真空冷冻干燥技术在食用菌加工中的应用研究

徐 冲， 陈 杰， 陈丽媛， 孙翠焕

(辽宁省微生物科学研究院， 辽宁 朝阳 122000)



真空冷冻干燥技术在食用菌加工中的应用研究

徐 冲， 陈 杰*， 陈丽媛， 孙翠焕

(辽宁省微生物科学研究院， 辽宁 朝阳 122000)

概述了食用菌冻干制品产业发展形势、真空冷冻干燥技术原理及产品特点，综述了应用真空冷冻干燥技术加工食用菌制品所需的主要设备、生产工艺流程及操作要点。探讨真空冷冻干燥过程中各项工艺参数对食用菌干燥特性的影响、食用菌冷冻干燥技术的优越性及技术壁垒。对真空冷冻干燥技术在食用菌加工中的应用前景进行展望。

食用菌；真空冷冻干燥；工艺；应用

食用菌营养丰富,具有较高的食用价值和医疗保健功效[1]，现已成为人们餐桌上的常见美味佳肴。有些食药用菌例如羊肚菌、虫草、灵芝等价格昂贵，需跨地域销售，但由于食用菌采收后鲜度会迅速下降，颜色褐变、菇体萎缩，具有不易贮存的特性，所以采收后需尽快锁住食用菌的营养价值。真空冷冻干燥技术是集真空技术、低温技术、传热工程等于一体的新型综合干燥技术工艺，是先将被干燥物料中的水冻成冰,然后使冰升华的一种干燥方法，是国际上公认的优质保鲜干燥方法。应用真空冷冻干燥技术对采收的鲜食用菌进行加工，可有效减少食用菌营养成分和生理活性成分的损失，使得商品销售可不受时间和地域的限制。我国食用菌产业发展迅猛，调查结果显示[2]，近年我国食用菌平均年增产135万t，增长率近20%；当前国内食用菌工厂化(包括半工厂化)生产的650余家企业中，日产量5 t以上的企业约有230余家，而日产量超过20 t的约30家。除了鲜品销售外，各品种冻干食用菌的销量也在逐年递增，由于冻干食用菌制品不需添加防腐剂,能够保持其纯天然性，是真正的纯天然、无污染、高营养价值的绿色食品,冻干食用菌制品具有很强的市场竞争力。由此可见，食用菌冻干制品加工产业极具发展前景。

1 食用菌真空冷冻干燥技术原理及设备构成

化学热力学中的相平衡理论是真空冷冻干燥技术原理的基础。一般采用预先冻结的方式将食用菌中的水首先快速冻结成冰晶,然后在高真空条件下，使食用菌中的冰晶升华,当冰晶升华后再除去食用菌中剩余的小部分吸附水。真空冷冻干燥设备通常由控制仪表箱、干燥室、加热板、真空泵、冷阱、冷冻机、冷却水塔等构成。

2 食用菌真空冷冻干燥工艺流程

2.1 前处理工艺

食用菌的前处理工艺指进行原材料选择、清洗、切片、漂烫、杀菌、添加制剂或抗氧化剂等步骤。清除变质的原材料和其中的杂质，防止因脂肪氧化及酵母引起的化学变化，使其易升华干燥。前处理的过程中应避免过度的加热。在真空冷冻干燥过程中，组织结构厚且细密的食用菌，例如双孢菇、杏鲍菇、香菇、猴头菇等，因其干燥速度慢、耗时长，一般需要切片处理，同时可提高冷冻干燥的速度；有些食用菌组织结构薄且疏松，如虫草、竹荪、木耳、金针菇等，通常不需要切片处理，直接进行冷冻干燥。陈合等[3]研究表明,有的食用菌品种，如香菇经漂烫比未经漂烫更容易冻干,但会产生较大的变形,且造成部分营养物质流失,综合考虑应选择鲜香菇作原料，不需漂烫处理；而金针菇漂烫后容易干燥,而未经漂烫的则较难冻干,因此应选择热烫金针菇。

2.2 冷冻

真空冷冻干燥技术加工食用菌，一般采用预冻法[4]，即食用菌在放入真空干燥室前,先放入冷库进行冷冻处理然后再进行干燥，这样做节省了食用菌冻结时间，可有效节约冷冻干燥过程中的能源消耗。预冻时要速冻，此时蛋白质处于凝聚和浓缩状态，速度越快结晶越小，对食用菌组织破坏力小。

2.3 干燥

2.3.1 升华干燥 食用菌真空冷冻干燥过程中通常在此阶段耗时最长。食用菌经冻结后应立即放入干燥箱中,此时将干燥箱进行抽真空,使得食用菌制品中的水分能够快速升华。该过程也是一种复杂的传热、传质同时进行的过程。此过程中食用菌制品的厚度、机器提供的加热温度以及干燥室内的真空程度都是影响干燥速率的因素。经试验证明，类似香菇等食用菌，由于物料本身较厚，进行切片处理，可有效缩短干燥时间。

