雙孢蘑菇冷凍干燥聯(lián)合微波真空干燥傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)及干燥過程中風(fēng)味成分變化研究.pdf

1、雙孢蘑菇(Agaricus bisporus)是目前世界上栽培面積最廣，消費(fèi)量較大的食用菌之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)雙孢蘑菇年產(chǎn)量為218.40萬噸，是年產(chǎn)量最大的食用菌之一。雙孢蘑菇不僅味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富，并且含有多種生物活性物質(zhì)。然而，雙孢蘑菇在儲(chǔ)運(yùn)過程中容易發(fā)生褐變、開傘、腐爛等品質(zhì)劣變現(xiàn)象。目前，冷凍干燥(FD)是被認(rèn)為生產(chǎn)高品質(zhì)脫水食品的最有效的干燥方式，它能夠最大程度的保持食品原有的顏色、質(zhì)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味成分。然而，冷凍干

2、燥存在能耗高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高等問題。在保持產(chǎn)品感官、營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味品質(zhì)同時(shí)，研究雙孢蘑菇高效節(jié)能干燥技術(shù)，對(duì)雙孢蘑菇精深加工具有重要的理論指導(dǎo)意義。
　　本文以雙孢蘑菇為原料，采用冷凍干燥聯(lián)合熱風(fēng)干燥(FD+AD)、冷凍干燥聯(lián)合真空干燥(FD+VD)和冷凍干燥聯(lián)合微波真空干燥(FD+MVD)三種不同的聯(lián)合干燥方式，考察不同干燥方式對(duì)雙孢蘑菇片色澤、質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)保留和能耗等相關(guān)指標(biāo)，結(jié)果表明，水分含量轉(zhuǎn)換點(diǎn)為38％條

3、件下，F(xiàn)D+VD和FD+MVD這兩種聯(lián)合干燥方式所生產(chǎn)出的雙孢蘑菇片在L值、a值、平均體積密度和硬度等指標(biāo)與FD干燥的產(chǎn)品沒有顯著性差異，并且除FD+MVD產(chǎn)品維生素C含量相對(duì)較低外，F(xiàn)D+VD和FD+MVD兩種聯(lián)合干燥方式在總糖、可溶性糖和可溶性蛋白等營(yíng)養(yǎng)成分保留方面顯著優(yōu)于FD+AD的方式。與FD相比，三種聯(lián)合干燥方式在保證雙孢蘑菇片產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)，能夠分別降低34.51％，36.36％和35.27％的耗電量，但只有FD+MVD干燥

4、方式能夠顯著縮短干燥時(shí)間（較冷凍干燥縮短35.63％）。此外，F(xiàn)D+MVD產(chǎn)品的微觀疏孔結(jié)構(gòu)與FD產(chǎn)品沒有顯著性差異。因此確立FD+MVD是一種適合用于雙孢蘑菇脫水加工的高效節(jié)能保質(zhì)的聯(lián)合干燥方式。
　　研究比較了FD和FD+MVD加工過程中凍干溫度(20℃，30℃和40℃)、鋪料厚度（1層，2層和3層）、干燥壓力（70 Pa，100 Pa和130 Pa）、微波功率密度(20 W/g，40 W/g和60 W/g)等干燥參數(shù)對(duì)雙孢蘑

5、菇片干燥動(dòng)力學(xué)特性的影響。通過利用合適的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型描述雙孢蘑菇片F(xiàn)D和FD+MVD干燥過程的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性和復(fù)水特性，并計(jì)算干燥過程中有效水分?jǐn)U散系數(shù)(Deff)。結(jié)果表明，雙孢蘑菇片F(xiàn)D和FD+MVD過程中的凍干溫度、鋪料層數(shù)、干燥壓力和聯(lián)合干燥后期微波功率密度對(duì)其干燥速率均有顯著影響，并且隨著凍干溫度的升高、鋪料層數(shù)的降低、凍干過程壓力的降低和微波功率密度的升高，干燥速率顯著升高。通過非線性回歸分析，Page模型對(duì)FD過程水分曲線

6、擬合最好，而Logarithmic模型對(duì)FD+MVD后期MVD過程水分含量曲線擬合最好。通過多元線性回歸建立FD動(dòng)力學(xué)干燥數(shù)學(xué)模型為:MRFD=exp(-kFDt1.383),kFD=0.012T-0.177LFD-0.005V+0.844,R2=0.970
　　建立FD+MVD動(dòng)力學(xué)干燥數(shù)學(xué)模型為:MRFD+MVD={exp(-kFDt1.383),kFD=0.012T-0.177LFD-0.005V+0.844),(MR＞0.

