干燥方式对香菇品质特性及微观结构的影响

张海伟，鲁加惠，张雨露，梁 进，张 梁

（安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽省农产品加工工程实验室，安徽 合肥 230036）

香菇（Lentinus edodes）滋味鲜美，营养丰富，素有“菇中之王”的美称，是世界第二大食用菌[1]。新鲜香菇的保鲜期约3～5 d，其采后仍能通过自身呼吸作用消耗菇体内的营养物质，导致菌盖褐变、开伞、水分丧失，甚至木质化，降低其营养价值和商品性[2]。因此香菇采后常通过干燥技术加工成干制品，一般干香菇的保质期可达1～2 年，更便于贮藏、运输，同时干燥也有利于形成香菇特有的风味[3]。

目前香菇干燥方式主要有热风干燥（hot air drying，HAD）、真空冷冻干燥（freeze drying，FD）、微波干燥（microwave drying，MVD）、微波真空冷冻干燥（microwave vacuum freeze drying，MVFD）、红外辐射干燥（infrared drying，IRD）等。HAD的设备成本低、操作方便，同时热风（65～80 ℃）能使香菇内还原糖与蛋白质发生美拉德反应，形成浓郁的香菇特征风味，所以HAD是香菇干制加工的常用方式[4-6]。FD能较完整地保留物料的营养物质、外观与形状，且干制品的复水速率和复水性较好[7]。MVFD将MVD与FD技术联合，在干燥过程中利用微波提供物料所需的升华潜热，使物料中的固态水直接升华为水蒸气，不仅能保持物料原有的形状，而且大大提高了干燥速率[8]。但是微波具有辉光放电特征，容易产生产品干燥不均匀、品质不稳定等现象[9-11]。故MVFD技术常用来处理片状或小体积物料[12-13]。根据干燥过程中物料含水率下降规律来梯度调整微波功率，可以减少微波干燥可能产生的不良影响。有研究报道采用阶段式MVFD加工双孢菇片、苹果片、秋葵等，物料干燥效率提高（35%～60%）、复水性增加，并能保持产品良好的营养与感官品质[14-16]。然而采用阶段式MVFD干燥加工整鲜香菇的研究鲜见报道。干制品的复水速率和复水性、复水后感官品质与其内部微观结构密切相关。赵圆圆等研究发现真空冷冻干燥的香菇具有均匀多孔的微观结构，复水60 min后复水比最大，可达9.22[17]。MVFD干燥的双孢菇片[14]、苹果片[15]的毛细管形状保持较好，表面结构变化不大且微观内部结构与FD产品较为相似，但MVFD整香菇的微观结构鲜见报道。干制品的营养成分如氨基酸、可溶性糖等与产品感官品质中的鲜味、甜味有直接的联系。有研究报道金针菇、口蘑、黑木耳、香菇、杏鲍菇、平菇等17 种市售食用菌中游离氨基酸含量与感官评价的评分呈显著正相关关系[18-19]。但MVFD加工完整香菇的营养成分、复水熟制后的感官特性及指标间相关性综合分析较少。

本实验以新鲜整香菇为对象，分别采用三段式微波真空冷冻干燥（three-stage MVFD，TS-MVFD）、FD与HAD技术干燥加工，探讨不同干燥方式下香菇干制品的干燥特性、主要营养成分及微观结构，并通过标度法定量分析3 种香菇干制品复水熟制后的感官特性，为香菇干制品加工及品质分析提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜香菇购于安徽省合肥市周谷堆农贸市场，运回实验室后放置在温度（4±1）℃、相对湿度（90±5）%的冷库中贮藏备用。挑选未开伞，无霉变、虫蛀，菌盖直径（5±1）cm的香菇样品用于干燥实验。

重蒸酚 洛阳市化学试剂厂；硫酸 烟台市双双化工有限公司；葡萄糖、无水乙醇、磺基水杨酸 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

NJL07-9型微波真空冷冻干燥炉 南京杰全微波设备有限公司；Gamma 1-16 LSC plus真空冷冻干燥机德国Christ公司；GZX-9246 MBE数显鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；CPA223S型电子天平北京赛多利斯仪器系统有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；KQ-300D型数显超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；0～150 mm游标卡尺 上海九量五金工具有限公司；TA.XT.Plus质构仪英国SMS公司；CR-400型色差计 日本柯尼卡美能达公司；L-8900型全自动氨基酸分析仪、S4800型扫描电子显微镜 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 香菇干燥

