鲜香菇渗透脱水与真空油炸联合干燥动力学分析

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摘要：研究了鲜香菇[Lentinus edodes （Berk.）sing]在渗透脱水与真空油炸联合干燥过程中水分含量及脂肪含量的变化，建立干燥动力学方程，渗透脱水采用40%混合糖溶液，温度30 ℃；真空油炸温度为90 ℃，真空度-0.1 MPa。结果表明，随着渗透时间的延长，鲜香菇的水分含量逐渐降低，香菇脆片脂肪含量及脂肪吸收率也逐渐减少；根据K Pearson积差相关分析得出，脂肪含量与其初始水分含量具有极显著的相关性，结合真空油炸一级反应动力学规律和渗透脱水费克水分扩散规律，得到鲜香菇联合干燥过程中水分与脂肪含量变化的动力学方程。

关键词：香菇[Lentinus edodes （Berk.）sing]脆片；真空油炸；渗透脱水；动力学方程

中图分类号：S646.1+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5368-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.042

A Kinetics Analysis of the Combined Drying of the Osmotic Dehydration and Vacuum Frying for the Fresh Mushrooms

WANG Xiao-li1，XUE Shu-jing1，2，LI Lu1，2，YANG De1，2，GUAN Jian1，2，GAO Hong1，2， CHENG Wei1，2

（1.Institute for Farm products and Nuclear-Agricultural Technology， HAAS， Wuhan 430064， China；2. Farm Products Processing Research Sub-center of Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology， Wuhan 430064， China）

Abstract： The change of moisture content and fat content of the fresh mushroom[Lentinus edodes （Berk.）sing] in the process of osmotic dehydration and vacuum frying combined drying， to establish drying kinetics equation. The conditions of osmotic dehydration was used 40% mixed sugar， temperature 30 ℃，the temperature of vacuum frying was 90 ℃，vacuum degree was -0.1 MPa. The results showed that the initial moisture content and equilibrium moisture content decreased and fat content， equilibrium fat content and fat absorption ratio also decreased with the increasing in osmotic dehydration time. According to the K Pearson product moment correlation analysis： fat content， initial moisture content has the extremely significant correlation. A dynamical model of combined drying for mushroom chips were obtained through combined the Fick"s law of diffusion and first order reaction kinetics.

Key words： mushrooms[Lentinus edodes （Berk.）sing] chips； vacuum frying； osmotic dehydration； kinetics equation

香菇[Lentinus edodes （Berk.）sing]，又名花菇、香蕈、香菌、冬菇等，为侧耳科植物香蕈的子实体。香菇味道鲜美，营养丰富，含有丰富的蛋白质、膳食纤维、维生素B群、铁、钾，香菇含有的香菇多糖可调节人体内具有免疫功能的T细胞活性，可降低甲基胆蒽诱发肿瘤的能力，是一种有效的抗肿瘤成分[1]，在提高人体免疫力、防癌、保健、养生等方面均具有一定功效[2]。因此，香菇作为常用食品备受人们的青睐，具有广阔的发展前景。

香菇脆片是一种即食休闲膨化食品，其可增加香菇食品的种类，延伸香菇的产业链条，提高香菇附加值，从而创造更高的经济效益。但传统制作中香菇脆片的脂肪含量较高，因此降低脂肪含量是制作香菇脆片的关键技术，由于脂肪含量和原料炸前初始水分含量具有显著相关性，因此，采用炸前预干燥技术可进一步减少产品的脂肪含量。

香菇脆片常用的干燥方法真空油炸是在负压条件下，原料在食用油中进行油炸脱水干燥，使原料中的水分被充分蒸发掉的过程，真空油炸相比较常压油炸具有以下特点：①温度低，营养成分损失少；②减压，水分蒸发快，干燥时间短；③保留制品本身的香气和风味；④具有膨化作用，产品复水性好；⑤油耗少，油脂裂化速率慢[3]。现有的单一干燥技术无法达到产品的品质要求，因此，出现了各种联合干燥技术，如，桃脆片的真空油炸-热风联合干燥[4]、草莓的冻干-真空微波联合干燥[5]、蓝莓的热风-微波真空联合干燥[6]、薯条的渗透脱水-常压油炸联合干燥法与热风干燥-常压油炸联合干燥方法[7，8]，胡萝卜片的渗透脱水-真空油炸联合干燥[9]等。目前，对新鲜香菇条的联合干燥还鲜有研究，本试验采用渗透预干燥与真空油炸相结合的干燥技术，探讨不同联合干燥条件对鲜香菇干燥特性的影响，并建立联合干燥过程中水分与脂肪含量变化的动力学方程，以期为新鲜香菇的渗透脱水-真空油炸联合干燥的发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜香菇，武汉市武商量贩超市购买；麦芽糊精、麦芽糖、柠檬酸均为食用级，武汉市金瑞成试剂公司产品；大豆油，武汉市长江沙鸥植物油有限公司产品；乙醚、石油醚（60～90 ℃）均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

ZK-1500C型真空油炸机，广东旭众食品机械有限公司；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9123A型），上海精宏实验设备有限公司；索氏抽提器，四川蜀牛玻璃仪器有限公司；PL3002型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水分含量的测定 采用常压烘箱干燥法：按照GB 5009.3-85以干基（db）计[10]。

水分含量m=（mt-me）/me （1）

1.3.2 脂肪含量的测定 采用索氏抽提法，参照GB/T 5009.6-2003。

1.3.3 工艺流程 新鲜香菇→清洗（流动水洗去表面杂质）→去柄→切条（横切成1 cm左右的香菇条）→护色漂烫（0.1%柠檬酸、1.5%食用盐等）→沥干→浸渍（浓度为40%的麦芽糖与麦芽糊精的混合溶液）→冷冻→真空油炸→真空脱油→包装。

