香菇脆片加工技术的研究进展

刘增强,丁文平,庄 坤,王国珍

(武汉轻工大学食品科学与工程学院,湖北武汉 430023)

香菇[Lentinusedodes(Berk)Sing]又名香覃、香信、花菇、厚菇、冬菇[1],属于真菌门,担子菌纲伞菌目侧耳科香菇属[2]，在我国的栽培历史已有800多年,我国资源丰富,已成为世界上香菇生产的第一大国。香菇具有丰富的营养及药用价值。据测定分析,通常鲜香菇中除含有85%～90%的水分外,固形物中含粗蛋白19.9%,粗脂肪4%,可溶性无氮物质67%,粗纤维7%,灰分3%[3]。另外香菇中不仅含有丰富的维生素D,而且还含有香菇多糖、香菇嘌呤和麦角固醇等多种有利于身体健康的生理活性成分。因此香菇享有“天然的保健食品”、“上帝的食品”、“菇中皇后”、“菇中之王”的美誉[3]。

随着社会的发展和人们生活水平的提高,人们对营养休闲食品的要求越来越高。由于其丰富、健康的营养价值逐渐受到人们的青睐,香菇产品也慢慢向环保化、天然化、营养化、功能化发展。基于此,香菇脆片这种天然脱水干制休闲食品便应运而生。香菇脆片是香菇经挑选、护色之后经过各种干制技术生产的一种营养休闲食品,它不仅保持了香菇原有的营养成分,而且因具有酥脆的口感、浓郁的香气,独特的味道,得到消费者的普遍认同。

目前食品工业中香菇脆片的主要生产技术有:真空油炸膨化、真空冷冻干燥、真空微波干燥、气流膨化干燥等。

1 真空油炸膨化

1.1 真空油炸膨化技术

真空油炸技术始于上世纪60～70年代,该技术将油炸和真空脱水进行有机结合,主要用于油炸马铃薯片。油炸膨化是指将物料放入较高温度的油脂中,使其表面温度迅速升高,水分汽化,物料表面形成一层干燥层,并逐渐向内部迁移,是物料熟化和脱水干制的重要手段之一,包括常压油炸和真空油炸。常压油炸温度较高,对食品营养成分破坏较为严重,同时反复油炸产生的不饱和脂肪酸的过氧化物会直接阻碍食品对油脂和蛋白的吸收。真空油炸又称为减压油炸,其工作原理为在负压条件下,以油为介质,当油的温度加热到该压力条件下水的沸点以后,原料中的水分快速变为水蒸汽大量逸出,从而实现物料的干燥[45]。

近年来,伴随着真空油炸膨化的兴起,香菇脆片的加工也得到逐步的深入。M.Mohebbat[6]应用人工遗传网络和神经算法对油炸香菇的含油量以及水分含量进行模型分析,将经过NaCl渗透脱水以及甲基纤维素涂胶涂抹的鲜香菇分别在150、170和190 ℃下油炸0.5、1、2、3、4 min。结果表明,经过处理的油炸香菇含油量显著降低,并以此为依据,开发了一种以人工神经网络估算油炸香菇脆片的水分与含油量,同时用遗传算法进行优化的GAANN模型,对香菇脆片含油量的研究具有很强的指导意义。Sonja Grosshauser[7]通过对白蘑菇油炸前后的挥发性物质进行研究,首次查明了油炸香菇脆片中的36种挥发性成分,然后通过稳定同位素稀释测定法对其中的25种化合物进行研究,发现油炸蘑菇中3甲基丁醛,3(甲硫基)丙酮和2乙酰基1吡咯啉具有最高的OAV(香气活性值，>100),其次为1辛烯3-酮、2-丙酰基1吡咯啉、4羟基2,5二甲基呋喃3(2H)酮、苯乙醛、2,3二乙基5甲基吡嗪和3羟基4,5二甲基呋喃2(5H)酮(OVA>10),还有13种气味剂(OAV>1)。