将香菇去柄后，采用3 种方式进行干燥，各称取（150.0±0.5）g香菇，以水分质量分数低于13%为干燥终点（根据GB 7096—2014《食品安全国家标准 食用菌及其制品》[20]）。

HAD：将香菇平铺在干燥箱载料盘上，热风温度70 ℃。

FD：将香菇置于-80 ℃预冻8 h，放入真空冻干机中，设置加热板温度为30 ℃，冷阱温度为40 ℃，真空度为50 Pa。

TS-MVFD：将香菇于-80 ℃预冻结8～12 h。先开启冷阱使干燥腔内温度降至-35 ℃以下，放入预冻结香菇物料，随后开启真空泵。当真空度低于100 Pa时开启微波加热。第一阶段微波功率10～20 W，运行30 min（香菇失水率约为5%）；第二阶段50 W干燥3 h（干燥至水分质量分数约30%）；第三阶段30 W干燥1.5 h（水分质量分数低于13%）。

1.3.2 水分质量分数测定

水分质量分数测定采用烘箱直接干燥法，具体参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[21]。

1.3.3 复水比测定

复水比的测定参考Wang Hongcai等[22]的方法，并稍作修改。取1.5 g香菇干样，放在25 ℃的蒸馏水中，每10 min测一次复水后的样品质量，共复水120 min。在测定前将样品表面多余水分用滤纸吸干，平行测定3 次。复水比按照公式（1）计算。

式中：mt为复水后的物料质量/g；m0为干燥物料的初始质量/g。

1.3.4 复重系数测定

复重系数的测定参考陆蒸等[23]的方法并稍作修改，取1.5 g香菇干样，置于水浴锅中60 ℃保温复水4 h，取出沥干表面水分后称质量，平行测定3 次，复重系数按照公式（2）计算。

式中：K为复重系数；m复和m干分别为复水后和复水前物料质量/g；w原和w干分别为物料和干制品的水分质量分数/%。

1.3.5 收缩率测定

收缩率测定参考王洪彩[24]的方法。采用游标卡尺分别测量干燥前后香菇菌盖直径和厚度。干燥前随机选5 个香菇样品，分别从3 个不同的方向进行测量并标记，干燥结束后再次测量相应位置的尺寸，收缩率按照公式（3）计算。

式中：SR为收缩率/%；d0和dt分别是干燥前后香菇的直径或厚度/mm。

1.3.6 色泽测定

色泽的测定参考Wang Hongcai等[22]的方法，采用CR-400型色差计测定新鲜香菇的L0、a0、b0及香菇干制品菇盖的L*、a*、b*值，根据公式（4）计算色差ΔE，每组选取10 个样品，结果取平均值。

1.3.7 总糖、粗多糖、游离氨基酸含量测定

总糖含量的测定参照GB/T 15672—2009《食用菌中总糖含量的测定》[25]；粗多糖含量的测定参考参照NY/T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的测定》[26]。以上单位均为g/100 g，结果均以干质量计。

游离氨基酸含量的测定：将香菇干样粉碎过60 目筛，精确称取0.200 0 g，置于50 mL离心管中，加入10 mL 10 g/100 mL磺基水杨酸水溶液，600 W超声波辅助浸提30 min，再12 000×g、4 ℃离心25 min，吸取上清液过0.22 μm水膜，取1 mL进L-8900型全自动氨基酸分析仪测定，结果以干质量计。

1.3.8 微观结构测定

采用扫描电子显微镜观察香菇的微观结构。将香菇干样切成3 mm×3 mm×3 mm小块，固定在样品台上，镀膜后观察，加速电压1.0 kV，样品放大500 倍和1 000 倍后采集图像。

1.3.9 感官评价

感官评价小组由12 位评价人员（20～60 岁；男性4 位，女性8 位）组成，在评价前经过基本的味觉、嗅觉、香菇的感官属性、标度方法培训，培训时间长于20 h，并且对香菇无特殊的喜爱或厌恶感。

