不同干燥方法对香菇片品质及微观结构的影响

许洋1,2,徐茂1,2,蒋和体1,2*

1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)2(食品科学与工程国家级实验教学示范中心(西南大学),重庆,400715)

摘 要 为研究一种合适的干香菇片加工工艺,比较了真空冷冻干燥(freeze-drying,FD)、变功率间歇微波干燥(intermittent microwave drying at different power,IMD)、热风-微波分段联合干燥(hot air followed by microwave drying,HAD+MD)、真空冷冻-微波联合干燥(freeze drying followed by microwave drying,FD+MD)、微波-真空冷冻联合干燥(microwave drying followed by freeze drying,MD+FD)处理对香菇片理化指标、色泽、质构、外观及微观结构的影响,并利用加权灰色关联度分析法计算综合评分。结果显示,FD的ΔE值(10.76±0.83)、复重系数[(59.09±3.91)%]最高(P<0.05),粗蛋白、香菇多糖和还原糖的综合保留率高。FD+MD的皱缩率和粉碎度与FD相近(P>0.05)。质地测试表明,FD+MD和MD+FD的硬度和弹性与FD相近(P>0.05),但咀嚼性和回复性优于FD。IMD和HAD+MD表面形成硬壳,皱缩褐变严重。IMD的甲醛含量[(28.02±0.62) mg/kg]最低(P<0.05)。微观结构显示FD、FD+MD、MD+FD三组呈均匀的蜂窝状结构。综合评价结果为:FD+MD>FD>MD+FD>HAD+MD>IMD。综上,5种方法中,FD+MD最适合加工干香菇片。该研究为香菇干制品加工及品质评价提供了思路。

关键词 香菇片;真空冷冻干燥;联合干燥;品质;微观结构

香菇(Lentinula edodes)是世界上第二大食用菌,在中国、日本等东亚地区有悠久的食用历史[1]。其含有18种氨基酸[2],丰富的维生素B群、维生素C[1]、麦角固醇、植物甾醇[3]、矿物质、香菇多糖等,是必需氨基酸的良好来源[4],还具有抗肿瘤、降血压[3]、降血脂[2]、增强免疫力[5]等保健功能。鲜香菇的含水量高,约为85%~90 %,采摘后代谢旺盛,在室温下储藏1~3 d就可能出现开伞、失水、菌盖褐变、腐烂等品质劣变问题[6]。因此普遍的加工方式是将香菇加工成干制品,香菇干制后便于储运,且风味有所增加[3],可广泛应用于各种配料、菜肴、小吃中[2, 7]

微波干燥时,物料中水分的耗散因子较大,能大量吸收微波能,使物料内部升温,此时温度梯度与水分梯度一致,促进内部水分向外扩散蒸发,具有干燥速度快、效率高等优点[8]。但不规则的形状易使物料内电磁场分布不均,出现“热点”或“尖角效应”,导致热量局部积累,若控制不合理,会使产品品质差甚至局部焦化[9]。DEHGHANNYA等[10]、BOTHA等[11]利用间歇微波干燥方式制备榅桲、菠萝干制品,有效克服了这一不足。张志勇等[9]通过调整不同干燥阶段的微波功率和苏缓时间,控制干燥过程中香菇的温度,有效减缓了香菇的“热失控”现象。近年来,对微波干燥与热风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥等联合对物料进行干燥的研究报道有所增多。张慧等[12]利用响应面法优化香菇热风-微波分段联合干燥工艺,相比于单一热风干燥,产品营养成分更高,且时间和能耗更低。ZHAO等[13]采用低功率微波-热风两段式联合干燥,制得色泽、复水性好,胡萝卜素保留率高的胡萝卜片。真空冷冻干燥制得的产品营养保留率高、疏松多孔、复水性好,但该法耗时长、成本高[14]。冻干过程存在升华和解析阶段,解析阶段含水量下降十分缓慢,却耗时长。段续等[15]通过真空冷冻-微波联合干燥制得接近冻干品质的海参干制品,且降低了约40%的能耗。黄略略[16] 在干燥苹果片时对比了真空微波-冻干和冻干-真空微波的效果,发现2种方法均能节约无效能耗,且后者品质更接近单纯冻干产品。但真空冷冻-微波联合干燥工艺的水分转换点和干燥终点较难控制,而微波-真空冷冻联合干燥控制难度更低[16]。朱彩平等[17]利用微波-真空冷冻联合干燥制得了品质高的平菇干制品。