2.3.2 解析干燥 干燥箱中食用菌内的冰完全升华后,便开始进入解析干燥阶段。该阶段食用菌内已不存在冻结冰,但还会存在小部分的水分,为了降低食用菌的含水量,需对其进一步干燥。方法是使食用菌温度尽快上升到该食用菌品种的最高临界温度, 冻干结束前需在该温度下维持一段时间。此时可采取增大压强的方式，从而增加传热过程，可进一步加快食用菌除水分过程。

2.4 包装

冻干食用菌的包装是很关键的，低温低压干燥后的食用菌产品组织呈多孔状，表面组织比原来扩大百余倍，随着与氧气接触的机会增加，且因含水量极低,易吸潮，所以恢复常压后应尽快在真空或在充溢氮气[5]的环境下包装。一般食用菌的包装应在相对湿度30%～40%、室温25 ℃下进行。通常为保持冻干后的食用菌含水量在5%以下，会在包装袋内放入干燥剂以吸附微量水分。选择包装材料以塑料强度高、颜色深、透气性差的为好。通过此方式包装后的食用菌制品，保存期可长达3～7年不变质。而一般冷藏,气调保鲜最多不超过1年。故真空冷冻干燥后的食用菌制品可广泛地应用于军需食品、即食食品[6]、登山食品、宇航食品、旅游食品、婴儿食品、方便食品及保健品的生产。

3 影响食用菌冷冻干燥的因素及优化工艺参数

真空冷冻干燥的干燥形式较复杂,易受多种因素影响,同时其耗能又比其他干燥形式高。所以，应在确保食用菌制品产品质量的情况下,通过实验优化操作,强化工艺过程中的传热与传质,在保持低能耗的基础上,尽可能缩短用于冻干的时间。可见,找出影响真空冷冻干燥过程的因素是十分重要的。

我国的食药用菌种类繁多，为探讨不同条件对其冻干过程的影响，首先应研究所要生产的食用菌品种特性，然后通过大量的实验,比如通过确定加热方式、加热板温度[7]、预冻速度、物料的厚度、物料的初始温度、物料孔隙率、物料共熔点、变性温度对物料影响、真空度以及冷阱温度的影响等参数找到该品种食用菌冷冻干燥的特有规律,研究这些工艺参数对食用菌水分含量、复水率、容重、感官评价、色泽及组织结构的影响，选出最佳的冻干工艺参数[8]，为低能耗冷冻干燥过程的实现创造条件。

新鲜食用菌在加工过程中易发生酶促褐变，影响其保存期[9]，原因是食用菌组织中多数含有大量酚类物质，在酚酶的作用下被氧化为邻醌，邻醌可快速通过聚合作用形成褐色素或黑色素，发生“酶促褐变”[10]。除此之外，抗坏血酸氧化分解和美拉德反应也是导致食用菌褐变的因素[11]。食用菌褐变不仅影响其外观和风味，还影响营养价值和商品价值，同时造成原材料的损失。因此对食用菌在工艺过程褐变度的控制条件进行优化[12]，对于控制食用菌褐变，获得高品质食用菌制品具有现实的意义。

不同冷冻干燥温度对食用菌醇类、酯类、酮类等挥发性成分也具有一定影响[13]。如何准确判断冷冻干燥过程的升华干燥结束点和解析干燥结束点[14],对冷冻干燥过程的优化控制也具有重要意义。另外，食用菌制品作为可食用产品，微生物残留[15]成为最主要的不安全因素，因此需要定期检测各工艺流程中的细菌总数和大肠菌群情况，通过优化工艺条件来控制微生物残留，最大程度的保留食用菌制品色、香、味、形的同时，保障食品卫生[16]和安全。

4 食用菌真空冷冻干燥技术优越性和技术壁垒

4.1 技术优越性

4.1.1 食用菌制品质量优于其他干燥形式 真空冷冻干燥食用菌时,食用菌中的水分以冰晶态存在,食用菌中的其他成分冻结在其中,冰升华时其他组织不受影响，可保留下来。与食用菌传统晾晒工艺相比，有效保留了原来外观形态及物质结构,食用菌制品性状不会收缩和龟裂,也不会造成表面的硬化。张乐等[17]通过实验证明，对食用菌中香菇品种而言，经不同干燥工艺处理的香菇品质有较大差异，其中冷冻干燥处理的香菇在颜色、膨化效果、复水性方面较好。高兴洋等[18]利用真空低温油炸和真空冷冻干燥两种加工工艺制成香菇脆片，对其感官品质、营养成分进行对比分析。结果表明，真空冷冻干燥香菇脆片其硬度、脆度较大，体积皱缩率较小，颜色较白，感官品质较好，同时其营养成分保留较好。邢亚阁等[19]对杏鲍菇进行真空冷冻干燥实验研究，结果表明,真空冷冻干燥对杏鲍菇的粗脂肪含量、粗蛋白含量和总糖含量影响最小，对杏鲍菇中粗纤维含量影响较小。对香菇、木耳、虫草、灵芝等食药用菌的超微粉碎菌粉进行真空冷冻干燥，可有效保留其氨基酸、维生素、类胡萝卜素等营养成分，此外，菌粉还会有香味物质生成。可见，真空冷冻干燥对某些食用菌营养成分含量的影响要优于热风干燥、微波干燥[20]、自然干燥等其他干燥方式。