陈集元等[8]以鲜香菇为原料,通过护色,漂烫浸渍,冷冻及真空油炸膨化,开发出一种香气浓郁、油脂含量低、口味独特、酥脆可口的香菇脆片。任爱青等[910]通过对香菇脆片真空油炸预处理工艺以及真空油炸热风联合干燥工艺的研究,得出其最佳工艺条件为切片厚度7 mm,漂烫时间6 min,漂烫温度95 ℃,风速1.0 m/s,预干燥水分35%,热风温度65 ℃,真空油炸温度90 ℃,最终能将香菇的含油率降低1.78%。

1.2 真空油炸膨化在香菇脆片应用中的优势及存在的问题

由于真空油炸设备本身的优势以及香菇的营养价值,使真空油炸香菇脆片具有以下特点:

a.投资少,产出大。真空油炸膨化香菇脆片工艺流程相对比较简单,投资成本较小,回报率较高。

b.营养价值高。真空油炸膨化温度一般为80～90 ℃,避免了高温氧化等因素对香菇营养成分的破坏,能较好的保持香菇自身的营养价值。

c.色泽良好。真空油炸中低温可以减少香菇的褐变反应,最大限度的保持其原来的颜色,同时油炸香菇会使其表面产生一种诱人的焦黄色表皮,进一步增加消费者对香菇脆片的接受程度。

d.口感酥脆。由于在真空油炸过程中香菇细胞间隙的水分急剧汽化,使组织产生疏松多孔的结构,从而赋予产品酥脆、可口的味道。

真空油炸膨化香菇脆片有色泽良好,香气浓郁,口感酥脆等优势,但在香菇脆片的加工过程中,仍然存在着一些不可忽视的问题。例如相比于常压油炸,真空油炸虽然含油量有比较明显的下降,但是其含油量仍然较高,如何使含油量降低到10%以下,使没有油腻感还需要进一步研究[4],同时由于含油量引发的酸败,严重影响其保质期。另外现在的真空油炸设备普遍采用间歇式生产,严重影响了香菇脆片的连续化大规模生产,对香菇产业的发展造成很大的制约。

2 真空冷冻干燥

2.1 真空冷冻干燥技术

真空冷冻干燥技术,也称“冻干”,其工作原理为:先将经过预处理的新鲜物料或湿物料的温度降到共晶点以下,使物料内部的水分冻结成固态的冰,然后适当抽取干燥仓内的空气使其达到一定的真空度,对加热板进行加热以达到适当的温度,使冰升华为水蒸气,利用真空系统的补水器或者制冷系统的水气凝结器将水蒸气冷凝,从而获得干制品的技术。干燥过程是物料内部水分的物理状态的变化及其移动的过程,由于这种变化和移动是发生在低温低压下,因此,真空冷冻干燥的基本原理就是低温低压下传热传质的机理[11]。

JinHong Zhao[12]通过对香菇冷冻干燥过程中冷冻曲线、玻璃化转变线和最大冻结浓度条件的研究,利用克劳斯克拉珀龙模型和戈登泰勒模型分别拟合冷冻曲线和玻璃化转变线,得出香菇的最大冻结条件为香菇水分含量0.81 g/g样品,玻璃转化温度为53.2 ℃,冻结终点的特征温度为33.4 ℃,另一种玻璃转化温度为42.4 ℃。其研究结果进一步优化了香菇的冷冻干燥过程,对香菇脆片的生产具有很强的指导意义。ChingChing Lau[13]对冷冻干燥香菇过程中血管紧张素I转换素酶(ACE)肽抑制剂性质的影响进行研究,发现冷冻干燥的香菇脆片中保留了广泛的蛋白质,包括含有ACE抑制剂的低丰度蛋白,从而表明蛋白质的ACE活性并未通过冷冻干燥而丧失,由此可见冷冻干燥香菇脆片是一种使营养保存完好的干燥技术。

