燥特性，通过比较5种薄层干燥模型，对数模型更符合蘑菇片干燥过程[14]；SALEHI等的研究中，Page模型更符合双孢菇红外真空干燥特性[15]；而在热风干燥和远红外干燥前采用超声波预处理双孢菇可提高干燥时的传质速率，对数模型对该干燥过程的拟合结果较好[16]。ZHAO等研究香菇热风干燥和远红外干燥过程中水分动态分配和微观结构的形成，与热风干燥相比，远红外干燥的水分扩散和蒸发速率较快，耗时短，干制品含水量低，香菇制品均匀多孔，品质优良[17]。有关综合考虑白玉菇远红外干燥特性和干制品品质来优化干燥工艺参数的研究目前尚未见报道。

本研究通过单因素试验及正交设计，揭示白玉菇远红外干燥特性的变化规律，综合分析干制后白玉菇的亮度、复水比、Vc和感官评分等质量指标，得到最优的远红外干燥工艺参数(远红外温度、切片厚度、装载量)，为白玉菇的干制提供一定的实践指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验所用的鲜白玉菇，购自百色市华润万家超市，挑拣无病虫害、无畸形、无机械损伤、菇体新鲜、朵形饱满、大小均匀、成熟度一致、颜色亮白、无褐变的白玉菇。干燥实验前测定鲜白玉菇初始干基含水率、亮度和Vc。

1.2 试剂

抗坏血酸(分析纯)，天津市致远化学试剂有限公司；2,6-二氯靛酚钠盐(分析纯)，上海金穗生物科技有限公司；草酸(分析纯)，西陇化工股份有限公司；NaHCO3(分析纯)，广东光华科技股份有限公司。

1.3 仪器设备

SMY-2000系列测色色差计，北京盛名扬科技开发有限责任公司；E1200Y-2电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；电子天平，上海安亭电子仪器厂；YHG-300-BS远红外快速恒温干燥箱(功率1 000 W)，上海跃进医疗器械有限公司。

1.4 方法

将挑选好的白玉菇清洗干净后，切成一定厚度，取一定质量样品置于远红外快速恒温干燥箱中在一定的远红外温度下干燥，每隔一定时间称取质量，干燥至前后2次称量质量差不超过0.10 g时，即认为样品达到平衡含水率Me，结束干燥。此时的干基含水率≤0.14 g/g，符合食用菌干制品水分含量的要求[18]。设3次平行。干燥结束后，测定干制品的指标。

1.4.1 单因素试验

远红外干燥工艺的优化主要包括远红外温度、切片厚度和装载量，分别在固定其他因素相同的条件下，选取远红外温度为50、60、70和80 ℃(切片厚度6 mm，装载量15.00 g/dm2)，切片厚度为4、6、8和10 mm (远红外温度60 ℃，装载量15.00 g/dm2)，装载量为12.50、15.00、17.50和20.00 g/dm2(远红外温度60 ℃，切片厚度6 mm)分别进行单因素实验。通过测定干燥特性和产品质量确定各因素的合理范围。

在单因素试验结果基础上，选择合理范围内的远红外温度、切片厚度、装载量水平进行L9(34)正交设计，将白玉菇干制品亮度、Vc、复水比和感官评分作为试验指标，对干燥工艺进行优化。各因素水平见表1。

1.5 测定项目与方法

1.5.1 含水率测定

直接干燥法测定样品含水率[19]。

1.5.2 干基含水率测定

干基含水率测定如式(1)。

式中：Mt为干基含水率，g/g；mt为样品干燥t时刻时的质量，g；mg为样品干物质质量，g。

1.5.3 水分比(moisture ratio，MR)测定[20]

水分比测定如式(2)。

式中：MR,水分比；M0,样品初始干基含水率，g/g；Mt,样品干燥t时刻时的干基含水率，g/g；Me,样品干燥达到平衡时的干基含水率，g/g。

1.5.4 干燥速率(drying rate，DR)测定[21]

干燥速率测定如式(3)。

式中：DR,样品干燥速率，g/(g·min)；Mt+△t,样品干燥t+△t时刻的干基含水率，g/g；Mt,样品干燥t时刻的干基含水率，g/g；△t,时间差值，min。