1.3.4 鲜香菇的渗透脱水试验 新鲜香菇在浸渍处理时，置于麦芽糖溶液与麦芽糊精（质量比1∶2）的混合溶液中，糖液浓度为40%，浸泡温度30 ℃，香菇条与糖液投放比例为1∶7（质量比），分别浸渍0、20、80、240 min取出，测定其水分含量，即为其油炸时的初始水分含量。

1.3.5 鲜香菇渗透脱水与真空油炸联合干燥试验 将上述经过渗透脱水的香菇置于真空油炸框内进行真空油炸，油炸时间5、10、15、20、25、30、40、50、60、70 min，油炸温度90 ℃，油炸运行频率2 Hz，油炸真空度为-0.1 MPa，脱油7 min，脱油运行频率30 Hz，样品取出冷却后分别测定其水分含量和脂肪含量。

1.3.6 真空油炸过程中物料水分蒸发与脂肪吸收动力学模型 真空油炸过程中，物料中水分逐渐蒸发并从表面滋出，水蒸气气流不断由内向外流动，在物料内部产生油进入物料空间，炸油逐渐浸入物料组织中，即在一定时间范围内，随着油炸时间的延长，物料中水分含量逐渐下降，而脂肪含量逐渐上升。按照黄生权等[9]、Baumann等[10]的研究，油炸过程中的传质规律符合一级反应动力学方程，得到水分与脂肪含量的方程为：

m-me=（m0-me）exp（-Kmt） （2）

F=Fe（1-exp（-Kft）） （3）

式中，me为平衡水分含量，m0为油炸前初始水分含量，Km为水分蒸发速率常数，Fe为平衡脂肪含量，Kf为脂肪吸收速率常数，t为油炸时间。水分蒸发和脂肪吸收的速率常数（Km、Kf）与渗透脱水时间有关，满足以下经验方程：

Km=Km0 （■）■ （4）

me=me0（■）■ （5）

Kf=Kf0（■）■ （6）

Fe=Fe0（■）■ （7）

式中，td为渗透脱水时间，T为渗透液温度，B为渗透液浓度，Kmt、met、Kft、Fet均为无量纲常数。模型系数常数与指数常数等参数采用DPS非线性回归分析法求解。

2 结果与分析

2.1 渗透脱水与真空油炸联合干燥对鲜香菇水分和脂肪含量的影响

如图1、2所示，鲜香菇在联合干燥过程中水分含量的变化，渗透脱水降低了真空油炸鲜香菇的初始水分含量与平衡水分含量，渗透时间越长初始水分含量、平衡水分含量及水分蒸发速率越低，且在一定时间内，香菇脆片水分含量均随着油炸时间的延长而逐渐降低。

如图2、3所示，鲜香菇在联合干燥过程中脂肪含量变化，渗透脱水降低了香菇的脂肪含量，渗透脱水时间越长，其平衡脂肪含量和脂肪吸收速率均越低，在一定时间内，随着油炸时间的延长香菇脆片的脂肪含量逐渐增高。

结合香菇脆片的脂肪含量与其初始水分含量，根据K Pearson的积差相关性分析，发现二者相关性为极显著，即香菇脆片的脂肪含量随着其真空油炸初始水分含量的降低而逐渐减少。因香菇进入沸油后，内部水分因高温开始蒸发并从表面蒸出，水蒸气不断从内向外流动，炸油不断进入香菇多孔性的组织空隙内，即水分蒸发后由炸油填充其空隙，因此，香菇脆片的脂肪含量很大程度上取决于其初始水分含量的多少，该结果与文献[3，9，11，12]的研究结果相似。

2.2 渗透脱水与真空油炸联合干燥动力学

如图4所示，渗透脱水与真空油炸联合干燥鲜香菇，可分为渗透预干燥与真空油炸两个过程，这两个过程分别符合费克水分扩散定律和一级反应动力学规律，费克水分扩散定律显示浓度梯度越大，扩散通量越大，渗透液浓度、渗透液温度、渗透时间和料液比[13]等均会影响干燥脱水效果及油炸前初始水分含量，由于水分含量与脂肪含量具有极显著的相关性，所以这些条件也影响香菇脆片的脂肪含量。

将经过渗透脱水和真空油炸处理的鲜香菇的平衡水分含量、平衡脂肪含量、水分蒸发速率及脂肪吸收速率等数据与动力学模型（方程2和方程3）和系列经验方程（方程4、5、6、7）进行拟合，通过DPS非线性回归分析求解模型系数，回归方程系数如表1所示。

3 小结

1）鲜香菇渗透脱水与真空油炸联合干燥过程中，在一定时间内，随着渗透预干燥时间的延长，香菇水分含量逐渐降低，其初始水分含量、平衡水分含量及水分蒸发速率也逐渐降低；随着真空油炸时间的增长，香菇脆片脂肪含量逐渐升高，但渗透预干燥时间越长其平衡脂肪含量及脂肪吸收速率越低。

2）香菇脆片的脂肪含量与其初始水分含量具有极显著相关性，即香菇脆片的脂肪含量随着其真空油炸初始水分含量的降低而逐渐减少。

3）初步得出鲜香菇渗透脱水与真空油炸联合干燥动力学方程为：

m=5×10-5（■）-2.713 1+（m0-5×10-5（■）-2.713 1）exp（1.4×10-6（■）-3.61t） （8）

F=4.39×10-3（■）-2.452 2（1-exp（-1×10-6）（■）-2.451t） （9）

参考文献：

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