脉冲电场和超声波联合预处理强化香菇热风干燥研究

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香菇是最常见的可食用真菌之一,由于其味道鲜美、热量低和营养高而广受欢迎。但新鲜香菇极易腐烂,因此需要尽快进行采后处理。在各种处理方式中,由于设备成本和操作难度低,热风干燥是香菇最常见的加工处理方式。但该技术也存在处理时间长及能耗大等缺点。此外,长时间热风干燥会造成香菇颜色变差、复水能力降低和营养损失,无法满足消费者对高品质食品日益增长的需求。因此,迫切需要一种干燥预处理技术来解决热风干燥的局限性。近年来,由于效率高及对样品中营养成分影响小等优点,一些非热加工技术如脉冲电场(Pulsed electric field,PEF)和超声波(Ultrasound,US)技术已经成为在果蔬干燥中有前景的加工技术。论文以香菇为原料,比较了不同预处理方法(PEF、US、PEF-US)在香菇干燥过程中水分的变化情况,建立相关干燥动力学模型并对不同预处理方法强化传质的作用机理进行了探究。同时,利用低场核磁共振(LF-NMR)和磁共振成像(MRI)技术探究了不同预处理方法对干香菇复水过程中水分含量、状态及分布变化的影响。此外,还研究了不同预处理方法对干香菇组织结构、外观色泽、营养成分、挥发性物质及抗氧化活性的影响。主要的研究内容和结论如下:(1)通过对电场强度、脉冲数和温度进行单因素实验和正交试验,得出在电场强度1 k V·cm-1,脉冲数40次,干燥温度65°C的参数条件下香菇具有最短的热风干燥时间。通过测定电导率计算香菇在脉冲电场处理后的崩解系数,发现随着脉冲数的增加细胞崩解指数增加,但场强大小对崩解指数无显著影响。因此,选择上述参数作为后续研究条件。(2)在香菇热风干燥前进行不同的预处理方式:对照组(Control)、脉冲电场(PEF)、超声波(US)以及脉冲-超声联合预处理(PEF-US)。研究发现相比直接热风干燥,干燥前预处理均能缩短香菇热风干燥时间,提高干燥速率,其中,PEF-US组由于“电破声传”效应导致干燥时间最短(4.7 h),相比Control组(6 h)缩短21.7%。此外,利用四种常见的干燥动力学模型对香菇热风干燥数据进行拟合,结果表明,Page模型能较好地描述香菇热风干燥过程中水分比和干燥速率的变化规律。同时通过计算有效水分扩散系数和活化能发现脉冲电场-超声波联合预处理显着增强了处理样品的传质,水分扩散系数为8.67×10-9 m2s-1,活化能为11.3939 k J·mol-1。(3)研究了不同预处理方法对香菇组织结构的影响。结果显示,所有预处理组中香菇的硬度和收缩率都显著低于Control组。对四组样品进行扫描电镜(SEM)分析发现,Control组样品细胞结构坍塌,且纤维结构层叠,而预处理组中样品表面呈现多孔结构,且空腔体积大。其中,由于电破声传效应的影响,PEF-US组样品组织中孔径最大。利用低场核磁共振技术对干香菇在复水过程中水分的含量、状态和分布变化进行了研究,发现随着复水时间增加,香菇内的不易流动水含量增加,但结合水和自由水都无明显变化。此外,所有预处理组样品的复水能力都要强于Control组,尤其是PEF-US组。结果进一步表明,预处理所产生的多孔结构也对香菇复水能力有正向作用。(4)讨论了不同预处理技术对干香菇品质的影响。结果表明,PEF-US组能更好的保留香菇的颜色,风味和营养品质。相较于其他处理组,在PEF-US组样品中观察到最高的可溶性糖(3.90μg·m L-1)、粗多糖(44.72μg·m L-1)、总酚(224.17μg·m L-1)和总黄酮(33.21μg·m L-1)含量和最强的DPPH自由基清除能力。此外,经过PEF-US预处理的干香菇其特征性风味物质损失最小。
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