将香菇切片后干制增大了物料与空气的接触面积,能够降低能耗、提高效率,同时也使干香菇片便于储存、使用更加灵活方便。目前已有多种分段联合干燥应用于香菇干制的研究报道,但有关几种分段联合干燥方法对香菇片品质影响的比较研究较少。此外,将灰色关联度分析法应用于干香菇片品质综合分析的研究还比较少见,这是一种建立在多形状定量分析基础上的综合评价方法,相比单一指标的直观评价,更具可靠性和客观性。杨雷等[18]和高琦等[19]利用该方法对草莓和芜菁脆片进行了品质分析,实现了品质的综合分析评价。本研究旨在探究5种不同干燥方法对香菇片理化指标、色泽、质构、外观及微观结构的影响,并利用加权灰色关联度分析法选出品质较优的干燥工艺,以期为香菇干制品的生产加工和品质评价提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜香菇购于重庆市北碚区永辉超市天生店,挑选无腐烂、成熟度一致、菇盖直径为(6±1) cm的香菇用于干燥试验。所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

G70F20N2L-DG微波炉,格兰仕微波炉电器有限公司;TF-LFD-1真空冷冻干燥箱,上海田枫实业有限公司;DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱,上海齐欣科学仪器有限公司;UltraScan PRO 全自动色差仪,美国Hunter Lab公司;UV2450紫外-可见分光光度计,日本岛津公司;TA.XT Plus 质构仪,英国Stable Micro Systems公司;Phenom台式扫描电镜,美国FEI公司。

1.3 试验方法

1.3.1 生产工艺流程

工艺流程:

新鲜香菇→清洗→去炳→切片→烫漂3 min→沥干→干燥→干香菇片

1.3.2 干燥方法

在预实验的基础上,将香菇切成5 mm薄片,经烫漂预处理后进行5组干燥试验,具体干燥方法如下:

真空冷冻干燥(freeze-drying,FD):400 g菇片于-18 ℃下冷冻12 h,再真空冷冻干燥至含水量13%以下。真空冷冻干燥条件:冷阱温度-40 ℃,10 Pa。

热风-微波分段联合干燥(hot air followed by microwave drying,HAD+MD):400 g菇片65 ℃热风干燥至含水量为30%~35%,然后置于保鲜袋中密封,4 ℃均湿12 h,使菇片内部水分均匀分布,然后在450 W下微波干燥30 s,再移至65 ℃下热风干燥至含水量13%以下。

变功率间歇微波干燥(intermittent microwave drying at different power,IMD):100 g菇片进行四段变功率间歇微波干燥,700 W干燥至含水量为80%~85%(约10 min),600 W干燥至含水量为70%~75%(约15 min),450 W干燥至含水量为45%~50%(约15 min),300 W干燥至含水量13%以下(约15 min)。整个过程中,每干燥20 s,间歇一段时间,间歇比为3~5.5,控制菇片表面温度不高于80 ℃。

真空冷冻-微波联合干燥(freeze drying followed by microwave drying,FD+MD):400 g菇片-18 ℃下冷冻12 h,然后真空冷冻干燥12 h左右(含水量45%~50%),然后取出,300 W间歇微波干燥至含水量13%以下(同IMD)。

微波-真空冷冻联合干燥(microwave drying followed by freeze drying,MD+FD):400 g菇片进行变功率间歇微波干燥(同IMD),干燥至含水量为45%~50%,然后置于-18℃下冷冻12 h,再真空冷冻干燥至含水量13%以下。

1.4 指标测定

1.4.1 含水率及转换点质量

1.4.1.1 含水率

参考GB 5009.3—2016直接干燥法,含水率计算如公式(1)所示:

(1)

式中:C,含水率,%;M1,干燥前总质量,g;M2,干燥后总质量,g;M3,称量瓶质量,g。

1.4.1.2 转换点质量

转换点质量计算如公式(2)所示:

(2)

式中: M1,处理前香菇质量,g;C1,处理前香菇含水率,%;M2,处理终点对应质量,g;C2,处理终点含水率设定值,%。

1.4.2 色泽[20]