香菇熟制方法：先在40 ℃水中复水40 min（m（干香菇）∶m（水）＝1∶40）。取100 g复水香菇样品于1 000 mL沸盐水（含4 g/L NaCl）中煮制5 min，捞出冷却至室温备用。样品采用随机三位数编码，平衡排序呈送。每组感官评价3 次。

标尺采用5点数字标度，增量为0.5，量化香菇各属性的强度，其中0表示无，5表示极强。参比样均选用市售某品牌干香菇，复水与熟制方法与样品一致。香菇感官属性、定义、参比样强度见表1[27-29]。

表1 熟制香菇感官属性的定义及参比Table 1 Definition and reference for sensory attributes of cooked shiitake mushroom

1.4 数据处理与分析

利用Origin 9.0软件统计实验数据，计算平均值及标准差，并绘制图表。应用SPSS 18.0软件进行方差分析和Pearson相关性分析，采用Duncan新复极差法比较因素水平间的差异，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对香菇干燥曲线的影响

图1 不同干燥方式对香菇样品干燥曲线的影响Fig. 1 Changes in moisture content in shiitake mushrooms subjected to different drying methods

从图1的干燥曲线可以看出，香菇水分质量分数达到13%时，TS-MVFD、FD、HAD所需时间分别是5、14、8 h。TS-MVFD在干燥过程中先是一段时间的升速干燥阶段后转为降速解析阶段，没有恒速干燥阶段，且干燥时间最短，干燥速率最大。FD分为升华干燥和解析干燥阶段，在解析阶段需要将物料内部较紧密的结合水除去，干燥速率明显下降，且传热效率低，所以在冻干过程中解吸时间较长。HAD加热由表及里，干燥脱水速率较慢，且干燥速率保持相对较平恒。TS-MVFD对物料的穿透加热效果要明显优于FD，尤其是在物料水分含量低的情况下更能体现出介电加热的优势，比传统冷冻干燥时间缩短一半以上[30]。

2.2 不同干燥方式对香菇色泽的影响

表2 不同干燥方式对香菇样品色泽的影响Table 2 Effects of different drying methods on color parameters of shiitake mushroom samples

由表2可知，FD香菇干制品与新鲜样品的色差值最小，表观色泽与鲜香菇最接近。TS-MVFD香菇菌盖色泽（L*、a*、b*）与FD香菇无显著性差异（P＞0.05）。HAD香菇干制品亮度L*值最低，菌盖颜色由灰白色褐变成深褐色，与新鲜香菇原样色泽差异（ΔE值）最大。这可能由于干燥温度高（约70 ℃）且时间长（8 h），非酶促褐变美拉德反应导致样品色泽褐黑化[5]。MVFD干燥整香菇过程中，因微波的内部加热易形成一些局部热点，这些热点可能促成美拉德反应以及焦糖化反应等，使物料色泽变暗淡，还可能导致物料局部烧焦[10]。采用TS-MVFD减少了局部热点和干燥不均匀的产生，使得TS-MVFD与FD香菇干制品L*值差异不显著（P＞0.05）。

2.3 不同干燥方式对香菇收缩率和复重系数的影响

表3 不同干燥方式对香菇样品复重系数和收缩率的影响Table 3 Effects of different drying methods on rehydration coefficient and shrinkage rate of shiitake mushroom samples

收缩率表示产品的收缩程度，反映产品在形状上改变的大小。由表3可知，3 种干燥方式对整香菇的菌盖直径和厚度收缩率的影响差异显著（P＜0.05）。其中FD引起的收缩率最小，其次是TS-MVFD的样品，HAD香菇菌盖直径和菌盖厚度的收缩率最大，菌盖厚度收缩一半以上（57.28%）。在FD加工时，在低温和真空条件下，物料内部结构改变较小，因为失水的作用，菌盖厚度有一定的减小（25.30%），整体形状基本保持不变。TS-MVFD加工时，随着香菇物料中水分含量逐渐减少，适当降低微波功率，能减少微波加热的不均匀性，同时在微波能的作用下，内部加热产生的蒸汽压使香菇产生一定的膨化现象，避免菌体发生较大的收缩[31]。而HAD干燥过程中，由于加热温度高，水分散失不均匀，菌盖直径和厚度均产生明显的收缩。

