香菇柄热风干燥特性及微粉性质研究

2016-09-10 06:14刘丽娜王安建李顺峰田广瑞闫市娜
食品工业科技 2016年5期
关键词:微粉离心管热风

刘丽娜,王安建,李顺峰,田广瑞,闫市娜

(河南省农科院农副产品加工研究所,河南郑州 450002)



香菇柄热风干燥特性及微粉性质研究

刘丽娜,王安建,李顺峰,田广瑞,闫市娜

(河南省农科院农副产品加工研究所,河南郑州 450002)

以香菇柄为对象,研究了其热风干燥特性,并对比分析了不同干燥条件下超微粉碎香菇柄和普通粉碎香菇柄的理化性质。结果表明:随着热风温度的升高,切片厚度的减小,香菇柄干燥时间缩短;在热风温度为50 ℃条件下干燥香菇柄,得到的粗粉的营养成分可以得到较大保留,色泽也较好。与粗粉相比,微粉的色泽稍差,但流动性更好,休止角、滑角降低,堆密度、持水力、水溶性指数、膨胀力和持油力均有提高;同时,膳食纤维、可溶性蛋白和多糖的溶出量也有所增加。因此,经过超微粉碎处理后,粉体的物理特性和营养成分溶出量均得到改善。

香菇柄,热风干燥,粗粉,微粉

香菇(Lentinusedodes),又名香信、香蕈、香菌、冬菇、花菇,为侧耳科植物香蕈的子实体,是世界第二大食用菌,也是我国特产之一,在民间素有“山珍”之称[1]。香菇柄是香菇商品化处理过程中的废弃物,占整个子实体质量的15%~30%,由于菇柄含粗纤维多,适口性差,绝大部分都被废弃,全国每年废弃的香菇柄有数万吨,造成了极大的资源浪费。

香菇柄和菇盖一样是由香菇菌丝组成,同样含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、矿物元素等营养成分,以及香菇多糖、膳食纤维等功能性成分,其中膳食纤维的含量更是远远超过菇盖。因此,可对废弃香菇柄进行综合开发利用,提高香菇的采后价值。新鲜香菇柄与菇盖一样不耐贮藏,采收后的香菇柄如果不及时处理,就极易发生褐变腐烂,营养价值降低,急需采用合适的方法对其进行处理。干燥是常用的保存物料的方法,采用合理的干燥方法与工艺可有效保留物料原有的营养成分,并能较长时间地保存[2]。目前,国内外对香菇的干燥已有很多研究报道[3-4],对香菇柄的加工也有香菇柄松[5]、香菇柄蜜饯[6]、低糖香菇柄脯等的工艺研究,但香菇柄热风干燥特性和香菇柄粉的研究还少见报道。本文研究了香菇柄热风干燥特性,然后联合超微粉碎技术制备出香菇柄超微粉,并对比分析了不同干燥条件下的普通粉和超微粉的理化性质及营养指标,旨在为香菇柄的干燥及其综合利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

新鲜香菇柄购于郑州市陈寨蔬菜批发市场。

考马斯亮蓝G-250、磷酸、乙醇、葡萄糖、重蒸酚、浓硫酸、浓盐酸、MES(2-N-吗啉代乙烷磺酸)、TRIS(三羟甲基氨基甲烷)、乙酸、丙酮、硼酸、氢氧化钠、甲基红、溴甲酚绿均为分析纯;鲁花压榨花生油、猪油均为市售。

XM 120-HR快速水分测定仪Precisa Gravimetrics AG;HunterLab ColorFlex EZ型色差仪美国Hunterlab公司;GZX-9140 MBE数显鼓风干燥箱上海博迅实业有限公司医疗设备厂;TG328A(S)分析天平上海精密科学仪器有限公司;BS-300A 电子天平上海友声衡器有限公司;FE20型pH计梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;康灵切片机康灵有限公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市子华仪器有限责任公司;TDL-5A菲恰尔普通离心机上海菲恰尔分析仪器有限公司;SX-25-10型箱式电阻炉控制箱天津市泰斯仪器有限公司;K1100全自动凯氏定氮仪济南海能仪器股份有限公司;UV-1800型紫外可见分光光度计济南海能仪器股份有限公司;LD-Y300A高速万能粉碎机上海顶帅电器有限公司;Winner3001激光粒度分析仪济南微纳仪器有限公司;WFJ-300型超微粉碎机潍坊志信环保微粉设备有限公司;HH-S4数显恒温水浴锅金坛市医疗仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1热风干燥温度实验将采收的新鲜香菇柄切成3.5 mm厚的薄片,分别在热风温度40、50、60、70 ℃的鼓风干燥箱中进行干燥[7-9],每次取样100 g,每隔5 min测定一次质量,直至干基含水率降至13 g/100 g。每组实验重复3次,取平均值,考察温度对干燥特性的影响。