用UtraScan PRO全自动色差仪测定各处理组菇片切面中心处的亮度值L*、红绿值a*、黄蓝值b*,以鲜香菇片作为对照,按公式(3)、公式(4)、公式(5)分别计算总色差(ΔE)、彩度(c*)、色相角(h°)。h°值对应的颜色如下:红紫色0°;黄色90°;蓝绿色180°;蓝紫色270°。每组样品测量5次,取平均值。

(3)

(4)

(5)

式中:L0a0b0,鲜香菇片色度值;L*a*b*,处理组菇片色度值。

1.4.3 皱缩率和表观密度

参考钱革兰等[21]的方法,利用超细石英砂体积置换法测香菇干燥前后体积,每次测定6片样品(2片正片、4片边片),分别按公式(6)、公式(7)、公式(8)[22]测菇片体积、皱缩率和表观密度。

(6)

(7)

(8)

式中:V,菇片体积(下标0、1分别表示干燥前、后),mL;Sr,皱缩率,%;Bd,表观密度,g/mL;M0,排出的石英砂的质量,g;ρ0,超细石英砂密度,(3.359 7±0.079 3)g/mL;M1,干燥后菇片质量,g。

1.4.4 粉碎度

参考张乐等[23]的方法,取10 g菇片放于粉碎机中,按相同的粉碎程序粉碎(粉碎10 s,间歇20 s,共4次),用60目筛,以平面回转的轨迹筛分,粉碎度按公式(9)测定:

(9)

式中:Fr,粉碎度,%;Mx,筛下质量,g;M,总质量,g。

1.4.5 复水比和复重系数

参考张海伟等[24]的方法并做一定修改,取1~2 g菇片,浸泡于25 ℃纯水中进行阶段复水比测定,前10 min每2 min测1次,后每5 min测1次直到40 min,然后每10 min测1次直到60 min,并测定最终的复重系数[25],每次测定前,用吸水纸吸干表面多余水分。如公式(10)、公式(11)所示:

(10)

(11)

式中:Rr,复水比;Rc,复重系数,%;MbMf,复水前后质量,g;M,复水后最终质量,g;CC,干燥前后含水率,%。

1.4.6 质构

称取2 g菇片于50 mL水中,在60 ℃下恒温复水3 h,然后将复水后的菇片制成2 cm×1 cm的长方块,采用TA.XT Plus质构仪测定各处理组菇片质构。测试条件:P/0.5探头,TPA测试,测前速度1.00 mm/s,测试速度0.50 mm/s,测后速度10.00 mm/s,压缩比40%,2次压缩间隔时间5 s,触发类型自动,触发力4.00 g。每组重复测定5次,结果取平均值。

1.4.7 营养成分测定

粗蛋白:参考GB 5009.5—2016分光光度法;还原糖:采用3,5-二硝基水杨酸比色法;香菇多糖:参考NY/T 1676—2008硫酸-苯酚法,各营养成分含量以干基计算。

1.4.8 甲醛含量测定

参考NY/T 1283—2007 乙酰丙酮比色法测定。

1.4.9 外观和微观结构观察

各取4片菇片(正片)在同样位置及光照条件下拍摄外观图片。并将各组菇片制成3 mm×3 mm×2 mm小块,固定于样品台,喷金后观察其纵切面的微观结构,放大倍数为500和150 0倍。

1.5 综合评分

参考杨雷等[18]、高琦等[19]的加权灰色关联度综合分析法,在多指标定量分析的基础上,结合ΔE值、皱缩率、表观密度、粉碎度、复重系数、硬度、弹性、咀嚼性、回复性、粗蛋白含量、香菇多糖含量、还原糖含量、甲醛含量13个指标进行综合性评价。各指标的权重计算如公式(12)、公式(13)所示:

(12)

(13)

式中:VK,第K项的变异系数;σK,第K项的标准差;K项的算术平均值;WK,第K项的权重。

结合试验数据,构建理想参考数列,各干燥方法得到的试验数据构成比较数列,如公式(14):

Xi={Xi(1),Xi(2),…,Xi(K)}

(14)

式中:K,检测指标,K=1,2,3,…,13;i,不同干燥方法,i=0,1,…,4,5(其中0表示理想参考数列)。

按公式(15)进行无量纲化处理:

(15)

关联系数和加权灰色关联度分别由公式(16)、公式(17)计算:

δi(K)=

(16)

Mi=∑δi(KWK

(17)

式中:δi (K),TiT0关于第K个指标的关联系数;ρ,分辨系数,0.5;Mii种干燥方法的加权灰色关联度。

1.6 数据分析

每组数据做3次重复试验,结果用X±SD表示,使用SPSS 23.0统计软件进行方差分析,用Origin 2019b软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方法对香菇片色泽的影响

色泽是影响干制品感官接受度的重要指标。如表1所示,L*值表示亮度,其大小可间接反映样品的受热程度[25]。相比于鲜样,各处理组样品的L*值呈下降趋势,且存在显著差异(P<0.05),说明干燥后样品的亮度有所下降,这可能与干燥失水和褐变反应有关。FD(84.94±1.25)和FD+MD(77.79±2.07)组的L*值最接近鲜样(89.18±2.07)。而IMD组L*值(58.93±1.56)最小,这可能是因为持续微波处理,导致内部水分大量扩散至表面,而表面水分来不及蒸发,进而引发褐变。c*值表示颜色的强度或饱和度,各处理组样品的c*值呈上升趋势,且鲜样的c*值显著低于(P<0.05)其他处理组,说明干燥后样品的颜色均有所增强。各组的h°值均小于且接近90°,而FD组的h°值(84.09±1.08)最大,这和ANTAL等[20]研究菊芋干燥时的结果相似。FD和FD+MD组的h°值显著大于鲜样,色泽为黄偏绿,而IMD、HAD+MD和MD+FD组显著小于鲜样(P<0.05),色泽为黄偏红。这可能是因为后3组处理温度较高,促进了美拉德和焦糖化反应等非酶褐变反应。从总色差来看,FD组的ΔE值(10.76±0.83)最小,其次是FD+MD组(16.39±1.72),而其他3组样品ΔE值均>30,这可能是因为冻干处理环境是低温、真空的,能抑制酶促和非酶褐变反应[3]。综合来看,FD和FD+MD对色泽的保留较有利。

表1 五种干燥方法对香菇片色泽的影响
Table 1 Effects of five drying methods on the color of shiitake slices

干燥方法L*a*b*c*h°ΔE新鲜香菇89.18±2.07a2.60±0.40e10.86±1.51e11.17±1.54e76.50±1.44c-FD84.94±1.25b2.13±0.34e20.66±0.94d20.77±0.92d84.09±1.08a10.76±0.83dIMD58.93±1.56d9.50±0.50a28.64±1.39a30.17±1.41a71.64±0.86e35.80±1.15aHAD+MD59.77±2.66d7.57±0.79b25.89±1.20b26.98±1.28b73.71±1.41d33.46±2.04aFD+MD77.79±2.07c4.51±0.30d22.40±0.69c22.85±0.97c78.62±0.66b16.39±1.72cMD+FD61.87±3.24d6.35±0.78c23.60±1.42c24.45±1.54c74.97±1.21d30.46±2.60b

注:同一列不同小写字母表示具有显著差异(P<0.05)(下同)