7、053,R2=0.970)0.052·exp(-kMVDt)+0.001,kMVD=0.496P-11.754LMVD+14.185，(MR≤0.053,R2=0.986)
　　這兩個(gè)數(shù)學(xué)模型均能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)FD和FD+MVD過程水分比和干燥時(shí)間的關(guān)系。同時(shí)，根據(jù)Fick第二定律計(jì)算得出FD+MVD后期MVD過程的有效水分?jǐn)U散系數(shù)約為FD過程的10倍。這從傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)的角度進(jìn)一步證明了FD+MVD過程的優(yōu)越性。此外，Peleg模型能夠

8、很好的預(yù)測(cè)FD和FD+MVD脫水雙孢蘑菇片的復(fù)水動(dòng)力學(xué)特性，復(fù)水過程中FD+MVD干燥的雙孢蘑菇片的平衡水分含量非常接近于FD產(chǎn)品，證明了這兩種不同干燥方式產(chǎn)品復(fù)水能力是相近的。
　　通過對(duì)雙孢蘑菇FD和FD+MVD干燥過程中可溶性糖（醇）、游離氨基酸、呈味核苷酸、有機(jī)酸等非揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定，研究和比較了雙孢蘑菇在兩種干燥方式過程中非揮發(fā)性成分的變化規(guī)律，并引入等效鮮咪濃度(EUC)對(duì)不同干燥階段雙孢蘑菇的鮮味等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果

9、表明，雙孢蘑菇的EUC值和大部分非揮發(fā)性成分，如甘露醇、L-谷氨酸、L-組氨酸、L-谷氨酰胺、L-苯丙氨酸、5'-GMP、5'-AMP和有機(jī)酸等含量在FD過程升華階段顯著升高，并且在FD過程解析階段和FD+MVD的MVD階段顯著降低。與FD所干燥的雙孢蘑菇片相比，F(xiàn)D+MVD所干燥的雙孢蘑菇片可溶性糖（醇）含量相對(duì)較低，然而游離氨基酸含量，尤其是對(duì)EUC有重要貢獻(xiàn)的呈鮮味游離氨基酸含量顯著高于FD產(chǎn)品，并且與新鮮樣品含量相近。兩種干燥方

10、式所干燥的雙孢蘑菇片在呈味核苷酸和有機(jī)酸含量沒有顯著性差異。此外，F(xiàn)D和FD+MVD所干燥的雙孢蘑菇片EUC值均與新鮮樣品沒有顯著性差異，證明了兩種干燥方式均能夠有效維持雙孢蘑菇的鮮味成分。
　　以總風(fēng)味物質(zhì)含量和雙孢蘑菇特征性揮發(fā)性成分1-辛烯-3-醇含量為指標(biāo)，優(yōu)化了雙孢蘑菇揮發(fā)性成分固相微萃取的最優(yōu)工藝。并利用GC-MS和電子鼻技術(shù)研究和比較了雙孢蘑菇FD和FD+MVD過程非揮發(fā)性成分含量變化。結(jié)果表明，雙孢蘑菇揮發(fā)性成分最

11、優(yōu)固相微萃取工藝萃取溫度60℃，萃取時(shí)間40 min。通過GC-MS檢測(cè)雙孢蘑菇在不同干燥階段共檢測(cè)出32種揮發(fā)性成分。其中新鮮雙孢蘑菇含量較高的揮發(fā)性成分為1-辛烯-3-醇，3-辛醇，2-辛烯-1-醇、3-辛酮等八碳化合物以及苯甲醇、苯甲醛和呈香酯類等。隨著干燥過程的進(jìn)行，八碳化合物、呈香酯類以及其他醇類和醛類物質(zhì)含量逐漸減少，干燥后期形成了更多的烷烴類和雜環(huán)類揮發(fā)性成分。FD+MVD對(duì)新鮮蘑菇原有的熱敏性揮發(fā)性成分有較大的破壞作用，

12、但形成烷烴類和雜環(huán)類化合物等美拉德反應(yīng)產(chǎn)物等揮發(fā)性成分含量顯著低于FD所干燥的雙孢蘑菇。通過聚類分析和主成分分析，說明雙孢蘑菇在FD和FD+MVD干燥過程中其揮發(fā)性成分變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在干燥的升華干燥階段結(jié)束前后，并且與FD所干燥的脫水雙孢蘑菇片相比，F(xiàn)D+MVD所干燥的雙孢菇片的揮發(fā)性物質(zhì)組成與新鮮雙孢蘑菇相似度更高。通過電子鼻分析可以看出，F(xiàn)D和FD+MVD兩種干燥方式生產(chǎn)的雙孢蘑菇和不同干燥階段雙孢蘑菇風(fēng)味差異均十分顯著。其香氣指紋雷