1.2.2切片厚度实验将采收的新鲜香菇柄切成3.5 mm和5 mm厚的薄片[10],在热风温度为60 ℃的干燥箱中进行干燥,每次取样100 g,每隔5 min测定一次质量,直至干基含水率降至13 g/100 g。每组实验重复3次,取平均值,考察切片厚度对干燥特性的影响。

1.2.3香菇柄粗粉制备将干燥后的香菇柄置于高速万能粉碎机中粉碎10 s,过40目筛得到粗粉,置于干燥器中备用。

1.2.4香菇柄微粉制备将50 ℃干燥得到的香菇柄粗粉用超微粉碎机进行超微粉碎,粉碎时变频器输出功率为36 Hz,过40目筛得到所需的微粉,置于干燥器中备用。

1.2.5指标的测定

1.2.5.1颜色评价采用Hunterlab ColorFlex EZ色差仪,L为明度指数,L*=0表示黑色,L*=100表示白色,a*和b*为彩度指数,a*、b*代表一个直角坐标的两个方向,a*=0时为灰色;+a*值越大,颜色越接近纯红色;-a*的绝对值越大,颜色越接近纯绿色。b*=0时为灰色;+b*值越大,颜色越接近纯黄色;-b*的绝对值越大,颜色越接近纯蓝色。香菇柄色差评价通过两种色调之间的差值,即色差,用ΔE表示,它代表所测物质的L*、a*、b*值与标准白板之间的色差值,按如下公式计算ΔE值:

式中,L0、a0、b0为标准白色板的测定值;L*、a*、b*为样品的测定值。

首先对仪器进行校正,以仪器白板(L*=94.12;a*=-1.09;b*=2.13)为标准,称取10g样品放入样品杯铺平、压实后进行测定,每个样品重复3次。

1.2.5.2膳食纤维测定按照GB/T5009.88-2008的规定测定香菇柄中的膳食纤维。

1.2.5.3多糖测定测定多糖采用苯酚-硫酸法[11]。

1.2.5.4可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[12]。

1.2.5.5粒径分布及堆密度测定粒径分布采用激光粒度分析仪。堆密度测定:称取2g的香菇柄粗粉或微粉放入10mL的量筒中(重复3次),然后放在振荡器上振荡1min,从而使得香菇柄粗粉或微粉的体积在量筒中恒定。堆密度即为香菇柄粉的质量与体积之比。

1.2.5.6休止角和滑角测定休止角根据Zhang等[13]的测定方法进行测定。首先,将不同的蘑菇粉末样品经漏斗垂直流至平板上,漏斗的底部与平板的垂直距离H为1cm,流下来的蘑菇粉末在平板上形成圆锥体,测得直径2R,结果按下面公式计算。

滑角依据Zhou等[14]的方法进行测定。将5g粉末样品精确称质量,置于玻璃平板上,然后将平板倾斜至粉末移动,玻璃平板提起的高度为H,结果按下面公式计算:

式中,θ为粉体休止角;H为漏斗垂直至水平面的距离;R为样品自由下落形成的圆锥体半径;β为粉体滑角;h为玻璃平板抬起高度;l为玻璃平板长度。

1.2.5.7持水力测定将称量好的0.5g香菇柄粉置于离心管中,按照水∶粉=20∶1的比例将相应的蒸馏水加入离心管中使香菇柄粉分散,在振荡器上振荡使其分散,再将分散液于60 ℃的恒温水浴锅中恒温40min,随后用流水冷却30min,最后在4000r/min的转速下离心20min之后弃去上清液,称量离心管和沉淀层的质量[15]。结果按下面公式计算:

式中,M为离心管重量;M1为样品重量;M2为离心管和沉淀层质量。

1.2.5.8水溶性指数的测定取一定量的粉末样品,按粉末与水1∶50(质量比)的比例混匀,将混合好的溶液在80 ℃水浴锅中恒温30min,然后在6000r/min速度下离心10min,取上清液置于事先恒重好的蒸发皿中,在(105±1) ℃下干燥至恒重,结果按下面公式计算:

式中,S1为样品质量;S2为蒸发皿和上清液质量;S3为蒸发皿和残渣重量。

1.2.5.9持油力测定不饱和脂肪酸吸附的测定:称取香菇柄粉3g于洗净、干燥的离心管中,分别加入鲁花压榨花生油24g,然后在37 ℃恒温水浴锅中静置1h,随后在4000r/min的转速下离心达20min,最后去除上层花生油并用滤纸吸干残渣上游离的花生油[16]。结果按下面公式计算。

式中,W1为样品的质量;W2为空离心管质量;W3为离心管和残渣质量。

饱和脂肪酸吸附测定:同不饱和脂肪酸吸附测定,其中用猪油代替花生油。

1.2.5.10膨胀力测定称取1g样品置于锥形瓶中,并加入50mL蒸馏水,然后在30 ℃恒温加热磁力搅拌器中搅拌30min,放入恒重离心管中以2000r/min的转速离心10min,再测定离心管和沉淀层的质量;把沉淀层置于恒重的烧杯中,用105 ℃的数显鼓风干燥箱烘4h,取出放入干燥器中冷却,称重烘后烧杯和样品的重量[16]。结果按下面公式计算:

式中,a为离心管质量;b为离心管和沉淀层质量;c为烧杯质量;d为烘后烧杯和样品质量。

1.3数据处理

数据统计与处理采用Origin8.6和SPSS22.0进行分析。

2 结果与分析

2.1热风温度对香菇柄干燥特性的影响

在不同的热风温度下得到的香菇柄干燥曲线和失水速率曲线如图1所示。

图1 不同热风温度下香菇柄干燥曲线(a) 和失水速率曲线(b)Fig.1 Drying curve(a)and water loss rate curve(b) of mushroom stem at different air temperature

由图1a可知,干燥温度越高,香菇柄的干基含水率下降趋势越快,达到目标干基含水率所需时间越短,反之越长。香菇柄的干基含水率降至13 g/100 g以下,热风干燥温度为70 ℃所需时间为65 min,而温度为40 ℃需要190 min,相差大约3倍。说明温度对香菇柄干燥过程中水分变化和干燥时间影响显著。这主要是由于热风温度越高,传热介质与香菇柄片间的温差越大,推动力越大,加速了香菇柄和热风干燥介质的热交换。从图1b看出,热风温度升高,香菇柄的失水速率也随之增大,干燥过程主要为降速阶段,加速和恒速阶段持续时间较短,基本符合传统的干燥速率变化规律。干燥过程是香菇柄内部水分向表面扩散而向外蒸发的过程,因此干燥速度与内部水分的扩散速度有一定的关系。在干基含水率相同的条件下,温度越高,香菇柄内部水分的扩散速度越快,失水速率越快,干燥至相同的干基含水率时所需的时间就越短。

2.2切片厚度对香菇柄干燥特性的影响

在相同热风干燥温度下,得到不同厚度香菇柄切片的干燥曲线和失水速率曲线如图2所示。

图2 不同厚度的香菇柄的干燥曲线(a) 和失水速率曲线(b)Fig.2 Drying curve(a)and water loss rate curve(b) of mushroom stem at different slice thickness

从图2a可以看出,香菇柄片的厚度对干燥时间有一定的影响,在热风温度为60 ℃时,将厚度为5 mm的香菇柄片干燥至干基含水率为13 g/100 g需要115 min,而干燥3.5 mm厚的香菇柄片需要95 min。由图2b可以看出,香菇柄片越薄,失水速率越快。这是因为香菇柄片厚度越大,水分从香菇柄中移到表面的距离越长,内部传热传质阻力越大,传质速率越低的缘故。

表1 香菇柄粗粉的色泽Table 1 The color of mushroom stem coarse powder

注:图中a~d同一列中不同字母标示表示其差异性显著(p<0.05)。

2.3不同干燥温度的香菇柄粗粉的指标测定结果及分析

2.3.1不同干燥温度对色泽的影响从表1可以看出,热风温度为50 ℃与60 ℃相比,香菇柄粗粉的L*变化不显著(p>0.05),但与40、70 ℃相比差异显著(p<0.05)。热风温度为60 ℃与70 ℃相比,香菇柄粗粉的a*、b*没有显著差异(p>0.05),但与40、50 ℃相比差异均显著(p<0.05)。热风温度为40 ℃与70 ℃相比,香菇柄粗粉的总的褐变程度没有显著差异(p>0.05),但与50、60 ℃相比存在显著差异(p<0.05)。总体来说,加热温度越高,加热时间越长越不利于色泽的保持,可能原因是由于加热使香菇柄发生了美拉德反应及抗坏血酸降解在内的一系列化学反应,不断生成黄褐色的物质[17]。40 ℃加热温度最低,但加热时间过长,最终色泽反而较差。因此,热风温度为50 ℃条件下干燥的香菇柄色泽最佳。