1.5.5 亮度(L*)测定

利用色度计进行测定，采用CIE1976 L*、a*、b*色度坐标值，观测白玉菇的亮度L*[22]。

2,6-二氯靛酚滴定法测定白玉菇中Vc含量[23]。

1.5.7 复水比测定

称取一定质量白玉菇干制品，放入40 ℃热水中浸泡1 h，捞出后沥干20 min，并用吸水纸吸干表面水分后称重，复水后与复水前样品的重量之比即为白玉菇干制品的复水比[24]。复水比测定如式(4)。

式中：Rf,复水比；mf,样品复水后沥干质量，g；mg,干制品质量，g。

由数名品评员组成感官评分小组，对白玉菇干制品从色泽、滋味、气味、状态几个方面进行感官评分并进行打分[18]，以100分制计。感官评分参考标准见表2。

1.6 数据分析

采用PASW Statistics 18进行方差分析和主成分分析，差异显著性分析采用Tukey法，数据结果以算数平均值表示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 远红外温度对白玉菇干燥特性和质量的影响

由图1-a、图1-b可知，白玉菇干基含水率和含水比都随干燥时间的延长而下降，下降程度随着远红外温度的升高而加大，到达平衡时的干燥时间随着远红外温度的升高而缩短，50、60、70和80 ℃远红外温度的干燥时间分别为600、315、270、200 min。干燥结束时干基含水率皆小于0.14 g/g，达到安全水分范围。

由图1-c可知，干燥速率在干燥初期迅速增大，然后减小。干燥初期，干燥速率和最大干燥速率都随远红外温度的升高而变大，温度低，干燥速率峰值就出现得稍晚。这一方面是由于温度越高，远红外辐射越强，被物料吸收后，光能转变成动能，分子振动就越剧烈，振动会使部分分子挣脱了物料对它的束缚，振动摩擦会增强自热效应，使物质迅速升温，水分就会通过物态变化脱离物料[25]；另一方面，远红外加热食品时，食品中的水、有机物和高分子物质具有很强的吸收远红外的能力，因此内部温度往往比表面温度高[26]；与此同时，干燥过程中白玉菇表面的水分不断蒸发吸热，导致表面温度降低，传热方向由内到外，而物料水分梯度也是由内到外，物料内部水分的传热和传质方向是一致的，从而也就加速了水分扩散，进而加速了干燥进程。最大干燥速率到达之后，随着干燥的进行，干燥温度越高，干燥速率下降就越快。50 ℃下初始干燥速率较低，40 ～120 min可近似为恒速干燥阶段，处于表面气化控制阶段，白玉菇内部水分扩散与白玉菇表面水分蒸发的速度大致相等。120 min后，从恒速干燥阶段进入到降速干燥阶段。80 ℃下初始干燥速率在25 min时达到最大值0.21 g/(g·min)，但随着干燥过程的进行，干燥速率下降，此时干燥属于内部扩散控制阶段，白玉菇内部水分迁移速度小于白玉菇表面水分扩散速度。60、70、80 ℃都没有恒速干燥期，这可能是由于干燥温度过高，白玉菇表面水分蒸发过快，表面逐渐变干甚至形成表面硬化，透气性差，影响内部水分得向外移动，实际气化表面减小，从而引起了干燥速率的降低[27]，80 ℃最高，因而干燥速率下降得最快。可见，一定程度上提高远红外温度能加快传质和传热进程。

由图1-d可知，50、60、70和80 ℃远红外温度干燥条件下干燥速率转折点时的干基含水率分别为9.37、8.14、7.96和6.24 g/g，转折点又叫第一水分临界点，标志着干燥从表面气化控制转变为内部扩散控制。温度越高，初始干燥程度就越剧烈，初始干燥速率较大，水分减少迅速，即使达到转折点的时间稍短，但达到转折点时的干基含水率相对较低。