张立伟等[11]以真空冷冻干燥技术为基础,对冷冻干燥香菇脆片进行研究,确定了加工过程中的工艺参数为物料厚度6.78 mm、预冻速率2.58 ℃/min、干燥仓压力61.8 Pa、加热板温度61.7 ℃以及冻干时间7.27 h,为冷冻干燥香菇脆片的生产提供理论依据和技术支持。高兴洋等[14]通过对真空油炸和真空冷冻干燥对香菇品质及挥发性风味成分的影响分析。结果表明,真空冷冻干燥的香菇脆片其硬度、脆度较大、体积骤缩率较小、颜色较白、感官品质较好,营养成分保留也远超真空油炸的香菇脆片。两种产品的挥发性物质差异较大,真空冷冻产品中1辛烯3-醇占6.37%、1,2,3,5,6五硫杂环庚烷占2.02%,而油炸产品中未检出。此外,真空油炸香菇脆片中壬醛含量为真空冷冻干燥香菇脆片的7倍,且酯类物质含量显著升高。金炜玲等[15]将漂烫超声浸渍、漂烫真空浸渍、漂烫调味液煮、熏蒸超声浸渍、纤维素酶五种不同预处理运用到真空冷冻香菇脆片的生产过程中,发现经过纤维素酶处理的香菇脆片其水分含量、色差、硬度、脆度、感官评分都优于其他四种处理方式,还发现纤维素酶对于香菇脆片的多孔性结构具有积极的促进作用。

2.2 真空冷冻干燥在香菇脆片应用中的优势及存在的问题

通过对真空冷冻香菇脆片的研究,发现真空冷冻在香菇脆片的加工中具有其自身独有的优势:

a.色泽天然。真空冷冻干燥是在低温低压下进行,生产的香菇脆片最大程度的保留了香菇的色泽,由于其在真空状态下进行,有效的避免了加工过程中的热敏反应和氧化作用。

b.结构状态良好。冻干的香菇脆片是香菇中的水分在真空低温条件下由固态直接升华为气态,中间无对形态结构有影响的其他操作,能尽可能的保持香菇原有的结构。

c.速溶性和快速复水性。经过真空冷冻干燥的香菇脆片,具有良好的复水性能,冻干产品保持了原有香菇所特有的体积形态,同时对于多孔结构有很好的推动作用。食用时香菇脆片能迅速吸水,具有良好的复水性,对香菇脆片的口感具有很大的促进作用。

d.营养价值保持完好。微波干燥、气流膨化、真空冷冻干燥这三种干燥方式虽然对香菇中的营养物质都有很好的保留作用,但通过研究发现,真空冷冻香菇脆片对香菇营养物质的保留最为完好,对蛋白质,脂溶性维生素几乎没有影响[1617]。

真空冷冻干燥由于其产品自身色泽天然、营养保持良好等优良特性,受到人们的普遍关注,但投资成本大、连续化程度低等问题严重限制了真空冷冻干燥在食品加工中的应用。另外真空冷冻干燥香菇脆片中干燥时间长,能耗大,操作安全要求较高等也是真空冷冻干燥在推广中不可忽视的制约因素[1820]。

3 真空微波干燥

3.1 真空微波干燥技术

微波干燥是一种利用微波的加热和穿透特性,将微波能量传播到物料内部进行加热的技术。微波使物料内部的水分迅速汽化,生成蒸汽的同时产生巨大的推动力,俗称“泵送效应”。驱动水分以水蒸气的形式移向表面,有时甚至产生很大的总压梯度,使部分水分还未来得及汽化就已经排列到物料表面的干燥方式。近年来,通过人们对微波干燥的探索研究,一般将其分为四个阶段:内部调整阶段、液体流动阶段、等干燥速率阶段和下降速率阶段。而真空微波干燥就是将微波干燥与真空干燥进行结合,充分利用真空干燥水分扩展速度快、物料沸点低的特点以及微波干燥中热传导速率快、升温迅速的优势对物料进行干燥的新技术[2122]。

