杏鮑菇熱泵干燥研究與模擬

李偉榮，任愛(ài)清，陳國(guó)寶，項(xiàng)　威（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058；.麗水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江麗水 33000）

杏鮑菇熱泵干燥研究與模擬

李偉榮1，2，任愛(ài)清2*，陳國(guó)寶2，項(xiàng)威2
（1.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058；2.麗水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江麗水 323000）

利用單因素試驗(yàn)，對(duì)杏鮑菇熱泵干燥特性進(jìn)行研究，并基于干燥時(shí)間、能耗、產(chǎn)品色澤以及復(fù)水比等，對(duì)熱泵干燥的溫度進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，杏鮑菇熱泵干燥失水過(guò)程主要可分為加熱升溫階段、快速失水階段和減速平衡階段；較為適宜杏鮑菇的熱泵干燥溫度為55℃；在此溫度條件下，其干燥模型曲線符合Page方程。

食用菌；加工；杏鮑菇；熱泵；干燥

文獻(xiàn)著錄格式：李偉榮，任愛(ài)清，陳國(guó)寶，等.杏鮑菇熱泵干燥研究與模擬［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57（7）：1128-1130，1136.

杏鮑菇，學(xué)名Pleurotus eryngii，又名刺芹側(cè)耳，菌肉肥厚，組織致密、均勻，菌蓋污白色，菌柄為乳白色［1］。從品質(zhì)來(lái)說(shuō)，杏鮑菇可食部為100%，特別是菇柄質(zhì)地脆嫩，有特殊香味，成熟單體較大，在常溫下可以較長(zhǎng)時(shí)間保持形態(tài)與色澤，有很好的加工適制性。從營(yíng)養(yǎng)的角度來(lái)說(shuō)，杏鮑菇含有豐富的B族維生素、煙酸、葉酸、泛酸，以及各類礦物質(zhì)，含有8種人體必需氨基酸［2］，是一種營(yíng)養(yǎng)健康的食用菌。從生產(chǎn)方面來(lái)說(shuō)，杏鮑菇有成熟的工廠化生產(chǎn)技術(shù)支撐，擺脫了季節(jié)、氣候等的約束，可實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)，是一種理想的規(guī)?；罴庸な秤镁Y源。

蔬菜熱泵干燥是一種新型的食品干燥形式。在熱泵中，通過(guò)物料后的熱濕空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器時(shí)被冷卻，其中部分水蒸氣冷凝成水排出，再經(jīng)冷凝器加熱變成熱空氣后流經(jīng)物料帶走物料水分，如此循環(huán)，最終達(dá)到干燥目的。由于干燥介質(zhì)在封閉的箱體內(nèi)循環(huán)，大幅降低了常規(guī)干燥中排放濕熱空氣的熱損失，節(jié)能效果明顯。熱泵干燥目前廣泛應(yīng)用于木材、紡織工業(yè)，在果蔬加工業(yè)中，我國(guó)科技工作者對(duì)山藥、蘿卜、胡蘿卜等的熱泵干燥特性及工藝等進(jìn)行了研究［3-5］，為其規(guī)模化應(yīng)用提供了一定的技術(shù)支撐。

基于生產(chǎn)需求，本文對(duì)新鮮杏鮑菇的熱泵干燥工藝進(jìn)行研究，探索其失水特性、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品品質(zhì)等特點(diǎn)，確定杏鮑菇熱泵干燥生產(chǎn)的較優(yōu)方案。由于熱泵干燥一般耗時(shí)較長(zhǎng)，所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該方法常與其他干燥方式進(jìn)行聯(lián)合，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的最優(yōu)化。本研究通過(guò)分析確定杏鮑菇熱泵干燥模型，得到了能夠較好地系統(tǒng)描述干燥過(guò)程中水分變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行擬合驗(yàn)證，可為精細(xì)控制干燥過(guò)程以應(yīng)用于生產(chǎn)提供理論支撐。