4.1.2 食用菌制品性状稳定、复水性能优良且适于长期保存 食用菌在低温下进行干燥,食用菌中的不稳定物质在此过程中不会发生变性,其物理和化学结构等基本无变化，不易损失营养成分[21], 保留了食用菌本身的独特香气。微生物的生长和酶的作用几乎无法进行。被干燥的食用菌制品内部空隙通常类似海绵状，其内部组织较疏松，如浸泡在水中则很快恢复成鲜品时的形态。经复水后的食用菌外观形态、色泽、口感等指标相比干燥前的新鲜食用菌而言，无太大变化。食用菌制品通过真空冷冻干燥加工后，能脱去约95%以上的水分, 真空冷冻干燥后的食用菌保存期长达2～5年，有利于远距离运输和长期储存。尹秀华等[22]通过调整工艺参数，使得食用菌产品保留了更多香菇多糖。M. R. Pérez-Gregorio等[23]研究发现，冷冻干燥后的食用菌中含有的黄酮类化合物可以得到长达8个月的稳定保存。

4.2 技术壁垒

真空冷冻干燥技术在食用菌冻干应用中存在技术理论不纯熟、使用环境要求较高、机器及使用成本较高[24]等问题。另外，任广跃等[25]认为真空冷冻干燥时可利用真空泵的抽吸形成低压，同时利用制冷设备提供-40 ℃以下的低温条件，用作蒸汽凝结器的冷源，由于没有对流，传热效率很低，往往处理类似食用菌这种高含水率的制品需要长达30 h以上的干燥时间。除此之外，食用菌制品干燥过程中对真空技术、制冷技术、设备精密度等要求较高，容易导致机器结构复杂，不易操控，电力等能源消耗大，造成食用菌制品成本高，所以其推广应用受到一定限制。

5 展 望

目前我国真空冷冻干燥工艺技术的成熟度还不够, 可重复性不强，理论研究也是集中于冻干设备改良和生物制品的生产工艺,食用菌真空冷冻干燥方面的研究很少。这可能是由于大多数食用菌具有较低的附加值，所以该技术仅限于生产少数几种价值较高的食药用菌。运用此项工艺技术前期需投入大量的资金用于购买设备，无论是国产还是进口设备都存在价格贵、耗能高、收回投资慢等问题[26]，所以在实际生产中，应用于食用菌加工上较少。因此，需要对该技术各项参数继续完善，进而找出适合各个食用菌品种的相关技术参数显得尤为重要。庄昱等[26]研究表明，通过采用真空预脱水、中速冻结、冻干交替捕水融冰、冻干真空压力高低增幅循环调节等工艺措施, 能有效降低冻干食用菌过程的能耗。随着人们饮食结构的变化，真空冷冻干燥技术将以其特有的优越特性在我国得到越来越广泛的应用，冻干食用菌产品的需求量也将大大增加。

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Application of Vacuum Freeze-Drying Technology in Edible Fungi Processing

XU Chong, CHEN Jie, CHEN Li-yuan, SUN Cui-huan

(LiaoningAcad.ofMicrobiology,Chaoyang122000)

The development situation of freeze-dried edible fungi production industry, the principal of vacuum freeze-drying technique, and the features of the products were outlined, main equipments needed for the application of vacuum freeze-drying technique to process edible fungi, production technical process, and main operation points were summarized. The effects of various technological parameters during the vacuum freeze-drying process on the drying features of edible fungi, the superiority of edible fungi freeze-drying technique and technical barrier were investigated. The outlook of the application of vacuum freeze-drying technique in edible fungi processing were approached.

edible fungus; vacuum freeze-drying; technology; application

辽宁省科学事业公益研究基金项目(2015002003)

徐冲 男，硕士研究生，助理研究员。研究方向为微生物应用研究与生物工程技术。Tel:0421-2914613，E-mail：sss646@163.com

* 通讯作者。女，硕士研究生，副研究员。现从事微生物应用研究工作。Tel:0421-2914613，E-mail：bubus@126.com

2015-10-01；

2015-11-21

Q939.9

A

1005-7021(2015)06-0096-04

10.3969/j.issn.1005-7021.2015.06.019