Fei Pei 等[23]对冷冻干燥与三种不同干燥方式(冷冻+热风干燥、冷冻+真空干燥,冷冻+真空微波干燥)进行比较,通过分析香菇的颜色、质地、结构、营养保留和能源消耗发现:四种干燥方式下香菇的颜色、密度和硬度没有显著差异。同时发现冷冻+真空微波干燥(FD+MVD)能有效减少35.63%的干燥时间,并且除维生素C外,其他营养元素的保留均优于其他干燥方式。S K Girl等[24]选择真空微波干燥以及对流干燥对香菇干燥特性和复水性进行研究,表明真空微波干燥将比对流干燥节约70%～90%的干燥时间,同时真空微波干燥使香菇具有更加均匀的多孔结构,增加香菇脆片的复水特性。通过薄层干燥指数的模型分析得出,香菇的干燥速率主要受到微波功率和样品厚度的影响,系统压力对干燥速率的影响几乎可以忽略不计,但对于香菇的复水性影响较为显著。S K Girl[25]还对真空微波干燥香菇脆片进行响应面分析,确定其最佳工艺参数为微波功率202 W,系统压力6.5 kPa,切片厚度7.7 mm。

齐琳琳等[26]以干香菇为原料,对香菇脆片的预处理工艺、真空微波干燥工艺、香菇脆片的调味以及储藏条件进了详细分析,为香菇脆片真空微波干燥产业提供了较为详尽的理论和技术支持。黄姬俊等[2728]对香菇微波干燥特性及其动力学进行研究,探讨了微波功率、真空度、装载量对干燥速率的影响,得到香菇真空微波干燥的动力学模型:

MR=e-rsN,其中r=e-2.4418-0.0062X1+0.0002X2+0.5173X3,N=0.9500+0.0004X10.002X2+0.1533X3,发现微波功率与装载量对香菇干燥速率影响较大,干燥速率随微波功率的增大以及装载量的减少显著加快,真空度对香菇干燥速率的影响较小。他们还对香菇脆片的真空微波干燥工艺进行了较为全面的研究,确定了在真空度为90 kPa的条件下香菇脆片的最佳工艺条件为微波功率2650 W,装载量171 g。

3.2 真空微波干燥在香菇脆片应用中的优势及存在的问题

真空微波干燥工艺吸取了真空干燥及微波干燥的加工优点,使其在香菇脆片的生产中具有举足轻重的作用,其优势主要表现为:

a.干燥速率快。由于真空微波干燥中微波能量能够直接深入到香菇内部而不是依靠其本身的热传导,所以香菇脆片的干燥时间被大大缩短。

b.节能高效。香菇中的水分极易吸收微波能量,因此在加热过程中能量损失较少,与远红外相比,最高节约能量可达50%,另外,真空微波设备体积较小,设备占地面积比较经济,真空微波干燥还可连续化生产,最大限度的增加了香菇脆片加工过程中的经济效益。

c.营养损失少。由于真空微波干燥特有的加热特性和干燥机理,还可以在低温条件下对香菇脆片进行生产,故其对香菇营养损失较少,仅次于真空冷冻干燥。

真空微波干燥是香菇脆片加工的重要手段之一,但由于缺乏自动化快速水分检测技术,很难准确判定干燥终点,产品质量无法保障,使真空微波干燥技术无法应用到香菇脆片工业化生产当中。在香菇脆片的真空微波干燥的工业化历程中,干燥不均匀,微波泄漏,真空系统的抽真空能力不足以及整个系统的安全操作问题等也亟待解决。另外,真空微波干燥理论与食品加工的工业化生产的有机结合还处于起步阶段,没有完善的理论基础作为依据,对于真空微波干燥技术的产业化发展造成很大的制约[2930]。

4 气流膨化

4.1 气流膨化技术

气流膨化技术又称变温压差膨化干燥技术、爆炸膨化干燥技术或低温高压膨化技术。它是一种新型的果蔬脆片加工技术。该设备主要由膨化罐、真空罐(体积约为膨化罐的5～10倍)、空气压缩机、真空泵(水环泵和罗茨泵)以及自控控制装置五部分组成。气流膨化技术的工作原理主要是将物料平铺至膨化罐的钢丝筛架上,同时对其进行加压、升温操作。当膨化罐内的温度和压力达到物料所需的膨化条件后,开启真空阀门,使膨化罐与真空罐瞬间联通,从而导致膨化罐中的压力从0.1～0.5 MPa骤减至0.096 MPa,物料中的水分由于压力的骤变而产生“闪蒸”现象。由于物料内部水分的瞬间相变化(水分由液相变为气相),物料组织膨化,其内部形成均匀的网状结构,从而导致结构疏松且呈多孔海绵状。同时使物料在低温真空条件下进行脱水干燥,直至水分达到物料安全含水量以下[3132]。

