超声渗透处理对香菇脱水复水性的影响

周民生,李营营,路志芳

(安阳工学院生物与食品工程学院,河南安阳 455000)

香菇(Lentinusedodes),富含粗蛋白(20.3%,干品,下同)、总糖(32.4%)、矿物质(4.2%)、粗脂肪(3.4%)、粗纤维(13.2%)、氨基酸(人体必需8种)[1],被誉为“菇中皇后”,深受人们喜爱[2]。鲜香菇含水量高达87%左右,非常柔嫩,采摘后不及时采取措施,水分容易散失,并出现颜色加深、菌盖破膜、开伞、甚至腐烂等现象,导致商品价值下降[3]。为了保持香菇的营养价值,延长货架期和储藏期,对香菇进行脱水、干燥处理是非常必要的。同时干制香菇具有质量轻、食用方便、储存时间长、营养成分不流失等优点,深受人们的钟爱。

渗透脱水(Osmotic Dehydration)是指在一定温度下,将新鲜的物料浸入高渗溶液中,移去部分水分的一种方法,处理中水的迁移在不发生相变下进行,能避免高温引起的食品的色泽、风味和质地变化[4-6],而且可减少干燥时的能耗。目前,渗透脱水技术已在多种农产品脱水上得到应用,但是,单一的渗透脱水速率较慢[7],而联合干燥可以结合两种干燥方法的优点[8]。超声波可使介质粒子振动,从而引起亚微观范围内超声空化现象,使固液体系中的液体介质的质点运动增加,固体内部结构变化,使微孔扩散得以强化[9-10]。研究表明,超声渗透脱水可显著提高多种果蔬的脱水速度与品质[11-13]。不同果蔬的组成、结构存在差异,超声波预处理各类参数条件及对产品品质的影响有所不同[14]。目前有关超声波渗透应用于香菇脱水和复水的研究鲜有报道。

因此,本试验通过分析超声渗透处理中不同因素对香菇干制时间及复水性的影响,确定香菇超声渗透处理的最佳工艺条件,为香菇干制中提高渗透脱水效率提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜香菇 安阳丹尼斯超市;绿色海晶盐 河南省盐业总公司出品。

JA2003电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;DHG-9240B电热恒温鼓风干燥箱 上海百典仪器设备有限公司;HH-600恒温水浴锅 常州诺基仪器有限公司;KQ-400E超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;VIS-7220N紫外可见分光光度计 上海瑞利分析仪器有限公司;CM-600D色差计 柯尼卡美能达公司。

1.2 实验方法

1.2.1 香菇脱水和复水工艺 新鲜香菇→清洗→超声渗透处理→鼓风干制→复水。

香菇选择:选择大小一致、圆整、菇腿短而细、菇盖厚度达到2 cm以上,开伞度小、硬度合适的新鲜香菇。

清洗称量:用自来水冲洗10～15 s,去除菇体附着的灰尘,然后将香菇放在不锈钢晒筛上沥干水,用滤纸轻轻吸干表面露出的水珠,切去菇腿,用天平称取20.0 g香菇(过多的切除)。

高职院校的学生是体格和智力趋向成熟的关键时期，同时又承担着繁重的学习任务，营养状况直接影响其体格发育、学习能力和效率，所以在校期间，充足、全面的营养及体育锻炼是其体格生长发育、获取知识、提高综合技能的保证。高职院校的学生基本不吃早餐；午餐基本都是在学校食堂解决，如恰逢下课高峰期，有些学生甚至仅仅买份快餐快速解决午餐；至于晚餐，很多学生则是吃的比较晚，甚至还有些学生为了减肥而盲目地不吃主食。这些不良的饮食习惯，使得高职院校学生的健康问题日益成为人们关注的焦点。高职院校学生每日需要的能量和各种营养素一般高于从事轻体力活动的成年人，尤其是能量、蛋白质、脂类、钙和铁等，必须按照膳食指南供给[2]。

渗透处理:将香菇放入食盐溶液进行超声渗透处理,条件见试验设计。为了防止菇体漂浮导致浸泡不充分,在上面覆盖一网罩。

干燥:45 ℃预热5 h,以避免初始温度过高菇体表面硬化导致内部水分不能够及时转移至物料表面,影响干燥速率,每隔1 h翻动一次。干燥结束放入干燥器中冷却至室温并称重。