2.3.2不同干燥温度对膳食纤维含量的影响和其他膳食纤维一样,香菇柄膳食纤维也可按溶解性分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维,不同膳食纤维具有不同的功能特性和生理功效。与常见的谷物类膳食纤维类似,香菇柄粗粉的总膳食纤维含量虽较高,可溶性膳食纤维含量却较低。由图3可以看出:不同热风温度下,测定的总膳食纤维含量差异显著(p<0.05),50 ℃时总膳食纤维含量最高;随着温度的升高,可溶性膳食纤维的含量变化呈现先升高后下降的趋势,热风温度为40 ℃与60 ℃相比差异不显著(p>0.05),而与50、70 ℃相比差异显著(p<0.05);热风温度为50 ℃与60 ℃条件下不溶性膳食纤维含量相比差异性不显著(p>0.05),而与40、70 ℃相比差异显著(p<0.05)。总之,温度越高,受热时间越长,对膳食纤维组织结构破坏越大[18]。综合分析,热风温度为50 ℃时干燥香菇柄的膳食纤维保留的最多。

图3 膳食纤维含量Fig.3 The content of dietary fiber注:不同字母表示差异显著(p<0.05),图4、图5同。

2.3.3不同干燥温度对多糖含量的影响由图4可知,随着热风干燥温度的增加,测定的香菇柄的多糖的含量变化呈现先升高后下降的趋势。在热风温度为50 ℃时,得到的香菇柄的多糖的含量最高,与其它干燥温度间存在显著性差异(p<0.05)。在60、70 ℃时香菇柄中多糖的含量降低,这可能是温度较高多糖发生了变化[19]。最终,热风温度为50 ℃条件下干燥香菇柄中多糖保留率最高。

图4 多糖含量Fig.4 The content of polysaccharide

2.3.4不同干燥温度对可溶性蛋白质含量的影响从图5可以看出:随着热风干燥温度的升高,香菇柄可溶性蛋白质含量不断降低,这符合蛋白质受热变性后溶解度下降的一般规律,40 ℃干燥时可以保留较多的蛋白质,但与50 ℃相比差异不显著(p>0.05),与其它处理温度间存在显著性差异(p<0.05)。结合干燥速率变化,50 ℃干燥可以节省较多的时间,达到提高效率、节省能源的效果,同时综合考虑到色差、膳食纤维含量、多糖含量的变化,选取50 ℃作为香菇柄的最佳干燥温度。

图5 可溶性蛋白质含量Fig.5 The content of soluble protein

2.4香菇柄粗粉和微粉的指标测定的比较

2.4.1色泽的比较本文应用机械碾轧粉碎工艺对香菇柄粗粉进行超微处理,得到香菇柄微粉,对比二者的色差如表2所示,由表2可知,经超微粉碎后,香菇柄的微粉的L*有所减小,a*值、b*值和ΔE值均稍有增大,这可能是由于粉碎过程中粉体不断升温受热的缘故。因此,香菇柄粗粉色泽稍优于微粉。

表2 香菇柄粗粉和微粉的色差Table 2 The color of mushroom stem coarse powder and micro-powder

表5 水溶性指数、持水力、持油力和膨胀力的比较Table 5 Comparation of the water soluble index,water holding,oil holding and swelling capacity

2.4.2粒度分布比较香菇柄粗粉和微粉的粒径测定结果如表3所示,D0.1、D0.5、D0.9分别代表粉体累计率为10%、50%、90%的粒径值,其中D0.5表示粒径的中值,具有代表性[20]。由表可知,微粉比粗粉具有更小的粒径值和跨度,这说明经过超微粉碎后,粉体粒径整体明显减小,粒径分布更加均匀、集中。

表3 香菇柄粗粉和微粉的粒径Table 3 The particle size of mushroom stem coarse powder and micro-powder