气流膨化技术的研究始于20世纪80年代,主要是美国农业部东部研究中心进行研发。在该领域的研究主要集中对苹果脆片以及马铃薯脆片的工艺探索[33]。国内自引进之后,气流膨化的主要研究对象仍大多集中在水果脆片的工艺优化,对蔬菜以及菌类产品的研究较少,尤其是对于香菇脆片的研究,还处于摸索阶段,对其工艺流程并未进行具体的研究与分析。M F Kozempel等[34]在对胡萝卜、马铃薯、苹果、蓝莓、蘑菇、芹菜、洋葱、甜菜、洋芋、梨、菠萝、甘蓝等气流膨化工艺的研究中,确定了膨化压力、膨化温度、干燥时间、切片厚度、含水量、品种等因素对产品的影响。张乐等[35]在不同干燥方式对香菇品质的影响中也只是对不同工艺进行了比较,最终得出气流膨化香菇脆片具有水分含量低、结构酥脆、富水性好、香气纯正浓郁、多糖含量高等优点。

4.2 气流膨化在香菇脆片应用中的优势及存在的问题

在气流膨化香菇脆片的生产中,应用气流膨化技术生产的产品具有以下的特点:

a.营养丰富。在气流膨化香菇脆片中不经过护色工艺,减少了香菇自身维生素D、香菇多糖以及麦角固醇等营养物质的流失,最大限度的保证了香菇的营养价值和药用价值。

b.绿色天然。气流膨化的香菇脆片一般都是通过少量的天然护色剂经过护色之后直接进行干燥,膨化。在生产过程中不添加其他的色素或合成护色剂,最大程度的保留了香菇原有的风味,纯净天然。

c.结构状态优良。香菇脆片在膨化中由于膨化罐压力的骤然降低,香菇内部的水分瞬间汽化,导致其内部形成疏松均匀的海绵状结构,使香菇脆片更加酥脆可口。

d.保质期长。气流膨化香菇脆片是将其水分通过工艺干燥至3%以下,同时其含糖量较高,不利于微生物生长,大大延长了香菇脆片的保质期。

在气流膨化香菇脆片的过程中,其自身有一些不足之处仍需引起研究者的高度重视。如在香菇脆片的加工过程中由于膨化罐内的温度较高,若膨化温度过高,停滞时间过长,会使香菇表面发生严重的美拉德反应,影响产品的色泽、口感。因此应尽量将其温度控制在褐变范围之内,并保持恒定。其次,在气流膨化过程中,预干燥水分的要求也至关重要。对于香菇而言,其脆片的安全加工水分应控制在15%～35%的范围内,超出此范围,将大大影响香菇的膨化效果。若香菇预干燥水分含量过高,一方面占香菇大部分水分含量的自由水不在香菇密闭小室内,气流膨化过程中无法对香菇的结构进行有效膨化;另一方面膨化罐内操作温度较低,操作时间短,水分过多会导致香菇难以定型;水分过少则会导致香菇的膨化效果不明显[32]。

5 结论与展望

各种香菇脆片的加工工艺以及各加工手段在香菇脆片中的研究现状中，不难发现,香菇脆片的研发在国内外食品产业中已经得到越来越多的关注,加工方式也逐渐由单一化向多元化转变,其中各种加工方式的局限性成为香菇脆片在营养化、功能化发展中的不可忽视的制约因素。因此,各种加工方式在香菇脆片生产中的结合应用成为其产业化发展研究的重中之重,从中可以借鉴吸纳各种加工方式的优点,摒弃其自身的不足,通过联合使用[3641],使香菇脆片加工技术更上一层楼,同时为香菇脆片的产业化发展提供更多的具有指导意义的理论和技术支持,为香菇脆片的市场化、国际化道路指明方向,为香菇的功能化、营养化发展打下坚实的基础。

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