2.2 不同干燥方法对香菇片皱缩率、表观密度和粉碎度的影响

如图1所示,菇片干燥后均有不同程度的皱缩,皱缩率越大,皱缩越严重。HAD+MD组[(79.31±2.85)%]皱缩率最高,其次是IMD组[(72.85±1.21)%],而FD(4.06±3.43)%、FD+MD[(4.84±4.46)%]、MD+FD[(8.87±2.25)%]三组无显著差异(P<0.05),这和谢静等[26]的研究结果相似。表观密度是物体质量与实体体积和物体内部间隙体积和的比值,表观密度小,即内部孔隙多,产品疏松。皱缩率和表观密度成正比,且均与干燥温度和时间相关[3]。相比于单一热风处理,HAD+MD组结合微波处理从内部加热,使内部水分快速蒸发扩散,起到一定膨胀作用,但干燥时间长,体积仍严重收缩。与张志勇等[9] 的研究结果一致,间歇微波处理能有效抑制香菇干燥过程中的“热点”问题,但IMD组皱缩率较大。这可能是因为干燥过程中环境的水蒸气分压过高,导致由内部扩散至表面的水分难以蒸发除去,从而引起组织坍塌,干燥后菇体质地坚硬。FD处理时,固态的冰直接升华除去,而其他物质截留在冰架中,菇片体积保留率高。和段续等[15]的研究结果相似,FD+MD组在感官上接近FD组,这可能是因为FD+MD组在前期冻干过程中,大部分水分除去,组织结构基本固定,后期微波处理对其体积影响不大。对于MD+FD组,前期的微波处理对其体积的影响不大,但感官上使菇片颜色加深。从粉碎度来看,粉碎度高,表示菇片的粉碎效果好,脆性高;粉碎度低,则菇片内部结构致密,硬度高。MD+FD组粉碎度[(78.79±1.59)%]最高,显著高于FD和FD+MD组(P<0.05),这说明在干燥前期微波处理能提高菇片的脆度。而IMD组粉碎度[(37.17±4.26)%]最低,这和菇片在干燥过程中迅速失水皱缩,导致结构致密,硬度大有关。总体来看,FD、FD+MD和MD+FD组对菇片体积影响较小。

a-皱缩率和表观密度;b-粉碎度
图1 五种干燥方法对香菇片皱缩率、表观密度和粉碎度的影响
Fig.1 Effects of five drying methods on the shrinkage, bulk density and fragmentation of shiitake slices
注:不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)(下同)

2.3 不同干燥方法对香菇片复水比和复重系数的影响

复水性是评价产品干燥后外观形态恢复至原来状态的重要指标之一[27],复水性与菇片孔隙率密切相关[28]。复水比和复重系数大、复水时间短,说明菇片的亲水性好,内部孔隙大。如图2所示,在复水开始阶段,水分快速填充菇片表面和内部的毛细管孔和空腔,复水速率快,复水比快速增大,然后逐渐趋于饱和,在40 min内,各组菇片复水比基本平衡。由于菇片与水的接触面积大,复水平衡时间比张海伟等[24]、赵圆圆等[29]研究整干香菇时的复水平衡时间短。而复重系数按降序依次为:FD[(59.09±3.91)%]、FD+MD[(53.32±3.71)%]、MD+FD[(40.90±1.26)%]、HAD+MD[(33.17±0.85)%]、IMD[(30.27±0.19)%],与皱缩率基本一致。在FD组的预冻阶段,采用-18℃慢速冷冻,形成的冰晶大,相互之间孔隙大[30],而冻干阶段对菇片的组织结构影响小,利于复水时水分快速进入,因此FD组的复水时间最短,复重系数显著大于其他各组(P<0.05)。而FD+MD和MD+FD组中的微波处理均对菇片的复水性有一定影响,其中MD+FD组的影响更大,这说明在高水分含量阶段进行微波处理可能更容易形成硬壳或对组织结构损伤更大。这可能是因为水吸收微波的能力强,在高水分含量阶段,微波处理易使温度快速上升,出现“热点”甚至硬壳。而HAD+MD和IMD组的复重系数显著低于其他3组,且2组间无显著性差异(P<0.05),这与粉碎度的结果一致。可能是因为HAD+MD组干燥时间长,组织皱缩严重,而IMD组表面水分蒸发过快,形成硬壳,使水分无法扩散进入内部。

a-复水比;b-复重系数
图2 五种干燥方法对香菇片复水比和复重系数的影响
Fig.2 Effects of five drying methods on the rehydration ratio and rehydration coefficient of shiitake slices

2.4 不同干燥方法对香菇片质构的影响

复水后香菇质构是决定香菇口感的重要指标。硬度可用于表示牙齿咬断菇片所需的力,硬度大小取决于干燥方式对菇片组织结构的影响[25],样品干燥过程中形成的结构越疏松,复水时水分越容易进入,菇片越接近新鲜时的柔软质地。弹性和回复性则表示菇片挤压后回复原状的能力,咀嚼性是硬度、弹性和内聚性的综合表现[31]。各组菇片的质构如表2所示,FD组的硬度、弹性、咀嚼性、回复性均最小,表现为FD组口感绵软,压缩后不易恢复,这与康明等[32]的结果一致。而IMD和HAD+MD组复水后质地较硬,咀嚼性差,这和赵圆圆等[31]的结果相似,这与2组菇片皱缩变形严重、复水性差有关。FD+MD和MD+FD组的硬度较小,与FD组没有显著性差异(P<0.05),但微波处理使水分快速蒸发,菇片结构更加致密,弹性和咀嚼性适中,质构特性更好。