随着干燥的进行，白玉菇内部水分含量减少，干基含水率减小，因此，干燥后期干燥速率逐渐降低。

由表3可知，不同远红外温度对白玉菇干制品Vc和复水比的影响显著(P<0.05)。果蔬中普遍含有Vc，而Vc是对热、光、氧敏感的维生素，干燥过程中Vc保留率越高，说明干燥方式对果蔬组织的破坏就越小，因此，Vc含量通常可作为衡量干制品质量的指标之一[28]。Vc的损失主要由化学变化引起的，抗坏血酸氧化降解生成脱氢抗坏血酸，并进一步水解，高温容易让Vc发生氧化降解。而50 ℃下干燥时间过长，是60 ℃干燥时间的1.90倍，物料长时间暴露在空气和高于室温环境，对Vc破坏也大。因此，60 ℃ 下白玉菇的Vc含量较其他温度的Vc含量大。干制品复水后恢复原来新鲜状态的程度是衡量干制品品质的重要指标，主要取决于细胞和结构的破坏程度[29]。干燥过程果蔬组织遭受破坏从而使果蔬组织吸水能力降低，温度越高，破坏越强烈，干制品组织恢复能力越弱，故复水比就越小。50、60、70 ℃下的复水比无显著差异(P>0.05)，80 ℃下的复水比显著小于其他组(P<0.05)。综合干燥特性和干制品质量来看，80 ℃干燥时容易形成表面硬化，影响干燥效果，50 ℃干燥时间过长，对Vc含量等营养物质的破坏较大，因此较适合的远红外温度为60 ℃。

2.1.2 切片厚度对白玉菇干燥特性和质量的影响

由图2-a、图2-b可知，不同切片厚度的白玉菇干基含水率和含水比都随干燥时间的延长而减小，切片厚度越薄，白玉菇干基含水率和含水比下降得就越快，干燥时间随着切片厚度的减小而缩短，4、6、8 mm切片厚度的干基含水率和含水比变化曲线较为接近，10 mm切片厚度干基含水率和含水比下降最慢，4、6、8和10 mm切片厚度的干燥时间分别为270、315、360、450 min。干燥结束时干制品皆达到安全水分范围。

由图2-c可知，干燥速率在干燥初期迅速增大后减小。干燥初期，切片厚度越薄，初始干燥速率和干燥速率峰值就相对越大；过了峰值后，切片厚度越薄，干燥速率下降就越快。切片厚度对干燥过程有两个方面的影响。一是切片厚度越小，比表面积越大，传质和传热面积也就相对越大，干燥速率也就较大；二是固定干燥温度(60 ℃)和装载量(15.00 g/dm2)，不同切片厚度的干燥过程没有恒速干燥期，干燥速率峰值过后，进入内部扩散控制阶段，切片厚度越大，内部水分扩散至物料表面的路径越长，传质和传热阻力越大，干燥时间就相对越长。因此，减小切片厚度可以在一定程度上加快传热进程，但切片厚度对白玉菇干燥特性的影响远没有温度的影响明显。

由图2-d可知，干燥速率与切片厚度之间的反比关系还和干基含水率有关。干基含水率大，切片厚度对干燥速率的影响也增大，干基含水率小，切片厚度对干燥速率的影响也就减小，这是由于水分在物料内部的存在状态导致的。干基含水率大，除去的是自由水，干燥阻力小，水分扩散快，干燥速率大；到干燥后期，主要除去的是多层吸附水，阻力较大，水分扩散慢，干燥速率小；所以到干燥后期不同切片厚度的干燥速率都普遍下降，且差距逐渐减小，此时提高干燥温度，增大推动力，则可加快干燥速率。这一现象在汪喜波的研究中也有体现[30]。

由表3可知，不同切片厚度对白玉菇干制品复水比的影响显著(P<0.05)，切片厚度为4和10 mm的干燥产品间的复水比差异不显著(P>0.05)，综合考虑干燥速率和干制品质量，选择切片厚度为4 mm作为较好的水平。

2.1.3 装载量对白玉菇干燥特性和质量的影响

由图3-a、图3-b可知，不同装载量的白玉菇干基含水率和含水比都随着干燥时间的延长而减小，装载量越小，白玉菇干基含水率和含水比就减小得越快，干燥时间也越短。12.50、15.00、17.50和20.00 g/dm2下的干燥时间分别为280、315、360、390 min。干燥结束时干制品皆达到安全水分范围。

由图3-c可知，干燥速率在干燥初期增大之后减小。干燥初期，装载量越小，初始干燥速率和干燥速率峰值就越大。12.5 g/dm2装载量的干燥速率峰值最大，其最大干燥速率到达之后，随着干燥的进行，干燥速率下降最快。装载量越大，干燥负荷也就大，从而使干燥速率相对较慢。因此，减小装载量可以在一定程度上加快传热进程，但装载量对白玉菇干燥特性的影响远没有温度的影响明显。