复水:将称量好的干制香菇浸入装有200 mL自来水的烧杯中,放入设定好温度(45 ℃)的水浴锅中,在试验中采用静置法,30 min后更换一次水。45 min后取出香菇,放于不锈钢晒筛沥干,并用滤纸吸干表面水分,称量。

1.2.2 试验设计

1.2.2.1 各因素在渗透脱水中的作用 将20.0 g新鲜香菇浸入200 mL 15%渗透溶液(食盐溶液)中进行超声渗透处理20 min,超声波功率分别为100、150、200、250和300 W,研究超声波功率对香菇干制时间及复水性的影响。

将20.0 g新鲜香菇分别浸入200 mL 5%、10%、15%、20%、25%渗透溶液中进行超声渗透处理20 min,超声波功率为200 W,研究渗透液浓度对香菇干制时间及复水性的影响。

将20.0 g新鲜香菇浸入200 mL 15%渗透溶液中进行超声渗透处理(功率为200 W),处理时间分别为5、10、15、20和25 min,研究渗透时间对香菇干制时间及复水性的影响。

1.2.2.2 正交试验 综合考察超声波功率、超声波时间、渗透液浓度组合方式三个因素对香菇超声渗透干制时间和复水比的影响,选择三因素三水平正交表L9(34)设计正交试验[17]。

1.2.3 指标测定

1.2.3.1 干制时间 渗透处理过的香菇取出放于不锈钢晒筛上沥干水,再用滤纸轻轻吸干表面露出的水珠,放入电热恒温鼓风干燥箱中干燥,记录时间。干燥直至隔2 h称重,质量差不高于0.2 mg。记录时间、贴上标签并计算干燥时间。

H=(t2-t1)

式(1)

式中:H为干制时间(h),t2为香菇干制后的时刻,t1为香菇放入鼓风干燥箱时的时刻。

1.2.3.2 复水比

式(2)

式中:R复水比,mg干制香菇的质量(g),mf复水后香菇质量(g)

1.2.3.3 还原糖 采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法测定[15]。

1.2.3.4 游离氨基酸 采用茚三酮显色法[16]。

1.2.3.5 亮度(L*) 采用色差计测量。

1.3 数据处理

以上各处理除正交试验外均重复三次,数据分析及作图应用Oringin 8.0进行,结果表示为平均值±标准差;正交试验进行极差分析。

2 结果与分析

2.1 不同因素对香菇脱水复水的影响

2.1.1 超声波功率对香菇脱水复水的影响 如图1a所示,干制时间和产品复水比,随超声波功率不同发生变化。随着超声波功率的增加干制时间缩短,当超声功率超过250 W时,干制时间反而增加。复水比开始变化不明显,之后急剧增加,250 W后随着功率的增加复水比下降。功率在100～250 W,干制时间缩短,干香菇复水比增加,可能是由于空化效应及机械效应的超声波可有效增强脱水过程中物料内外的质量传递速率,水分子运动加快,提高了渗透扩散的速度[18-19]。但在功率超过250 W后,干制时间反而增加,复水比减小,可能是因功率过大,香菇的组织细胞遭到超声波功率严重的冲击而破坏,不利于脱水复水。

同时可从图1b看出,随着超声波功率的增加,产品的还原糖含量、氨基酸保留量及L*都有增加,而且当功率超过250 W时又均下降。在一定功率范围超声波对产品的营养物质及色泽不会产生明显的作用,但超声波处理会影响后继干燥时间长短,从而改变还原糖和氨基酸的含量。干燥过程中还原糖和氨基酸发生美拉德反应,降低产品的L*值[16]。可见功率过高不利于香菇渗透脱水复水的进行,生产中并不是功率越高越好,应控制超声波功率在250 W左右。

图1 不同超声波功率下香菇的脱水复水性Fig.1 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different ultrasonic power