表2 五种干燥方法对香菇片质构的影响
Table 2 Effects of five drying methods on the texture of shiitake slices

干燥方法硬度/g弹性咀嚼性/g回复性FD276.040±51.112b0.966±0.054c226.458±46.883d0.223±0.016eIMD567.580±96.646a2.316±0.945a736.132±94.965a0.607±0.029aHAD+MD517.003±65.740a1.865±0.590ab515.756±62.425b0.463±0.031bFD+MD332.425±71.957b1.242±0.107bc396.496±87.395c0.381±0.019dMD+FD292.094±66.491b1.376±0.344bc277.163±47.544d0.428±0.010c

2.5 不同干燥方法对香菇片营养成分的影响

蛋白质和香菇多糖是香菇中重要的成分物质,其中香菇多糖是一种具有多种生理功能的活性多糖,在研究香菇干燥时,常将粗蛋白和糖类的含量作为营养评价指标[31]。如表3所示,FD组利于菇片中粗蛋白和糖类的保留,优于干燥温度较高的IMD和HAD+MD组,说明粗蛋白和糖类的损耗与加热温度可能有一定关系[24]。从粗蛋白含量来看,FD组保留率最高,其次是IMD、MD+FD、FD+MD、HAD+MD。高温会促使蛋白质降解为氨基酸[25]或导致蛋白质变性。IMD组保留率相对较高可能得益于干燥速度快、耗时短,而HAD+MD组长时间暴露于相对高温的环境,粗蛋白损失严重,保留率显著降低(P<0.05)。从糖类含量来看,香菇多糖和还原糖含量与温度和加热时间密切相关。温度升高,引发美拉德和焦糖化反应,一部分多糖转化为低聚糖和部分焦糖使含量下降[3]。FD+MD组中多糖含量显著低于FD组,而还原糖含量显著高于FD组(P<0.05),这可能是因为干燥后期微波处理时,温度升高促进多糖分解,但干燥后期菇片含水量降低,微波吸收能力减弱,温度不至于过度升高,还原糖的保留率较高。相反,在MD+FD组干燥前期的微波处理中,菇片含水量高,由微波引起的热效应强,易引发美拉德和焦糖化反应,使MD+FD组中还原糖保留率低。这也表现为FD+MD组的褐变程度低于MD+FD组,与ΔE结果一致。而IMD和HAD+MD组处理温度高,促进多糖分解,但IMD组的干燥速度快、耗时短,还原糖保留率优于HAD+MD组。

表3 五种干燥方法对香菇片营养成分的影响
Table 3 Effects of five drying methods on the nutrient retention of shiitake slices

干燥方法粗蛋白含量/(mg·g-1)香菇多糖含量/(mg·g-1)还原糖含量/(mg·g-1)FD287.37±5.16a36.00±1.56a4.51±0.04bIMD266.30±2.75b26.99±1.72c4.83±0.06aHAD+MD223.80±10.34d28.27±0.87bc4.15±0.02cFD+MD247.54±14.90c29.82±1.55b4.87±0.05aMD+FD249.86±7.58bc30.68±0.94b3.91±0.05d

2.6 不同干燥方法对香菇片甲醛含量的影响

干制过程中,在半胱氨酸亚砜裂解酶和谷氨酰转肽酶的影响下,香菇的独特风味物质逐渐形成,但同时促进了副产物甲醛的生成。甲醛具有发育和生殖毒性,长期低剂量暴露可能引发慢性呼吸道疾病,其含量的高低是衡量香菇干制品品质的重要指标之一[33]。如图3所示,各组甲醛含量按升序依次为:IMD[(28.02±0.62)mg/kg]、MD+FD[(31.49±1.05)mg/kg]、HAD+MD[(46.39±0.22)mg/kg]、FD[(55.46±1.25)mg/kg]、FD+MD[(55.84±0.40)mg/kg]。各组的甲醛含量低于60 mg/kg,远低于刁恩杰等[34]研究中提及的干香菇甲醛含量≤300 mg/kg的标准,这可能是因为烫漂预处理利于C-Slyase、γ-GGT失活以及甲醛的溶出[34]。IMD和MD+FD组甲醛含量显著低于其他各组(P<0.05),可能是微波处理时,温度快速升高,使酶失活。而HAD+MD组在65 ℃下恒温干燥,温度不太高,干燥温和,不易使酶失活,但热风利于带走甲醛,因此含量适中。在冷冻过程中,酶的活性仅被抑制并没有失活,在升华干燥及贮藏阶段,酶的活性再次激发,促进甲醛生成[34],因此FD和FD+MD组甲醛含量显著高于其他各组(P<0.05)。