复重系数代表干燥产品的复水能力，从表3可以看出，TS-MVFD香菇的复重系数最大（91.40%），与FD样品（90.16%）之间无显著性差异（P＞0.05），表明两种干燥方式对物料细胞和结构的破坏程度较小。HAD香菇的复水系数最低，比TS-MVFD样品低近26.73%。这是因为HAD产品皱缩严重（菌盖厚度收缩57.28%），表面硬化结壳，导致其复水困难[17]。

2.4 不同干燥方式对香菇复水能力的影响

由图2可知，TS-MVFD香菇复水比最大，且复水速率最快，其次是FD香菇，HAD香菇样品的复水性最差，复水120 min后，TS-MVFD、FD、HAD香菇复水比分别为7.1、6.0和4.4。在干燥过程中，受温度或失水等因素的影响，物料内部细胞可能会发生不可逆的损伤，毛细管紧缩，组织结构会有不同程度的塌陷，从而造成物料细胞的完整性被破坏，亲水性下降[32]。传统FD产品一般拥有较好的复水特性，赵圆圆等[33]报道FD香菇复水30 min复水比达到8.9，这是因为FD加工过程中，温度较低，能保持物料结构的完整性，使产品结构具有多孔性，复水速率较快。TS-MVFD中微波能作为提供升华热的能量，水分子由内向外散失，使干燥速率加快；梯度降低微波功率，减少局部热点，降低物料结构坍塌、黏连的程度，使物料细胞结构更均匀，且孔径可能因大量冰晶快速汽化而变大，最终产品的复水性高于传统FD产品[13]。Jiang Ning等[16]报道利用冷冻干燥联合微波真空干燥技术加工秋葵中，微波加热使样品结构的膨胀有助于防止组织收缩变形，使得干物料提高复水性，这与本实验结果相似。石芳等[34]利用低场核磁共振与核磁共振成像技术研究干香菇复水过程中水分变化规律中指出，非均匀间歇干燥组水分信号明显强于其他各组，复水能力较强。TS-MVFD也是一种非均匀间歇干燥方式，这也可能是其复水比高的原因。HAD干燥时间长，内部水分蒸发速率也慢，对产品的结构造成了较大的损害，导致复水速率较慢，复水比低。

图2 不同干燥方式对香菇样品复水曲线的影响Fig. 2 Effects of different drying methods on rehydration curve of shiitake mushroom samples

2.5 不同干燥方式对香菇营养成分的影响

表4 不同干燥方式对香菇样品营养成分的影响Table 4 Effects of different drying methods on nutrition composition of shiitake mushroom samples

由表4可知，TS-MVFD和FD香菇中游离氨基酸（3.44、3.61 g/100 g）、总糖（60.21、62.01 g/100 g）、粗多糖（7.41、7.93 g/100 g）含量显著高于HAD样品，接近于鲜样，表明营养物质的损耗与加热温度有密切关系。HAD由于干燥温度高且时间过长，香菇呼吸强度会短时增加，消耗糖，同时香菇内的还原糖与氨基酸类物质发生美拉德反应，从而降低多糖类和氨基酸含量[5,27]。FD加工的干香菇糖类物质损失最少，可能因为水分在冷冻干燥下由冰晶状态直接升华，基本保持原有形状，使得营养成分不易与其他物质发生反应或产生流失[31]。MVFD加工温度很低，但微波能量高，加热不均匀，尤其在干燥后期，当水分含量降低，微波能会造成香菇局部发生美拉德或焦糖化反应，从而减少香菇中糖类及游离氨基酸含量[15]。但根据物料中水分含量下降的规律，通过阶段梯度改变微波功率，可使微波能量发挥最大效率，减少局部热点，使得氨基酸和糖类物质保留更多。

表5 不同干燥方式对香菇样品游离氨基酸含量的影响Table 5 Effects of different drying methods on contents of free amino acids in shiitake mushroom samples

表6 不同干燥方式对香菇样品中鲜味、甜味、苦味游离氨基酸含量的影响Table 6 Effects of different drying methods in contents of umami,sweet, bitter free amino acids in shiitake mushroom samples