1　材料與方法

1.1材料

麗水市百興菇業(yè)有限公司生產(chǎn)的新鮮杏鮑菇，AB菇等級(jí)，胸徑約3～4 cm，單體質(zhì)量約50 g。

SRX-1M高溫?zé)岜酶稍锵洌ㄉ虾Ｄニ辑h(huán)?？萍加邢薰荆?；MA150高精度快速水分測(cè)定儀（賽多利斯）；JA31002電子天平（上海光學(xué)儀器一廠）；恒溫水浴鍋（上海梅香儀器有限公司）；NR10QC色差計(jì)（深圳三恩馳科技有限公司）。

高溫?zé)岜霉ぷ髟恚旱蜏氐蛪旱臒岜霉べ|(zhì)氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成為高溫高壓氣體，通過(guò)冷凝器向外放熱，而工質(zhì)冷凝成為高壓高溫液體，通過(guò)毛細(xì)管后液體溫度和壓力降低，然后工質(zhì)在蒸發(fā)器從外界吸收熱量，重新變成蒸汽，再吸入壓縮機(jī)，工質(zhì)周而復(fù)始，將溫度由低溫變成高溫，形成熱泵循環(huán)（圖1）。

圖1　SRX-1M高溫?zé)岜媒Y(jié)構(gòu)

1.2方法

精確稱取500 g新鮮杏鮑菇，斜切片，切片厚度4～6 mm，薄層攤放。熱泵溫度分別設(shè)置為50、55、60、65和70℃，箱內(nèi)壓縮機(jī)運(yùn)行相對(duì)濕度控制為65%。每隔10 min快速稱取樣品質(zhì)量，記錄，直到含水率降至10%以下。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

取同批樣品各3 000 g用5個(gè)溫度進(jìn)行處理，記錄樣品烘至330 g（約8%水分含量）的時(shí)間、終點(diǎn)色澤以及耗電量。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.3指標(biāo)測(cè)定

含水率。取菌蓋、菌體按1∶5質(zhì)量比取樣，用快速水分測(cè)定儀測(cè)定，記錄為濕基含水率Wt。

色澤。以新鮮杏鮑菇橫切面為標(biāo)樣，測(cè)量樣品的色差，記錄L、a、b、ΔF值，測(cè)試樣品均取5次重復(fù)進(jìn)行平均。

復(fù)水比。取定量脫水產(chǎn)品于10倍50℃水中，容器置等溫水浴鍋中保溫復(fù)水，記錄1 h后復(fù)水產(chǎn)品質(zhì)量，取5個(gè)平行的平均值。

干基質(zhì)量（mo）的計(jì)算公式：

式中：mo為樣品的干基質(zhì)量；m1為樣品的起始質(zhì)量；Wt為濕基含水率。

水分比（MR）的計(jì)算公式：

式中，mt為t時(shí)刻樣品的質(zhì)量。

復(fù)水比（R）的計(jì)算公式：

式中：mp為樣品復(fù)水后質(zhì)量，mb為復(fù)水前樣品質(zhì)量。

2　結(jié)果與分析

2.1不同熱泵溫度下杏鮑菇的失水規(guī)律

從圖2可知，熱泵溫度越高，杏鮑菇干燥耗時(shí)越短，最終產(chǎn)品的含水率越低。杏鮑菇的失水過(guò)程可分為3個(gè)階段：（1）受熱階段，菇體溫度上升明顯，水分下降緩慢；（2）快速失水階段，含水率約80%（第一臨界點(diǎn)）時(shí)，水分含量幾乎呈直線狀快速下降，干燥溫度越高，下降速度越快。55～65℃各處理在快速失水階段水分下降速度差異不明顯，而50℃條件下水分下降較為平緩；（3）減速平衡階段，當(dāng)含水率達(dá)到第二臨界點(diǎn)后（15%）后，水分下降速度減緩，趨于平衡［6］。