图3 五种干燥方法对香菇片甲醛含量的影响
Fig.3 Effects of five drying methods on the formaldehyde content of shiitake slices

2.7 外观和微观结构分析

不同干燥方法对菇片外观和微观结构有较大影响如图4所示。通过菇片外观可直观看出不同干燥方法对色泽、皱缩率的影响。如图4-a所示,FD和FD+MD组的颜色和形状接近鲜香菇,但是FD+MD组有轻微皱缩。与MD+FD组相比,FD+MD组更接近单纯冻干产品,因为在前期冻干过程中,物料的微孔结构已基本形成,后期微波干燥对其外形和品质影响较小,这与黄略略[16]的结果一致。而IMD和HAD+MD组的皱缩、褐变较严重,尤其是IMD组,短时高功率的微波处理使菇片温度迅速升高,水分快速蒸发,表面产生硬壳,同时引发了美拉德和焦糖化反应。值得注意的是,经过HAD+MD处理,菇片上出现许多空泡。这可能是因为前期热风处理使内部水分分布不均,后期微波处理时水分快速蒸发,进而菇片局部膨胀形成空泡。空泡使菇片皱缩减缓,利于复水,同时增加了菇片的硬度,利于制粉等后续加工。但空泡对菇片外观影响较大。

菇片的皱缩率、复水特性及复水后的质构与内部微观结构密切相关[24],对比前面研究结果发现,茗菇片组织结构完整性好,则皱缩率低、复水性好、质地绵软,质构特性较好。香菇菌盖内部由许多不定向的膨胀的管状菌丝组成,这些菌丝相互交联形成许多空洞,且菌丝很脆弱易变形[35]。通过观察微观结构,可直观比较不同干燥方法对菌丝破坏程度的大小。如图4-b和图4-c所示,在各组纵切面的微观结构中均观察到大量的孔和蜂窝状结构,菌丝扁平塌陷,且部分断裂,这与WANG等[14]、GARCA-SEGOVIA等[36]的研究结果一致。从IMD组来看,内部空洞小而致密,放大1 500倍观察,菌丝皱缩交叠,表面粗糙,且很多菌丝断裂,这和高蒸汽压差和高温密切相关。而HAD+MD组有许多丝状交联,放大观察发现是菌丝急剧收缩所致。与IMD组相比,HAD+MD处理对菌丝的破坏程度更小,这是因为热风干燥条件更温和。综合来看,IMD和HAD+MD组组织皱缩变形严重,表现为质构分析时两组的皱缩率、硬度和咀嚼性显著高于另3组(P<0.05)。FD、FD+MD和MD+FD三组的微观结构相似,内部空洞饱满且均匀,菌丝破坏小,复水性好。一般香菇干制品以外观接近鲜香菇,内部空洞饱满均匀,组织完整性好,菌丝表面平滑为优。综合来看, FD组品质最好,其次是FD+MD组,IMD组品质最差。

a-外观;b-微观结果(×500);c-微观结构(×1 500)
图4 五种干燥方法对香菇片外观和微观结构的影响
Fig.4 Effects of five drying methods on the appearance and microstructure of shiitake slices

