双孢蘑菇冷冻干燥联合微波真空干燥传质动力学及干燥过程中风味成分变化研究

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双孢蘑菇(Agaricus bisporus)是目前世界上栽培面积最广,消费量较大的食用菌之一。据统计,2012年我国双孢蘑菇年产量为218.40万吨,是年产量最大的食用菌之一。双孢蘑菇不仅味道鲜美、营养丰富,并且含有多种生物活性物质。然而,双孢蘑菇在储运过程中容易发生褐变、开伞、腐烂等品质劣变现象。目前,冷冻干燥(FD)是被认为生产高品质脱水食品的最有效的干燥方式,它能够最大程度的保持食品原有的颜色、质构、营养和风味成分。然而,冷冻干燥存在能耗高、生产周期长、生产成本高等问题。在保持产品感官、营养和风味品质同时,研究双孢蘑菇高效节能干燥技术,对双孢蘑菇精深加工具有重要的理论指导意义。本文以双孢蘑菇为原料,采用冷冻干燥联合热风干燥(FD+AD)、冷冻干燥联合真空干燥(FD+VD)和冷冻干燥联合微波真空干燥(FD+MVD)三种不同的联合干燥方式,考察不同干燥方式对双孢蘑菇片色泽、质构特性、微观结构、营养保留和能耗等相关指标,结果表明,水分含量转换点为38%条件下,FD+VD和FD+MVD这两种联合干燥方式所生产出的双孢蘑菇片在L值、a值、平均体积密度和硬度等指标与FD干燥的产品没有显著性差异,并且除FD+MVD产品维生素C含量相对较低外,FD+VD和FD+MVD两种联合干燥方式在总糖、可溶性糖和可溶性蛋白等营养成分保留方面显著优于FD+AD的方式。与FD相比,三种联合干燥方式在保证双孢蘑菇片产品品质的同时,能够分别降低34.51%,36.36%和35.27%的耗电量,但只有FD+MVD干燥方式能够显著缩短干燥时间(较冷冻干燥缩短35.63%)。此外,FD+MVD产品的微观疏孔结构与FD产品没有显著性差异。因此确立FD+MVD是一种适合用于双孢蘑菇脱水加工的高效节能保质的联合干燥方式。研究比较了FD和FD+MVD加工过程中冻干温度(20℃,30℃和40℃)、铺料厚度(1层,2层和3层)、干燥压力(70 Pa,100 Pa和130 Pa)、微波功率密度(20 W/g,40 W/g和60 W/g)等干燥参数对双孢蘑菇片干燥动力学特性的影响。通过利用合适的经典数学模型描述双孢蘑菇片FD和FD+MVD干燥过程的传质动力学特性和复水特性,并计算干燥过程中有效水分扩散系数(Deff).结果表明,双孢蘑菇片FD和FD+MVD过程中的冻干温度、铺料层数、干燥压力和联合干燥后期微波功率密度对其干燥速率均有显著影响,并且随着冻干温度的升高、铺料层数的降低、冻干过程压力的降低和微波功率密度的升高,干燥速率显著升高。通过非线性回归分析,Page模型对FD过程水分曲线拟合最好,而Logarithmic模型对FD+MVD后期MVD过程水分含量曲线拟合最好。通过多元线性回归建立FD动力学干燥数学模型为:MRFD= exp(-kFDt1.383), kFD= 0.012T-0.177LFD-0.005V+0.844, R2= 0.970建立FD+MVD动力学干燥数学模型为:这两个数学模型均能准确的预测FD和FD+MVD过程水分比和干燥时间的关系。同时,根据Fick第二定律计算得出FD+MVD后期MVD过程的有效水分扩散系数约为FD过程的10倍。这从传质动力学的角度进一步证明了FD+MVD过程的优越性。止北夕卜,Peleg模型能够很好的预测FD和FD+MVD脱水双孢蘑菇片的复水动力学特性,复水过程中FD+MVD干燥的双孢蘑菇片的平衡水分含量非常接近于FD产品,证明了这两种不同干燥方式产品复水能力是相近的。通过对双孢蘑菇FD和FD+MVD干燥过程中可溶性糖(醇)、游离氨基酸、呈味核苷酸、有机酸等非挥发性成分进行测定,研究和比较了双孢蘑菇在两种干燥方式过程中非挥发性成分的变化规律,并引入等效鲜味浓度(EUC)对不同干燥阶段双孢蘑菇的鲜味等级进行评价。结果表明,双孢蘑菇的EUC值和大部分非挥发性成分,如甘露醇、L-谷氨酸、L-组氨酸、L-谷氨酰胺、L-苯丙氨酸、5’-GMP、5’-AMP和有机酸等含量在FD过程升华阶段显著升高,并且在FD过程解析阶段和FD+MVD的MVD阶段显著降低。与FD所干燥的双孢蘑菇片相比,FD+MVD所干燥的双孢蘑菇片可溶性糖(醇)含量相对较低,然而游离氨基酸含量,尤其是对EUC有重要贡献的呈鲜味游离氨基酸含量显著高于FD产品,并且与新鲜样品含量相近。两种干燥方式所干燥的双孢蘑菇片在呈味核苷暖和有机酸含量没有显著性差异。此外,FD和FD+MVD所干燥的双孢蘑菇片EUC值均与新鲜样品没有显著性差异,证明了两种干燥方式均能够有效维持双孢蘑菇的鲜味成分。以总风味物质含量和双孢蘑菇特征性挥发性成分1-辛烯-3-醇含量为指标,优化了双孢蘑菇挥发性成分固相微萃取的最优工艺。并利用GC-MS和电子鼻技术研究和比较了双孢蘑菇FD和FD+MVD过程非挥发性成分含量变化。结果表明,双孢蘑菇挥发性成分最优固相微萃取工艺萃取温度60℃,萃取时间40 min。通过GC-MS检测双孢蘑菇在不同干燥阶段共检测出32种挥发性成分。其中新鲜双孢蘑菇含量较高的挥发性成分为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、苯甲醛和呈香酯类等。随着干燥过程的进行,八碳化合物、呈香酯类以及其他醇类和醛类物质含量逐渐减少,干燥后期形成了更多的烷烃类和杂环类挥发性成分。FD+MVD对新鲜蘑菇原有的热敏性挥发性成分有较大的破坏作用,但形成烷烃类和杂环类化合物等美拉德反应产物等挥发性成分含量显著低于FD所干燥的双孢蘑菇。通过聚类分析和主成分分析,说明双孢蘑菇在FD和FD+MVD干燥过程中其挥发性成分变化的转折点在干燥的升华干燥阶段结束前后,并且与FD所干燥的脱水双孢蘑菇片相比,FD+MVD所干燥的双孢菇片的挥发性物质组成与新鲜双孢蘑菇相似度更高。通过电子鼻分析可以看出,FD和FD+MVD两种干燥方式生产的双孢蘑菇和不同干燥阶段双孢蘑菇风味差异均十分显著。其香气指纹雷达图谱的变化趋势与GC-MS所检测的挥发性成分变化趋势结论是一致的。
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