氨基酸不仅是人体所需重要的营养物质，具有促进蛋白质合成等各种生理活性，同时也是重要的呈味物质[35]。根据游离氨基酸的呈味规律，其可分成甜味游离氨基酸（甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸等）、苦味游离氨基酸（缬氨酸、蛋氨酸、精氨酸等）和鲜味游离氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）[36]。不同干燥方式香菇中游离氨基酸含量如表5所示，游离氨基酸含量由高到低依次为：FD香菇＞TS-MVFD香菇＞HAD香菇（P＜0.05），但TS-MVFD香菇游离氨基酸含量与FD香菇相比差异低于5%。从表6可看出，TS-MVFD香菇中的鲜味游离氨基酸含量显著高于FD样品，甜味游离氨基酸含量虽然低于FD样品，但差异不显著（P＞0.05），苦味游离氨基酸含量显著低于FD香菇，但显著高于HAD香菇。因此在味觉上，TS-MVFD香菇的鲜、甜滋味理论上要高于FD和HAD样品。有研究表明鲜味游离氨基酸和甜味游离氨基酸的滋味活度值（taste active value，TAV）相对较高，而苦味游离氨基酸的TAV相对偏低[37]。这也说明香菇中鲜味和甜味氨基酸呈味占主导，总体风味不呈现苦味。

2.6 不同干燥方式对香菇微观结构的影响

图3 不同方式干燥的香菇微观结构Fig. 3 Microstructure of shiitake mushrooms subjected to different drying methods

不同的干燥方式对香菇的内部结构有很大的影响。图3是3 种干燥方式下香菇样品截面的微观结构。TS-MVFD样品的微孔分布多，蜂窝状结构比较均匀，但孔隙较大（图3A），FD样品截面呈多孔性的蜂窝状网状结构，微孔分布大小相近且均匀，可知细胞结构受到破坏较小（图3B）。TS-MVFD因微波加热具有内源性，加热热传导阻力小，梯度改变功率具有高效性，有利于提高物料的内外蒸汽压差，同时物料中冰晶在短时间内快速升华，结构孔径变大，因此TS-MVFD干燥样品的微观孔洞大于FD样品[11]。这些大孔径和孔隙会增强物料的吸水能力，因此TS-MVFD香菇干制品的复重系数和复水比较高。HAD样品的结构扫描图中其多孔蜂窝状结构非常不明显，纤维结构有层叠现象，细胞壁结构坍塌，说明样品细胞结构产生严重破坏。所以HAD香菇表面会产生皱缩，收缩率比较大，复水能力差。

2.7 不同干燥方式对香菇感官品质的影响

3 种干燥方式的香菇干制品复水并且熟制后的感官特性见图4。在咀嚼过程中，TS-MVFD香菇样品的香菇味最浓，甚至超过了HAD样品；在鲜味、甜味和回甘属性上均最高。香菇样品中总糖、粗多糖、游离氨基酸含量与样品的回甘、鲜味属性呈极显著正相关（表7）。有研究报道真空微波冷冻联合干燥的苹果片感官品质总分高于微波真空干燥苹果片，风味的评分接近FD苹果片，这与本实验中TS-MVFD、FD样品感官特性相似[15]的结果一致。在口感方面，HAD样品的口感较硬，咀嚼比较费力，而FD和TS-MVFD样品较容易咀嚼；在弹性、嫩度、多汁性方面，TS-MVFD香菇的得分最高，且在残渣属性上是最低的。TS-MVFD加工使香菇干制品内部蜂窝状结构均匀，空隙稍大，所以复重系数大，导致多汁性、弹性和嫩度强度更高。

图4 不同干燥方式对熟制香菇的感官特性影响Fig. 4 Effects of different drying methods on sensory characteristics of cooked shiitake mushrooms

表7 3 种干香菇的总糖、粗多糖、游离氨基酸含量与感官风味属性强度的相关性Table 7 Correlation of contents of total sugar, crude polysaccharides and free amino acids with intensity of flavor attributes for three dried shiitake mushroom samples

3 结 论

TS-MVFD加工完整香菇，提高了微波效能，减少了加热不均匀性。与FD、HAD加工相比较，TS-MVFD加工时间更短，产品复水性更高，且营养成分（总糖、粗多糖、游离氨基酸）接近FD样品。TS-MVFD香菇微观结构保持较好，微孔分布均匀，且空隙略大于FD香菇。复水熟制后，TS-MVFD香菇样品的风味、口感优于HAD和FD干燥产品。因此，TS-MVFD干燥香菇品质较优，且相对干燥时间短，是一种有推广价值的干燥方式。