2.8 不同干燥方法下香菇片的综合评价

综合所得数据,参考数列中各指标依次为ΔE10.76、皱缩率4.06%、表观密度0.25 g/mL、粉碎度78.79%、复重系数59.09%、硬度332.425 g、弹性1.376、咀嚼性396.496 g、回复性0.428、粗蛋白含量287.37 mg/g、香菇多糖含量36.00 mg/g、还原糖含量4.87 mg/g、甲醛含量28.02 mg/g。同时各指标对应的权重分别为8.87%、22.96%、14.37%、5.52%、5.85%、6.9%、7.00%、9.61%、6.69%、1.88%、2.31%、1.91%、6.11%。如表4所示为各组综合分析后的加权灰色关联度,各组按降序依次为:FD+MD>FD>MD+FD>HAD+MD>IMD。综合来看,FD+MD组品质最优,而HAD+MD和IMD组品质相对较差。

表4 五种干燥方法对香菇片综合评分的影响
Table 4 Effects of five drying methods on the comprehensive evaluation of shiitake slices

干燥方法FDIMDHAD+MDFD+MDMD+FD加权灰色关联度0.777 00.411 00.415 60.819 80.762 0加权关联度排序25413

3 结论

研究发现,5种干香菇片在理化指标、色泽、质构、外观和微观结构上均有显著差异(P<0.05)。IMD和HAD+MD组的ΔE、皱缩率、硬度最高(P<0.05),且粉碎度、复水性、香菇多糖含量最低(P<0.05),褐变严重,微观组织结构破坏严重,皱缩坍塌,质构特性较差,因此综合评分明显低于另3组,说明该工艺条件可能不适合加工干香菇片,有待进一步优化工艺条件。FD、MD+FD和FD+MD组利于菇片色泽、体积和营养成分的保留,组织结构完整,复水性良好。其中FD组能耗大,口感绵软无弹性。MD+FD组能耗降低,且甲醛含量显著低于FD和FD+MD菇片(P<0.05)。FD+MD组的外观和微观结构接近FD组,质构特性优于FD组,且能耗降低,综合评分最高。综合品质由高到低为FD+MD>FD>MD+FD>HAD+MD>IMD。综上,5种干燥方法中,FD+MD最适合加工干香菇片。本研究为香菇干制品加工及品质评价提供了思路。

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Effects of different drying methods on the quality and microstructure of shiitake slices

XU Yang1,2,XU Mao1,2,JIANG Heti1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2 (National Demonstration Center for Experimental Food Science and Technology Education (Southwest University), Chongqing 400715, China)

Abstract In order to investigate a suitable processing technology to produce dried shiitake slices, this research evaluated the effects of five drying methods, including freeze-drying (FD), intermittent microwave drying at different power (IMD), hot air followed by microwave drying (HAD+MD), freeze-drying followed by microwave drying (FD+MD), and microwave drying followed by freeze-drying (MD+FD), on shiitake slices quality in terms of their physicochemical properties, color, texture, appearance and microstructure. A comprehensive evaluation was performed using grey correlation analysis based on the coefficient of variation. Results showed that the value of ΔE (10.76±0.83) and rehydration coefficient [(59.09±3.91)%] in FD were significantly better than other groups (P<0.05). Furthermore, the comprehensive retention of crude protein, lentinan and reducing sugar in FD were great. The shrinkage and fragmentation of FD+MD were similar to FD (P>0.05). Texture test showed that the hardness and springness of FD+MD and MD+FD were similar to FD (P>0.05), and the chewiness and resilience of them were better than FD. And the surface of IMD and HAD+MD formed hard shell which resulting in severe shrinkage and browning. However, the formaldehyde content of IMD [(28.02±0.62) mg/kg] was the lowest (P<0.05). Moreover, a uniform and full honeycomb network microstructure were observed in FD, FD+MD and MD+FD. The comprehensive evaluation result was: FD+MD>FD>MD+FD>HAD+MD>IMD. Therefore, FD+MD was a promising method for processing dried shiitake slices in these five methods. This study provides ideas for processing and quality evaluation of dried shiitake products.

Key words shiitake slices; freeze-drying; combined drying method; quality; microstructure

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.023822

引用格式:许洋,徐茂,蒋和体.不同干燥方法对香菇片品质及微观结构的影响[J].食品与发酵工业,2020,46(14):189-197.XU Yang, XU Mao, JIANG Heti. Effects of different drying methods on the quality and microstructure of shiitake slices[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(14):189-197.

第一作者:本科生(蒋和体教授为通讯作者,E-mail:jheti@126.com)

收稿日期:2020-03-02,改回日期:2020-04-09