注:跨度=(D0.9-D0.1)/D0.5。

2.4.3堆密度、休止角、滑角的比较由表4可知,相较粗粉而言,微粉的堆密度增大,休止角和滑角均减小。这是因为粉体粒径越小,均一性越好,其与周围颗粒环境的接触面积越大,导致颗粒之间的空隙变小,从而使得粉体的堆密度增大。粉体的休止角、滑角越大,流动性越差,这与粒径分布和跨度有关,微粉比粗粉颗粒更加细小而均匀,从而表面更加光滑,最终使得流动性得到提高。这与很多研究的结论相一致[21]。

表4 堆密度、休止角和滑角的比较Table 4 Comparation of the bulk density,angle of repose and slip angle

2.4.4水溶性指数、持水力、持油力、膨胀力的比较由表5可知,香菇柄经过超微粉碎之后,水溶性指数、持水力、不饱和脂肪酸持油力、饱和脂肪酸持油力和膨胀力分别提高了35.13%、28.34%、44.74%、48.54%和33.61%。这主要是因为超微粉碎破坏了香菇柄纤维组织致密的结构,使得更多的亲水集团被暴露出来,颗粒与水的接触面积、接触部位增多,其分散性增强,因而水溶性指数、持水力、持油力和膨胀力均有提高[22]。

2.4.5膳食纤维含量的比较从图6可以看出,相较粗粉而言,微粉的总膳食纤维含量提高,并且可溶性的膳食纤维含量也提高了将近3倍。香菇柄经超微粉碎之后,香菇柄中的膳食纤维的组成成分发生了变化,不溶性的膳食纤维的结构遭到破坏,使其长链被打断,变成短链的小分子,使其暴露出较多的亲水基团,从而提高了可溶性膳食纤维含量[23]。

图6 膳食纤维含量Fig.6 The content of dietary fiber

2.4.6可溶性蛋白质和多糖含量的比较由图7可知,微粉的可溶性蛋白质含量以及多糖含量均比香菇柄粗粉中的高出1倍左右。这是因为经过超微粉碎的香菇柄的粒径变小、细胞壁被破坏得比较完全,从而使得香菇柄中的可溶性蛋白以及多糖的成分暴露得更多,因此香菇柄中的可溶性蛋白质以及多糖含量均得到提高。

图7 可溶性蛋白含量、多糖含量Fig.7 The content of soluble protein and polysaccharide

3 结论

实验表明,香菇柄的热风干燥过程主要为降速阶段,加速和恒速阶段持续时间较短,基本符合传统的干燥速率变化规律。干燥条件对香菇柄色差、膳食纤维含量、多糖含量、蛋白质含量均有影响,综合考虑,热风温度为50 ℃时,能更有效的保留香菇柄原有的营养成分,是香菇柄的最佳干燥温度。通过与普通粉碎对比,超微粉碎处理的香菇柄由于细胞壁破碎得更完全,使得营养成分的溶出量得到提高,同时能显著改善其粉体的物理特性和膳食纤维的功能特性,这与Zhang等[24]的研究结论一致。因此,为了扩大香菇柄的利用范围,可将香菇柄加工成粉末,从而为其后续精深加工提供优质的原料。

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Study on hot air drying characteristics of mushroom stem and its properties of micro-powder

LIU Li-na,WANG An-jian,LI Shun-feng,TIAN Guang-rui,YAN Shi-na

(Institute of Agricultural Products Processing,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

The hot air drying characteristics of mushroom stem were studied in this paper,and the physicochemical properties of its coarse powder and micro-powder were comparatively analyzed. Results showed that the drying time of mushroom stem was shortened with the increase of hot air temperature and the decrease of slice thickness,and the coarse powder under hot air temperature 50 ℃ had greater nutrient retention and better color. Compared to the coarse powder,the micro-powder had a little worse color,but had a better fluidity,higher values in the bulk density,water holding capacity,water soluble index,swelling capacity,oil holding capacity,and lower values in the angle of repose and slip angle. Meanwhile the micro-powder possessed higher values in dietary fiber,soluble protein and polysaccharide content. Therefore,after superfine grinding,the powder had a promotion on physical properties and nutrient content.

mushroom stem;hot air drying;coarse powder;micro-powder

2015-06-23

刘丽娜(1982-),女,硕士研究生,主要从事食用菌保鲜与加工研究,E-mail:liuln1982@163.com。

河南省财政预算项目(20157815)。

TS255.3

A

1002-0306(2016)05-0126-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.016

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