圖2　不同熱泵溫度下杏鮑菇的干燥曲線

2.2熱泵干燥溫度工藝優(yōu)選

從時(shí)間、能耗、色澤、復(fù)水比4個(gè)方面對(duì)熱泵干燥杏鮑菇的工藝進(jìn)行優(yōu)選。如圖3所示，杏鮑菇的脫水時(shí)間隨著熱泵溫度的升高而縮短，整體來(lái)看，熱泵干燥時(shí)間與熱泵溫度呈線性負(fù)相關(guān)。從產(chǎn)品終點(diǎn)色澤來(lái)看（圖4），以70℃條件下色差較小，以60和65℃條件下色差較大。在能耗方面，如圖5所示，隨著熱泵溫度升高，各處理能耗相應(yīng)升高。這是由于熱泵的能耗主要用于前期設(shè)備的電加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，設(shè)備對(duì)濕熱空氣進(jìn)行潛熱回收，主要熱損失為箱體的散熱損失，能耗相差無(wú)異，所以預(yù)設(shè)溫度越高，耗電量越大。從復(fù)水比方面來(lái)看（圖6），70℃處理的樣品的復(fù)水比稍低于其他處理，但均超過(guò)對(duì)照市面日曬產(chǎn)品的復(fù)水比（2.97）。

圖3　不同溫度熱泵干燥杏鮑菇所需時(shí)間

圖4　不同溫度熱泵處理后杏鮑菇的色差

圖5　不同溫度熱泵處理的耗電量

圖6　不同溫度熱泵處理后杏鮑菇的復(fù)水比

綜合以上因素分析，較優(yōu)的杏鮑菇熱泵干燥生產(chǎn)溫度為55℃。此時(shí)干燥時(shí)間、能耗、產(chǎn)品色澤及復(fù)水比均能達(dá)到較好的水平。

2.3杏鮑菇熱泵干燥模型

分別測(cè)算50、55、60℃時(shí)，杏鮑菇熱泵干燥過(guò)程中水分比與干燥時(shí)間的關(guān)系，結(jié)果如圖7所示。杏鮑菇在熱泵干燥過(guò)程中水分比與干燥時(shí)間表現(xiàn)出指數(shù)關(guān)系。列舉常用于農(nóng)產(chǎn)品薄層干燥的指數(shù)模型［7］：

式中，k、K、N為模型的待定參數(shù)。

圖7　水分比與干燥時(shí)耗的關(guān)系曲線

利用SPSS 19.0軟件對(duì)水分比與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行模擬與分析，2個(gè)模型的回歸系數(shù)R2均較接近1（指數(shù)模型R2=0.989，Page方程R2=0.994），可見(jiàn)，2種模型都能較好地描述杏鮑菇的干燥失水規(guī)律。

考慮到Page方程的回歸系數(shù)更接近1，因此選其作為模型進(jìn)行擬合。將55℃條件下杏鮑菇熱泵干燥的水分比實(shí)驗(yàn)值與Page方程模擬預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)圖8?？梢?jiàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值吻合理想，說(shuō)明所建數(shù)學(xué)模型能較為準(zhǔn)確地描述杏鮑菇的熱泵干燥失水過(guò)程。

圖8　實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的擬合結(jié)果

3　小結(jié)

杏鮑菇的熱泵干燥過(guò)程可分為3個(gè)階段：加熱升溫階段、快速失水階段、減速平衡階段。加熱升溫至快速失水階段的物料含水量臨界點(diǎn)約為80%，快速失水至減速平衡階段的臨界點(diǎn)為15%。

熱泵干燥杏鮑菇的推薦溫度為55℃，此時(shí)，干燥時(shí)間、能耗、產(chǎn)品色澤及復(fù)水比均能達(dá)到較高水平。

在50～60℃，杏鮑菇熱泵干燥模型曲線符合Page方程。

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（責(zé)任編輯：高 峻）

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A

0528-9017（2016）07-1128-03

10.16178/j.issn.0528-9017.20160754

2016-04-25

麗水市高層次人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目（20131121007）

李偉榮（1977—），女，浙江縉云人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事農(nóng)產(chǎn)品加工與保鮮研究工作，E-mai1：1wr720423@sohu.com。

任愛(ài)清（1984—），男，湖北赤壁人，助理研究員，碩士，從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程研究工作，E-mai1：renaiqing @126.com。