2.1.2 渗透液浓度对香菇脱水复水的影响 香菇脱水复水不仅跟超声波功率有关而且还受渗透液浓度的影响。渗透液直接与香菇接触,其浓度直接影响着香菇的脱水复水。如图2a和图2b所示,新鲜香菇在渗透液浓度低于15%的条件下,随着浓度的增加,香菇的干制时间明显缩短,还原糖含量、氨基酸含量、L*、复水比几乎呈直线上升。当浓度增加到15%时,干制时间最小,还原糖、L*、复水比最大,而氨基酸继续增加(直至浓度20%时)。渗透液浓度超过15%后,干制时间逐渐增大,复水比先迅速下降最后趋于平缓,还原糖、氨基酸和L*亦随之下降。香菇渗透脱水时水分传递的主要动力是组织内外的溶液浓度差引起的渗透压,渗透压越大,水分传递动力越大,水分渗出细胞内外的速度越快,复水时,细胞的通透性增大,有利于水分子的进入,复水比增大。但浓度过高时,溶液黏度增大,扩散系数降低,物料的传质速度降低[7],且浓度越来越大,对细胞造成的损伤也越大[20],不利于细胞再次吸水,即复水比降低。渗透液浓度超过15%时,各指标随浓度改变而变化的幅度变缓,说明浓度影响变弱,过高浓度在生产上可以不予考虑,故合适的浓度为5%～10%。

图2 不同渗透液浓度下香菇的脱水复水性Fig.2 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different concentration of osmotic solution

2.1.3 超声渗透时间对香菇脱水复水的影响 除了超声波功率和渗透液浓度,超声渗透时间也是影响香菇脱水复水原因之一。如图3a和图3b所示,超声时间在15 min范围内,随着超声时间的增加,干制时间先缓慢降低,继而急剧下降,复水比明显增大;氨基酸、L*值初始快速增加,然后变缓,还原糖增加则表现为先缓后急。超声时间在15 min以上,干制时间先缓慢后急剧增大,复水比先急剧后缓慢降低,还原糖、L*、氨基酸也降低。在15 min以上,复水比降低可能是超声时间过长,对细胞穿透性过大,对细胞造成破坏。故选择渗透时间为10～20 min。

图3 不同超声时间下香菇的脱水复水性Fig.3 Dehydration and rehydration of Letinous edodes under different ultrasonic time

2.2 正交试验

超声功率(A)、渗透液浓度(B)、超声时间(C)三因素对香菇干制时间及复水比的正交实验结果见表2。由表2可看出,超声功率是影响新鲜香菇超声渗透脱水最主要原因,渗透液浓度影响最小。新鲜香菇超声渗透干制最优处理是A2B2C3,即超声波功率为250 W,超声时间为20 min,渗透液浓度是15%。而影响干香菇复水的主要因素是超声波功率,渗透液浓度次之,超声渗透时间最小,最优组合是A2B3C2,即超声波功率为250 W,超声时间为15 min,渗透液浓度是15%。

表2 正交试验方案及结果Table 2 Scheme and results of orthogonal test

A2B2C3是正交试验中得到的最优脱水工艺条件,A2B3C2是最优复水比工艺条件。后者与正交试验中得到的结果不同。因此,该结论需要进行进一步验证,以确定选取工艺条件是否为最优条件。将选出干制时间最佳水平组合A2B2C3,复水比最佳水平组合A2B3C1与正交试验表中得到的最优水平组合A2B3C2进行对比试验(试验进行三次,结果取平均值)选取最优工艺条件(见表3)。

表3 验证性试验香菇干制时间和复水比Table 3 Dry time and rehydration ratio ofLetinous edodes in proving trial

本试验主要着重于复水性,由表3得出,超声渗透香菇脱水复水研究的最佳工艺条件为A2B3C2,高于正交试验设计中的水平组合。即在超声波功率为250 W、在超声时间为15 min、渗透液浓度为15%的工艺条件下,鲜香菇的干制时间为7.4 h、复水比为4.55,即超声渗透香菇脱水复水的最佳工艺条件为A2B3C2。

3 结论

超声波功率、超声渗透处理时间和渗透液浓度均对香菇的干制时间、还原糖含量、氨基酸含量、L*、复水比有影响。影响香菇干制时间最主要的是超声波功率,其次是超声渗透时间,渗透液浓度作用最小;而影响香菇复水比因素主次关系为,超声波功率>渗透液浓度>超声渗透时间。干制时间最佳的工艺条件是超声波功率为250 W、超声作用时间20 min、渗透液浓度为15%,此条件下,干制时间7.3 h,复水比4.24。以复水比为标准,最佳的工艺条件是超声波功率为250 W、超声处理时间15 min、渗透液浓度为15%,对应的干制时间7.4 h,复水比4.55。生产上可根据实际需要采用合适指标作为选用工艺的依据。