由图3-d可知，固定干燥温度(60 ℃)和切片厚度(6 mm)时，装载量越小，到达转折点时的干基含水率就越小，这一现象与温度单因素试验规律类似。可能是由于装载量越小，初始干燥程度就越剧烈，初始干燥速率较大，水分减少迅速，不同装载量到达转折点的时间相差不大，因此，装载量小的达到转折点时的干基含水率相对较低。

此外，和切片厚度单因素试验规律类似的是，干燥速率与装载量之间的反比关系还受到干基含水率的影响，干基含水率越大，装载量对干燥速率的影响也增大，随着干基含水率减小，装载量对干燥速率的影响也就减小，这与水分在物料内部的存在状态有关。

由表3可知，不同装载量对白玉菇干制品复水比的影响显著(P<0.05)。12.50 g/dm2装载量的复水比和Vc含量都最大，因此12.50 g/dm2装载量下白玉菇干制效率和干制质量都较好。

2.2 正交设计结果分析

表4～表7分别为L*、Vc、复水比、感官评分的正交设计方差分析结果。

由表4～表7可知，温度对Vc含量、复水比、感官评分的影响极显著(P<0.01)，对L*的影响不显著(P>0.05)，可见，高温对Vc含量和组织细胞结构的破坏比较明显。

60 ℃的远红外温度，白玉菇干制品Vc含量最高，复水比最大，感官评分最好。切片厚度对L*、感官评分的影响极显著(P<0.01)，对复水比的影响显著(P<0.05)，对Vc的影响不显著(P>0.05)。切片厚度6 mm时，L*和复水比最优；切片厚度为4 mm时，感官评分和Vc含量最优。装载量对复水比的影响极显著(P<0.01)，对L*、感官评分的影响显著(P<0.05)，对Vc的影响不显著(P>0.05)。装载量为12.5 g/dm2，复水比最优；装载量为15 g/dm2，L*、感官评分最优；装载量为10 g/dm2，Vc含量最优。

多指标单独分析难以得到一个综合结果。由于L*、Vc、复水比、感官评分皆为正向指标，即指标的数值越大越好，对这4个指标进行无量纲化，以消除指标之间因量级不同而对分析结果造成的影响，采用主成分分析，求得主成分得分，通过比较主成分综合得分来整体评价干燥白玉菇产品品质，正交设计极差分析结果和因子得分、主成分得分、综合得分见表8。由表8可知，3个因素对干制品质量的综合影响程度分别为RB>RA>RC，即切片厚度对干燥品质的影响最大，其次是远红外温度，最后是装载量；远红外干燥最佳条件是A2B2C3，即远红外温度60 ℃，切片厚度4 mm，装载量15.00 g/dm2，和方差分析结果基本吻合。

对最优水平A2B2C3进行实验验证，验证结果显示，最优工艺参数下干燥，白玉菇干制品亮度L*值为37.81，Vc含量为14.52 mg/100g，复水比为3.12，感官评分为91，结果较为理想，因此可以确定为最优远红外干燥工艺参数。

3 结论

采用不同远红外温度、切片厚度、装载量干燥白玉菇，通过单因素试验对白玉菇干燥特性曲线进行研究，远红外温度升高、切片厚度减小、装载量减小都可以有效降低白玉菇的干基含水率和含水比，干燥时间得到缩短；然而温度过高，容易造成白玉菇干燥表面的硬化，反而降低了干燥中后期的干燥速率；因素对干燥速率的影响还与干基含水率有关，干基含水率大，远红外温度、切片厚度和装载量对干燥速率的影响也增大。同时，还对单因素干制品的Vc含量和复水比进行分析，得到了3个因素水平的合理范围：远红外温度50 ～70 ℃，切片厚度在2 ～6 mm、装载量在10 ～15 g/dm2。

在单因素基础上进行正交设计，对3因素参数进行优化。远红外温度是影响干制品Vc含量、复水能力和感官的主要因素，远红外温度过高，干制品Vc含量低，复水能力差；切片厚度是影响亮度、感官、复水比的主要因素，切片厚度薄，干制品色泽感官较佳，复水能力好；装载量是影响干制品复水能力、亮度和感官的主要因素，装载量小，干制品复水能力好，感官亮度佳，能耗也低。

对正交设计数据进行主成分分析和极差分析，得出远红外温度、切片厚度、装载量对白玉菇干制品质量的综合影响程度分别为：切片厚度>远红外温度>装载量，最佳远红外干燥最佳条件是A2B2C3，即远红外温度60 ℃，切片厚度4 mm，装载量15.00 g/dm2。

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